CN110204633A - 一种极强电场提取胶乳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极强电场提取胶乳的方法，将胶乳从一侧进胶口中通入极强电场提取装置中，调节两极间距及电流形成极强电场，胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续引入清洗装置中清洗后，再经干燥装置中干燥至恒重，包装得到成品橡胶。本发明的极强电场提取胶乳方法工艺更为简单，提取效率更高，成本更低，区别于传统絮凝工艺，无絮凝过程，绿色环保，节约成本，絮凝得到的橡胶成分保留完全，橡胶制品性能优越，工艺人为影响因素少，产品质量稳定，易于实现连续性工业化生产。

Description

一种极强电场提取胶乳的方法

技术领域

本发明涉及一种极强电场提取胶乳的方法，区别于传统橡胶的絮凝方式以及本课题组之前提出的电致连续提取的工艺，解决了自动化生产难、酸或生物絮凝工艺周期长、废胶水处理难等关键问题，同时采用极强电场装置，也进一步提高了提取胶乳的效率和提取率。该方法所得橡胶主要应用于各橡胶制品，包括汽车轮胎用橡胶、胶丝、胶乳制品等。

背景技术

随着汽车工业、以及其他工业的快速发展，橡胶作为一种不可或缺的资源，其生产工艺和产品质量也成了研究的热点。传统的天然橡胶、丁苯橡胶等胶乳的絮凝，通常通过酸、无机盐、生物絮凝等方法获得干胶，传统工艺费时费力，生产成本高，人为因素影响大，且生产过程中产生含酸废水、无机盐废水等需要处理，对环境污染大。同时生产设备落后，技术更新慢，产品的质量未能有明显改善，产品的经济附加值极低。

为了解决上述的问题，本课题组经过了大量工作，提出了采用了电泳的原理及设计了多种电致提取胶乳的装置，利用胶体粒子本身的带电性，在电场的作用下使其定向移动，在极板处富集从而达到凝固的目的。

本发明基于本课题组此前提出的专利ZL:201710603447：一种胶乳的提取方法、专利201811324243.5：一种连续提取胶乳的方法、专利201811324261.3：一种提取胶乳的方法、专利201811324247.3：一种电致提取胶乳的方法；对此前提出的这几个专利提供了电泳提取胶乳的提取方法和机理，对于工业化设备的研究没有深入的阐述。后三个专利虽然表述了不同电致提取胶乳的设备，但是对于电场的强度没有深入研究，方法和设备都是可行的，可能效率和絮凝程度还能进一步提高。本专利区别之处在于对电致提取装置做了深入研究，提出了效率更高、工业化程度更高的极强电场提取胶乳的方法和设备。

工业中常用的匀强电场，若是用以提取胶乳，主要存在着以下问题：提取过程中能耗高、酸化率高，在胶乳提取过程中电解占主导，电泳次之。匀强电场中，因为没有强弱电场之分，导致胶乳在入口处电解为主导，在正极表面产生酸，胶乳破乳附着在正极上，再经电渗效应形成致密胶片，排出水分，所形成的胶片中含水量高，胶片的致密性较差等问题。

本申请提出的极强电场概念，即同一电流与电压条件下，在两极间距最小处时出现电场强度极大值，进胶口出电场强度与极间距最小处电场强度差距较大，电场强度之比大于10。采用极强电场提取胶乳具有能耗低、酸化率低，这一技术中，电泳占主导。在极强电场提取胶乳的装置中，胶乳进口处电场强度弱，电解差酸化率低，当到达极小间距时，电场强度大，由于电渗效应，胶乳粒子经电泳附着在正极上形成胶片，此时的胶片含水率低、胶片致密性良好，且工艺能耗低，易于工业化。

同时，在使用极强电场等提取胶乳装置时，对电极材料的要求相对宽松，不锈钢等导电材料就可以达到要求。但是在采用匀强电场等提取胶乳的装置时：前期电解不可忽略，需对正极材料腐蚀加强。

根据电场强度公式：E＝U/d，可知所表述的极强电场在恒定电压下，两极间距减小时，电场强度随之增加，所发生的电泳效应更强，对带电荷的胶乳粒子的定向移动能力更强。随着电极上附集的胶片增多，电场强度随之增加，达到最强时，絮凝效果更佳，可以实现连续性生产的目的。

通过实验验证：极强电场提取橡胶的方法是切实可行，产率更高、所得澄清液浊度更小，固体残留量更低。并且成本更低，附加值更高，是一条环保的生产橡胶切实可行且最为高效的方法。

发明内容

本发明公开了一种极强电场提取胶乳的方法，将胶乳从一侧进胶口中通入极强电场提取装置中，调节极强电场两级间距，胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续引入清洗装置中清洗后，再经干燥装置中干燥至恒重，包装得到成品橡胶。本发明的极强电场提取胶乳方法工艺更为简单，提取效率更高，成本更低，区别于传统絮凝工艺，无絮凝过程，绿色环保，节约成本，絮凝得到的橡胶成分保留完全，橡胶制品性能优越，工艺人为影响因素少，产品质量稳定，易于实现连续性工业化生产。

一种极强电场提取胶乳的方法，其特征在于：构建极强电场，极强电场是指从乳胶入口到出口之间，电场发生由弱到强再到弱的变化，在极强电场的正极与负极两极间最小间距处电场强度达到最强；将干胶质量含量为1％～60％的胶乳从进胶口中通入极强电场中，极强电场中最强电场强度与最弱电场强度之比≥10调节直流电压9～450V，调节极强电场的两极间最小间距0.3～15mm，极强电场中最小间距处电场强度≥30000V/m；胶乳经极强电场提取后在另一侧得到余液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续出料。

所述的胶乳包括田间天然乳胶、浓缩乳胶、胶清乳胶、环氧天然乳胶、丁苯乳胶、丁腈乳胶、氯丁乳胶、丁基乳胶或者上述乳胶的混合物。

所述的极强电场是指从乳胶入口到出口之间，电场发生由弱到强再到弱的变化，在最小间距处电场强度达到最强。

所述的胶乳经过最小间距位置后，胶乳中胶粒析出形成致密的胶片，出口处排出余液，余液中橡胶烃残余率可低于0.01％。

所述的牵引获得的胶片可以不予清洗，直接干燥收集；也可进一步清洗再干燥收集。

其中，上述所述的电场强度：最小电场要求30000v/m，其目的是电渗效应强，形成致密胶片的含水率低，含水质量小于胶片质量的40％。当低于30000v/m时，电渗效应弱，脱水效率低，相同出料速度下，胶片厚度薄，含水率高，产量低。在电场强度为30000v/m间距附近胶乳停留2s时，含水量可低于40％。同时，限定极强电场的两极间最小间距厚度0.3mm，这是因为当正极上附着致密胶片，足够的间距以此保证产量。当间距达到15mm，胶片厚度较大，胶片厚度可根据进出料速度来调节。

对于胶乳的要求，可为1-60％，可以是高浓度加入，可以是直接配置低浓度加入。根据进出料速度或者是胶乳种类来配置胶乳浓度，当水流速度快，配置浓度低，以此来保证胶片的致密性和出胶效率。

极强电场与极弱电场之比≥10，指的是同一电压下，提取装置中正负极不同间距间的电场强度之比，在乳胶入口处电场强度最低，正负极间距最小时达到极大值。

所述的极强电场提取胶乳装置，可以为多级辊筒式装置(能耗高)、辊筒及电极板型装置、电极舟与辊筒型装置、两平行导电板型装置等多种形式的提取装置，但前提是要形成极强电场，方能得到理想的出胶效果。

本发明提出的目的是为了解决下面三个工业问题：一是橡胶的絮凝剂凝胶，耗费成本大；另一个是絮凝剂的使用对环境污染大，水处理成本高。第三个是电泳法效率的问题，包括能耗、时间成本等方面。

基于本课题之前所提出的几个专利：采用的电泳工艺提取胶乳的方法充分解决了以上问题两个问题，第三个问题依然存在着能耗及时间成本问题。胶乳粒子之所以保持稳定不发生破乳聚沉，其根本原因是胶粒表面含有带电的蛋白以及类脂物等亲水性物质构成的保护层保护着，要使其去稳破乳，只要破坏其双电层的稳定就能达到目的。

本发明提出的极强电场提取胶乳的方法，以更小的极间距得到更强的电场条件下进行提胶。从乳胶入口到出口之间，电场发生由弱到强再到弱的变化，在最小间距处电场强度达到最强，电泳效果最佳，絮凝出胶更充分。可保证电极板与胶乳充分接触，提高提取效率，从而实现一边进料一边出料的连续生产目的。

这个方法可以用在不同浓度的胶乳，包括浓缩胶乳、田间胶乳等，同时解决了絮凝干燥、废胶水处理、电致提取效率不高等关键问题。所生产的天然橡胶可适用于轿车胎面胶，工程胎面胶等领域。

此种方法避免或减少了大量絮凝剂的使用，大大降低了橡胶的成本。同时也避免使用强酸作为胶清的凝固剂，污水处理少，环境友好。并且，相对于传统酸法，电泳法工艺人为影响因素小，易于得到质量稳定的产品，适用于连续性的工业化生产。

极强电场提出，得到的澄清液更加澄清，浊度低、其他固体残留少，所生产的澄清液废水可作为提取白坚木皮醇、肌醇类物质的原料，甚至经膜过滤、沉淀过滤、杀菌消毒等处理后用作植物饮料的原材料。

本发明的有益效果

一种极强电场提取胶乳的方法，此法的优点在于：

1.避免或减少了大量絮凝剂的使用，大大降低了橡胶的成本。

2.避免使用强酸作为胶清的凝固剂，污水处理少，环境友好。

3.本发明提出的极强电场提取方法生产效率高，产品质量均一性高。

4.澄清液废水中残留橡胶成分少、成本低，附加值高。

5.工艺简单，设备自动化程度高，生产效率高。

6.本发明的制备工艺，工艺人为影响因素小，易于得到质量稳定的产品，适用于连续性的工业化生产。

本发明的所有性能测试标准均按照相应的国家标准进行。

具体实施方式

实施例1

将干胶质量含量为60％的浓缩天然胶乳1000g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场两辊筒型装置，调节直流电压450V，调节极强电场的两辊极间距0.3mm，电场强度1500000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为50。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残质量余量小等于0.06g，经冷风干燥、包装得到成品橡胶599.94g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例2

将干胶质量含量为30％的天然胶乳1000g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场两导电板型装置，调节直流电压9V，调节极强电场的两极板，使负极一端与正极间距0.3mm，电场强度30000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为30。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.03g，经热风干燥、包装得到成品橡胶249.97g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例3

将干胶质量含量为5％的胶清橡胶3000g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场电极舟型提取装置，调节直流电压100V，调节极强电场的两极板间距0.5mm，电场强度200000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为20。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.015g，经清洗、红外干燥、包装得到成品橡胶149.985g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例4

将干胶质量含量为40％的丁苯乳胶1000g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场可变型辊筒提取装置，调节直流电压450V，调节极强电场的两极板间距1.6mm，电场强度281250V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为30。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.004g，经清洗、热风干燥、包装得到成品橡胶399.996g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例5

将干胶质量含量为40％的丁腈乳胶1500g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场可变型辊筒提取装置，调节直流电压220V，调节极强电场的两极板间距5mm，电场强度44000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为15。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.004g，经冷风干燥、包装得到成品橡胶599.996g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例6

将干胶质量含量为40％的氯丁乳胶1200g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场可变型辊筒提取装置，连续提取胶乳装置的正极以Fe-Cu-Ni合金为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，调节直流电压200V，调节极强电场的两极板间距1mm，电场强度200000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为50。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.005g，经烘房干燥、包装得到成品橡胶479.995g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例7

将干胶质量含量为30％的环氧天然胶乳800g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场导电平板提取装置，调节直流电压50V，调节极强电场的两极板间距0.5mm，电场强度100000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为30。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.003g，经清洗、微波干燥、包装得到成品橡胶239.997g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例8

将干胶质量含量为40％的丁基胶乳1000g从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场双级辊筒提取装置，调节直流电压150V，调节极强电场的两极板间距3mm，电场强度50000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为80。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.004g，经干燥、包装得到成品橡胶399.996g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例9

将干胶质量含量为60％的天然胶乳200g和40％的丁苯乳胶200g，混合均匀后从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场三级辊筒提取装置，调节直流电压150V，调节极强电场的两极板间距0.8mm，电场强度187500V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为60。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.003g，经清洗、热风干燥、包装得到成品橡胶199.997g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例10

将干胶质量含量为60％的天然胶乳200g和5％的胶清胶乳2000g，混合均匀后从一侧进胶口中通入极强电场提取取装置中，装置为极强电场双级辊筒提取装置，调节直流电压450V，调节极强电场的两极板间距15mm，电场强度30000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为20。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.003g，经清洗、热风干燥、包装得到成品橡胶219.997g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例1

在双辊开练机上按配方：烟片橡胶100g，ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例2

采用甲酸对400g固含量为60％的浓缩胶乳进行絮凝，干燥得到240g天然橡胶，取100g天然橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例3

采用硫酸对400g固含量为40％的丁苯橡胶进行絮凝，干燥得到120g天然橡胶，取100g天然橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例4

采用氯化钙对400g固含量为40％的丁腈橡胶进行絮凝，干燥得到160g丁腈橡胶，取100g丁腈橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

表一实施例和对比例机械性能对比

Claims (4)

1.一种极强电场提取胶乳的方法，其特征在于：构建极强电场，极强电场是指从乳胶入口到出口之间，电场发生由弱到强再到弱的变化，在极强电场的正极与负极两极间最小间距处电场强度达到最强；将干胶质量含量为1％～60％的胶乳从进胶口中通入极强电场中，极强电场中最强电场强度与最弱电场强度之比≥10；调节直流电压9～450V，调节极强电场的两极间最小间距0.3～15mm，极强电场中最小间距处电场强度≥30000V/m；胶乳经极强电场提取后在另一侧得到余液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续出料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：胶乳包括田间天然乳胶、浓缩乳胶、胶清乳胶、环氧天然乳胶、丁苯乳胶、丁腈乳胶、氯丁乳胶、丁基乳胶或者上述乳胶的混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

胶乳经过最小间距位置后，胶乳中胶粒析出形成胶片附着于正极，出口处排出余液，余液中橡胶烃残余率低于0.01％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：牵引获得的胶片不予清洗，直接干燥收集；或者清洗再干燥收集。