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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für die Verarbeitung von Elastomeren
für Kaugummi
und Kaugummigrundstoffe.
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Elastomere
sind einer der Hauptbestandteile eines Kaugummigrundstoffes und
deshalb einer der Hauptbestandteile eines endgültigen Kaugummiproduktes.
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Üblicherweise
wird ein Kaugummigrundstoff getrennt von dem endgültigen Kaugummi
hergestellt, obwohl einige Systeme existieren, die ein endgültiges Kaugummiprodukt
in einem kontinuierlichen Verfahren herstellen können.
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Ein
typischer Kaugummigrundstoff enthält ein oder mehrere Elastomere,
einen oder mehrere Füllstoffe,
ein oder mehrere Elastomerlösungsmittel, Weichmacher
und wahlweise Polymere, Wachse, Emulsionsmittel und verschiedene
Farbstoffe, Duftstoffe, Süßstoffe,
Säuren
und Antioxidationsmittel. Im Wesentlichen aufgrund der Schwierigkeit
beim Schmelzen und homogenen Dispergieren der Elastomere in den
anderen Gummigrundstoffbestandteilen, war die Gummigrundstoffherstellung üblicherweise ein
langwieriges und zeitaufwändiges
Chargenverfahren. Üblicherweise
werden für
dieses herkömmliche
Verfahren Chargenmischer mit Z-förmigen
Knetarmen verwendet.
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Im
Allgemeinen enthält
eine Kaugummizusammensetzung typischerweise einen wasserlöslichen
Hauptanteil, einen wasserunlöslichen
Kaugummigrundanteil und üblicherweise
wasserunlösliche Duftmittel.
Der unlösliche
Gummigrundstoff enthält im
Allgemeinen Elastomere, Elastomerlösungsmittel, Weichmacher, Wachse,
Emulsionsmittel, Harze, Fette und anganische Füllstoffe. Der wasserlösliche Anteil
wird mit einem Anteil des Duftmittels während eines Kauzeitraumes abgeführt. Der
Gummigrundstoffanteil verbleibt während der gesamten Zeit, in
der das Produkt gekaut wird, im Mund.
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Das
Chargenverfahren zur Herstellung von Kaugummis wurde lange als das
Standardverfahren kommerziellen Maßstabs zur Herstellung von
Kaugummis als auch von Gummigrundstoffen angesehen. Die Chargenverfahren
sind jedoch eher laboraufwändig
und erzeugen Kaugummis von wechselnder Konsistenz. Nachdem einmal
der Gummigrundstoff gebildet wurde, werden Emulsionsmittel wie Lecithin,
Weichmacher wie Glycerol oder Wessonöl, Maisstärkesyrup und Streckmittel wie
Zucker oder Zuckeralkohole zu der geschmolzenen Masse hinzugefügt. Später werden
Duftstoffe wie Duftöle und/oder
sprühgetrocknete
Duftstoffe und Süßstoffe (und/oder
Säuren)
unter fortgesetztem Mischen hinzugefügt, bis eine homogene Masse
erhalten wird. Die Kaugummimasse wird dann abgekühlt und später gewalzt, geschnitten und
in das endgültige
Produkt gewickelt.
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Dort
wo der Gummigrundstoff getrennt verarbeitet wird, wird die geschmolzene
Gummigrundstoffbeschickung nach dem Mischen üblicherweise in beschichtete
oder befüllte
Pfannen entleert, oder in andere Anlagen wie Speichertanks oder
eine Fülleinrichtung
gepumpt, dann extrudiert oder in Formen gegossen und zum Abkühlen und
Festwerden stehengelassen, bevor sie zur Verwendung in einem Kaugummi
fertig ist.
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Es
wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um die zur Herstellung
von Gummigrundstoff und Kaugummi benötigte Zeit zu verringern, als
auch Gummigrundstoff und Gummiprodukte herzustellen, die verbesserte
kommerziell annehmbare Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise wird die
Verwendung von kontinuierlichen Extrudern zur Herstellung eines
endgültigen
Kaugummiproduktes in den US-Patenten Nr. 5,135,760 (Degady et al.), US-Patent
Nr. 5,045,325 (Lesko et al.) und US-Patent Nr. 4,555,407 (Kramer
et al.) beschrieben.
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Auch
existieren in der Technik einige Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung eines Kaugummigrundstoffes unter Verwendung einer kontinuierlichen
Extrusionsmaschine. Diese sind beispielsweise in den US-Patenten
Nr. 5,419,919 (Song et al.) und Nr. 5,486,366 (Song et al.) offenbart.
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Die
in diesen Patentschriften offenbarten kontinuierlichen Gummigrundstoffverfahren
und endgültigen
Kaugummiproduktverfahren verwenden typischerweise eine kontinuierliche
Extrusionsmaschine wie einen Doppelschneckenextruder. Diese Extruder können gleichläufige, gegenläufige, ineinandergreifende
oder tangentiale Doppelschneckenextruder sein, in Abhängigkeit
von den Anforderungen und Zwecken des beteiligten Systems. Diese
Extruder weisen üblicherweise
einige Zufuhreingänge
auf, wo die Bestandteile getrennt hinzugefügt werden. Kontinuierliche
Extrusionsmaschinen, die zur Herstellung eines Kaugummigrundstoffes
oder eines endgültigen Kaugummiproduktes
oder von beiden verwendet werden können, beinhalten Extruder von
Japan Steel Works, Leistriztz, Werner & Pfleiderer Corp., Buss Mfg. Co.,
WLS, Togum und Baker Perkins.
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Verlängerte Schnecken
innerhalb der Trommeln der Extruder sind mit verschiedenen Arten
von Einheiten ausgestattet.
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Während verschiedene
Ausrüstungshersteller
verschiedene Arten von Schneckeneinheiten herstellen, beinhalten
die gebräuchlichsten
Arten Fördereinheiten,
Presseinheiten, Rückfördereinheiten, Homogenisiereinheiten
wie Scherscheiben und gezahnte Einheiten sowie Knetscheiben und
Knetblöcke.
Diese verschiedenen Arten von Einheiten und andere typischerweise
in Extrusionsmaschinen verwendeten Einheiten, insbesondere Doppelschneckenextruder,
sind in der Technik gut bekannt und kommerziell erhältlich.
Diese Einheiten sind häufig
speziell für
die besondere Art der verwendeten Extruder konstruiert. Für ähnliche
Funktionen vorgesehene Einheiten werden in Abhängigkeit von der Art des Extruders
für die
sie vorgesehen sind, in der Gestalt variieren.
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Ob
ein chargenartiges Herstellungsgerät oder ein kontinuierliches
extruderartiges Herstellungsgerät
zum Herstellen von Kaugummi und Gummigrundstoffprodukten verwendet
wird, ist wichtig für die
Bereitstellung der verschiedenen Bestandteile für diese Produkte in bestmöglicher
Gestalt und bestmöglichem
Zustand. Dies verbessert die Geschwindigkeit und Effizienz der endgültigen Verarbeitung.
In dieser Hinsicht erfordern Bestandteile wie Füllmittel, Elastomere, Weichmacher, Öle, Wachse
und dergleichen häufig
eine spezielle Handhabung und Vorbehandlung, bevor sie in das Chargen-
oder Extrusionsverfahren eingeführt
werden.
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Eine
Vorbereitung der Bestandteile ist besonders dort wichtig, wo ein
kontinuierliches Extrusionsverfahren verwendet wird. Die in die
kontinuierliche Extrusionsvorrichtung eingespeisten Bestandteile
werden vorzugsweise in optimaler Größe, Gestalt und Temperatur
für eine
einfache Handhabung, Einleitung und Vermischung mit den anderen
Bestandteilen im Extruder bereitgestellt. Auch ist es aufgrund der
Eigen schaften von einigen der unterschiedlichen Inhaltsstoffe notwendig,
diese vorzubehandeln oder vorzumischen, um sie in bestmöglichem
Zustand in den Extruder einzuführen.
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Wie
erwähnt,
ist eine wichtige Komponente eines Gummigrundstoffes der elastomere
Anteil, der natürliche
Elastomere, synthetische Elastomere oder Kombinationen davon beinhalten
kann. Dieser Bestandteil des Gummigrundstoffes ist insoweit wichtig, als
er den unlöslichen
Körper
mit Verformungselastizität
bereitstellt, um sich von einer durch das Kauen verursachten Verformung
zurückzubilden.
Bei der Vorbereitung des Gummigrundstoffes ist es wichtig, dass
andere Bestandteile, die in der Grundstoffzusammensetzung enthalten
sind, um verschiedene Eigenschaften des resultierenden Kaugummis
zu bewirken, sorgfältig
mit dem elastomeren Anteil vermischt werden, so dass das gesamte
Gummigrundstoffprodukt eine geeignete Verformungselastizität in homogener
Phase beibehält.
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Feste
Elastomere, die zur Verwendung in Kaugummigrundstoffen und endgültigen Kaugummiprodukten
geeignet sind, beinhalten sowohl synthetische Gummis oder Elastomere,
wie Butadien-Styrol-Copolymer, Polyisobutylene und Isobutylen-Isopren-Copolymer,
als auch natürliche
Gummimaterialien oder Elastomere wie Chicle, Naturkautschuk, Djelutung,
Balata, Guttapercha, Lechi, Caspi, Sorva oder Mischungen davon.
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Um
einen Gummigrundstoffkörper
in homogener Phase zu erzielen, wobei eine geeignete Verformungselastizität durchgehend
konstant bleibt und das Produkt von Klümpchen und anderen Unregelmäßigkeiten
befreit ist, ist es notwendig, Bestandteile bereitzustellen, die
untereinander verträglich
sind und so gut wie möglich
in den zu verarbeitenden Mate rialien dispergiert und verteilt werden
können.
Faktoren wie der Einfluss von wasserlöslichen Bestandteilen, Hitze,
Feuchtigkeit und dergleichen müssen bei
der Herstellung eines verwendbaren Gummigrundstoffes berücksichtigt
werden.
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Die
EP 0273809 A2 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines Gummigrundstoffes, bei dem zumindest
ein Elastomer und zumindest ein anorganischer Füllstoff in einem beheizten
Mischer für
15 bis 75 Minuten vorgemischt werden. Die vorgemischte Masse wird
dann in einzelne Fraktionen aufgeteilt und mit anderen Rohmaterialien
in einem Pulvermischer vor dem Einleiten in einen Gummigrundstoffextruder
vermischt.
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FR 2635441 offenbart ein
Verfahren für
die Herstellung eines Gummigrundstoffkonzentrats mit einem hohen
Polymergehalt. Das Verfahren beinhaltet das Vermahlen eines hochmolekularen
Elastomermaterials in Teilchen, Vermischen der Teilchen und Weichmacher
in den gewünschten
Verhältnissen und
Einleiten der resultierenden Mischung in einen Doppelschneckenextruder
gemeinsam mit einem geeigneten anorganischen Füllstoff.
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Die
US 4,459,311 von DeTara
et al. offenbart ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Gummigrundstoffs,
wodurch eine harte Elastomerkomponente in Gegenwart eines Füllmaterials
vor dem intensiven Vermischen des harten Elastomers plastifiziert
wird.
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Die
GB 2073048 offenbart eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Mahlen von Kunststoffen, Gummi
und/oder anderen Materialien, wobei das Material durch Zugabe eines
flüssigen
Kryogens gekühlt wird,
um die Mahleffizienz zu verstärken.
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Es
ist die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren für
die Herstellung von Kaugummiprodukten und Gummigrundstoffprodukten
bereitzustellen. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einiger Kaugummi- und Gummigrundstoffbestandteile
vor dem Vermischen bereitzustellen, um die verbesserte Endverarbeitung zu
erleichtern.
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Es
ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
bereitzustellen, um die Eigenschaften der elastomeren Bestandteile
für Kaugummigrundstoffe
zu verbessern.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zum Abbau, Herstellen und Einführen der elastomeren Komponente
eines Kaugummigrundstoffs in das System, insbesondere zur Verwendung
in einem kontinuierlichen Extrusionsverfahren, bereitzustellen.
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Diese
und andere Aufgaben, Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung der Erfindung erfüllt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
eines Gummigrundstoffes und des endgültigen Kaugummiproduktes, wie
in den Ansprüchen
1 bis 15 definiert, bereit. Ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung
werden verwendet, um den elastomeren Bestandteil des Gummigrundstoffproduktes
zu mahlen und zu zerlegen, die einzelnen Stücke mit einem auftragbaren Pulver
oder Füllstoff
zu beschichten, und die elastomeren Stücke in ein Gummigrundstoff-Verarbeitungssystem
einzuführen.
In dieser Hinsicht, wobei eine kontinuierliche Extrusionsmaschine
verwendet wird, kann das elastomere Material unmittelbar in die Tom mel
der Extrusionsmaschine während
eines kontinuierlichen stationären
Gummigrundstoffextrusionsverfahrens eingeführt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine feste Scheibe des elastomeren oder gummiartigen Materials
in einen Schneid- und Mahlmechanismus eingeführt und dort in kleine Stücke oder
Flocken geschnitten oder gebrochen und leicht mit einem Pulver oder
Füllmaterial
beschichtet. Das Material wird mit dem Pulver eingeschmiert, um
ein Zusammenballen oder Zusammenkleben zu verhindern. Die Gummiblöcke werden
in dem Schacht einer Mahlmaschine mittels eines Fördersystems
abgelegt. Ein Zubringerrad (a/k/a Sternzubringer) wird in dem Einlassschacht
verwendet, um die Zugabe des elastomeren Materials in das Mahlwerk
zu regulieren. Eine rundlaufende Schneidmaschine wird in der Mahlmaschine
eingesetzt, um das elastomere Material zuzuschneiden und aufzubrechen.
Rundum die rundlaufende Schneidmaschine wird ein Kühlmantel
verwendet, um die Temperatur zu regulieren. Die kleinen Stücke oder
Flocken des Gummimaterials sind leicht mit dem Pulver beschichtet
und werden durch Vakuum in einen Zyklonauffänger befördert. Das Material wird einem
gekühlten
Mischer zugeführt,
der es aufnimmt und abkühlt.
Das Material wird nachfolgend bei Bedarf von dem Mischer durch ein
Sieb geleitet, wo überschüssiges Pulver
wiedergewonnen und für eine
spätere
Verwendung zusammen mit anderem elastomeren Material zurückgeführt wird.
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Eine
oder mehrere Metalldetektoren und Magnetschutzeinrichtungen werden
verwendet, um metallische Verunreinigungen von dem elastomeren Material
abzutrennen.
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Das
Material wird von dem Sieb zu einem Zubringersystem vakuumbefördert, um
in den Hauptextruder weitergeleitet zu werden. Es wird durch einen
weiteren Zyklonauffänger
in einen Masseverlustzubringer weitergeleitet. Der Zubringer ist
so programmiert, um eine geeignete Menge der beschichteten elastomeren
Flocken über
eine Zubringeröffnung
in die Extrusionsmaschine einzubringen.
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1 ist
ein schematisches Diagramm des elastomeren Verarbeitungsverfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm eines elastomeren Verarbeitungsverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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3 und 3A veranschaulichen
einen bevorzugten Mahl- und
Schneidmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für die Verarbeitung von elastomeren
Produkten, insbesondere Gummiprodukten, die in Kaugummigrundstoffen
und den endgültigen
Kaugummiprodukten verwendet werden. Im Allgemeinen stellt die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zum Zerschneiden oder Aufbrechen der Gummikomponenten
bereit, um deren Verwendung in einem Kaugummigrundstoff oder einem
Kaugummiprodukt zu erleichtern. In dieser Hinsicht sollte deutlich
gemacht worden sein, dass die vorliegende Erfindung zur Herstellung
der elastomeren/Gummikomponente entweder eines Kaugummigrundstoffes
oder eines endgültigen Kaugummiproduktes
verwendet werden kann und entweder mit einem chargenartigen System
oder einem kontinuierlichen extruderartigen System verwendet werden
kann.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und für
eine einfache Darstellung der vorliegenden Er findung wird die Erfindung mit
Bezug auf ihre Verwendung in einem kontinuierlichen Gummigrundstoffherstellungssystem
beschrieben. Insbesondere für
eine Verwendung mit einem kontinuierlichen Gummigrundstoffverfahren
erleichtert die vorliegende Erfindung die Verwendung und Einführung der
elastomeren Komponente des Gummigrundstoffes gemeinsam mit den anderen
Bestandteilen und Komponenten des Systems.
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Eine
schematische Darstellung der Vorrichtung und des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung wird in 1 gezeigt
und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Ein Flussdiagramm,
das die Grundverfahrensschritte der vorliegenden Erfindung darstellt, ist
in 2 gezeigt. Ein bevorzugter Schneid- und Mahlmechanismus
ist in den 3 und 3A gezeigt.
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Im
Allgemeinen werden die festen elastomeren (Gummi)-Blöcke oder
Platten 12 über
eine Fördereinrichtung 14 in
ein Mahlgerät 16 eingebracht, wo
sie in kleine Flocken oder Teilchen zermahlen werden. Ein Zubringer 18,
der vorzugsweise ein Masseverlust-(LIW)-zubringer ist, um Pulver
oder Füllstoffe
dem Mahlvorgang hinzuzufügen,
wird verwendet, um die Teilchen leicht zu beschichten und einzuschmieren.
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Die
beschichteten Flocken oder kleinen Teilchen 19 aus Gummi
werden durch ein Vakuumfördersystem 20 in
einen Zyklonauffänger 22 befördert, wo die
Teilchen in einen gekühlten
Bandschneckenmischer 24 eingeleitet werden. Ein Rotationsventil 23, das
durch einen computergesteuerten Motor 25 betätigt wird,
wird verwendet, um den Materialfluss von dem Auffänger 22 zu
dem Mischer 24 zu regeln. Der Auffänger 22 wird ebenfalls
beispielsweise durch einen Wassermantel gekühlt, um die Temperatur der elastomeren
Teilchen zu steuern.
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Die
Teilchen werden durch die Schwerkraft von dem Mischer in und durch
ein Sieb 28 und einen Metalldetektor 30 befördert. Ventil 26 regelt
den Materialfluss in die Förderleitung 27.
Pulver oder Füllstoffe,
welche von den Teilchen durch das Sieb 28 entfernt wurden,
werden in einem Speicherbehälter 32 gesammelt.
Das wiedergewonnene Pulver wird nachfolgend zu einem Trichter 34 für den Pulverzubringer 18 für eine spätere Wiederverwendung
in dem Verfahren zurückgeführt.
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Die
Teilchen, welche das Sieb 28 und den Metalldetektor 30 durchlaufen,
werden dann durch ein Vakuumfördersystem 36 in
einen zweiten Zyklonauffänger 38 befördert. Das
zermahlene und beschichtete elastomere Material in dem Auffänger 38 wird
in das Zubringersystem für
das kontinuierliche Kaugummigrundstoffverfahren eingeleitet. In
dieser Hinsicht wird in einen Masseverlustzuführung 40 Material
eingeleitet, welcher gesteuert wird, um ein geeignetes Materialvolumen
in die Einlassrinne 42 des Hauptextruders 44 einzubringen.
Ein Standardventildurchlass 46, der durch einen Motor/Aktivator 48 gesteuert
wird, wird verwendet, um eine Materialladung von dem Aufhänger 38 in
die LIW-Zuführung 40 auszuwerfen.
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Vorzugsweise
wird zumindest eine Metalldetektions- und Magnetschutzvorrichtung 30 verwendet,
um Verunreinigungen aus dem Strom aus elastomeren Material zu entfernen.
In dieser Hinsicht sollte klar sein, dass, obwohl nur ein Metalldetektor 30 in 1 gezeigt
ist, mehrere Metalldetektoren in dem System verwendet werden können. Andere
Detektoren könnten
beispielsweise als Teil des Vakuumfördersystems 20 oder
des Ventildurchlasses 46 angeordnet werden.
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Abluft
aus Förder/Zyklonauffängersystemen 20/22 und 36/38 wird
gereinigt und von dem System 16 durch Filterauffänger 50 und 52 entsprechend
entfernt. Die durch die Filterauffänger 50 und 52 hindurchtretende
Luft wird durch Gebläsemechanismen 54 und 56 in
die Atmosphäre
ausgestoßen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das feste Elastomer einem hochintensiven Mahlprozess mit
hoher Schereinwirkung unterworfen, um es zu mastifizieren und in
kleine Flocken oder Teilchen zur Verwendung in dem Gummiherstellungsverfahren aufzubrechen.
Dadurch erhält
das endgültige
Kaugummigrundstoffprodukt eine gleichmäßigere Konsistenz und ist frei
von Klümpchen
und anderen Unregelmäßigkeiten.
Je gleichmäßiger die
elastomeren oder gummiartigen Teilchen sind, bevor sie in den Extruder
eingebracht werden, desto gleichmäßiger und homogener wird das
Endprodukt sein.
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Vorzugsweise
wird das Elastomer in Stücke in
der Größenordnung
von 0,076 bis 1,27 cm (0,03 bis 0,50 Inch) und vorzugsweise von
0,32 bis 0,64 cm (0,125 bis 0,25 Inch) im Durchmesser gebrochen
und zerschnitten. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, dass das
elastomere Material in den Extruder nicht als feines Pulver oder
in großen
Brocken eingeführt
wird.
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Feste
Elastomere, die für
die Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
werden normalerweise im Kaugummigrundstoff verwendet, und beinhalten
synthetische Gummis oder Elastomere, wie Butadien-Styrol-Copolymer, Polyisobutylen
und Isobutylen-Isopren-Copolymer, natürliche Gummis oder Elastomere
wie Chicle, Naturkautschuk, Djelutung, Balata, Guttapercha, Lechi, Caspi,
Sorva oder Mischungen davon. Darunter sind Butadien-Styrol-Copolymer,
Polyisobutylen, Isobutylen-Isopren-Copolymer oder Mischungen davon
als feste Elastomere bevorzugt.
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Die
Füllstoff-
oder Pulverkomponente für
die vorliegende Erfindung kann Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat,
Talkum, Dicalciumphosphat oder dergleichen sein. Vorzugsweise ist
das Pulver/der Füllstoff
Atomit, Talkum oder Dicalciumphosphat.
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Die
Details des Mahlgerätes 16 werden
in den 3 und 3A besser gezeigt. Das Mahlwerk 16 beinhaltet
eine Einlassrinne 60, eine oder mehrere Zuführmechanismen 62,
wie eine Sternzuführung,
und einen Mahlmechanismus 64. Die Sternzuführung 62 wird
verwendet, um die Zuführung
der elastomeren Blöcke 12 in
das Mahlwerk 64 zu verlangsamen und zu regulieren. Die
Sternzuführung wird
durch einen Motor und Steuermechanismus 66 gesteuert und
angetrieben. Obwohl in dieser Hinsicht nur ein Sternzuführungsmechanismus 62 für die bevorzugte
Ausführungsform
gezeigt ist, können
selbstverständlich
zwei oder mehr Sternzuführungen
verwendet werden und auch andere herkömmliche Materialzuführungs-
und Steuermechanismen können verwendet
werden.
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Der
Mahlmechanismus 64 beinhaltet eine rundlaufende Schneidmaschine
die eine oder mehrere Messerschneidkanten 72 auf einem
rotierenden Zylinder und eine oder mehrere stationäre Messerkanten 74 auf
dem Gehäuse
aufweist. In dieser Hinsicht ist die bevorzugte rundlaufende Schneidmaschine
ein Mitts & Merrill "knife-hog" von Reduction Technology,
Inc., Leeds, Alabama. Selbstverständlich können andere rundlaufende Schneidmechanismen
verwendet werden, wie die von Fitzpatrick, solange sie die Zwecke
und Aufgaben der vorliegenden Erfindung erfüllen. Der rundlaufende Schneidmechanismus 64 wird
durch einen Motor und Steuersystem 76 gesteuert und schneidet
Scheiben, zerstückelt oder
beschneidet die Ballen oder Blöcke
von elastomerem Material in kleine Flocken oder Teilchen.
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Ein
Sieb- oder Gitterglied 80 wird benachbart zum Mahlwerk
und Schneidmechanismus 64 angeordnet. Das Gitter wird unmittelbar
unterhalb der unteren Hälfte
der rundlaufenden Schneidmaschine 70 angeordnet und mit
Konturen versehen, um gegenzureiben und/oder größere Teilchen zurückzuhalten, so
dass sie weiter durch die Schneidblöcke 72 zerlegt oder
in Scheiben geschnitten werden können.
Das Wälzen
der Teilchen gegen das Gitter erleichtert die Zerlegung der Teilchen
in kleinere Stücke.
Die Öffnung
des Gitters bestimmt die Größe der Teilchen,
so dass nur Teilchen und Flocken mit einer vorbestimmten Größe hindurchtreten
können.
Ein Luftstrom in dem Mahlmechanismus 16, wie auch eine
gekühlte Umgebung
verhindern ein Zusetzen des Gitters 80.
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Die
Gummiflocken oder -teilchen, welche durch das Gitter 80 fallen,
werden durch die Leitung 21 des Vakuumfördersystems 20 befördert. Als
alternative Ausführungsform
ist es auch möglich,
ein bohrerartiges Zuführungs-
oder Fördergerät zu verwenden,
um die Entfernung der Grate und von Teilen von elastomerem Material
von dem Mahlgerät 16 zu
unterstützen.
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Ein
Wasserkühlmantel 90 wird
um den Mahl- und Schneidbereich des Mahlgerätes 16 angeordnet. Der
Kühlmantel 90 wird
durch ein herkömmliches Wasserkühlsystem 92 (nicht
gezeigt) gekühlt.
Mit dem System 92 wird Kühlwasser durch den Kühlmantel 90 umgewälzt und
für den
nachfolgenden Ausstrom rückgeführt.
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Der
Förderer 14 kann
irgendein herkömmliches
System sein. Üblicherweise
wiegen die elastomeren oder Gummiblöcke 12 40 bis 90 Pfund
oder mehr und müssen
auf eine Art und Weise auf das obere Ende der Einlassrinne 60 der
Mahlmaschine 16 transportiert werden. Ein in 1 gezeigter
Fördermechanismus 14 ist
ein geeigneter und bevorzugter Mechanismus zum Transportieren der
Gummistangen oder -blöcke
von dem Fabrikboden in eine zur Einführung in den Mahlmechanismus
geeignete Position. Selbstverständlich
können
gemäß der vorliegenden
Erfindung andere Förder-
oder Transportsysteme verwendet werden, um die Einführung der Stangen
oder Blöcke
in den Mahlmechanismus zu erleichtern.
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Die
Pulverzuführung 18 kann
auch von irgendeiner herkömmlichen
Art sein, aber vorzugsweise ist es eine volumetrische Einfachschnecken-LIW-Zuführung. Ein
feines Pulver oder Füllstoff, wie
Atomit, Talkum oder Dicalciumphosphat wird durch die volumetrische
Zuführung 18 auf
eine kontrollierte Art und Weise in den Mahlmechanismus 16 zusammen
mit den Stangen oder Blöcken 12 des elastomeren
oder Gummimaterials eingeführt.
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Das
Pulver wird verwendet, um das durch den Mahlmechanismus 64 aufgebrochene
Elastomermaterial zu beschichten, so dass die einzelnen Teile nicht
zusammenballen oder -kleben. Das Pulver absorbiert auch überschüssigen Wärmestau
und verhindert so, dass das Elastomer zu weich und nicht mehr verarbeitbar
wird. Der Kühlmantel 90,
der den Schneidbereich des Mahlmechanismus umgibt, hält die Temperatur
in dem Schneidbereich auch in einem bestimmten Rahmen, wodurch auch
verhindert wird, dass die Gummiteilchen zusammenkleben oder -ballen.
In dieser Hinsicht wird durch die Kombination der Geschwindigkeit
des Schneidgliedes 70, die niedrige Temperatur im Mahlbereich,
die abgemessene Zuführung
des Materials in den Mahlbereich, die Beschichtung des Gummis mit
Füllstoff
und die rasche Entfernung des Materials durch ein Vakuumfördersystem
das elastomere Material in ein Chargen- oder kontinuierliches Gummigrundstoffherstellungsverfahren
in einem optimalen Zustand eingeführt.
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Mit
einem herkömmlichen
Steuersystem für den
Mahlmechanismus kann das elastomere Material in die rundlaufende
Schneidmaschine in einer vorgewählten
und einstellbaren Geschwindigkeit eingeführt werden, und das Material
kann in Abhängigkeit von
der Geschwindigkeit der Schneidmaschine und der Zuführungsgeschwindigkeit
auf eine vorgewählte Größe geschnitten
werden. Vorzugsweise ist ein rundlaufender Hochgeschwindigkeitsschneidmechanismus
in der Lage, etwa 300–350
Pfund pro Stunde an elastomerem Material herzustellen. Die Bereiche des
Mahlmechanismus 16, die mit dem elastomeren Material in
Kontakt kommen, sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt.
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Wie
oben erwähnt,
werden die beschichteten elastomeren Teilchen 19, die durch
das Gitterglied 80 hindurchtreten, durch ein Vakuumfördersystem 20 zu einem
Zyklonauffänger 22 befördert. Der
Zyklonauffänger 22 ist
bevorzugt aus rostfreiem Stahl gefertigt und zur Kühlung auf
herkömmliche
Weise wasserummantelt.
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Das
Material in dem Auffänger 22 wird
auf eine kontrollierte Weise in den Mischer 24 durch den Rotationszuführungsmechanismus 23 eingeführt. Der
Mischer 24 weist einen spiralförmigen Bandschneckenmischer
oder eine Schneckenpresse 94 auf, welche durch einen Motor
und einen Steuermechanismus 96 betrieben und gesteuert
wird. Der Mischer 24 wird auch durch ein geeignetes Wasserumwälzsystem
und einen Kühlmantel
(nicht gezeigt) wassergekühlt.
Der Mischer 24 wird auf Beladungszellen angeordnet, welche
das Materialgewicht in der Mischeinheit messen. Falls gewünscht, wird
eine Menge oder Charge an elastomerem Material zu dem Extruder 44 transferiert
(beispielsweise wenn die Materialmenge in dem Trichter 38 und
der LIW-Zuführung 40 unterhalb
eines voreingestellten Wertes sinkt), wird ein Signal zum Ventil 26 auf
den Mischer 24 gesendet und eine bestimmte Materialmenge
in dem Mischer in das Sieb 28 freigesetzt, um durch das Fördersystem 36 in
den Trichter 38 und nachfolgend in den Extruder übertragen
zu werden.
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Das
Sieb 28 kann von irgendeiner herkömmlichen Ausführung sein.
In dem Sieb wird überschüssiges Pulver/Füllstoffmaterial
von den Gummiteilchen und -flocken entfernt. Das überschüssige Material
wird von einem Rückgewinnungsmechanismus 32 für eine nachfolgende
Wiedergewinnung in der Pulverzuführung 18 zurückgewonnen.
Die elastomeren Teilchen werden durch das Fördersystem 36 in den
Trichterauffänger 38 überführt.
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Wie
oben ausgeführt,
beinhaltet das vorliegende erfindungsgemäße System einen Metalldetektor
zum Entfernen metallischer Verunreinigungen von den Elastomerteilchen.
Ein Metalldetektor 30 wird vorzugsweise benachbart des
Siebauswurfs 28 angeordnet, um beliebige metallische oder
magnetische Teilchen zu entfernen, die in dem elastomeren Material
vorliegen können.
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Volumetrische
Zuführungen,
wie eine Masseverlustzuführung 40 sind
auf dem Gebiet der Kaugummiverarbeitung gut bekannt. Diese Zuführungen messen
passende Mengen an trockenem oder pulvrigem Material zur Zuführung in
das Kaugummioder Kaugummigrundstoffgerät (wie einen Extruder oder einen
Sigma-Rührkessel
(nicht gezeigt) ab, um mit anderen Bestandteilen, welche ebenfalls
abgemessen werden, in das System eingeleitet zu werden.
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Eine
kontinuierliche Extrusionsmaschine oder -mechanismus 44 ist
in 1 gezeigt. Der Extruder umfasst eine Trommel 100 und
einen Motor und ein Steuersystem 102. Ein schneckenartiger
Zuführungsmechanismus 104 wird
in der Trommel angeordnet und durch den Motor angetrieben. Das endgültige Kaugummigrundstoffprodukt 106 wird
am Ende des Extruders ausgeworfen.
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Wie
in 1 gezeigt, werden die elastomeren Teilchen und
Flocken in die Einlassrinne 42 und somit in das hohle Innere
der Trommel 100 eingeführt.
Andere Bestandteile des Kaugummigrundstoffmaterials, das Flüssigkeiten
und Feststoffe umfasst, werden stromabwärts des elastomeren Materials durch
Einlassöffnungen 108 und 110 eingeführt.
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Die
Extrusionsmaschine 44 kann eine beliebige Maschine aus
einer Anzahl von üblicherweise erhältlichen
Extrusionsmaschinen zum kontinuierlichen Herstellen von Kaugummigrundstoff
oder des endgültigen
Kaugummiproduktes sein. Derartige Extruder sind beispielsweise von
Japan Steel Works, Leistriztz, Werner & Pfleiderer Corp., Buss Mfg. Co, WLS,
Togum und Baker Perkins erhältlich.
Die Extruder, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können,
sind vorzugsweise gleichlaufende Doppelschneckenextrusionsmaschinen.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung könnten
jedoch andere Extruderarten mit anderen Schneckenmechanismen ebenfalls
verwendet werden.
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Vorzugsweise
sind die Trichteraufnehmer, Mischer und Siebe aus rostfreiem Stahl
für eine
einfache Reinigung und Hygienisierung gefertigt. Andere Teile des
Systems, die mit dem elastomeren Material in Kontakt kommen, sind
ebenfalls vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird das elastomere Material, das zur
Herstellung eines Gummigrundstoffs oder Kaugummiproduktes verwendet wird,
auf eine rasche und effiziente Weise verarbeitet und gehandhabt.
Das elastomere Material wird in kleine Teile und Flocken auf effiziente
Weise verarbeitet und gehandhabt. Das elastomere Material wird in
kleine Teile und Flocken einer bestimmten Größe zermahlen, um wirkungsvoller
und effizienter in dem Kaugummigrundstoff- oder endgültigen Gummiherstellungsverfahren
verwendet zu werden.
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Die
Temperatur des gesamten elastomeren Verfahrens 10 wird
ebenfalls gesteuert, um sie innerhalb des vorbestimmten Bereiches
zu halten. Dadurch wird ein Aufheizen des elastomeren Materials und
ein Klebrigwerden und Zusammenballen leichter verhindert. Dadurch
können
die Teilchen in den Extruder 44 auf eine effizientere Weise
zur Verarbeitung eingeführt
werden, wodurch das elastomere Material weniger von einem Aufheizen
und Klebrigwerden und Zusammenballen betroffen ist. Dadurch, dass die
Teilchen in den Extruder 44 auf eine effizientere Weise
zur Verarbeitung eingebracht werden können, wird der endgültige Kaugummigrundstoff
oder das Kaugummiprodukt beständiger,
gleichförmiger
und frei von Klümpchen
und anderen Unregelmäßigkeiten.