CN109822776A - 低分子液体橡胶制备装置 - Google Patents
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Abstract
一种低分子液体橡胶制备装置，它包括固态橡胶破碎段、橡胶升温软化段、橡胶高温降解段和液态橡胶冷却段，固态橡胶破碎段可将橡胶破碎成小颗粒状，橡胶升温软化段的螺旋筒侧面设有升温腔，橡胶在挤压螺杆的作用下在升温腔中升温软化，橡胶升温软化段的出口端设有小外径挤压段，可使软化后的橡胶超长分子链断裂并成为粘稠膏状橡胶，橡胶高温降解段包含一根降解螺杆，降解螺杆的入口端设有变轴径挤压段，降解螺杆的中部设有降解轴段，粘稠膏状橡胶在降解轴段处被挤压升温至降解温度并降解成低分子液体橡胶，液态橡胶冷却段设有氮气保护系统。本发明利用挤压螺杆实现了生产低分子液体橡胶的全部工艺步骤，适合于工业化连续生产。
Description
技术领域
本发明属于低分子液体橡胶生产制备领域。
背景技术
低分子液体天然橡胶是天然橡胶的一个新品种，可以应用于加工助剂、反应型增塑剂、粘合剂等领域。迄今，生产低分子液体天然橡胶的方法有氧化还原法、光催化法、高温降解法、臭氧分解法、微生物降解法，各生产工艺方法均存在不足之处。
氧化还原法：本方法利用有机碱催化剂如苯肼、吡啶等，降解天然胶乳，降解效果很好。但是苯肼有剧毒，对环境危害较大；又因为只能对胶乳进行降解，适用原料比较单一，是实验室制备低分子液体橡胶最常用的方法。
光催化法：本方法利用光化学断链反应产生自由基，在适当可控条件下，产生的自由基可以切断聚合物链得到低聚物。但此制备方法产率低，制备反应条件受环境、温度影响较大，制备得到的低分子液体天然橡胶结构相当复杂，性能不好；反应时间长，不能很好地控制降解率。
高温降解法：本方法是指在高温条件下利用机械力切断聚异戊二烯主链制备低分子液体天然橡胶的方法。此制备方法产率低、能耗高、对设备的损耗较大。
臭氧分解法：本方法用臭氧作为强氧化剂，将异戊二烯降解成低聚物，产物中仅含羧酸和酮。到目前为止，臭氧分解法被认为是一种制备低分子液体天然橡胶最具潜力的技术方法，但臭氧的生产成本太高，工业化生产难以推广。
微生物降解法：本方法是利用微生物作氧化剂，在适当条件下降解天然橡胶制备低分子液体天然橡胶的一种高端新型技术，降解产物为双烯酮。此方法原料成本高，产物产率低，未能得到广泛应用。
相关理论研究表明，天然橡胶在350℃左右开始发生降解反应，在350℃时聚合物主要降解为异戊二烯单体的二聚物和三聚物，至400℃时出现异戊二烯单体，分子量逐步变小。经过试验研究得出天然橡胶在350℃左右时其降解产物是分子量在1～3万之间、颜色呈褐色的液体。
基于以上原理，本发明提出了一种低分子液体橡胶制备装置。
发明内容
为了解决现有低分子液体天然橡胶生产过程中反应时间长、能耗大、成本高、污染环境、产出物性能不好、产出率低、不能连续生产等问题，本发明提出了一种低分子液体橡胶制备装置，按照工艺流程它依次包括固态橡胶破碎段1、橡胶升温软化段2、橡胶高温降解段3和液态橡胶冷却段4，所述固态橡胶破碎段1和橡胶升温软化段2共用一根挤压螺杆11，固态橡胶破碎段1可将大块状或大片状橡胶破碎成小颗粒状，橡胶升温软化段2的螺旋筒侧面设有向外鼓出的升温腔21，小颗粒状橡胶在挤压螺杆11的作用下在升温腔21中暂存、堆积、挤压和升温软化，橡胶升温软化段2的出口端设有小外径挤压段22，可使软化后的橡胶超长分子链断裂并成为粘稠膏状橡胶，所述橡胶高温降解段3包含一根降解螺杆31，降解螺杆31的入口端设有变轴径挤压段32，变轴径挤压段32使粘稠膏状橡胶温度继续升高，降解螺杆31的中部设有降解轴段33，降解轴段33的表面设有正反向螺旋槽，降解轴段33与螺旋筒之间的间隙很小，粘稠膏状橡胶在降解轴段33处被挤压升温至降解温度并降解成低分子液体橡胶，降解螺杆31的出口端设有直径变小的稳压段34，稳压段34的前端设有压力调节阀35，所述液态橡胶冷却段4设有水冷系统41和氮气保护系统42。
所述固态橡胶破碎段1设有橡胶入口12，挤压螺杆11上设有转动破碎刀13，挤压螺杆11外侧的螺旋筒上设有固定破碎刀14。
所述小外径挤压段22、变轴径挤压段32和降解轴段33处的螺旋筒上均设有剪切销钉23。
所述橡胶高温降解段3设有温度检测计36，根据温度检测计36反馈的温度值可调整降解螺杆31的转速。
所述液态橡胶冷却段4包含水平布置的液体橡胶流通管43，液体橡胶流通管43的外周设有水冷系统41，液体橡胶流通管43的一端设有进料管44，进料管44还与氮气保护系统42连接，氮气保护系统42充入的氮气充满了液体橡胶流通管43内部的空间。
本发明的工作原理是：固态块状或片状橡胶从橡胶入口12进入后，挤压螺杆11将橡胶破碎成小颗粒状并输送至升温腔21，由于升温腔21的内腔尺寸大于挤压螺杆11的螺旋外径尺寸，螺杆并不能立即将橡胶颗粒输送走，橡胶颗粒将在升温腔21中暂存，直到升温腔21中储存了足够多的橡胶颗粒，后端进入的橡胶持续挤压存储在升温腔21中的橡胶，从而使橡胶温度升高变软，然后由挤压螺杆11向前输送至小外径挤压段22，橡胶在小外径挤压段22被持续挤压、剪切和升温，使橡胶的超长分子链断裂，橡胶的分子量降低为70万左右并变成粘稠膏状橡胶。初步裂解的粘稠膏状橡胶进入变轴径挤压段32，使橡胶温度继续升高，在降解轴段33设置的正反向螺旋槽的作用下，粘稠膏状橡胶被进一步挤压和升温，达到橡胶降解温度并降解为低分子液体橡胶而被输送至稳压段34，没有降解成低分子液体橡胶的粘稠膏状橡胶将被正反向螺旋槽限制在降解轴段33处。液体橡胶流经压力调节阀35后通过进料管44而到达液体橡胶流通管43中，充满管道中的氮气可避免低分子液体橡胶因高温而出现氧化和塑化现象，水冷系统41用于降低液体橡胶的温度。把温度检测计36反馈的温度值与橡胶降解所需的温度进行比较，可调整降解螺杆31的转速，从而使降解轴段33处的橡胶温度稳定在一个合适范围内。
本发明的有益效果是：
A. 利用挤压螺杆分步实现了橡胶破碎、升温软化、剪切裂解、高温降解等工艺步骤，最终生产出低分子液体橡胶，是一种纯机械生产方法，工艺过程简单、设备占地面积小、易操作、产出品性能优良，非常适合工业化连续生产；
B.利用挤压螺杆对橡胶进行了充分的搅拌、破碎、剪切，使橡胶升温均匀，成品产出率非常高；
C.使用的原料是为固体橡胶，原料运输、储存、操作均简便；
D. 生产中无需添加试剂、催化剂，生产过程环保，对环境不产生污染；
E.通过调整降解螺杆31的转速，可改变橡胶降解温度，从而调节产出品分子量，产品类型范围较广。实验表明，降解后的橡胶分子量范围为0.4万~2万。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是图1中A-A剖视图。
图3是图1中I处局部视图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式参见图1至图3，一种低分子液体橡胶制备装置，按照工艺流程它依次包括固态橡胶破碎段1、橡胶升温软化段2、橡胶高温降解段3和液态橡胶冷却段4，所述固态橡胶破碎段1和橡胶升温软化段2共用一根挤压螺杆11，固态橡胶破碎段1可将大块状或大片状橡胶破碎成小颗粒状，橡胶升温软化段2的螺旋筒侧面设有向外鼓出的升温腔21，小颗粒状橡胶在挤压螺杆11的作用下在升温腔21中暂存、堆积、挤压和升温软化，橡胶升温软化段2的出口端设有小外径挤压段22，可使软化后的橡胶超长分子链断裂并成为粘稠膏状橡胶，所述橡胶高温降解段3包含一根降解螺杆31，降解螺杆31的入口端设有变轴径挤压段32，变轴径挤压段32使粘稠膏状橡胶温度继续升高，降解螺杆31的中部设有降解轴段33，降解轴段33的表面设有正反向螺旋槽，降解轴段33与螺旋筒之间的间隙很小，粘稠膏状橡胶在降解轴段33处被挤压升温至降解温度并降解成低分子液体橡胶，降解螺杆31的出口端设有直径变小的稳压段34，稳压段34的前端设有压力调节阀35，所述液态橡胶冷却段4设有水冷系统41和氮气保护系统42。
上述固态橡胶破碎段1设有橡胶入口12，挤压螺杆11上设有转动破碎刀13，挤压螺杆11外侧的螺旋筒上设有固定破碎刀14。
上述小外径挤压段22、变轴径挤压段32和降解轴段33处的螺旋筒上均设有剪切销钉23。
上述橡胶高温降解段3设有温度检测计36，根据温度检测计36反馈的温度值可调整降解螺杆31的转速。
上述液态橡胶冷却段4包含水平布置的液体橡胶流通管43，液体橡胶流通管43的外周设有水冷系统41，液体橡胶流通管43的一端设有进料管44，进料管44还与氮气保护系统42连接，氮气保护系统42充入的氮气充满了液体橡胶流通管43内部的空间。
Claims (5)
1.一种低分子液体橡胶制备装置，按照工艺流程它依次包括固态橡胶破碎段(1)、橡胶升温软化段(2)、橡胶高温降解段(3)和液态橡胶冷却段(4)，所述固态橡胶破碎段(1)和橡胶升温软化段(2)共用一根挤压螺杆(11)，固态橡胶破碎段(1)可将大块状或大片状橡胶破碎成小颗粒状，橡胶升温软化段(2)的螺旋筒侧面设有向外鼓出的升温腔(21)，小颗粒状橡胶在挤压螺杆(11)的作用下在升温腔(21)中暂存、堆积、挤压和升温软化，橡胶升温软化段(2)的出口端设有小外径挤压段(22)，可使软化后的橡胶超长分子链断裂并成为粘稠膏状橡胶，所述橡胶高温降解段(3)包含一根降解螺杆(31)，降解螺杆(31)的入口端设有变轴径挤压段(32)，变轴径挤压段(32)使粘稠膏状橡胶温度继续升高，降解螺杆(31)的中部设有降解轴段(33)，降解轴段(33)的表面设有正反向螺旋槽，降解轴段(33)与螺旋筒之间的间隙很小，粘稠膏状橡胶在降解轴段(33)处被挤压升温至降解温度并降解成低分子液体橡胶，降解螺杆(31)的出口端设有直径变小的稳压段(34)，稳压段(34)的前端设有压力调节阀(35)，所述液态橡胶冷却段(4)设有水冷系统(41)和氮气保护系统(42)。
2.根据权利要求1所述的一种低分子液体橡胶制备装置，其特征在于：固态橡胶破碎段(1)设有橡胶入口(12)，挤压螺杆(11)上设有转动破碎刀(13)，挤压螺杆(11)外侧的螺旋筒上设有固定破碎刀(14)。
3.根据权利要求1所述的一种低分子液体橡胶制备装置，其特征在于：小外径挤压段(22)、变轴径挤压段(32)和降解轴段(33)处的螺旋筒上均设有剪切销钉(23)。
4.根据权利要求1所述的一种低分子液体橡胶制备装置，其特征在于：橡胶高温降解段(3)设有温度检测计(36)，根据温度检测计(36)反馈的温度值可调整降解螺杆(31)的转速。
5.根据权利要求1所述的一种低分子液体橡胶制备装置，其特征在于：液态橡胶冷却段(4)包含水平布置的液体橡胶流通管(43)，液体橡胶流通管(43)的外周设有水冷系统(41)，液体橡胶流通管(43)的一端设有进料管(44)，进料管(44)还与氮气保护系统(42)连接，氮气保护系统(42)充入的氮气充满了液体橡胶流通管(43)内部的空间。
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