CN107592833B - 用于生产去除杂质的天然橡胶的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产去除杂质的天然橡胶的方法。所述方法的特征在于其包括去除杂质步骤，在所述去除杂质步骤中将湿的天然橡胶凝固物穿过一个设备，所述设备包括挤出机(31)和安装在挤出机(31)出口处的过滤器，所述挤出机(31)具有轴向对称的开槽的护套(312)，所述开槽的护套(312)设置有在其厚度中的凹槽(211、212)，所述凹槽(211、212)在护套(312)的内表面处打开。所述方法的特征还在于，在垂直于护套(312)的轴线的任意平面中，护套(312)使得作为护套(312)中心与护套(312)内表面之间的距离R(以mm表示)：a.比例(以mm表示的凹槽开口的总长度)/(2πR)标记为A，其至少等于0.25，且至多等于0.9；b.比例(凹槽(211、212)数量/2R)标记为B，其大于或等于0.1；c.比例(以mm表示的凹槽(211、212)的深度)/(2R)标记为C，其大于0.02，且d.穿过两个底部边缘的平面与穿过限定侧表面的底部边缘和相交边缘的每个平面形成角度δ，角度δ至少等于60°，且至多等于90°。

Description

用于生产去除杂质的天然橡胶的方法和设备
技术领域
本发明涉及天然橡胶的去除杂质的方法，其使得将可能存在于天然橡胶中的杂质去除。
杂质例如为植物、塑料、无机物颗粒和织物。
背景技术
天然聚异戊二烯也被称为天然橡胶，其橡胶树汁液获得，特别地从巴西橡胶树中获得。所收获的产物必须经清洁、均化、凝固以及干燥。凝固可以通过所谓的天然凝固或人工凝固进行，人工凝固例如通过添加酸或盐而化学地凝固。凝固可以在清洁和均化步骤之前或之后发生。处理天然橡胶的方法通常包括去除杂质的步骤：
-首次去除杂质，其旨在主要通过清洗并压碎经凝固的天然橡胶或通过过滤未凝固的天然橡胶来去除粗糙物体；
-二次去除杂质，其旨在去除较为细小的物体，其通常通过穿过生胶片压机进行。
生胶片压机是具有两个旋转的开槽的圆筒的机器，橡胶在两个旋转的开槽的圆筒之间穿过。此操作可以重复多次直至获得被称为“生胶片”的片材。
最后，干燥且去除杂质的天然橡胶通常以饼或包的形式提供。
当橡胶旨在用于制备轮胎时，重要的是其包含尽可能少的杂质。通常，干燥的天然橡胶因此在用于轮胎的橡胶配混物之前被过滤。
本发明的目的是使用适合的过滤设备来将湿的天然橡胶的杂质去除。此设备可以特别地完全替代通常所用的生胶片压机，因此使得更好地控制工艺，得到不具有尺寸大于过滤器筛孔的杂质的天然橡胶，以及获得所占据的容积方面的增益。
对利用稳定剂来处理的干燥天然橡胶进行的过滤描述于专利EP 0 613 924中。此专利特别地表述了在加热的挤出机中用稳定剂稳定干燥的天然橡胶，其通过过滤器在挤出机的出口处进行过滤。发明人已经发现如该申请中描述的平滑的护套式挤出机不能用于湿度大于12％的天然橡胶：天然橡胶在挤出机的壁上滑动且不能行进通过挤出机以使得该天然橡胶通过过滤器。
专利FR 2 320 135涉及在替代生胶片压机的用于均化天然橡胶的挤出机中使用湿的天然橡胶。该专利保护一种挤出机，其具有螺杆，所述螺杆具有圆锥形中心件以及渐变的螺距和中断的螺纹。湿的天然橡胶通过设置在机器端部处的护套上的孔口排出。如常规的挤出机，湿的天然橡胶不通过螺杆的端部处的成型板排出。护套装配有使得浆液从挤出机中排出的孔。此设备不能适用于过滤。此外，浆液通过挤出机护套中的孔排出需要进行大量的清洁和保养。
可以用于橡胶配混物领域中的挤出机的实例描述于申请EP 492 425、WO99/56938、DE 10 2013 106337中。
申请JP 2004/195675描述一种挤出机，其包括开槽的护套，其使得对融化的塑料的加热进行限制。凹槽可以具有各种形式和尺寸。
发明内容
本发明的目的是一种用于去除杂质的湿的天然橡胶的过滤设备。
天然橡胶得自橡胶树汁液，特别地从巴西橡胶树获得。杂质例如为树皮、树枝和细枝、树叶和茎干。这些杂质还可是无机物颗粒或塑料或织物纤维。
所述过滤设备使得湿的天然橡胶免于受到尺寸大于所用过滤器的筛孔的杂质污染。使用湿的天然橡胶允许比过滤干燥的天然橡胶对于去除杂质方面所消耗的能量更低。此过滤设备包括在挤出机的出口处过滤湿的天然橡胶，挤出机的护套装配有凹槽，所述凹槽使得天然橡胶在挤出机中行进。
在优选的变体方案中，在挤出螺杆与过滤器之间安装有齿轮泵。
附图说明
图1以立体地方式示意地显示有肋状件分离的两个连续凹槽。所述凹槽包括：
-底部表面(14)，其被两个底部棱状部(132、133)限定，
-两个侧表面(122、123)，其从底部表面(14)向着内部延伸，每个侧表面被底部棱状部(132、133)和与护套的内表面相交的棱状部(112、113)限定。
凹槽限定肋状件，由两个相交的棱状部(111、112)限定的肋状件的上表面(11)构成护套的内表面。
在图1上，两个连续肋状件之间的距离是两个相交棱状部(112和113)之间的距离，其由双箭头表示。两个凹槽之间的距离是两个相交棱状部(111和112)之间的距离。
在图1上，分隔底部表面(14)和穿过相交棱状部(112和113)的平面的最小距离由带有装饰效果的双箭头表示。
图2显示开槽的护套的横截面。
在右侧半圆部分(在图上标记为A)，凹槽(211)具有楔形榫的形状。在左侧半圆部分(在图上标记为B)，凹槽(212)具有凹口形状。
凹槽(211、212)限定肋状件(221、222)。
图3显示所用的设备。
在图3A上，设备包括挤出机(31)和过滤器托架(32)(过滤器未显示在图上)。在图3B上，设备还包括齿轮泵(33)。
挤出机(31)包括供应料斗(311)，具有凹槽(3121)的护套(312)和单一螺杆(313)，所述螺杆具有中心件和螺纹，所述螺纹相对于中心件径向向外地延伸。
在挤出机的出口处，设备包括安装在过滤器托架(32)上的一个或多个过滤器。
在图3B中所示的优选的变体方案中，设备还包括外部齿轮泵(33)。
设备还包括测量装置，特别是用于测量压力(P1、P2)和温度(T2)的测量装置。
具体实施方式
因此本发明的目的是一种用于制备去除了杂质的天然橡胶的方法，其特征在于其包括去除杂质步骤，其中按重量计算的湿度大于12％的湿的天然橡胶凝固物穿过包括挤出机和安装在挤出机出口处的过滤器的设备，所述挤出机包括开槽的护套、设置在护套中的螺杆，所述螺杆包括中心件和相对于中心件径向向外延伸的螺纹，开槽的护套具有轴向对称结构，所述开槽的护套在其厚度上包括在护套的内表面上打开的凹槽，
每个凹槽包括
-底部表面，其由两个底部棱状部限定，
-两个侧表面，其从底部表面向着内部延伸，每个侧表面被底部棱状部和与护套的内表面相交的棱状部限定，
其特征在于，护套使得表示为护套中心与护套内表面之间的距离R(单位为mm)在垂直于护套的轴线的任意平面中：
a.比例(以mm表示的凹槽开口的总长度)/(2πR)标示为A，其至少等于0.25，且至多等于0.9；
b.比例(凹槽数量/2R)标示为B，其大于或等于0.1；
c.比例：(以mm表示的凹槽的深度)/(2R)标示为C，其大于0.02，且
d.穿过两个底部棱状部的平面与穿过限定侧表面的底部棱状部和相交棱状部的每个平面形成角度δ，角度δ至少等于60°，且至多等于90°。
在本发明的含义中，凹槽限定肋状件，由两个相交棱状部限定的凹槽上表面构成护套的内表面。
在本发明的含义中，“相交棱状部”或“与护套的内表面相交的棱状部”(111、112、113)是侧表面与护套的内表面之间的棱状部。
在本发明的含义中，“凹槽开口的总长度”是以毫米为单位的两个肋状件之间的两个相交棱状部之间的距离的和。
在本发明的含义中，“凹槽深度”定义为以毫米为单位的分隔底部表面与穿过相交棱状部的平面的最小距离。
在本发明的含义中，“最小距离”是相对于护套的轴线的最小径向距离。
凝固物：
对挤出机供应天然橡胶的凝固物。
在本发明的含义中，术语“天然橡胶的凝固物”意指天然或人工凝固的天然橡胶。
此凝固物可以通过已经清洁和均化的液体胶乳的凝固获得。
其还可以通过天然凝固(“杯底”凝固)或人工凝固获得。然后凝固物可以在被引入到挤出机之前被清洁和均化。
在所有情况中，凝固物的初始形式(片材、颗粒、绉片等)并不重要。
此天然橡胶凝固物是湿的。其湿度有利地大于12％，更有利地在12％至40％之间变化。百分数是相对于凝固物总重量的重量百分比。
护套和挤出螺杆：
挤出机包括开槽的护套和设置在护套中的螺杆。此螺杆包括中心件和相对于中心件径向向外延伸的螺纹。有利地中心件的直径是恒定的。
螺杆可以包括一个或多个螺纹，特别是一个或两个螺纹。螺纹有利地具有规则的螺距。挤出机有利地为单一螺杆挤出机。
挤出螺杆使得湿的天然橡胶的压力增加。
护套可以为圆柱形或圆锥形的形式。开槽的护套有利地为圆柱形结构。
护套具有连接至允许引入湿的凝固物的供应料斗的开口。挤出螺杆使得将橡胶从入口开口向着护套的向过滤器开放的端部运送。
根据本发明的任意实施方案，护套优选地包括在供应区域中的一个或多个开口，其旨在排出护套水，所述护套水在护套中的压力增加的过程中可以被凝固物驱走。供应区域是位于料斗的开口下方的区域。旨在排出水的开口可以采取狭长孔或圆孔的形式。
护套有利地使得A至少等于0.3且至多等于0.7。更特别地，A至少等于0.45且至多等于0.55。
在垂直于圆筒轴线的任意平面中，对于60至230mm的内护套直径2R，两个肋状件之间两个相交棱状部之间的距离有利地为8至15mm。
在垂直于圆筒轴线的任意平面中，对于60至230mm的内护套直径2R，凹槽的深度有利地为2至10mm。
凹槽可以采取凹口或楔形榫的形式。每个凹槽有利地为梯形形式，梯形的长底边形成凹槽的底部，靠近长底边的梯形的侧面形成凹槽的侧壁，梯形的高度为凹槽的深度。
特别地，凹槽的底部时圆CR的弧，比例C由公式(I)计算得到
DintF为护套的内表面的直径，或者为2R
DextR为圆CR的直径，其圆心是所述中心件的轴线。
护套的凹槽有利地平行于护套轴线。
护套的凹槽有利地为螺旋形。
过滤器：
设备包括在挤出机出口处的一个或多个过滤器，过滤器有利地由过滤器托架(32)支撑并使得杂质停留。
在本发明的含义中，“挤出机出口”标示从挤出螺杆的出口。
过滤器是任何适合的过滤装置。过滤器有利地使得尺寸大于1mm，有利地大于500μm，更有利地大于100μm的杂质被过滤。
特别地，过滤器可以是安装在过滤器托架上的一个或多个筛孔过滤器，筛孔过滤器的尺寸随着过滤器筛孔的变化而进行选择。筛孔尺寸有利地从100μm变化至1mm。在某些情况中，可以连续地设置多个过滤器。
然后过滤器可以在连续地或间断地使用适合的设备的过程中容易地更换。
齿轮泵
在优选的变体方案中，设备还包括在挤出机出口处并位于过滤器之前的齿轮泵(33)。
有利地，使用单级齿轮泵(33)，其包括并排设置且相互啮合(因此以相反的方向转动)的两个齿轮(331、332)。当挤出机中的过滤压力增加时，待过滤的流速显著减小。当使用齿轮泵时，待过滤的流速取决于齿轮泵的容量和速度，并因此较少地取决于压力。因此，齿轮泵使得随着齿轮泵的过滤压力变化的流速的稳定性更好，所以，对于相同的过滤器尺寸，使用齿轮泵增加了独立于过滤压力的过滤速度。
换言之，齿轮泵使得设备尺寸减小，用以对相同的流速进行过滤，。
齿轮泵的尺寸设置成用于泵送湿的天然橡胶并用于增加待过滤通过过滤器的天然橡胶的压力。
总挤出流速有利地从100kg/h至5t/h变化。
供应料斗有利地与外部大气直接接触，因此凝固物以环境温度和环境压力供应。
在挤出机头处的压力有利地从10巴至100巴变化。
在设备的出口处，去除杂质的橡胶的温度(T2)有利地从80℃至95℃变化。
在某些情况中，挤出机可以包括加热或冷却装置。
在设备出口处，即在过滤器之后，可以提供以所需形式给出的任意设备。
本发明还涉及用于处理天然橡胶的方法，其特征在于其包括如下连续步骤：
a.清洁、均化和凝固天然橡胶；
b.使用根据本发明的方法去除杂质；
c.干燥已去除杂质的天然橡胶。
凝固可以为天然凝固或人工凝固。
天然橡胶可以以其液体形式或固体形式处理。在第一种情况中，清洁、均化并随后凝固液体天然橡胶(被称为胶乳)。在第二种情况中，使胶乳凝固，并清洁及均化凝固物。
去除杂质的天然橡胶有利地被干燥至湿度小于0.8％。
所述方法还可以包括压碎的步骤。
本发明还涉及一种设备，其包括挤出机、过滤器和如上所述在某些情况中的齿轮泵。

Claims (19)

1.用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于其包括去除杂质步骤，在所述去除杂质步骤中将湿度大于12％重量的湿的天然橡胶凝固物穿过设备，所述设备包括挤出机和安装在所述挤出机出口处的过滤器，
所述挤出机包括开槽的护套和设置在护套中的螺杆，所述螺杆包括中心件和螺纹，所述螺纹相对于所述中心件径向向外地延伸，
开槽的护套具有轴向对称结构，所述开槽的护套在其厚度上包括在护套的内表面上打开的凹槽，所述凹槽使得天然橡胶在挤出机中行进，
每个凹槽包括
-底部表面，其由两个底部棱状部限定，
-两个侧表面，其从底部表面向着内部延伸，每个侧表面被底部棱状部和与护套的内表面相交的棱状部限定，
其特征在于，护套使得作为护套中心与护套内表面之间的距离的以mm表示的R在垂直于护套的轴线的任意平面中：
a.比例(以mm表示的凹槽开口的总长度)/(2πR)标示为A，其至少等于0.25，且至多等于0.9；
b.比例(凹槽数量)/(2R)标示为B，其大于或等于0.1；
c.比例(以mm表示的凹槽的深度)/(2R)标示为C，其大于0.02，且
d.穿过两个底部棱状部的平面与穿过限定了侧表面的底部棱状部和与护套的内表面相交的棱状部的每个平面形成角度δ，角度δ至少等于60°，且至多等于90°。
2.根据权利要求1所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述开槽的护套为圆柱形结构。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于A至少等于0.3且至多等于0.7。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于A至少等于0.45且至多等于0.55。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于每个凹槽为梯形形式，梯形的长底边形成凹槽的底部，靠近长底边的梯形的侧面形成凹槽的侧壁，而梯形的高度为凹槽的深度。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述凹槽的底部是圆CR的弧，比例C通过公式(I)计算获得
DintF为护套的内表面的直径，或者为2R，
DextF为圆CR的直径，其圆心是所述中心件的轴线。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于护套的凹槽与护套的轴线平行。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于护套的凹槽为螺旋形。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述过滤器允许过滤尺寸大于1mm。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述过滤器允许过滤尺寸大于500μm。
11.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述过滤器允许过滤尺寸大于100μm。
12.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述过滤器是包括一个或多个筛孔过滤器的过滤器托架。
13.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述设备还包括在挤出机出口处并位于过滤器之前的齿轮泵。
14.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述中心件直径恒定。
15.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述挤出机为单一螺杆挤出机。
16.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于所述挤出机为具有等螺距的单一螺杆挤出机。
17.根据权利要求1至2中任一项所述的用于制备去除杂质的天然橡胶的方法，其特征在于对挤出机供应湿度为12％至40％的湿的天然橡胶凝固物。
18.用于处理天然橡胶的方法，其特征在于包括如下连续步骤：
a.对天然橡胶进行清洁、均化和凝固；
b.利用权利要求1至2中任一项中限定的方法来去除杂质；
c.对去除杂质的天然橡胶进行干燥。
19.设备，其包括开槽的护套挤出机、过滤器，和齿轮泵，其特征在于，
所述挤出机包括开槽的护套和设置在护套中的螺杆，所述螺杆包括中心件和螺纹，所述螺纹相对于所述中心件径向向外地延伸，
开槽的护套具有轴向对称结构，所述开槽的护套在其厚度上包括在护套的内表面上打开的凹槽，
每个凹槽包括
-底部表面，其由两个底部棱状部限定，
-两个侧表面，其从底部表面向着内部延伸，每个侧表面被底部棱状部和与护套的内表面相交的棱状部限定，
其特征在于，护套使得作为护套中心与护套内表面之间的距离的以mm表示的R在垂直于护套的轴线的任意平面中：
a.比例(以mm表示的凹槽开口的总长度)/(2πR)标示为A，其至少等于0.25，且至多等于0.9；
b.比例(凹槽数量)/(2R)标示为B，其大于或等于0.1；
c.比例(以mm表示的凹槽的深度)/(2R)标示为C，其大于0.02，且
d.穿过两个底部棱状部的平面与穿过限定了侧表面的底部棱状部和与护套的内表面相交的棱状部的每个平面形成角度δ，角度δ至少等于60°，且至多等于90°。
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