CN111040063A - 一种食品级丁基橡胶的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种食品级丁基橡胶的生产工艺。所述生产工艺包括配料、聚合、脱气、气提和后处理等步骤。本发明通过原料和工艺条件的严格控制，得到的丁基橡胶产品的胶门尼黏度ML（1+8）125℃为40‑60，异丁烯单体残留小于30mg/kg，异戊二烯单体残留小于15mg/kg，氯甲烷单体残留小于10mg/kg，挥发份在0.1‑1.0%之间，总灰分小于0.2%，分子量在50000到60000之间，纯度符合食品级要求。

Description

一种食品级丁基橡胶的生产工艺

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，特别是涉及一种食品级丁基橡胶的生产工艺。

背景技术

丁基橡胶是合成橡胶的一种，由异丁烯和少量异戊二烯合成得到。丁基橡胶具有良好的化学稳定性、热稳定性、气密性和水密性，目前，丁基橡胶主要用于生产轮胎，约占80%，另外9%用于生产汽车零部件，6%用于生产黏合剂，4%用于药用瓶塞，仅有1%用于口香糖基料等其他方面。丁基橡胶用于口香糖基料具有口感细腻滑爽，香味持久，易于咀嚼，便于储存以及保护牙齿等优点。但是由于口香糖直接与人的唾液接触，因此，丁基橡胶作为口香糖基料使用时需要满足食品级要求，目前，各个国家对相关原材料的质量卫生控制都有严格的标准，这对丁基橡胶的生产工艺提出了更高的要求。

丁基橡胶通常采用淤浆法生产工艺，例如专利CN 110041450A公开的生产丁基橡胶的方法，该方法中以氯甲烷为溶剂，在催化剂的作用下，在低温-100℃左右将异丁烯和少量异戊二烯进行阳离子共聚反应制得丁基橡胶。低温快速聚合和反应物粘度高是普通丁基橡胶的生产的两大特点，聚合反应通常在-100℃左右进行，以控制极其快速的放热反应，制得高分子量的产品。完整的流程为：混合→冷却→聚合反应→脱气→气提→脱水→干燥→压块→装箱。然而，上述工艺生产出来的丁基橡胶产品仅能用于工业用途，在用作食品原材料制备用途时，尚不能符合相关标准。

此外，用于食品尤其是口香糖基料的丁基橡胶除了卫生标准需要符合之外，物性要求与用于工业用途如轮胎内侧涂层的物性要求有所不同。

综上所述，本发明为了解决上述问题开发了一种新的食品级丁基橡胶的生产工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种食品级丁基橡胶的生产工艺。本发明具有工艺流程简单、副产物低、纯度高、绿色环保、能源消耗低等优点。

本发明的食品级指的是符合国家标准GB29987。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种食品级丁基橡胶的生产工艺，包括如下步骤：

（1）配料：原料包括异丁烯、异戊二烯、溶剂、醇类阻聚剂和催化剂；所述溶剂为氯甲烷，所述催化剂为烷基铝的氯甲烷溶液；其中，原料中各组分按照重量百分比分别为：异丁烯27%~33%，异戊二烯0.40%~1.31%，醇类阻聚剂0.01%~0.05%，催化剂0.2%~0.3%，余量为溶剂；

（2）聚合：将所述异丁烯、异戊二烯、醇类阻聚剂和溶剂加入至聚合釜中，然后再加入所述催化剂，最后在-90℃～-100℃，50KPag~250KPag条件下进行聚合反应；

（3）脱气：聚合反应生成的胶粒淤浆进入脱气釜，在70℃～90℃，30KPag～60KPag，pH值为6～9条件下进行脱气；

（4）气提：由脱气釜出来的胶粒水进入气提釜，在70℃～90℃，-50KPag～ -30KPag条件下进行气提；

（5）后处理：由气提釜出来的胶粒水经脱水、干燥和压块，得到丁基橡胶的成品。

进一步地，所述催化剂中烷基铝与氯甲烷的质量比为1:(90~200)。

进一步地，所述烷基铝选自三甲基铝、三乙基铝、一氯二甲基铝、二氯一甲基铝、一氯二乙基铝、二氯一乙基铝中的一种或几种的混合物。

进一步地，所述醇类阻聚剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的一种或几种的混合物。

进一步地，所述步骤（1）原料均为食品级。

进一步地，所述步骤（2）在-90℃～-98℃，50KPag~250KPag条件下进行聚合反应。

进一步地，所述步骤（3）脱气釜中加入添加剂，所述添加剂选自硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸中的一种或几种混合物。

进一步地，所述添加剂游离脂肪酸≤1.5%（m/m）、挥发物≤3.0%（m/m）、灰分控制9.00%~10.50%（m/m）；对工艺水，要求COD≤5mg/L、浊度≤3NTU。

进一步地，所述步骤（3）脱气釜中还加入碱液，所述碱液选自氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液中的一种或两种。

本发明具有以下技术特点：

1）本发明严格控制原料投入比例，合理调整异丁烯和异戊二烯的比例，两者在溶剂中的含量，同时在聚合反应过程添加阻聚剂，不但避免了剧烈反应，能够较好的控制反应温度，避免产生副产物；而且能够使生产得到的丁基橡胶的物化性质符合口香糖生产的需要。

2）本发明通过控制聚合釜的温度在-90℃到-98℃之间、脱气釜的温度在70℃～90℃之间，脱气釜的pH在6~9之间，以及气提的压力在-50KPag～-30KPag之间，能够有效的去除溶剂以及未反应的单体，保证胶粒水中残留的氯甲烷低于50ppm。

3)本发明通过原料和工艺条件的严格控制，得到的丁基橡胶产品的胶门尼黏度ML（1+8）125℃为40-60，异丁烯单体残留小于30mg/kg，异戊二烯单体残留小于15mg/kg，氯甲烷单体残留小于10mg/kg，挥发份在0.1%-1.0%之间，总灰分小于0.2%，分子量在50000到60000之间，纯度符合食品级要求。

附图说明

图1 本发明食品级丁基橡胶生产工艺流程图。

1、阻聚剂储罐， 2、混合进料混合器，3、混合进料水冷换热器，4、混合进料低温水换热器，5、混合进料缓冲罐，6、混合进料丙烯冷却器，7、混合进料乙烯冷却器，8、催化剂储罐，9、催化剂混合器，10、催化剂丙烯冷却器，11、催化剂乙烯冷却器，12、催化剂缓冲罐，13、聚合反应器，14、脱气釜，15、添加剂配制罐，16、添加剂缓冲罐，17、气提釜，18、胶粒水储罐，19、振动脱水筛，20、双螺杆挤压机，21、干燥热箱，22、压块机，23、金属检测仪，24、薄膜包装机，25、成品散装箱，26、循环热水槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明一种食品级丁基橡胶的生产工艺，包括如下步骤：

配料：原料包括异丁烯、异戊二烯、溶剂、醇类阻聚剂和催化剂；所述溶剂为氯甲烷，所述催化剂为烷基铝的氯甲烷溶液；其中，原料中各组分按照重量百分比分别为：异丁烯27%~33%，异戊二烯0.40%~1.31%，醇类阻聚剂0.01%~0.05%，催化剂0.2%~0.3%，余量为溶剂；严格控制原料投入比例，合理调整异丁烯和异戊二烯的比例，两者在溶剂中的含量，同时在聚合反应过程添加阻聚剂，不但避免了剧烈反应，能够较好的控制反应温度，避免产生副产物；而且能够使生产得到的丁基橡胶的物化性质符合口香糖生产的需要；

聚合：将所述异丁烯、异戊二烯、醇类阻聚剂和溶剂加入至聚合釜中，然后再加入所述催化剂，最后在-90℃～-100℃，50KPag~250KPag条件下进行聚合反应；

脱气：聚合反应生成的胶粒淤浆进入脱气釜，在70℃～90℃，30KPag～60KPag，pH值为6～9条件下进行脱气；通过控制脱气釜的温度、pH值能够有效的去除溶剂以及未反应的单体；

气提：由脱气釜出来的胶粒水进入气提釜，在70℃～90℃，-50KPag～-30KPag条件下进行气提；通过控制气提温度和压力，能够保证胶粒水中残留的氯甲烷低于50ppm；

后处理：由气提釜出来的胶粒水经脱水、干燥和压块，得到丁基橡胶的成品。

在某些优选的实施例中，本发明的催化剂中烷基铝与氯甲烷的质量比为1:(90~200)。

在某些优选的实施例中，本发明的烷基铝选自三甲基铝、三乙基铝一氯二甲基铝、二氯一甲基铝、一氯二乙基铝、二氯一乙基铝中的一种或几种的混合物。

在某些优选的实施例中，本发明的醇类阻聚剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的一种或几种的混合物。

在某些优选的实施例中，本发明的原料均为食品级，工艺水为蒸馏水，并且严格控制过敏原的介入。

在某些优选的实施例中，所述步骤（2）在-90℃～-98℃，50KPag~80KPag条件下进行聚合反应。

在某些优选的实施例中，本发明的脱气釜中加入添加剂，所述添加剂选自硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸中的一种或几种混合物。添加剂与胶粒混合，能够使胶粒分散均匀，同时添加剂附着在胶粒表面，有助于胶粒物理性质的改善。添加剂使用无抗氧剂配方，对添加剂，要求游离脂肪酸≤1.5%（m/m）、挥发物≤3.0%（m/m）、灰分控制9.00~10.50%（m/m）；对工艺水，要求COD≤5mg/L、浊度≤3NTU。

在某些优选的实施例中，所述步骤（3）脱气釜中还加入碱液，所述碱液选自氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液中的一种或两种。通过碱液能够中和溶剂氯甲烷水解产生的微量盐酸，控制脱气釜的pH值。

本发明混合进料中的异丁烯及异戊二烯在催化剂的作用下发生阳离子聚合反应，生产高分子胶粒，在-90℃以下，胶粒与溶剂成淤浆状。控制催化剂的流量，使反应温度不高于-90℃，聚合反应产生的热量由液相乙烯闪蒸带走。淤浆进入脱气釜，经脱除气相，在热水及蒸汽作用下，淤浆转化成胶粒水，在脱气釜搅拌的作用下，与添加剂混合，使胶粒分散均匀，同时添加剂附着在胶粒表面，有助于胶粒物性的改善，同时，脱气釜中加入一定浓度的碱液，以中和溶剂氯甲烷水解产生的微量盐酸，控制脱气釜的PH。

由脱气釜出来的胶粒水进入气提釜进行进一步处理，气提釜使用喷射式抽气器使气提釜维持负压，蒸汽回到脱气釜，操作压力为-40KPag，以使胶粒水中残留的氯甲烷能够得到有效去除。

由气提釜出来的胶粒水进入后处理装置，在胶粒水储罐中暂时储存，经离心泵输送至振动脱水筛除去游离水分，水回到循环热水储罐进行循环利用。经过振动脱水筛的胶粒含水量为40%～60%，而后进入双螺杆挤压机、干燥热箱进一步除去水分。经过干燥热箱的橡胶胶粒含水量在1.0%以下，胶粒落入压块机压块成型，最后作为成品包箱。

实施例1

如图1所示，异丁烯、异戊二烯、精制氯甲烷以及来自阻聚剂储罐1的阻聚剂各自经过流量控制进入混合进料混合器2，四者比例各为29%、0.98%、70%、0.02%。混合进料经过水冷换热器3以及低温水换热器4降温至15℃，储存在混合进料缓冲罐5中。来自催化剂储罐8的高浓度催化剂（30%）与氯甲烷进入催化剂混合器9混合稀释（1：90），经过催化剂丙烯冷却器10、催化剂乙烯冷却器11，降温至-95℃，储存在催化剂缓冲罐12中。引发反应时，混合进料控制10t/h的流量经过混合进料丙烯冷却器6、混合进料乙烯冷却器7两级降温降至-98℃，进入聚合反应器13，待聚合反应器温度达到-98℃时，通过加入来自催化剂缓冲罐12的催化剂，开始引发反应。

控制催化剂的流量为900-1400kg/h，使反应温度不高于-90℃，聚合反应产生的热量由液相乙烯闪蒸带走。淤浆进入脱气釜14，经蒸汽加热、循环热水稀释，溶剂氯甲烷及未反应的异戊二烯、异丁烯单体闪蒸汽化，进入单体回收系统。

硬脂酸钙固体和水在添加剂配制罐15配制而成，然后经添加剂缓冲罐16进入脱气釜14，脱气釜14添加剂加入量为200kg/h，碱液流量为80kg/h，控制脱气釜14的PH为8。脱气釜14温度控制在70℃，脱气釜14压力控制在45KPag，气提釜17压力为-40KPag，得到胶粒水存储于胶粒水储罐18。

胶粒水进一步经过振动脱水筛19的胶粒含水量为50%，而后进入双螺杆挤压机20、干燥热箱21进一步除去水分。经过干燥热箱21的橡胶胶粒含水量在1.0%以下，送入自动称控制胶粒重量为25±0.1Kg，胶粒落入压块机22模腔，压成尺寸为700mm×350mm×150mm的橡胶块。含金属的胶块经过金属检测仪23时引发报警，经过剔除后，胶块进入薄膜包装机24，最后作为成品包装箱25。

振动脱水筛19、双螺杆挤压机20得到的热水存储于循环热水槽26，热量可进一步用于脱气釜14。

实施例1得到的成品丁基橡胶的平均门尼黏度ML（1+8）125℃为49，异丁烯单体残留为25mg/kg，异戊二烯单体残留10mg/kg，氯甲烷单体残留8mg/kg，平均挥发份为0.5%，总灰分0.12%，重均分子量为54000。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。

Claims (9)

1.一种食品级丁基橡胶的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）配料：原料包括异丁烯、异戊二烯、溶剂、醇类阻聚剂和催化剂；所述溶剂为氯甲烷，所述催化剂为烷基铝的氯甲烷溶液；其中，原料中各组分按照重量百分比分别为：异丁烯27%~33%，异戊二烯0.40%~1.31%，醇类阻聚剂0.01%~0.05%，催化剂0.2%~0.3%，余量为溶剂；

（2）聚合：将所述异丁烯、异戊二烯、醇类阻聚剂和溶剂加入至聚合釜中，然后再加入所述催化剂，最后在-90℃～-100℃，50KPag~250KPag条件下进行聚合反应；

（3）脱气：聚合反应生成的胶粒淤浆进入脱气釜，在70℃～90℃，30KPag～60KPag，pH值为6～9条件下进行脱气；

（4）气提：由脱气釜出来的胶粒水进入气提釜，在70℃～90℃，-50KPag～ -30KPag条件下进行气提；

（5）后处理：由气提釜出来的胶粒水经脱水、干燥和压块，得到丁基橡胶的成品。

2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述催化剂中烷基铝与氯甲烷的质量比为1:(90~200)。

3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述烷基铝选自三甲基铝、三乙基铝、一氯二甲基铝、二氯一甲基铝、一氯二乙基铝、二氯一乙基铝中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述醇类阻聚剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤（1）原料均为食品级。

6.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤（2）在-90℃～-98℃，50KPag~250KPag条件下进行聚合反应。

7.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）脱气釜中加入添加剂，所述添加剂选自食品级防老剂、食品级维生素E、食品级硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸中的一种或几种混合物。

8.根据权利要求7所述的生产工艺，其特征在于，所述添加剂游离脂肪酸≤1.5%（m/m）、挥发物≤3.0%（m/m）、灰分控制9.00~10.50%（m/m）；对工艺水，要求COD≤5mg/L、浊度≤3NTU。

9.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）脱气釜中还加入碱液，所述碱液选自氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液中的一种或两种。

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