CN105408077A - 排气式双螺杆混炼挤出装置及方法 - Google Patents

排气式双螺杆混炼挤出装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明通过从设置在缸体的最前端节缸上的脱挥助剂注入喷嘴注入脱挥助剂，提高由聚合物或合成橡胶构成的合成树脂的脱挥能力，并进行低温发泡。本发明的排气式双螺杆混炼挤出装置及方法为，由最前端脱挥助剂注入喷嘴(7c)将脱挥助剂分散到由最前端节缸(1g)内的熔融树脂中，同时通过最前端混炼部(6c)进行混炼，通过所述脱挥助剂使所述熔融树脂发泡并挤出，最前端脱挥助剂注入喷嘴(7c)设置在由位于缸体(1)最前端的节缸(1g)构成的最前端节缸上。

Description

排气式双螺杆混炼挤出装置及方法
技术领域
本发明涉及一种排气式双螺杆混炼挤出装置及方法，尤其涉及对其进行的创新改进，该创新改进是通过从设置在缸体最最前端的节缸的脱挥助剂注入喷嘴注入脱挥助剂，从而提高由聚合物或合成橡胶构成的合成树脂的脱挥能力，并进行低温发泡。
背景技术
一般而言，在对合成橡胶进行脱挥处理的情况下，在向挤出机供给时刻的处理对象为溶于从前一工序的聚合罐排出的溶剂中的橡胶，在使用现有的挤出机进行处理的情况下，通过极度降低去除溶剂后的每单位时间的橡胶处理量，来抑制螺杆的剪切热从而进行造粒。
作为上述用于使溶剂脱挥的排气式双螺杆挤出机，可以举例专利文献1中所公开的结构。
即，在图2中，附图标记1所表示的是，由多个第一～第七节缸1a～1g构成的缸体，在所述缸体1中，具备从上游侧依次空开间隔配置的原料供给口3、第一排气口4a及第二排气口4b，在第一及第二排气口4a、4b各自的上游侧设置有用于压入脱挥助剂的第一脱挥助剂注入喷嘴7a及第二脱挥助剂注入喷嘴7b。在配置在所述缸体1内的两根螺杆2上，设置有从第一脱挥助剂注入喷嘴7a的上游侧附近到第一排气口4a的上游侧附近之间延伸的第一混炼部6a，与之相同地，在第二压入口7b与第二排气口4b之间也设置有第二混炼部6b。
另外，在专利文献2的聚合物的回收方法中，记载了如下所述的方法：虽未图示，向在缸体的下表面具有脱水狭缝的双螺杆挤出机供给含水的聚合物，在该挤出机内，使上述聚合物从供给侧移动至挤出侧的同时，逐渐加压且加热，之后，在该挤出机的挤出侧端部，使该聚合物从高压区域挤出至低压区域，从而使该聚合物中的水分瞬时汽化，使该聚合物干燥。上述挤出机在比形成有上述脱水狭缝的位置更靠近挤出侧的位置不具有排气口，被挤出的聚合物利用汽化的水分进行发泡，能够使聚合物均匀干燥。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平成8-207118号公报
专利文献2：日本专利公开2000-310482号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
由于现有的排气式双螺杆挤出机及聚合物的回收方法为如上所述的结构，因此存在下面的技术问题。
即，在上述专利文献1的排气式双螺杆挤出机中，尤其是在进行劣化温度低的合成橡胶的脱挥的情况下，由于双螺杆的剪切热高，并未设置对缸体最前端的节缸中的熔融树脂进行温度冷却的温度冷却装置，因此，难以同时实现脱挥效率和低树脂温度条件下的挤出。
另外，在专利文献2中示出的聚合物的回收方法中，为去除含水聚合物中的水分，在缸体的下面设置有脱水狭缝，并利用汽化的水分使从缸体前端挤出的聚合物进行发泡，但却难以在一台挤出机上同时实现近年来大量需求的合成橡胶等这样在劣化温度低的合成树脂中混合有机溶剂的树脂材料的脱挥，以及由发泡挤出进行的干燥碎屑的成型。
此外，此处所说的劣化温度并不具有特定的定义，指的是成形前的高温未定型状态的橡胶的劣化温度，经验性地，已知比以UL规格所定义的各自的橡胶产品的临界耐热温度高100℃左右。
本发明为解决以上技术问题，特别地，通过在缸体最前端的最前端节缸设置脱挥助剂注入喷嘴与最前端混炼部，在降低最前端节缸内的熔融树脂温度的状态下，稳定的进行脱挥与发泡。
(二)技术方案
本发明的排气式双螺杆混炼挤出装置，将从由多个节缸构成的缸体的上游的原料供给口供给的由合成橡胶、或含有两种以上合成橡胶的聚合物构成的合成树脂原料进行熔融混炼，并将熔融混炼形成的熔融树脂中所含有的有机挥发物从所述缸体的排气口去除至外部，同时，从所述缸体前端的导丝嘴(ダイス)挤出所述熔融树脂，在所述排气式双螺杆混炼挤出装置中，从在由位于所述缸体最前端的节缸构成的最前端节缸上设置的最前端脱挥助剂注入喷嘴向所述最前端节缸内的熔融树脂分散脱挥助剂，同时通过最前端混炼部进行混炼，通过所述脱挥助剂使所述熔融树脂发泡并挤出；另外，在所述缸体的所述最前端节缸与所述原料供给口之间，设置有多个脱挥助剂注入喷嘴、多个排气口及多个混炼部；另外，使用水、氮及二氧化碳中的任意一个作为所述脱挥助剂；另外，使所述最前端节缸的缸体温度大于等于所述脱挥助剂的沸点，且小于所述合成橡胶的临界耐热温度；另外，所述脱挥助剂对所述熔融树脂以1.0％至15％的比例注入，使所述导丝嘴上游侧的背压大于等于在所述合成橡胶的临界耐热温度下的所述脱挥助剂的蒸汽压；另外，所述合成树脂原料由合成橡胶和有机溶剂混合而成，所述脱挥助剂由水构成；另外，所述导丝嘴是由带有压力调整装置的导丝嘴构成。另外，本发明的排气式双螺杆混炼挤出方法为，将从由多个节缸构成的缸体的上游的原料供给口供给的合成橡胶、或含有两种以上合成橡胶的聚合物构成合成树脂原料进行熔融混炼，并将熔融混炼形成的熔融树脂中所含有的有机挥发物从所述缸体的排气口排出至外部，同时，从所述缸体最前端的导丝嘴挤出所述熔融树脂，在所述排气式双螺杆混炼挤出方法中，从在由位于所述缸体最前端的节缸构成的最前端节缸上设置的最前端脱挥助剂注入喷嘴向所述最前端节缸内的熔融树脂分散脱挥助剂，同时通过最前端混炼部进行混炼，通过所述脱挥助剂使所述熔融树脂进行发泡并挤出；另外，该方法为，在所述缸体的所述最前端节缸与所述原料供给口之间，设置有多个脱挥助剂注入喷嘴、多个排气口及多个混炼部；另外，该方法为，使用水、氮及二氧化碳中的任意一个作为所述脱挥助剂；另外，该方法为，使所述最前端节缸的缸体温度大于等于所述脱挥助剂的沸点，且小于所述温度；另外，该方法为，所述脱挥助剂对所述熔融树脂以1.0％至15％的比例注入，使所述导丝嘴上游侧的背压大于等于在所述合成橡胶的临界耐热温度下的所述脱挥助剂的蒸汽压；另外，该方法为，所述合成树脂原料由合成橡胶和有机溶剂混合而成，所述脱挥助剂由水构成；另外，该方法为，所述导丝嘴是由带有压力调整装置的导丝嘴构成。
(三)有益效果
由于本发明的排气式双螺杆混炼挤出装置及方法如上所述构成，因此能够得到下面的效果。
即，本发明的排气式双螺杆混炼挤出装置及方法为，将从由多个节缸构成的缸体的上游的原料供给口供给的由聚合物、或含有合成橡胶构成的合成树脂原料进行熔融混炼，并将熔融混炼形成的熔融树脂中的有机挥发物从所述缸体的排气口去除至外部，同时，从所述缸体最前端的导丝嘴挤出所述熔融树脂，在所述排气式双螺杆混炼挤出装置及方法中，从在由位于所述缸体最前端的节缸构成的最前端节缸上设置的最前端脱挥助剂注入喷嘴向所述最前端节缸内的熔融树脂分散脱挥助剂，同时通过最前端混炼部进行混炼，利用所述脱挥助剂使所述熔融树脂发泡并挤出，由此，能够实现脱挥性能的提高，并且，在脱挥助剂汽化从而进行发泡时，利用脱挥助剂的汽化热使分解温度低的合成橡胶等合成树脂冷却，因此能够以低温进行挤出，能够同时实现现有技术中难以实现的脱挥能力和低温条件下的挤出。
另外，通过在所述缸体的所述最前端节缸与所述原料供给口之间，设置有多个脱挥助剂注入喷嘴、多个排气口及多个混炼部，能够促进向最前端节缸搬运的熔融树脂的脱挥及低温化。
另外，通过使用水、氮及二氧化碳等作为所述脱挥助剂，能够实现熔融树脂的脱挥及低温化。
另外，通过使所述最前端节缸的缸体温度大于等于所述脱挥助剂的沸点，且小于所述合成橡胶的临界耐热温度，从而在导丝嘴通过时即使产生剪切热，也能够使原料不大于等于劣化温度，使分解温度低的合成橡胶等的脱挥及低温化最优化。
另外，将作为所述脱挥助剂而使用的水，对所述熔融树脂以1.0％到15％的比例注入，使所述导丝嘴上游侧的背压大于等于熔融树脂温度下的蒸汽压，由此，能够在导丝嘴通过前脱挥助剂不会在装置内发泡(冒料)，而稳定地进行熔融树脂的低温发泡。
另外，通过使所述合成树脂原料由合成橡胶和有机溶剂混合而成，使所述脱挥助剂由水构成，从而适合于合成橡胶的脱挥及发泡挤出。
另外，通过使所述导丝嘴由带有压力调整装置的导丝嘴构成，能够非常容易地调整发泡状态。
附图说明
图1为表示本发明的排气式双螺杆混炼挤出装置的剖视图。
图2为表示现有的排气式双螺杆混炼挤出装置的剖视图。
具体实施方式
本发明的目的在于，提供一种排气式双螺杆混炼挤出装置及方法，其通过从设置在缸体的最前端节缸的脱挥助剂注入喷嘴注入脱挥助剂，来提高由聚合物或合成橡胶组成的合成树脂的脱挥能力，以及进行低温发泡。
实施例
下面，参照附图对本发明的排气式双螺杆混炼挤出装置及方法的优选实施方式进行说明。
此外，在与现有例相同或相当的部分，附以相同附图标记进行说明。
在图1中，附图标记1所示的是从上游侧朝向下流侧、具有第一～第七节缸1a～1g的形成为长条筒状的缸体，在该缸体1的第一节缸1a上形成有原料供给口3，在上述第三节缸1c上设置有第一脱挥助剂注入喷嘴7a及第一混炼部6a。
在上述第四节缸1d上设置有第一排气口4a，在上述第五节缸1e上设置有第二脱挥助剂注入喷嘴7b及第二混炼部6b。
在上述第六节缸1f上设置有第二排气口4b，在上述第七节缸1g上设置有在现有结构中并未设置的、作为第三脱挥助剂注入喷嘴的最前端脱挥助剂注入喷嘴7c及作为第三混炼部的最前端混炼部6c，并且，在上述最前端混炼部6c的出口侧设置有导丝嘴8。
下面，对使用上述结构的本发明的排气双螺杆混炼挤出装置，对由聚合物或合成橡胶组成的合成树脂原料11的脱挥及发泡成型进行说明。
从上述缸体1的原料供给口3供给至第一节缸1a内的合成树脂原料11在上述第一、第二节缸1a、1b内熔融，并且搬运至第三节缸1c中。
在上述第三节缸1c中，从第一脱挥助剂注入喷嘴7a向熔融上述合成树脂原料11形成的熔融树脂注入水、氮及二氧化碳等，在此处，通过将蒸发潜热最大的水作为脱挥助剂注入，脱挥助剂通过第一混炼部6a向上述熔融树脂内分散，含有脱挥助剂的熔融树脂被送至第四节缸1d，有机挥发物从第一排气口4a脱挥至外部。
在上述第四节缸1d中从第一排气口4a脱挥的熔融树脂，在第五节缸1e内，与上述第三节缸1c的动作相同地，再次从第二脱挥助剂注入喷嘴7b注入脱挥助剂，由此通过第二混炼部6b向上述熔融树脂内分散，含有脱挥助剂的熔融树脂被送至第六节缸1f中，该熔融树脂内所含有的有机挥发物从第二排气口4b脱挥至外部。
在上述第六节缸1f内脱挥而得到的熔融树脂被送至上述第七节缸即最前端节缸1g的状态下，若从第三脱挥助剂注入喷嘴即最前端脱挥助剂注入喷嘴7c注入脱挥助剂，所注入的脱挥助剂通过从第三混炼部构成的最前端混炼部6c向熔融树脂内分散。
如上所述，在从上述最前端节缸1g的导丝嘴8向大气中挤出含有分散的脱挥助剂的熔融树脂时，脱挥助剂通过留存于熔融树脂的热量进行汽化，通过该汽化使熔融树脂发泡，成为公知的碎屑状(クラム状)。
利用该脱挥助剂汽化时的蒸发潜热使熔融树脂冷却，而且，利用上述脱挥助剂使熔融树脂发泡，由此，使脱挥界面显著增大，并且使残留在熔融树脂内的有机挥发物向熔融树脂外脱挥，能够在更低的树脂温度下进行挤出。
另外，通过进行各种实验，其结果为，通过使作为上述脱挥助剂而使用的水对上述熔融树脂以1.0％到15％的比例注入，能够同时实现熔融树脂温度的降低及脱挥性能。另外，为了使注入的水以液相分散且防止在缸体1内发泡，需要使上述导丝嘴8的上游侧的背压大于等于熔融树脂温度下的蒸汽压。上述导丝嘴8优选使用具有用于调节喷嘴吐出口的开度(面积)的装置的公知的带有压力调整装置的导丝嘴。此外，上述带有压力调整装置的导丝嘴虽未图示，但其结构为如众所周知的，例如可以通过改变两片口型板(ダイスプレート)的重叠程度来改变吐出口的开口面积，其结果为能够调整导丝嘴8的吐出压力。
另外，根据本申请的申请人的实验结果，可以确认上述最前端节缸1g的缸体温度与从导丝嘴8挤出的树脂温度和发泡状态的关系，其结果如下。
装置：株式会社日本制钢所制造的排气式双螺杆混炼挤出装置TEX65αII-28AW-V；
原料：合成橡胶(EPDM：临界耐热温度140℃：劣化温度240℃)；
添加剂：有机溶剂+水；
实验结果
(表1)
试验数据
由于作为原料的合成橡胶的分解温度低，因此上述最前端节缸1g的温度在理想保持为非常低的温度，但如上述表1的数据可以确认，最前端节缸为100℃，由于导丝嘴8的出口处的剪切热，使出口温度的树脂温度上升至210℃，但仍可以使合成橡胶稳定进行发泡。
另一方面，在将最前端节缸设为200℃的比较例中，，由于在导丝嘴上游的缸体内部水的蒸发导致发生喘振，因而使熔融树脂的吐出变得不稳定，且作为出口温度的树脂温度为250℃，超过了劣化温度。
因此，本发明通过利用在从导丝嘴8向外部吐出时脱挥助剂(水)的汽化热来抑制吐出时的剪切热，从而能够不像现有技术中那样不降低处理量而稳定地吐出，处理后的合成橡胶成为公知的碎屑状态，其发泡状态可以通过最后的脱挥助剂添加量和导丝嘴8的压力来调整。此外，在前述的情况下，通过使用带有具有喷嘴吐出口的开度调节机能的公知的压力调整装置的导丝嘴8，使发泡状态易于调整，因此优选使用带有压力调整装置的导丝嘴。
此外，上述实施方式的要旨如下。
即上述实施方式的排气式双螺杆混炼挤出装置的结构及方法为，将从由多个节缸1a～1g构成的缸体1的上游的原料供给口3供给的由合成橡胶、或含有两种以上合成橡胶的聚合物构成的合成树脂原料11进行熔融混炼，并将熔融混炼形成的熔融树脂中所含有的有机挥发物从上述缸体1的排气口4a、4b排出至外部，同时，从上述缸体1最前端的导丝嘴8挤出上述熔融树脂，在上述排气式双螺杆混炼挤出装置中，从在由位于上述缸体1最前端的节缸1g构成的最前端节缸上设置的脱挥助剂注入喷嘴7c向上述最前端节缸1g内的熔融树脂分散脱挥助剂，同时通过最前端混炼部6c进行混炼，通过上述脱挥助剂使上述熔融树脂发泡并挤出；另外，其结构和方法为，在上述缸体1的上述最前端节缸1g与上述原料供给口3之间，设置有多个脱挥助剂注入喷嘴7a、7b、多个排气口4a、4b及多个混炼部6a、6b；另外，其结构和方法为，使用水、氮及二氧化碳中的任意一个作为上述脱挥助剂；另外，其结构和方法为，使上述最前端节缸1g的缸体温度大于等于上述脱挥助剂的沸点，且小于上述合成橡胶的临界耐热温度；另外，其结构和方法为，上述脱挥助剂对熔融树脂以1.0％至15％的比例注入，使上述导丝嘴8上游侧的背压大于等于上述合成橡胶的临界耐热温度下的上述脱挥助剂的蒸汽压；另外，其结构和方法为，上述合成树脂原料由合成橡胶和有机溶剂混合而成，上述脱挥助剂由水构成；另外，其结构和方法为，上述导丝嘴8是由带有压力调整装置的导丝嘴构成。
工业实用性
本发明的排气式双螺杆混炼挤出装置通过在缸体的最前端节缸上设置最前端脱挥助剂注入喷嘴和最前端混炼部，能够提高合成橡胶等的脱挥性能，以及实现在低树脂温度下的挤出。

Claims (14)

1.一种排气式双螺杆混炼挤出装置，其特征在于，将从由多个节缸(1a～1g)构成的缸体(1)的上游的原料供给口(3)供给的由合成橡胶、或含有两种以上合成橡胶的聚合物构成的合成树脂原料(11)进行熔融混炼，并将熔融混炼形成的熔融树脂中所含有的有机挥发物从所述缸体(1)的排气口(4a、4b)排出至外部，同时，从所述缸体(1)前端的导丝嘴(8)挤出所述熔融树脂，在所述排气式双螺杆混炼挤出装置中，
从在由位于所述缸体(1)最前端的节缸(1g)构成的最前端节缸上设置的脱挥助剂注入喷嘴(7c)向所述最前端节缸(1g)内的熔融树脂分散脱挥助剂，同时通过最前端混炼部(6c)进行混炼，通过所述脱挥助剂使所述熔融树脂进行发泡并挤出。
2.根据权利要求1所述的排气式双螺杆混炼挤出装置，其特征在于，在所述缸体(1)的所述最前端节缸(1g)与所述原料供给口(3)之间，设置有多个脱挥助剂注入喷嘴(7a、7b)、多个排气口(4a、4b)及多个混炼部(6a、6b)。
3.根据权利要求1或2所述的排气式双螺杆混炼挤出装置，其特征在于，使用水、氮及二氧化碳中的任意一个作为所述脱挥助剂。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出装置，其特征在于，使所述最前端节缸(1g)的缸体温度大于等于所述脱挥助剂的沸点，且小于所述合成橡胶的临界耐热温度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出装置，其特征在于，所述脱挥助剂对所述熔融树脂以1.0％到15％的比例注入，使所述导丝嘴(8)上游侧的背压大于等于所述合成橡胶的临界耐热温度下的所述脱挥助剂的蒸汽压。
6.根据权利要求1、2、4、5中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出装置，其特征在于，所述合成树脂原料由合成橡胶和有机溶剂混合而成，所述脱挥助剂由水构成。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出装置，其特征在于，所述导丝嘴(8)由带有压力调整装置的导丝嘴构成。
8.一种排气式双螺杆混炼挤出方法，其特征在于，将从由多个节缸(1a～1g)构成的缸体(1)的上游的原料供给口(3)供给的由合成橡胶、或含有两种以上合成橡胶的聚合物构成的合成树脂原料(11)进行熔融混炼，并将熔融混炼形成的熔融树脂的有机挥发物从所述缸体(1)的排气口(4a、4b)排出至外部，同时，从所述缸体(1)前端的导丝嘴(8)挤出所述熔融树脂，在所述排气式双螺杆混炼挤出方法中，
从在由位于上述缸体(1)最前端的节缸(1g)构成的最前端节缸上设置的脱挥助剂注入喷嘴(7c)向所述最前端节缸(1g)内的熔融树脂分散脱挥助剂，同时通过最前端混炼部(6c)进行混炼，通过所述脱挥助剂使所述熔融树脂进行发泡并挤出。
9.根据权利要求8所述的排气式双螺杆混炼挤出方法，其特征在于，在所述缸体(1)的所述最前端节缸(1g)与所述原料供给口(3)之间，设置有多个脱挥助剂注入喷嘴(7a、7b)、多个排气口(4a、4b)及多个混炼部(6a、6b)。
10.根据权利要求8或9所述的排气式双螺杆混炼挤出方法，其特征在于，使用水、氮及二氧化碳中的任意一个作为所述脱挥助剂。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出方法，其特征在于，使所述最前端节缸(1g)的缸体温度大于等于所述脱挥助剂的沸点，且小于所述合成橡胶的临界耐热温度。
12.根据权利要求8至10中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出方法，其特征在于，所述脱挥助剂对所述熔融树脂以1.0％到10％的比例注入，使所述导丝嘴(8)上游侧的背压大于等于所述合成橡胶的临界耐热温度下的所述脱挥助剂的蒸汽压。
13.根据权利要求8、9、11、12中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出方法，其特征在于，所述合成树脂原料由合成橡胶和有机溶剂混合而成，所述脱挥助剂由水构成。
14.根据权利要求8至13中任意一项所述的排气式双螺杆混炼挤出方法，其特征在于，所述导丝嘴(8)由带有压力调整装置的导丝嘴构成。
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