CN104961106B - 一种改善不溶性硫磺分散性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善不溶性硫磺分散性的方法，包括：选择熔点或软化点在40‑100℃的有机物作为分散性材料，在不溶性硫磺充油前，加热使分散性材料保持熔融态，然后将熔融的分散性材料以雾状均匀喷至不溶性硫磺表面，对不溶性硫磺表面的微孔进行填封，待分散性材料与不溶性硫磺充分混合后再进行充油。本发明通过界定改善分散性材料的熔点或软化点，充油前将分散性材料以熔融态喷雾方式加入，而非以有机溶剂溶解方式加入，能够避免有机溶剂的使用，也减少了有机溶剂的回收步骤，减少了资源和能源的消耗，同时简单易行，有利于提高生产效率。

Description

一种改善不溶性硫磺分散性的方法

技术领域

本发明涉及一种不溶性硫磺的处理方法，具体涉及一种改善不溶性硫磺分散性的方法。

背景技术

不溶性硫磺是普通硫磺经热聚合而得的、不溶于二硫化碳的聚合硫，作为一种橡胶工业的高级促进剂和硫化交联剂, 具有不喷霜、提高多层橡胶制品各层间的粘合强度、有效减少胶料存放时焦烧现象等优点。在轮胎生产中，特别是在汽车全钢丝子午轮胎的生产中, 是必不可少的重要原料。

与普通硫磺相比，不溶性硫磺在橡胶中分散性能较差，而分散性直接影响橡胶制品的力学和耐磨性能。所以分散性是评价不溶性硫磺性能的关键指标。影响不溶性硫磺分散性的主要因素包括：分子量大小，粒径大小及粒子形状，充油量以及混炼工艺。

不溶性硫磺的基本生产工艺流程均可分为以下步骤：硫磺熔融升温、急冷、固化、萃取、过滤、干燥、筛分、充油。其中不溶性硫磺充油除了可以降低产品粉尘飞扬外，还可以提高产品的分散性。通过高倍的电子显微镜观察不溶性硫磺粒子微观结构，可以发现不溶性硫磺粒子表面是不规则的带有孔隙的絮状结构。产品填充油的相当部分进入产品絮状结构的孔隙内，造成产品充油效果较差。在同等充油量下，需要提高产品充油效果，增加产品油润程度，从而提高产品分散性。

目前，已经有人对提供不溶性硫磺分散性的方法进行了研究，比如中国专利CN103303873A中公开了一种生产高分散不溶性硫磺的方法，该方法在熔硫时加入硫磺质量0.1-0.2%的三聚磷酸钠粉末、0.1-0.2%的硬脂酸锌、0.1-0.2%的淀法白炭黑、1-1.2%的防焦剂、0.1-0.2%的木质素磺酸盐，搅拌后进行升温等后续生产流程。该专利在前期熔硫时加入提高分散性物质，容易造成在后期萃取过程中被大量溶剂洗涤，加入的大部分分散性物质溶解进入溶剂，影响分散剂使用效果。

CN1033303874A在熔硫时加入硫磺质量1-2%的明矾粉末来提高最终产品分散性，但明矾最后会进入产品，会明显增高产品的灰分含量，造成产品灰分超标。国标规定灰分含量不高于0.3%。

CN102732064A提到在不溶性硫磺粉中加入0.1-5%的水溶性高分子材料通过水溶后进行粉末包覆来提高产品分散性，水溶性高分子材料包括：直链淀粉、支链淀粉、改下淀粉、环糊精、明胶、瓜尔胶、苍耳胶、果胶、阿拉伯胶、黄原胶、角豆胶。但这些水溶性高分子材料多具有羟基等极性基团，而不溶性硫磺为非极性很强的产品，水溶性高分子很难对其进行很好的包覆，起到助分散的效果受到影响。

CN101712010A提到将粗颗粒状不溶性硫磺通过调整加料速度和分级轮转速控制粉碎物料的粒径在120-150um。同等质量的不溶性硫磺加入量，粒径较大的不溶性硫磺产品参与硫化的橡胶制品性能较差，该专利用此方法来改善了产品的性能，但是粒径小的不溶性硫磺相对较大的不溶性硫磺颗粒不容易在橡胶中进行分散，所以该专利在来提高产品性能同时降低了分散性。

CN102352129A提到在不溶性硫磺干燥工序中加入材料包覆剂提高分散性，包覆剂加入量为0.1-5%，加入的材料包覆剂包括：硬脂酸、石蜡、EVA树脂、羟丙基乙基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇缩醛类树脂、聚乙烯类树脂、天然橡胶、聚硫橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶等。该专利将材料包覆剂用有机溶剂溶解，然后加入不溶性硫磺中对不溶性硫磺进行包覆，然后干燥冷凝回收有机溶剂，干燥后的不溶性硫磺进行充油。该专利使用有机溶剂溶解包覆剂来改善产品分散性，需要对有机溶剂进行回收，同时增加产品干燥成本，所以生产成本较高；且由于有机溶剂的使用，使用过程中溶剂的无组织挥发对环境造成污染，不利于大规模生产。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种改善不溶性硫磺分散性的方法，特别适用于充油型不溶性硫磺产品分散性的改善，该方法简便易行，能够避免有机溶剂的使用，提高了不溶性硫磺的充油效果，增加了不溶性硫磺的油润程度，从而提高不溶性硫磺的分散性。

本发明技术方案如下：

一种改善不溶性硫磺分散性的方法，包括以下步骤：选择熔点或软化点在40-100℃的有机物作为分散性材料，在不溶性硫磺充油前，加热使分散性材料保持熔融态，然后将熔融的分散性材料以雾状均匀喷至不溶性硫磺表面，对不溶性硫磺表面的微孔进行填封，待分散性材料与不溶性硫磺充分混合后再进行充油。

上述方法中，利用雾状的分散性材料进入不溶性硫磺表面的微孔中，对微孔进行填封，通过填封的方式减少充油时填充油进入不溶性硫磺的微孔中的量，提高产品油润性，使分散性增强。所述填封的意思是填充封闭。

上述方法中，通过喷嘴使熔融态分散性材料以雾状均匀加入到不溶性硫磺中。此种加入方式避免了有机溶剂的使用，且不溶性硫磺与分散性材料的接触更为均匀、充分，有利于分散性材料对不溶性硫磺的充分填封。

本发明因为采用直接将加热熔融的分散性材料喷入不溶性硫磺中的方式对不溶性硫磺进行填封，因此对分散性材料的选择需要严格要求。首先，分散性材料需要能够熔融，以便喷雾使用；其次，分散性材料的熔点或软化点不能太高，否则高温的分散性材料喷到不溶性硫磺表面会对不溶性硫磺性能不利。因此，本发明选择熔点或软化点为40-100℃的有机物作为分散性材料，优选的，选择熔点或软化点为50-90℃的有机物作为分散性材料。

本发明所述分散性材料优选为熔点或软化点为40-100℃的下述材料：石蜡、硬脂酸、EVA树脂、聚乙二醇、聚乙烯类树脂、甘油酯、氢化油和季戊四醇酯中的一种或几种。

上述方法中，所述分散性材料为不溶性硫磺质量的0.1%-5%，优选为0.5%-2%，更优选1-2%。

上述方法中，喷入分散性材料的同时，对不溶性硫磺进行搅拌，使分散性材料与不溶性硫磺充分接触。

上述方法中，分散性材料以雾状加入到不溶性硫磺的时间优选5-30分钟。

上述方法中，分散性材料加入完后，混合搅拌5-30min后再充油，使分散性材料与不溶性硫磺充分接触。

上述方法中，熔融态分散性材料与不溶性硫磺混合过程需要在30-40℃的低温下进行，使喷到不溶性硫磺表面的分散性材料冷却。冷却可以通过设备冷却夹套或带有冷却功能的搅拌装置来实现。

上述方法中，熔融态分散性材料以雾状加入到不溶性硫磺中，加入的同时对不溶性硫磺进行降温，使其温度保持在30-40℃，加入完成后继续在此温度下搅拌5-30min后再充油。

本发明通过界定改善分散性材料的熔点或软化点，充油前将分散性材料以熔融态喷雾方式加入，而非以有机溶剂溶解方式加入，能够避免有机溶剂的使用，也减少了有机溶剂的回收步骤，减少了资源和能源的消耗，同时简单易行，有利于提高生产效率。

本发明由于使用了常温为固态的分散性材料进行不溶性硫磺粒子的微孔处理，分散性材料进入微孔方便，在微孔中的附着力强，对微孔具有很好的填充封闭作用。经处理后，不溶性硫磺填充油进入微孔的几率明显降低，不溶性硫磺充油油润性明显增加，分散性得到显著改善。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行进一步详细说明。但这些具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

向带有夹套的卧式双螺带搅拌混合机内加入4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末，在29转/分的搅拌转速下，熔融态62#石蜡（熔点62℃）通过带有保温夹套的液下泵、质量流量计和喷嘴向混合机内定量加入60千克，石蜡温度70℃，调节阀门开度控制熔融态石蜡加入时间为10分钟。搅拌混合机搅拌轴及双层螺带为中空，加入石蜡的同时，通过搅拌轴、双层螺带以及混合机夹套通入冷却循环水对混合机中的物料降温，保持物料温度在30-40℃。石蜡加完后继续在此温度下搅拌20分钟，然后通过环烷油喷嘴向混合机内加入940千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成。

为了测试本发明方法所得产品的分散性，同时设立不用本发明分散性材料进行处理的对照实验，对照实验为：将4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末加入混合机内，不经过分散性材料处理直接通过环烷油喷嘴向混合机内加入1000千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成，得到对照产品。

将本发明所得产品与对照产品按照以下方法进行性能测试，步骤如下：

1、分散性测试：取塑炼好的门尼粘度约为60的天然胶，以及5phr填充油后的不溶性硫磺，放入青岛科高产1.5L密炼机中混炼120秒，出片后检查未分散开的硫黄豆个数。硫黄豆指混炼胶中直径大于1mm的硫黄颗粒，以硫黄豆个数多少代表分散性的优劣，本实施例充油不溶性硫磺产品的分散性评价以对照产品硫黄豆个数为基准。

2、产品吸油值测试：参考GB/T 3780.2炭黑吸油值的测定方法进行测试。

3、产品油润性测试：通过手感和目测比较本实施例充油不溶性硫磺产品与对照产品的油润性。

实验结果显示，本发明产品与对照产品相比分散性提高20%，产品吸油值降低15%，产品油润性增加明显。

实施例2

向带有夹套的卧式双螺带搅拌混合机内加入4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末，在29转/分的搅拌转速下，温度为90℃的熔融态松香甘油酯通过带有保温夹套的液下泵、质量流量计和喷嘴向混合机内定量加入80千克，调节阀门开度控制松香甘油酯的加入时间为10分钟。搅拌混合机搅拌轴及双层螺带为中空，加入松香甘油酯的同时，通过搅拌轴、双层螺带以及混合机夹套通入冷却循环水对物料降温，保持物料温度在30-40℃。松香甘油酯加完后继续在此温度下搅拌20分钟，然后通过环烷油喷嘴向混合机内加入920千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成。

为了测试本发明方法所得产品的分散性，同时设立不用本发明分散性材料进行处理的对照实验，对照实验为：将4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末加入混合机内，不经过分散性材料处理直接通过环烷油喷嘴向混合机内加入1000千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成，得到对照产品。

将本实施例产品与对照产品按照实施例1的方式测试两者的差异，结果显示本发明产品与对照产品相比分散性提高30%，产品吸油值降低15%，产品油润性增加明显。

实施例3

向带有夹套的卧式双螺带搅拌混合机内加入4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末，在29转/分的搅拌转速下，温度为70℃的熔融态硬脂酸季戊四醇酯通过带有保温夹套的液下泵、质量流量计和喷嘴向混合机内定量加入80千克，调节阀门开度控制硬脂酸季戊四醇酯加入时间为10分钟。搅拌混合机搅拌轴及双层螺带为中空，加入硬脂酸季戊四醇酯的同时，通过搅拌轴、双层螺带以及混合机夹套通入冷却循环水对物料降温，保持物料温度在30-40℃。硬脂酸季戊四醇酯加完后继续在此温度下搅拌20分钟，然后通过环烷油喷嘴向混合机内加入920千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成。

为了测试本发明方法所得产品的分散性，同时设立不用本发明分散性材料进行处理的对照实验，对照实验为：将4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末加入混合机内，不经过分散性材料处理直接通过环烷油喷嘴向混合机内加入1000千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成，得到对照产品。

将本实施例产品与对照产品按照实施例1的方式测试两者的差异，结果显示本发明产品与对照产品相比分散性提高30%，产品吸油值降低20%，产品油润性增加明显。

实施例4

向带有夹套的卧式双螺带搅拌混合机内加入4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末，在29转/分的搅拌转速下，温度为70℃的熔融态硬脂酸季戊四醇酯通过带有保温夹套的液下泵、质量流量计和喷嘴向混合机内定量加入40千克，调节阀门开度控制硬脂酸季戊四醇酯加入时间为5分钟。搅拌混合机搅拌轴及双层螺带为中空，加入硬脂酸季戊四醇酯的同时，通过搅拌轴、双层螺带以及混合机夹套通入冷却循环水对物料降温，保持物料温度在30-40℃。硬脂酸季戊四醇酯加完后继续在此温度下搅10分钟，然后通过环烷油喷嘴向混合机内加入960千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成。

为了测试本发明方法所得产品的分散性，同时设立不用本发明分散性材料进行处理的对照实验，对照实验为：将4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末加入混合机内，不经过分散性材料处理直接通过环烷油喷嘴向混合机内加入1000千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成，得到对照产品。

将本实施例产品与对照产品按照实施例1的方式测试两者的差异，结果显示本发明产品与对照产品相比分散性提高25%，产品吸油值降低14%，产品油润性增加明显。

实施例5

向带有夹套的卧式双螺带搅拌混合机内加入4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末，在29转/分的搅拌转速下，温度为90℃的熔融态松香甘油酯和硬脂酸（两者质量比为7:3）通过带有保温夹套的液下泵、质量流量计和喷嘴向混合机内定量加入80千克，调节阀门开度控制松香甘油酯和硬脂酸的加入时间为10分钟。搅拌混合机搅拌轴及双层螺带为中空，加入松香甘油酯和硬脂酸的同时，通过搅拌轴、双层螺带以及混合机夹套通入冷却循环水对物料降温，保持物料温度在30-40℃。松香甘油酯和硬脂酸加完后继续在此温度下搅拌20分钟，然后通过环烷油喷嘴向混合机内加入920千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成。

为了测试本发明方法所得产品的分散性，同时设立不用本发明分散性材料进行处理的对照实验，对照实验为：将4000千克经过筛分后的不溶性硫磺粉末加入混合机内，不经过分散性材料处理直接通过环烷油喷嘴向混合机内加入1000千克环烷油进行填充混合，混合30分钟后充油完成，得到对照产品。

将本实施例产品与对照产品按照实施例1的方式测试两者的差异，结果显示本发明产品与对照产品相比分散性提高25%，产品吸油值降低20%，产品油润性增加明显。

Claims (6)

1.一种改善不溶性硫磺分散性的方法，其特征是：选择熔点或软化点在40-100℃的有机物作为分散性材料，在不溶性硫磺充油前，加热使分散性材料保持熔融态，然后将熔融的分散性材料以雾状均匀喷至不溶性硫磺表面，对不溶性硫磺表面的微孔进行填封，待分散性材料与不溶性硫磺充分混合后再进行充油；

加入分散性材料时，保持不溶性硫磺温度为30-40℃，加入完成后并在此温度下充分混合，所述分散性材料的加入时间为5-30分钟；所述分散性材料为不溶性硫磺质量的0.1%-5%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述分散性材料的熔点或软化点为50-90℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述分散性材料为硬脂酸、EVA树脂、聚乙二醇、聚乙烯类树脂、甘油酯、氢化油和季戊四醇酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述分散性材料为不溶性硫磺质量的0.5%-2%。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：喷入分散性材料的同时，对不溶性硫磺进行搅拌，使分散性材料与不溶性硫磺充分接触。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：分散性材料加入完后，再混合搅拌5-30min，使分散性材料与不溶性硫磺充分混合。