CN108673782B

CN108673782B - 一种氟橡胶脱水工艺

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Publication number: CN108673782B
Application number: CN201810463605.2A
Authority: CN
Inventors: 周昆; 游俊; 曾涛; 廖丰杰; 康琪
Original assignee: Sichuan Hope & Hot Pulse Microwave Tech Co ltd
Current assignee: Sichuan Hope & Hot Pulse Microwave Tech Co ltd
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: CN108673782A

Abstract

本发明公开了一种氟橡胶脱水工艺，属于有机化学技术领域。本发明采用了水浴加热软化‑水中压延脱水‑微波复合干燥这三个步骤对氟橡胶进行脱水处理，最终得到含水率≤0.1 wt%的成品。同时采用本发明所述方法气化脱水量小、强度低、节约能源，干燥效率高、速度快、周期短，这种低强度、快速地干燥还能有效防止物料变色、品质下降。采用本发明所述方法脱水得到的氟橡胶水分低≤0.1wt%、色纯白不泛黄，拉伸强度和伸长率等应用指标均优于传统干燥。

Description

一种氟橡胶脱水工艺

技术领域

本发明涉及一种氟橡胶脱水工艺，属于有机化学技术领域，具体来说，涉及合成高分子化学技术领域的氟橡胶处理技术。

背景技术

氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上连接有氟原子的一种合成高分子弹性体。该类新型高分子材料具有耐热、耐油、耐溶剂、耐强氧化剂等特性，并且有良好的物理机械性能，成为现代工业尤其是高技术领域中不可缺少和替代的基础材料，广泛用于国防、军工、航空航天、汽车、石油化工等诸多领域。

目前世界氟橡胶产量60%以上用于汽车工业，但随着国内外各种特种工业及航空航天技术的快速发展，对氟橡胶的基础性能要求也越来越来高，其中以含水率为最关键的因素之一。

氟橡胶是一种高分子胶体材料，其中所含水分可分为两类，一类是附着在表面的表水；另一类是分散包裹在胶体内的内部水，由于氟橡胶本身不透水、而且致密、有弹性，可形成封闭结构，即使内部水已气化也难以从胶体中脱离出来，因此内部水极难被脱除。即使，使用真空烘箱，真空负压对脱除内部水的帮助也很有限。而常规提高温度的方法，虽然可提高水蒸汽内能，使之而易于脱除，但通常情况下高温会使氟橡胶释放出氢氟酸、氯化氢等强腐蚀性气体，这些强腐蚀性气体会引起氟橡胶中残留的金属离子、其它杂质发生氧化或炭化，而引起胶料颜色发黄变深、品质下降，同时这些强腐蚀性气体也极易造成设备损坏。

此外,过多的人工接触也存在着杂质引入物料这方面的隐患，而且生产连续性差，生产工艺难以控制，产品质量不稳定。

通常，氟橡胶是在水介质中聚合而成的，因此产物中含有大量水，一般含水率为65～70 wt%；即使经过离心脱水，仍高达30～45 wt%。众所周知，残余水对氟橡胶品质影响极大，通常要求干燥到0.1 wt%以下。后序如采用传统的烘箱脱掉这部分水，不仅所需能耗高、干燥周期还长达36小时。

国家知识产权局于2014年03月26日公开了申请号为CN201310674094.6,名称为一种氟橡胶脱水工艺的发明专利,公开了一种新的氟橡胶脱水工艺，采用双阶式螺杆挤出机，步骤依次包括：凝聚后的不规则带水橡胶粒先通过离心初脱水，然后初脱水的湿橡胶粒进入第一阶推进式挤压机；经过推进式挤压机脱水挤出的橡胶经过挤出螺杆头部特殊的齿形螺纹被切割成适当大小的尺寸，并直接喂入第二阶膨胀式干燥挤出机进行挤出干燥；最后氟橡胶含水率最少可达0.10wt%。本发明的氟橡胶脱水工艺步骤简单、操作条件温和，大大降低了传统工艺的干燥成本，可得到性能优异的干燥氟橡胶产品。

国家知识产权局于2008年07月30日公开了申请号为CN200710116314.8,名称为一种新型氟橡胶后处理工艺的发明专利,公开了一种新型的氟橡胶后处理工艺，属于氟橡胶处理技术领域。工艺步骤如下：将凝聚洗涤合格的氟橡胶直接放入到螺杆挤出机的进料口，氟橡胶先经过螺杆挤出机的挤出脱水机构，通过螺杆的旋转，将氟橡胶不断向前输送并分离排出氟橡胶中的水分，时间2-4min；带有少量水分的氟橡胶进入螺杆挤出机的升温脱水干燥机构，随着螺杆的旋转氟橡胶不断前移，干燥、脱挥时的温度控制在85～115℃，时间6-10min，脱去氟橡胶内残留的水分和极少数的挥发分；已排除挥发分的氟橡胶被送入螺杆挤出机的剪切、塑炼机构，塑炼时的温度控制在40～60℃内，时间3-5min，塑炼完成，从螺杆挤出机的口模挤出片状或颗粒状氟橡胶成品；将氟橡胶成品包装入库。

上述现有技术虽然实现了较快的连续干燥，但仍存在局部温度较高的问题，同样会使氟橡胶释放出大量腐蚀性极强的氢氟酸、氯化氢等，使氟橡胶颜色发黄变深、品质下降；同时对设备造成破坏，特别是对主设备挤出螺杆的腐蚀，不仅使设备无法稳定运行，同时腐蚀脱落的金属杂质还会被大量地引入物料，严重破坏产品质量。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的问题，提出了一种氟橡胶脱水工艺，实现了氟橡胶在脱水工艺中气化脱水量小、强度低、节约能源，干燥效率高、速度快、周期短，有效防止物料变色、品质下降的目的。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种氟橡胶脱水工艺，包括以下步骤：

A.水浴加热软化

将氟橡胶湿料浸泡在无离子水体系中；所述无离子水体系的温度为40～140℃，所述无离子水体系的压力为0～3bar g；

氟橡胶特别是门尼粘度较高的类型，不加热直接压，不仅压起来费劲，更重要的是压后容易呈渣状、不成片，这样压延脱水效果就会很差。

本发明中的无离子水会不断吸收物料中的氢氟酸、氯化氢、以及其它杂质，所以要求体系中与物料接触的无离子水电导率被控制在≤200us/cm以内，并且越低越好。

B.水中压延脱水

将经步骤A处理的氟橡胶湿料投入压延设备进行对辊压延，压延得到厚度为0.2～3.0mm的薄片；所述压延设备置于无离子水体系中；所述无离子水体系的温度为40℃～140℃，所述无离子水体系的压力为0～3bar g；

C.微波复合干燥

将步骤B中的薄片放入微波干燥设备中干燥，干燥1～10min得到氟橡胶成品；干燥过程中向微波干燥设备中馈入微波，同时向微波干燥设备中通入热干气体。

本发明步骤A和步骤B中的无离子水体系为循环体系，连接有无离子水净化装置，用以保证无离子水体系中的无离子水处于低离子浓度状态。

本发明步骤A和步骤B中的无离子水体系连接有无离子水加热装置，用于对无离子水体系进行加热，让无离子水体系的温度处于固定的温度区间内。

本发明步骤A中的水浴时间为3～30min；步骤B中的压延时间为1～10min；步骤C中的干燥时间为1～8min。

进一步地，本发明步骤A中的氟橡胶湿料的含水率为30～45 wt%。

进一步地，本发明经过步骤B得到的薄片的内部含水率为0.5～5 wt%。

进一步地，本发明经过步骤C得到的氟橡胶成品的含水率≤0.1 wt%。

进一步地，本发明在上述步骤C中微波复合干燥后得到氟橡胶成品，后续根据需要将氟橡胶成品进行进一步处理，例如可将其压成2～10mm胶片，再整形、包装即可。

本发明步骤C中通入热干气体的温度为80～140℃。

进一步地，本发明所述的热干气体为热干空气、热干氮气、热干二氧化碳或者热干惰性气体。

本发明通过空气干燥机对已吸潮的湿气体进行干燥处理，或补充干气体稀释湿气体使之成为吸水不饱和的干气体。

本发明通过空气加热器对干气体加热形成热干空气。

本发明步骤A所述的氟橡胶湿料的门尼粘度为5～200。

进一步的，针对一些特种的类似本发明所述氟橡胶的材料，可能无法承受较高的加工温度，因此步骤A、步骤B的无离子水体系温度下限可降至20℃以下，步骤C的热干气体温度下限可降至20℃以下。

本发明带来的有益效果有：

（一）本发明采用了水浴加热软化-水中压延脱水-微波复合干燥这三个步骤对氟橡胶进行脱水处理。首先将氟橡胶经过水浴加热软化，将氟橡胶湿料热透，然后进行水中压延。水中压延处理后的薄片内部含水率与压延成片的厚度成正相关性，成片厚度薄含水率越低；但是门尼粘度较高的氟橡胶较难压成薄片，提高水浴加热软化和水中压延脱水的水温可适当降低压延难度、可压出相对较薄的片，因此步骤A水浴加热软化和步骤B水中压延脱水的水温对脱水效果有间接影响。通过在微波复合干燥步骤中，调节热干空气温度、微波作用时间进行补偿，物料含水率较高时，通过提高风温、延长干燥时间，最终得到含水率≤0.10 wt%的成品。即水中压延脱水将氟橡胶湿料的内部含水率降低到0.5～5wt%，然后通过微波复合干燥步骤即可将含水率降低到0.10 wt%以下。

本发明的原理为：氟橡胶聚合是在水介质中完成的，先是形成氟橡胶分子，然后逐渐凝聚成较大的颗粒，而在这个过程中水分子也顺理成章的被包裹到了这些颗粒中；而氟橡胶本身是一种不透水、不吸水、致密、有弹性的材料。所谓氟橡胶内部含水，其实就是那些被包裹在凝聚过程形成的封闭结构中的水；通常干燥为不影响物料品质还需要控制温度，以防止氟橡胶释放出氢氟酸、氯化氢等强腐蚀性气体引起氟橡胶中残留的金属离子、其它杂质发生氧化或炭化，进而引起胶料颜色发黄变深、品质下降；特别是这些封闭水的结构还具有相当的强度和弹性，在有限的温度条件下即使内部水已气化也缺乏足够的势能，难以突破前述封闭结构中脱离出来，因此氟橡胶内部水极难被脱除，只能通过提高干燥温度、延长干燥时间。虽然提高干燥温度可提高封闭结构中水蒸汽内能、突破封闭结构实现较快的干燥，但是高温又会加剧氢氟酸、氯化氢的释放、影响物料品质，同时破坏设备、产生锈蚀脱落进入物料，严重污染物料，氟橡胶颜色不仅会发黄发褐、最终品质极低。

氟橡胶本身不吸水，只是凝聚形成的封闭的微小中空结构将水包裹、封闭在了其中。而压延、压片，可以将其理解为通过机械力将这些微小中空结构挤破、将结构中的水压出、最终消除这包裹着水的封闭结构，由于氟橡胶本身并不吸水，因此压成的胶片即使在水中也不会吸水，这样最初氟橡胶湿料内部水就会全部迁移到胶片表面，实现步骤B的快速将物料内部含水率降低到0.5～5 wt%。氟橡胶湿料中含有氢氟酸、氯化氢等强腐蚀性成分，干压时会以相对很高的浓度释放并富集在压胶的辊上、以及物料之间，而且压片是一个将机械能转化成物料内能的过程，物料发热且不均匀，温度高且局部温度过高会加剧强腐蚀性成分的释放浓度、加强腐蚀成分的活性，会严重的影响物料品质，同时破坏设备、产生金属锈蚀脱落进入物料，严重污染物料，氟橡胶颜色不仅会发黄发褐、最终品质极低。因此，本发明提出了水中压延的方法来进行氟橡胶脱水。

（二）本发明的水浴加热软化：可以对氟橡胶进行除杂，同时由于氟橡胶湿料浸泡在无离子水体系中。水的比热容大，可以很好地平衡氟橡胶湿料的温度，防止氟橡胶湿料出现局部过热而释放氢氟酸、氯化氢等。同时由于无离子水通过外循环净化，即使由于温度较高使氟橡胶释放出氢氟酸、氯化氢等，也会被无离子水迅速稀释、带走，从而避免氟橡胶变色、品质下降，也可以避免对设备的损坏。

（三）本发明的水中压延脱水：通过机械挤压，将氟橡胶湿料挤成薄片的同时，将其中包裹的绝大部分内部水转化成表水，挤压后物料内部含水率可降至0.5wt%～5.0wt%；机械脱水能耗远低于加热、使水气化的能耗；由于氟橡胶湿料浸泡在无离子水中，水的比热容大，可以很好地平衡物料温度，防止出现局部过热而释放氢氟酸、氯化氢等，同时由于无离子水通过外循环净化，即使由于温度较高使氟橡胶释放出氢氟酸、氯化氢等，也会被无离子水迅速稀释、带走，从而避免氟橡胶变色、品质下降，也可以避免对设备的损坏。此外氟橡胶升温后会发粘，而水的存在可有效防止物料粘辊、防止粘辊引起的压延中断，生产更稳定。

（四）本发明的微波复合干燥：氟橡胶为微波低损耗材料，因此微波可选择性的作用于水，使水气化而不使物料温度升得过高。片状物料内部含水低、厚度薄，水蒸汽非常容易从物料中脱除；片状物料表面积大，与干空气接触充分，从物料中脱出的水蒸汽被迅速吸收，不易出现冷凝返潮；通入的热干空气使物料温度更均匀，既可防止局部高温而影响品质，也可防止局部低温使刚气化的水又冷凝在物料表面而影响干燥效率。

（五）本发明水浴加热软化和水中压延脱水的温度主要影响氟橡胶湿料的温度，氟橡胶温度越高粘度相对较低。氟橡胶在高粘度压延容易呈渣装、不成片；低粘度易压延，压延时间短、可降低辊压能耗，压延成片性好、成片厚度均匀、可成薄片、不易断片，更有利于连续生产。压延的时间短，仅为1～10mim，且压延时间与温度呈反相关性，同种氟橡胶，温度越高就越容易压延成片，进而缩短压延时间，减轻加工强度，有利于防止物料变色、品质下降。本发明在压延时温度升高造成的影响可以通过无离子水体系进行缓解，使压延时物料品质不受影响。

（六）通过本发明所述方法进行氟橡胶脱水，气化脱水量小、强度低、节约能源，干燥效率高、速度快、周期短，这种低强度、快速地干燥还能有效防止物料变色、品质下降，如图2所示。

图2中气化理论能耗计算，是按纯理论条件计算的，实际生产中还存在能量利用效率的问题，这主要是受换热效率、干燥周期、热耗散等的影响，传统方法采用低温慢速烘干，温度低、温差越小，换热效率就越低、大量热能被浪费，而干燥周期越长系统热损耗越严重，长时间干燥整个系统的热耗散不可忽略，另外系统的其它辅助能耗（如维持真空）也随周期延长增加。而本专利方法不仅时间短，还充分利用了微波传热不受温差限制的特点，而且选择性地高效加热物料中的水分，从而实际应用中两者能耗差异巨大。

（七）本发明所述方法进行氟橡胶脱水得到的氟橡胶，含水率更低，色纯白不泛黄，拉伸强度和伸长率等应用指标均优于传统干燥，如图3所示。

附图说明

图1为本发明所述氟橡胶脱水工艺的流程示意图。

图2为本发明所述方法与现有脱水方法的对比。

图3为本发明制得到脱水氟橡胶与现有脱水方法制得到的脱水氟橡胶的对比。

图4为实施例1～4的具体实施方式。

图5为实施例5～8的具体实施方式。

图6为实施例9～12的具体实施方式。

图7为实施例13～16的具体实施方式。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1～4

选取门尼粘度为5～10的氟橡胶，按照本发明所述的氟橡胶脱水工艺进行处理。

先将氟橡胶湿料浸泡在无离子水体系中；所述无离子水体系的温度为40～140℃，所述无离子水体系的压力为0～3bar g。

水的比热容大、流动性大，可以作为很好的传热介质，从而很好地平衡物料温度，防止出现局部过热；氟橡胶对纯度要求非常高，普通水中的溶质都有可能污染物料,烘干后这些溶质就残留在物料中了，通俗的说就像水垢；同时物料中含有生产残留的氢氟酸、氯化氢、其它杂质等，这些都是有害品质的成分，它们溶在水中成为相应离子，采用无离子水可迅速稀释、带走这些有害成分离子,即用离子浓度极低的无离子水去稀释物料高浓度离子。

氟橡胶在高粘度时压延容易呈渣状、不成片，而物料温度越高物料粘度相对越低，低粘度易压延、压延时间短、可降低辊压能耗，压延成片性好、成片厚度均匀、可成薄片、不易断片；这当中成片厚薄又与压片后的内部含水率密切相关，“成片薄而均匀”含水率就会更低；“不断片”更有利于后序微波复合干燥环节实现连续干燥；此外“压延时间短”可减轻加工强度、有利于防止物料变色、品质下降。

然后将其投入压延设备进行对辊压延，压延得到厚度为0.2～3.0mm的薄片；所述压延设备置于无离子水体系中；所述无离子水体系的温度为40℃～140℃，所述无离子水体系的压力为0～3bar g。

现有技术中使用的双螺杆挤出，可以起到挤压使内部水迁移的作用，但是双螺杆装置中物料被长时间连续的挤压，发热会比较严重；而且物料必须有一定的体积量才能在双螺杆中挤压、输送，使热量难以散出，即使浸在水中或在双螺杆中通水也难以快速散热、保持物料温度均匀可控。

而对辊压延，物料只在通过“一对压辊”间的缝隙时受挤压，并被压成了很薄的片；一方面胶片很薄，另一方面胶片还直接浸在水中，从而可以很好的控制胶片温度、温度均匀性，从而防止高温带来的破坏；而且无离子水还可以很好的稀释腐蚀性成分，因此采用水中对辊压延，可以允许略高的温度，而不会带来破坏。另外氟橡胶热变软后，还容易出现粘辊、难以脱辊的现象，而浸在水中，水的存在可以很好的防止粘辊。

最后将薄片放入微波干燥设备中干燥，干燥1～10min得到氟橡胶成品；干燥过程中向微波干燥设备中馈入微波，同时向微波干燥设备中通入热干空气。

具体如图4所示。

实施例5～8

选取门尼粘度为10～39的氟橡胶，按照本发明所述的氟橡胶脱水工艺进行处理。

具体如图5所示。

实施例9～12

选取门尼粘度为61～100的氟橡胶，按照本发明所述的氟橡胶脱水工艺进行处理。

具体如图6所示：

实施例13～16

选取门尼粘度为101～200的氟橡胶，按照本发明所述的氟橡胶脱水工艺进行处理。

具体如图7所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种氟橡胶脱水工艺，包括以下步骤：

A.水浴加热软化

B.水中压延脱水

C.微波复合干燥

将步骤B中的薄片放入微波干燥设备中干燥，得到氟橡胶成品；干燥过程中向微波干燥设备中馈入微波，同时向微波干燥设备中通入热干气体。

2.如权利要求1所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：步骤A中的氟橡胶湿料的含水率为30～45 wt%。

3.如权利要求1所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：经过步骤B得到的薄片的内部含水率为0.5～5 wt%。

4.如权利要求1所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：经过步骤C得到的氟橡胶成品的含水率≤0.1 wt%。

5.如权利要求1～4中任一项所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：步骤C中通入热干气体的温度为80～140℃。

6.如权利要求1所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：步骤A中的水浴时间为3～30min；步骤B中的压延时间为1～10min；步骤C中的干燥时间为1～8min。

7.如权利要求1所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：所述的热干气体为热干空气、热干氮气、热干二氧化碳或者热干惰性气体。

8.如权利要求1所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：步骤A所述的氟橡胶湿料的门尼粘度为5～200。

9.如权利要求1所述的氟橡胶脱水工艺，其特征在于：步骤C中的热干气体经过循环处理使用，其循环处理的步骤为：热干气体经过薄片表面和薄片缝隙，吸潮后变成湿气体排出，湿气体经外循环的空气干燥机处理、或补充干气体稀释湿气体使之成为吸水不饱和的干气体，再经空气加热器处理成热干气体后通入微波干燥设备。