CN115477711B - 一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法及装置，涉及环氧化天然胶乳技术领域，S1：去除低浓度环氧化天然胶乳表面的活性剂，低浓度环氧化天然胶乳中加入1％聚丙烯酸‑丙烯酰胺极性大孔吸附树脂，搅拌1h，然后使用孔径大于200μm的筛网过滤，将吸附树脂滤掉，得到除去部分表面活性剂的低浓度环氧化天然胶乳，去除低浓度环氧化天然胶乳表面的活性剂，通过使用膜过滤法将较低固含量的环氧化天然胶乳转化成较高固含量的胶乳浓缩物的方法，从而满足ENR胶乳在储运与制品生产的需要，并在一定程度上降低ENR胶乳中的表面活性剂水平，克服ENR胶乳在浸渍过程难以模具表面沉积成膜的缺陷，使得ENR胶乳在后续浸渍制品的生产中应用成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及环氧化天然胶乳技术领域，尤其涉及一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法及装置。
背景技术
环氧化天然橡胶是通过使用由过氧化氢和甲酸反应形成的，原位过酸在天然橡胶主链的碳碳双键上进行环氧化反应制备的改性胶种，ENR保持NR基本结构和性能，而环氧键赋予ENR以极性和反应性，是一种非常有趣的合成中间体，可作为高分子复合材料的改性剂，同时ENR还有优异的耐油性、气密性、抗湿滑和低滚动阻力等特性，是极具应用潜力的天然橡胶改性产品，目前ENR以固体块状干胶的形式应用为主，是因为所制备的ENR胶乳存在着浓度偏低(普遍低于30％)导致储运与应用不便、表面活性剂过多导致其成膜性能较差等问题。
常温下环氧化胶乳ENR-40的相对密度为0.99g/cm3，而常用表面活性剂平平加“O”的相对密度为0.99g/cm3，与水的相对密度(1.00g/cm3)非常接近，液固相的密度差极小，因此难以采用胶乳工业中常规的高速离心法将橡胶粒子、水、表面活性剂有效分离从而提高固含量。因此，本领域中迫切需要提供一种将较低固含量的环氧化天然胶乳转化成较高固含量的胶乳浓缩物的方法来解决上述问题中的至少一个，或者至少提供一种改进方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法，包括以下步骤：
S1：去除低浓度环氧化天然胶乳表面的活性剂，低浓度环氧化天然胶乳中加入1％聚丙烯酸-丙烯酰胺极性大孔吸附树脂，搅拌1h，然后使用孔径大于200μm的筛网过滤，将吸附树脂滤掉，得到除去部分表面活性剂的低浓度环氧化天然胶乳；
S2：获取所需浓度的环氧化天然胶乳，将S1中低浓度环氧化天然胶乳通过隔膜泵的加压，经过胶管进入多通道管式陶瓷膜中，调整其压力以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质主要为胶乳粒子等不透过膜成为浓缩物，将ENR浓缩物回流进入原料罐以便继续浓缩，并通过控制回流管中的阀门，使整个系统存在一定的压力促使小于膜截留分子量的水、溶于水的非离子型表面活性剂及其他小分子物质渗透出来而成为滤液，进入滤液罐被收集，经过多次循环即可得到所需要浓度的浓缩环氧化天然胶乳。
为了获取低浓度环氧化天然胶乳，本发明改进有，所述S1中，低浓度环氧化天然胶乳为利用现有技术方法对天然橡胶胶乳实施环氧化而得到，其初始固含量小于或等于30％。
为了提高树脂的吸附性，本发明改进有，所述S1中，极性大孔吸附树脂是指含酰胺基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫极性功能基的吸附树脂，如丙烯酰胺。
为了浓缩环氧化天然胶乳，本发明改进有，所述S2中，目标浓度的浓缩环氧化天然胶乳其固含量设定在40-60％之间，所述浓缩时间为1～4h，所述流速为200mL/s-300mL/s。
一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的装置，所述装置包括：原料罐、输送泵、多通道管式陶瓷膜、滤液罐、清洗液罐、清洗泵和清洗废液罐，所述原料罐、输送泵和多通道管式陶瓷膜通过管道固定连接，所述清洗液罐由清洗泵与多通道管式陶瓷膜的出液口相连。
为了提高滤膜的使用寿命，本发明改进有，所述多通道管式陶瓷膜为无机材质滤膜，滤膜材质可为氧化铝或二氧化钛超滤膜，所述多通道管式陶瓷膜的过滤孔径为0.2～0.8μm。
为了设置过滤条件，本发明改进有，所述陶瓷膜的膜密度为0.15～3.5g/cm3，孔隙率为35～95％，膜孔径为0.5μm，膜面积≥0.20m2，单根多通道管式陶瓷膜具有多组，约3.0mm至7.0mm的通道内径和约1.0m至1.2m的总长度，多根陶瓷管采用首尾串联的方式，根数≥3，过滤条件为进膜压力0.2-0.4MPa，出膜压力0.1-0.15MPa。
为了限制膜内压差，本发明改进有，膜面压差是导致发生渗透的驱动力，使膜内压差在0.1～0.25MPa。
为了选择不同的泵，本发明改进有，所述输送泵和清洗泵可以是隔膜泵或离心泵。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
本发明中，通过使用膜过滤法将较低固含量的环氧化天然胶乳转化成较高固含量的胶乳浓缩物的方法，从而满足ENR胶乳在储运与制品生产的需要，并在一定程度上降低ENR胶乳中的表面活性剂水平，克服ENR胶乳在浸渍过程难以模具表面沉积成膜的缺陷，使得ENR胶乳在后续浸渍制品的生产中应用成为可能。
附图说明
图1为本发明提出一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法及装置的浓缩ENR胶乳流程图；
图2为本发明提出一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法及装置中陶瓷膜过滤分离浓缩ENR胶乳的原理图；
图3为本发明提出一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法及装置中多通道管式陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含量的流程图。
图例说明：
1、原料罐；2、输送泵；3、多通道管式陶瓷膜；4、滤液罐；5、清洗液罐；6、清洗泵；7、清洗废液罐。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例一
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法，包括以下步骤：
S1：去除低浓度环氧化天然胶乳表面的活性剂，低浓度环氧化天然胶乳中加入1％聚丙烯酸-丙烯酰胺极性大孔吸附树脂，搅拌1h，然后使用孔径大于200μm的筛网过滤，将吸附树脂滤掉，得到除去部分表面活性剂的低浓度环氧化天然胶乳；
S2：获取所需浓度的环氧化天然胶乳，将S1中低浓度环氧化天然胶乳通过隔膜泵的加压，经过胶管进入多通道管式陶瓷膜3中，调整其压力以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质主要为胶乳粒子等不透过膜成为浓缩物，将ENR浓缩物回流进入原料罐1以便继续浓缩，并通过控制回流管中的阀门，使整个系统存在一定的压力促使小于膜截留分子量的水、溶于水的非离子型表面活性剂及其他小分子物质渗透出来而成为滤液，进入滤液罐4被收集，经过多次循环即可得到所需要浓度的浓缩环氧化天然胶乳。
低浓度环氧化天然胶乳为利用现有技术方法对天然橡胶胶乳实施环氧化而得到，其初始固含量小于或等于30％，极性大孔吸附树脂是指含酰胺基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫极性功能基的吸附树脂，如丙烯酰胺，目标浓度的浓缩环氧化天然胶乳其固含量设定在40-60％之间，浓缩时间为1～4h，流速为200mL/s-300mL/s。
一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的装置，装置包括：原料罐1、输送泵2、多通道管式陶瓷膜3、滤液罐4、清洗液罐5、清洗泵6和清洗废液罐7，原料罐1、输送泵2和多通道管式陶瓷膜3通过管道固定连接，清洗液罐5由清洗泵6与多通道管式陶瓷膜3的出液口相连，输送泵2和清洗泵6可以是隔膜泵或离心泵，根据要输送的物料胶乳的性质，优选隔膜泵，多通道管式陶瓷膜3为无机材质滤膜，滤膜材质可为氧化铝或二氧化钛超滤膜，还可以选择氧化铝、石英、石棉、云母和碳化硅其中任意一种。
多通道管式陶瓷膜3的过滤孔径为0.2～0.8μm，另外也可以是0.05μm-1μm，陶瓷膜的膜密度为0.15～3.5g/cm3，孔隙率为35～95％，膜孔径为0.5μm，膜面积≥0.20m2，单根多通道管式陶瓷膜3具有多组，约3.0mm至7.0mm的通道内径和约1.0m至1.2m的总长度，多根陶瓷管采用首尾串联的方式，根数≥3，过滤条件为进膜压力0.2-0.4MPa，出膜压力0.1-0.15MPa，膜面压差是导致发生渗透的驱动力，使膜内压差在0.1～0.25MPa，首次使用该膜时，通过使用0.3％硝酸(pH值约为2)以0.3MPa的膜面压差运行系统约0.5-1小时来系统清洁，然后使用0.2％(0.05M)NaOH运行20分钟，另外，ENR胶乳中存在大量的非离子型表面活性剂，根据制备方法估算其用量约占胶乳重量的0.5-3％，常温下这些常用表面活性剂都极易溶于水，这些物质会给陶瓷膜带来污染从而影响其膜通量，因此需要低浓度ENR胶乳在进入多通道管式陶瓷膜3前降低表面活性剂的含量。
膜污染是膜过滤过程中不可避免的不良现象，会导致通量下降，因此必须对膜进行清洗，无机陶瓷膜在分离应用最大的障碍主要有两方面，其一是制造过程复杂成本高；其二是膜通量问题，只有克服膜污染并提高膜的过滤通量，才能真正推广应用，本发明中陶瓷膜污染物的主要成分是橡胶粒子、非离子型表面活性剂，针对过滤物质环氧化天然胶乳以及表面活性剂易溶于水的特点，选用物理冲洗与化学方法相结合，每次运行结束后，首先采用高流速水冲洗反向冲洗1-3次，然后将所述膜组件用2％至5％的过氧化氢中冲洗0.5-1h；或用0.5％至1％的氢氧化钠反所述膜组件冲洗0.5-1h；和用0.5％至1％的硝酸或磷酸反洗所述膜组件冲洗0.5-1h，化学清洗结束后再用清水漂洗至中性，至少可以使膜通量恢复到新膜时的80％以上。
工作原理：将新制备得到的低浓度的ENR胶乳倒入原料罐1中，通过输送泵2的加压，使ENR胶乳经过胶管进入多通道管式陶瓷膜3中，以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质主要胶乳粒子等不透过膜成为浓缩物，将ENR浓缩物回流进入原料罐1继续浓缩，通过控制回流管中的阀门，使整个系统存在一定的压力促使小于膜截留分子量的水、溶于水的非离子型表面活性剂及其他小分子物质渗透出来而成为滤液，进入滤液罐4被收集，经过多次循环即可得到所需要浓度的浓缩环氧化天然胶乳。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：去除低浓度环氧化天然胶乳表面的活性剂，低浓度环氧化天然胶乳中加入1％聚丙烯酸-丙烯酰胺极性大孔吸附树脂，搅拌1h，然后使用孔径大于200μm的筛网过滤，将吸附树脂滤掉，得到除去部分表面活性剂的低浓度环氧化天然胶乳；极性大孔吸附树脂是指含酰胺基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫极性功能基的吸附树脂，低浓度环氧化天然胶乳为利用现有技术方法对天然橡胶胶乳实施环氧化而得到，其初始固含量小于或等于30％；
S2：获取所需浓度的环氧化天然胶乳，将S1中低浓度环氧化天然胶乳通过隔膜泵的加压，经过胶管进入多通道管式陶瓷膜中，调整其压力以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质主要为胶乳粒子等不透过膜成为浓缩物，将ENR浓缩物回流进入原料罐以便继续浓缩，并通过控制回流管中的阀门，使整个系统存在一定的压力促使小于膜截留分子量的水、溶于水的非离子型表面活性剂及其他小分子物质渗透出来而成为滤液，进入滤液罐被收集，经过多次循环即可得到所需要浓度的浓缩环氧化天然胶乳，结束后，首先采用高流速水冲洗反向冲洗1-3次，然后将膜组件用2％至5％的过氧化氢中冲洗0.5-1h；或用0.5％至1％的氢氧化钠反膜组件冲洗0.5-1h；和用0.5％至1％的硝酸或磷酸反洗膜组件冲洗0.5-1h，化学清洗结束后再用清水漂洗至中性，所述陶瓷膜的膜密度为0.15～3.5g/cm3，孔隙率为35～95％，膜孔径为0.5μm，膜面积≥0.20m2，单根多通道管式陶瓷膜(3)具有多组， 3.0mm至7.0mm的通道内径和约1.0m至1.2m的总长度，多根陶瓷管采用首尾串联的方式，根数≥3，过滤条件为进膜压力0.2-0.4MPa，出膜压力0.1-0.15MPa；
利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的装置包括：原料罐(1)、输送泵(2)、多通道管式陶瓷膜(3)、滤液罐(4)、清洗液罐(5)、清洗泵(6)和清洗废液罐(7)，所述原料罐(1)、输送泵(2)和多通道管式陶瓷膜(3)通过管道固定连接，所述清洗液罐(5)由清洗泵(6)与多通道管式陶瓷膜(3)的出液口相连。
2.根据权利要求1所述的利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的方法，其特征在于：所述S2中，目标浓度的浓缩环氧化天然胶乳其固含量设定在40-60％之间，浓缩时间为1～4h，所述流速为200mL/s-300mL/s。
3.根据权利要求1所述的利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的装置，其特征在于：所述多通道管式陶瓷膜(3)为无机材质滤膜，滤膜材质为氧化铝或二氧化钛超滤膜，所述多通道管式陶瓷膜(3)的过滤孔径为0.2～0.8μm。
4.根据权利要求1所述的利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的装置，其特征在于：膜面压差是导致发生渗透的驱动力，使膜内压差在0.1～0.25MPa。
5.根据权利要求1所述的利用陶瓷膜提高环氧化天然胶乳固含物的装置，其特征在于：所述输送泵(2)和清洗泵(6)是隔膜泵或离心泵。
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