TWI649180B - 用於自含彈性體媒介移除揮發性組份之方法及為此目的之去揮發物設備 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於去揮發含彈性體媒介之方法，該媒介諸如、特別是彈性體溶液及分散液，還關於一種用於進行上述方法之去揮發物設備。

Description

用於自含彈性體媒介移除揮發性組份之方法及為此目的之去揮發物設備
本發明關於一種用於去揮發含彈性體媒介之方法，該媒介諸如、特別是彈性體溶液及分散液，還關於一種用於進行上述方法之去揮發物設備。
擠壓(extrusion)係為聚合物之製備、處理及加工之常用方法。於此及下文，擠壓係於一單螺桿或多螺桿擠壓機中媒介之處理。
於聚合物製備中，擠壓係為工業上使用於從含聚合物媒介中移除諸如單體、寡聚物還有助劑及溶劑之揮發性組份([1],p.192 to 212；[1]=Klemens Kohlgrüber.Twin-Screw Extruders,Hanser Verlag Munich 2007)。再者，聚合物之化學修飾、例如藉接枝、官能基修飾或藉目標性增加或減少分子量之分子量修飾也可選擇地在擠壓期間進行，或該聚合物可例如藉混合添加劑來完成。
擠壓優點係彌補在欲擠壓的含聚合物媒介中耗散特別大量能量之缺點，尤其是在擠壓機中基本上用作為處理元件之螺桿元件(screw element)之相互嚙合區域(intermesh zone)中，其會導致嚴重的局部過熱。此 局部過熱會導致產品破壞，例如氣味、顏色、化學組成之改變，或導致在產品中不均勻性形成，例如凝膠粒子或斑點(specks)。
在局部過熱之情況下，於各種聚合物中的破壞圖形為例如敘述於WO2009/153000 A第22頁第7行至第24頁第25行。
橡膠諸如聚丁二烯(BR)、天然橡膠(NR)、聚異戊二烯(IR)、丁基橡膠(IIR)、氯丁基橡膠(CIIR)、溴丁基橡膠(BIIR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、聚氯丁二烯(CR)、丁二烯-丙烯腈橡膠(NBR)、部分氫化丁二烯-丙烯腈橡膠(HNBR)及乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)，特別是，若溫度過高時顯示交聯及凝膠形成之傾向，其在由其製得的產品之機械性質上導致嚴重劣化。於氯丁基及溴丁基橡膠還有氯丁二烯橡膠之情況下，在高溫下會排出腐蝕性氯化氫或溴化氫及此從而催化該聚合物之進一步分解。
對該聚合物進行破壞之反應速率取決於用於此之溫度及反應速率常數k(T)，可由Arrhenius方程式說明：k(T)=A*exp(-EA/(R*T))。
於此方程式中，k為反應速率常數，T為以[K]之絕對溫度，A為頻率因子，EA為以[J/mol]之活化能及R為以[J/(mol*K)]之萬用氣體常數。
用於含聚合物媒介之擠壓方法因此須大體上被組態，且從能量觀點來看，如此該平均溫度增加盡可能低及避免例如在根據先前技術之具有傳統Erdmenger螺桿輪廓(screw profile)的螺桿元件之相互嚙合區域中發生局部溫度峰(local temperature peaks)。
特別是用於從含聚合物媒介中移除揮發性組份，例如溶劑殘餘物或水，也有利的是藉由螺桿幾何形狀之方式達成一利於揮發性組份移除之高度表面更新(renewal)。
先前技術包含眾多欲解決此問題之方法。
DE 1 180 718 A揭示一種具有單行程處理(single-flighted treatment)或螺桿元件之雙螺桿機器。於截面上，該螺桿元件之外圍輪廓線 (outer contour)由圓弧形構成的。於該旋轉方向之有效齒面(active flank)具有一由中點位於該螺桿元件之外半徑上或縱軸上之三個圓弧形構成之外圍輪廓線。缺點是該螺桿元件讓在流動作用在欲加工的材料上之剪切及/或伸長之設定只有小可撓性(flexibility)。
WO2009/152968及WO2011/039016揭示用於擠壓機之處理元件，特別是螺桿元件，由於它們的圓形形狀造成在擠壓期間較少能量輸入含聚合物媒介內。
EP 1 617 985 A1揭示一種處理廠還有一種用於去揮發雙模態(bimodal)聚烯烴類之方法。於該處理廠中，二個共轉(corotating)雙螺桿擠壓機以串連方式配置及由該輸送方向看到的第二個擠壓機具有一用於去揮發欲處理的聚烯烴類之去揮發區域。此處理設備之缺點為去揮發性能，即該被移除的非所欲的揮發性組份之比例係為低的。
EP 0861717 A1揭示一種用於加工釋出大量揮發物之材料之方法及裝置。該擠壓設備具有一主擠壓機及兩個橫向打開至此內的次要擠壓機，如此在該主擠壓機之蒸發區中形成的氣流被分成至少三個子流(substream)，其之後從該擠壓機中排出。
EP 1 127 609 A2揭示一種使用捏揉機從含聚合物媒介中移除揮發性組份之方法。於此，該能量透過該捏揉機之壁被部分引入及用於蒸發該溶劑。再者，藉由該捏揉機之旋轉螺桿之方式以如機械能般引入能量。機械能經由該捏揉機引入大大地取決於該產物之黏度，其大幅地降低可撓性及因此該方法於工業用途上受矚目。
EP 1 165 302 A1揭示一種用於去揮發塑料之設備及方法，其在輸送方向具有一往後(backward)-去揮發物區及複數個去揮發物區，其在減壓下操作。為了達成低殘餘濃度的揮發性組份，減壓是必須的。
“Process Machinery”，部I及II,2000年3月及4月；作者：C.G.Hagberg，及WO2010/031823 A與PCT/EP2011/054415揭示使用閃蒸槽(flash tank)及一或多個擠壓機直接去揮發橡膠溶液。
US 4,055,001揭示一種製備聚合物諸如具有水含量低於0.1重量%之丁基橡膠之方法，係在乾燥程序期間使用超音波探測器(ultrasonic probes)。然而，由超音波產生的非常高剪切應力不利於工業用途。
US 2001/056176 A1揭示一種用於濃縮橡膠溶液之單階(single-stage)方法。為了於減壓下以單步驟去揮發物移除存在的溶劑，該橡膠溶液藉由蒸汽之方式加熱，產生白碎屑。US 2001/056176 A1提出大量蒸汽流用以在低蒸汽壓下移除揮發成分，而在該碎屑中導致非所欲納入額外的水。由EP 0 764 076A已知，用於聚合物熔體處理的螺桿元件，其描述藉由不對稱幾何形狀之方式甚至在低溫下以擠壓機操作之方式有助於此類熔體之動態捏揉。
然而，上述用於欲解決含彈性體媒介之擠壓問題之方法或為不可轉移的或是尚能改進的。
PCT/EP2012/069201揭示一種用於去揮發含聚合物媒介、特別是聚合物熔體、聚合物溶液及分散液之方法，還有用於進行上述方法之去揮發物設備，其中為了達成改進的去揮發物結果，螺桿幾何形狀必須滿足特定的幾何要求。
現今本發明目的在於提供一種自含彈性體媒介移除揮發性組份之方法，其可使得高去揮發物性能組合有高彈性體生產量連同具低殘餘物含量的揮發性組份。
本發明再提供一種設備，其特別適用於自含彈性體媒介移除揮發性化合物，及具有至少一個擠壓機其從而具有至少：●一筒體(barrel)及n個具有相關聯孔直徑(associated hole diameter)Dn之筒孔Bn，其中n為2至16之整數，特佳為2至12，最佳為2至8，及甚佳為2，及該筒孔彼此相對通過及較佳為彼此平行配置， ●可被驅動之n個螺桿Wn，以使得順時針方向旋轉及於各情況下係同心配置於該筒孔Bn之一者上，於各情況下具有一旋轉軸An及於各情況下配備有至少一個處理元件，在該圓周方向它的截面輪廓具有- m個相對最大值Rm max n，係關於該處理元件的截面輪廓(cross-sectional profile)至該螺桿Wn的旋轉軸An之徑向尺寸，其中m為1至16之整數，較佳為1至8，特佳為1、2、3或4，最佳為1、2或3及甚佳為2或3，其中，再者，至少一個相對最大值Rm max n為關於該處理元件的截面輪廓至該螺桿Wn的旋轉軸An之徑向尺寸的徑向尺寸Rmax n之絕對最大值，其中Rmax n滿足：Rmax n<=(Dn/2)●至少一個進料區，●一或多個去揮發物區，於各情況下包含至少一個去揮發物開口，其適用於從該擠壓機自含彈性體媒介排出揮發性組份，●至少一個排出區，其中該擠壓機具有螺桿元件SE作為處理元件，其經組態以使符合至少下述條件：S1)介於二個螺桿之螺桿元件之輪廓間的自由間距(free spacing)ASE在截面輪廓中同方向以360°螺桿旋轉，該螺桿可被驅動以使其旋轉且各自同心配置於彼此對向通過之鄰近筒孔Bn及Bn+1，i)0.001至0.2 AD，於另一具體實施例為0.005至0.05 AD，其中AD為可被驅動而旋轉的鄰近二個螺桿之旋轉軸之間距，ii)及具有至少一絕對最小值AminSE及一絕對最大值AmaxSE，其中AmaxSE 1.3 AminSE，較佳為AmaxSE 1.5 AminSE，特佳為5.0 AminSE及特佳為10.0 AminSE，及於另一具體實施例AmaxSE為 1.3至10 AminSE，較佳為1.5至8.0及特佳為1.5至5.0。於此項技術領域中熟悉者將清楚的是由於該條件i)，AmaxSE可不超過200 AminSE。
較佳亦符合下述條件：S2)該螺桿元件之截面輪廓具有至少一個絕對最大值Rmax n，以輪廓曲線之徑向尺寸為基礎，對其：0.420 Dn<Rmax n<0.496 Dn，較佳為0.420 Dn>=Rmax n<0.490 Dn，較佳為0.430 Dn<Rmax n<0.485 Dn，特佳為0.440 Dn<Rmax n<0.482 Dn及最佳為0.450 Dn<Rmax n<0.480 Dn。
本發明範疇不僅涵蓋該特性及該明確述及的特性組合，而且也涵蓋於各特性之特定的較佳範圍之任意組合。
對本發明目的，該截面輪廓為一處理元件輪廓，特別是一螺桿元件，於正交於該螺桿之旋轉軸An之平面中，該處理元件係配置在該螺桿上。
1‧‧‧去揮發物設備
2‧‧‧預擠壓機
3‧‧‧主擠壓機
4,4.1‧‧‧進料區
5,5.1‧‧‧調節閥
6‧‧‧預擠壓機
7.R,7.1‧‧‧去揮發物區
8.R,8.1‧‧‧去揮發物開口
9.R,9.1‧‧‧去揮發物圓頂室
10.1‧‧‧壓力累積區
11‧‧‧聚積元件
12‧‧‧轉移區
13‧‧‧筒體
14‧‧‧擠壓機
15.R,15.1,15.2,15.3‧‧‧去揮發物區
16.R,16.1,16.2,16.3‧‧‧去揮發物開口
17.R,17.1,17.2,17.3‧‧‧去揮發物圓頂室
18.1,18.2,18.3‧‧‧壓力累積區
19.1‧‧‧分散區
19.2,19.3‧‧‧分散區
20.1,20.2,20.3‧‧‧聚積元件
21‧‧‧筒體
22.1,22.2‧‧‧篩盤
23‧‧‧排出區
24‧‧‧造粒裝置
25.1,25.2,25.3‧‧‧輸入開口
圖1、2a及2b顯示用於緊密相互嚙合(tightly intermeshing)雙螺桿擠壓機之傳統雙行程的(two-flighted)Erdmenger輪廓。
圖2c顯示由標準Erdmenger輪廓產生的螺桿輪廓。
圖3顯示於0至90°旋轉角度之自由間距ASE曲線。
圖4顯示於0至90°旋轉角度之自由間距ASE曲線。
圖5描述根據本發明之去揮發物設備。
圖6顯示於縱截面上位於該擠壓機上游之預擠壓機。
圖7至11顯示根據本發明螺桿輪廓之配置。
圖12顯示輪廓構造。
圖13顯示旋轉角度之函數。
該術語螺桿元件涵蓋該目前常用包含芯軸(core shaft)之模組構造及該具有用於該芯軸的容納開口(accommodation opening)還有具有一實心構造(solid construction)的螺桿之螺桿元件二者，例如以單件形式，由以實心構造製得的個別子段(subsegment)構成的螺桿，或上述構造之組合。
彼此相對穿過該筒體之孔洞，根據本發明，孔洞在它們的全部截面輪廓上，係形成一於縱向至少在該擠壓機分部(subsection)上之接合中空空間(joint hollow space)。
上述幾何比例藉由用於緊密相互嚙合雙螺桿擠壓機之傳統的雙行程的Erdmenger輪廓之方式說明，如示於圖1、2a及2b。該Erdmenger輪廓具有(例如)於該螺桿之相互嚙合區域中二個相對最大值R1 max及R2 max，其還同時於各情況下具有關於該截面輪廓至該旋轉軸A1及A2之徑向尺寸之最大值Rmax。
於文獻中，如本文也是，螺桿元件具有p個相對最大值Rp max，其各為至少85%，較佳至少95%的相關於該截面輪廓至該螺桿Wn的旋轉軸An之徑向尺寸之最大值Rmax，通常還係指p行程(p-flighted)螺桿輪廓。
位於該旋轉方向的前面之有效齒面(active flanks)係用於本發明目的，該螺桿元件的截面輪廓之彼等區域，其從相對最大值Rm max n至下一個相對最小值Rm min n，係相關於在該旋轉方向該截面輪廓至該螺桿Wn的旋轉軸An之徑向尺寸。若該相對最大值Rm max n或該相對最小值Rm min n為一單點，此並非定義該有效齒面(Fakt)構成亦非定義該被動齒面(passive flank)Fpass之構成。同樣使用於一相互嚙合區域(intermesh region)之中點M(中點，如所定義者)，該區域具有(例如)一相關於該螺桿輪廓的函數R(φ)之平台狀相對最大值，其中φ為該圓周方向至該旋轉軸A1或A2之角度，於整個相互嚙合角度(intermesh angle)KW。於此情況下，如示於圖1，於該螺桿元件的旋轉方向，該從平台狀最大值的中點至該相對最大值的端點之區域同樣定義為 該有效齒面Fakt之部分。於該螺桿元件之旋轉方向，該相對最大值的端點為示於圖1的Erdmenger輪廓中的交叉點Sp。
再者，該半徑0.9 Rmax藉於圖1的實施例方式表示，由其可見該相互嚙合圓弧(intermesh circular arc)與該齒面圓弧(flank circular arc)之交叉點Sp位於此半徑外，即介於0.9 Rmax至Rmax，及於該在螺桿元件上產生一邊緣之輪廓中製造一扭折(kink)。同樣示於圖1，該相互嚙合圓弧的切線T1及該齒面圓弧的切線T2還有由該切線T1及T2圍住的較小角度β，其對該所示的Erdmenger輪廓為約34°。
示於圖1之Erdmenger輪廓之配置係完全自潔(self-cleaning)。於圖2a中所示的具有角度0°、45°及90°的螺桿A1及A2之共轉之自由間距ASE對此配置係為固定的且為0，即該間距AmaxSE及AminSE於各情況下同樣正好是0，即不符合該特性S1)。該處理元件的截面輪廓之最大徑向延伸為Rmax=(Dn/2)=29mm，即該特性S2)，還如文獻中所述徑向間隙(radial play)，同樣不符合。該可經驅動而使得旋轉的鄰近二個螺桿A1及A2的旋轉軸AD之間距於此情況下為48mm。此項技術領域中熟悉者知道的是實際上，為了防止對該旋轉部件機械性破壞，使用基本上由一不等於0之固定間隙ASEmin製成。
圖2b顯示如於圖2a中的Erdmenger輪廓之配置，但為了產生介於該螺桿元件之間的間隙，介於該旋轉軸A1及A2之間的間距AD已由1.5mm增加到49.5mm。該螺桿元件之最大徑向延伸Rmax=(Dn/2)於此情況下同樣為29mm。該自由間距ASE於該螺桿A1及A2以360°共轉之情況下保持固定且為約0.03相對於軸向間距AD。自由間距ASE曲線示於圖3為0至90°旋轉角度。由於元件之對稱性，該曲線於下一個四分之一圈(quarter tums)係重複的。示於圖2a之配置亦不符合該特性S1)及S2)。
圖2c顯示根據本發明螺桿輪廓之配置，其已由具有減小的頭部直徑(head diameter)之Erdmenger輪廓生成。該間距ASE在該螺桿A1及A2 之以360°共轉期間變化。該自由間距之ASE曲線示於圖4中顯示0至90°旋轉角度。由於元件之對稱性，於此情況下該曲線於下一個四分之一圈也是重複的。AmaxSE為1.45mm或0.03 AD D。AminSE為0.31mm或0.0064 AD D。AD為48mm。AmaxSE=4.7 AminSE。因此係滿足該特性S1)。
於該頭部直徑之減小同時產生徑向間隙。該螺桿元件之最大徑向延伸為Rmax=0.4743 Dn。因此同樣係滿足該特性S2)。
示於圖2c之螺桿輪廓由該標準Erdmenger輪廓生成，參見於[1]之建構方法。對此目的，經由實施例方式將該輪廓線之外直徑(external diameter)假設為57.8mm及該軸之間距假設為47.8mm。使用該等圖式，首先該輪廓如於[1]所述正好削去輪廓線而生成。之後該軸向間距經延伸至48mm(該軸延伸(axes-extension)之間距)。之後具有27.65mm半徑之圓圍繞該輪廓的旋轉軸繪製。此具有27.65mm半徑之圓形成該輪廓之新外齒面(outer flank)。該輪廓維持對稱的。它為二行程輪廓(two-flight profile)；依此，二個行程產生有新外半徑27.65mm。
為了建構，就該幾何形狀而論選擇的自由度於該條件S1)及較佳還有S2)內為高的，且此項技術領域熟悉者用於建構對應螺桿元件及截面幾何形狀之方法有充分認知，例如，自一預定的、確切削去螺桿輪廓進行的輪廓徑向間隙及自由間距ASE。已知用於此目的之方法在述於[1]中的章節2.5.2及5之軸向間距增大、縱向截面等距及三維等距係有可行性。於軸向間距增大、具有一相當小直徑之螺桿輪廓係由介於該螺桿之間的絕對間隙幅度所建構及擴大的。於該縱向截面等距之方法中，該縱向截面輪廓曲線係以介於該螺桿元件之間的一半間隙向內平行於該個別的元件的旋轉軸位移，該螺桿元件係於該旋轉軸方向垂直於該輪廓曲線。於該三維等距之方法中，該螺桿元件係、自於其上的三維曲線該螺桿元件彼此清潔進行、以介於該螺桿之間的一半間隙於垂直於正好削去輪廓的區域之方向減少大小。適宜者係予以使用縱向截面等距及三維等距，特佳為三維等距。
圖7至11同樣顯示，經由實施例之方式，根據本發明螺桿輪廓之配置，其已如下述生成：按圖1，具有58mm外直徑及48mm軸向間距A之正好削去輪廓線(exactly scraping contour)在所有情況下供作為基礎。該構造如[1]所述進行。由其繼續進行，進行下述修飾作用：圖7：繪製一具有46mm半徑之圓弧，如此保留該Erdmenger輪廓的行程著陸區(flight lands)之二個端點。此得到一介於齒面基礎(flank base)與行程著陸區之間的間隙為3.6mm。
圖8：藉由具有13mm半徑之圓之方式在一側面上修飾該行程著陸區。此圓之中點係在Erdmenger輪廓之對稱軸上。依諸如從保留的原來Erdmenger輪廓的行程著陸區之平滑轉變(smooth transition)之方式繪製具有13mm半徑之圓。
圖9：自該原來Erdmenger輪廓的行程著陸區之中點持續進行，在以至該原來的Erdmenger輪廓的對稱軸之50°角度繪製一直線。
圖10：以自該對稱軸之16mm距離，在平行於該原來Erdmenger輪廓的對稱軸繪製一線。藉此移除部分的齒面基礎及產生介於行程著陸區與行程基礎之間的部分地更大間隙。
圖11：偏離該傳統Erdmenger輪廓所示輪廓。該底下的自潔輪廓建構48mm軸間距與58mm外直徑及每四分之一(quadrant)由3個圓弧所構成。於該自潔輪廓，該基礎圓半徑為33mm，該齒面半徑為48mm及在頂部的圓形半徑為15mm。利用在該基礎圓與頂部圓之間存在的尖銳扭折(sharp kink)，基礎(base)及齒面(flank)半徑切線上進入彼此之內。欲達到在整個圓周方向上間隙ASE之變動，該齒面圓(flank circle)之中點以1mm位移(shifted)，如其結果該齒面半徑被增大至48.5mm。若該軸間距為另外被增加至49mm，AminSE=0.02 AD及AmaxSE=0.032 AD，其中AmaxSE則為1.6 AminSE。該輪廓構造示於圖12。ASE於圖13中顯示為該旋轉角度之函數。
根據本發明，亦可以使用螺桿元件，它的截面輪廓可由一連續可微分的(continually differentiable)輪廓曲線完全表示，只要它們滿足該特性S1)及較佳還有該特性S2)即可。
於本發明之另一具體實施例，該擠壓機具有一筒體及n=2至16、特佳為n=2至12、最佳為n=2至8及甚佳為n=2筒孔Bn。
該筒孔Bn彼此相對通過及較佳為彼此平行配置。
擠壓機類型包含至少一個筒體及n個具有相關聯孔洞直徑Dn的筒孔Bn，其中n為2至16之整數，特佳為2至12，最佳為2至8及甚佳為2，且該筒孔彼此相對通過及較佳為彼此平行配置，及係適用於本發明目的例如為雙螺桿擠壓機(twin-screw extruders)、行星式齒輪擠壓機(planetary gear extruder)或環擠壓機，其中以雙螺桿擠壓機或環擠壓機為佳及以雙螺桿擠壓機為甚佳。根據本發明，雙螺桿擠壓機可被驅動以使同方向旋轉。
於一具體實施例，該至少一個擠壓機還具有至少一個分散區(dispersing zone)。於該分散區中，剝除劑(stripping agent)或其它添加劑例如可被加至該聚合物中。該分散區之處理元件可例如為捏揉元件(kneading elements)、齒狀區塊(toothed blocks)、齒狀盤(toothed discs)或混合元件。可行的適合元件之另外選擇可見於[1]。
於一螺桿元件之有效齒面區域中，該欲擠壓的含彈性體媒介在該旋轉的擠壓機螺桿Wn上於該擠壓螺桿Wn之筒孔Bn中被壓製成非常窄的楔形(ever narrower wedge)。於此發生剪切及伸長流量(flows)及導致，特別是於根據本發明去揮發物之情況下，高度(high degree)表面更新(surface renewal)及因此改進了揮發性組份自該含聚合物媒介之擴散作用。
另人驚訝地已發現，當符合該特性S1)、較佳還符合特性S2)之螺桿元件於擠壓機中作為處理元件時，擠壓機之生產量及去揮發物性能可顯著地改進。
不希望技術上受束縛於此，我們在根據本發明具有透明筒體 之擠壓機的研究已指出含彈性體媒介在該擠壓機中隨著增加去揮發物且因此提高黏度而形成繩狀結構(strand-like structure)，且該等捏揉得特別好，其係改變介於鄰近螺桿元件之間的自由間距ASE及較佳另外按特性S2)介於該螺桿元件與該筒體壁之間的徑向間隙之結果。依此方式，確保特別高度表面更新及去揮發物。
已發現滿足該特性S1)及較佳還有特性S2)之螺桿元件保持能量輸入如此低以使上述對該擠壓的彈性體之破壞可以大幅度或完全地被避免，即使是有較好的去揮發物性能。特別是當該具有上述特性之螺桿元件用於至少一個去揮發物區時，此效果被充分運用。適宜者係予以至少該擠壓機的最後去揮發物區配備有對應螺桿元件。於另一具體實施例，該擠壓機的所有去揮發物區配備有對應螺桿元件。於該擠壓機中，該去揮發物區數目理論上不受到任何限制且可為(例如)1至20，較佳為1至10及特佳為2至8。該去揮發物區基本上在該擠壓機的輸送方向之進料區下游；以在該擠壓機的輸送方向之進料區上游配置至少一個去揮發物區(係指為向後去揮發物區(backwards devolatilisation zone))為佳。
如此項技術領域中熟悉者已知，在該擠壓機筒體中，去揮發物區基本上具有至少一個去揮發物開口，該擠壓機筒體係開至(open)去揮發物圓頂室(domes)內，該圓頂室經由氣體排出管線依次連接至一其中冷凝自該含聚合物媒介中釋出的揮發性化合物之冷凝器單元。於該去揮發物區或該去揮發物圓頂室之壓力較佳藉由泵、特別是真空泵、之方式調節。
經由該去揮發物開口及該去揮發物圓頂室自該含彈性體媒介釋出的揮發性化合物往往帶有彈性體或含它們的產物，其在最壞情況下會導致該去揮發物開口及該去揮發物圓頂室之堵塞(blockage)。
於本發明之一較佳具體實施例，該去揮發物開口及該去揮發物圓頂室因此經組態以使它們有效地避免或減少含彈性體媒介或產物排出。
用於達成此之適合裝置為單螺桿或多螺桿(特別是雙螺桿)、安裝在該去揮發物開口上且經操作以使輸送至該擠壓機內之停止螺桿(stopping screw)、或為了推動含彈性體媒介或產物回到該擠壓機內而配置在該去揮發物開口的內部之輥子或帶。作為替代裝置或除了上述裝置外，可以在該去揮發物開口上使用塗層以減少或避免該材料黏附至表面。適合塗層為(例如)DLC(鑽石狀碳)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)及鎳合金。
於該去揮發物開口及去揮發物圓頂室之壓力為(例如)於1hPa至2000hPa之範圍，較佳為5hPa至900hPa。
於一可替代具體實施例，在該去揮發物區中使用另外符合下述條件之螺桿元件： S3)該螺桿元件SE具有一滿足該關係式之螺距(pitch)t：1.38 Dn<t<5.00 Dn，較佳為1.60 Dn<t<3.00 Dn，特佳為1.80 Dn<t<2.50 Dn，及非常特佳為1.90 Dn<t<2.40 Dn。
若將複數個去揮發物區配置在該擠壓機的進料區下游時，為了彼此密封住該個別的去揮發物區及因此允許在該擠壓機的輸送方向逐步脫氣(progressive degassing)，需要在介於該個別的去揮發物區之間安設壓力累積區(pressure buildup zone)且較佳另外的聚積元件(banking-up element)。於此情況下，該去揮發物區可在不同壓力下操作，特別是在該擠壓機的輸送方向中基本上壓力變得較低之情況下操作。
當去揮發物區基本上部分地裝填具有一填充體積度(volumetric degree of fill)約0.1至0.6、較佳為0.3至0.5之區域時，在該壓力累積區中及選擇地在該聚積元件達成填充體積度為1。該等區則係指為填滿區域或區段。
作為在該壓力累積區中的處理元件，可以使用例如傳統的、甚至非本發明的、具有比在該去揮發物區中較小的螺距t之螺桿元件。
作為聚積元件，可以使用例如往後輸送元件(backwards-transporting elements)、具有小螺距之往前輸送元件(forwards-transporting elements)、捏揉區塊(kneading blocks)、聚積盤(banking-up discs)、齒狀混合元件或一般具有低輸送體積之元件。
該擠壓機可例如還具有至少一個分散區，例如為了將剝除劑或其它添加劑引入該含彈性體媒介內。令人驚訝地已發現當至少一個分散區具有經組態以使得滿足下述條件之處理元件、螺桿元件時，於該擠壓機中的分散功用特別好：S1)具有包括用於該等較佳範圍之上述數值及/或S2)具有包括用於該等較佳範圍之上述數值及/或S4)具1.50 Dn<t<12.00 Dn，較佳為1.60 Dn<t<10.00 Dn及特佳為2.00 Dn<t<9.00之螺距t。
以使用在該分散區中滿足該特性S1)與S4)或S1與S2)之螺桿元件為佳；以使用在該分散區中滿足該特性S1)、S2)與S4)之螺桿元件為特佳。
若欲將剝除劑引入該含彈性體媒介內以促進去揮發物時，該分散區較佳係配置在該擠壓機的去揮發物區上游。
於一具體實施例，該去揮發物區位於至少一些減壓元件的上游。
減壓元件可例如為旋轉或固定的穿孔板(perforated plate)。
此類穿孔板例如為JP 59 048136 A、US 3 501 807、DE 34 31 063、DE 623 903及PCT/EP2011/062636已知者。
可以使用例如往後運送元件、具有很小螺距的往前運送元件、捏揉區塊或聚積盤作為減壓元件。
於一較佳具體實施例，使用固定的穿孔板製成，該穿孔板係在操作中固定至該筒體但從該筒體可移除的且各具有存在於該擠壓機中用 於容納各螺桿之容納開口及較佳功用作為該螺桿之滑動密封件(sliding seal)。該容納開口至該螺桿的徑向間距s相對於該筒孔直徑D較佳為使得0.001s/D0.02，較佳為0.002s/D0.01及特佳為0.003s/D0.006。
該穿孔板具有一或多個、較佳為大量的孔洞，其中該孔洞具有直徑d，例如為1mmd6mm，較佳為1.5mmd5mm及特佳為2mmd4mm。
於一同樣較佳具體實施例，該穿孔板係由複數個部件、較佳二個部件所組成，以使它們可從該未移除螺桿之筒體中取出。
使用該穿孔板的特殊優點為通過該穿孔板的含彈性體媒介在隨後的去揮發物區的自由空間中係為繩形式(form of strands)，且與該模板(die plate)上游的含聚合物媒介比較下具有一較大表面積。結果是，揮發性化合物可容易地離開該含彈性體媒介且自後者中被分離。
一般而言，該擠壓機可包含用於引入添加劑的一或多個進料開口，且其原則上可設置在該擠壓機中任何地方，較佳在該去揮發物區外部及較佳在該分散區中，若有的話。
可經由該進料開口引入的添加劑實施例，特別是用於(鹵基)丁基橡膠產物，涵蓋穩定劑、諸如ESBO(環氧化大豆油)之酸清除劑、硬脂酸酯類諸如硬脂酸鈣、抗氧化劑等等。適合抗氧化劑實例含有空間上位阻的酚類諸如丁基羥基甲苯及其衍生物，例如Irganox 1010及1076、胺類、巰基苯并咪唑、特定亞磷酸鹽類(phosphites)等等。
作為替代的或另外地該添加劑還可在進入該去揮發物設備內之前或者，若它們為液體時，與在該擠壓機中的剝除劑被引入該聚合物媒介PM中。
該徑向間隙可如此項技術領域中熟悉者已知的為固定的或在所指示的限度內係可變化的。還可以在該徑向間隙內位移一螺桿輪廓。
一般構成該螺桿元件的較佳材料為鋼，特別是氮化鋼、鉻 鋼、工具鋼及不銹鋼，還有以鐵、鎳或鈷為基底的粉末冶金上製造的金屬性複合物(powder-metallurgically produced metallic composites)。另外實例為鎳系合金及諸如陶瓷類之非金屬性(non-metallic)材料。
本發明去揮發物設備還可包含一安設在該擠壓機上游之預擠壓機或預捏揉機，其於各情況下經組態為一去揮發物擠壓機或去揮發物捏揉機。
此種配置原則上為EP 2 353 839 A或PCT/EP2011/054415已知者。
於該去揮發物設備之一具體實施例，連接該去揮發預擠壓機或去揮發預捏揉機的轉變區(transition zone)及該(主)擠壓機可具有至少一個、較佳精確地一個減壓元件，諸如、特別是上述模板。
於該去揮發物設備之另一具體實施例，該連接去揮發預擠壓機或去揮發預捏揉機之轉變區及該(主)擠壓機可含有至少一個壓力調節單元，例如一孔板(orifice plate)，藉由其之方式則可控制輸入該預擠壓機或預捏揉機內的能量。
此去揮發物設備的二階段(two-stage)結構能夠達成高去揮發物性能與高含彈性體媒生產量之組合。
若使用一去揮發預擠壓機時，因為由於欲去揮發的含聚合物媒介之(仍)低黏度而使能量輸入低，故此所選擇的旋轉速度基本上是高的。該揮發性化合物比例依此方式在引入該(主)擠壓機內之前可顯著地減少。
為了進一步提高該去揮發物性能，一或多個另外濃縮器單元可被安設在該去揮發預擠壓機或去揮發預捏揉機之上游。
此濃縮器單元可例如為由此項技術領域中充分已知的閃蒸器(flash evaporator)或旋風分離器(cyclone)。
於一具體實施例，一濃縮單元包含至少●一加熱裝置，其組合有一去揮發物槽，其中該去揮發物槽的底部連接 至一泵及該去揮發物槽之上部連接至至少一個氣體排出管線，●一加熱區，其組合有該濃縮單元的泵及該擠壓機或該預擠壓機或該預捏揉機之進料區。
於本發明內文中，該術語“組合”係指直接或間接連接，利用能夠實行的間接連接，例如，經由軟管或管道。該術語“組合”還允許在介於該單元或與其組合的裝置之間配置另外單元或手段(means)之選項。
對應濃縮器單元從WO2010/031823 A充分已知。
本發明之另外特性、優點及詳細內容可由以下實施例說明衍生。
本發明之去揮發物設備，包括其上下文敘述的具體實施例，特別適用於一用於去揮發含彈性體媒介之方法，及因此本發明進一步提供一種用於自含彈性體媒介(EM)中移除揮發性化合物之方法，該含彈性體媒介(EM)含有至少一種彈性體與至少一種揮發性化合物，該方法包含至少下述步驟：a)將該含彈性體媒介(EM)引入根據本發明操作的去揮發物設備，以使揮發性化合物經由該去揮發物單元的去揮發物開口自該含彈性體媒介(EM)中釋出，及該含彈性體媒介(EM)依此方式在揮發性化合物中消耗，及該彈性體在從該去揮發物設備的排出上自該含彈性體媒介中隔離為產物P，及之後該產物P具有比被引入該去揮發物設備內的含彈性體媒介(EM)較低比例的揮發性化合物，且較佳具有揮發性化合物總含量為1重量%(1% by weight)或以下，較佳為0.5重量%或以下，特佳為0.1重量%或以下，以該彈性體的質量為基準。
對本發明目的，含彈性體媒介(EM)係包含至少一種彈性體與至少一種揮發性化合物之介質。
彈性體可為天然的或合成的彈性體，較佳為具有重量平均分 子量(weight average molecular weight)大於2000g/mol，特佳大於5000g/mol及最佳20 000至2 000 000g/mol之彈性體。
天然的及合成的彈性體實例涵蓋苯乙烯-丁二烯橡膠(諸如溶液苯乙烯-丁二烯橡膠(SSBR)或乳液苯乙烯丁二烯橡膠(ESBR))、天然橡膠(NR)、丁二烯橡膠(BR)(諸如釹丁二烯橡膠(NdBR)、鋰丁二烯橡膠(LiBR)及鈷丁二烯橡膠(CoBR))、異戊二烯橡膠(IR)、乙烯-丙烯-二烯橡膠(諸如乙烯-丙烯-二烯(M類)橡膠(EPDM)、乙烯-丙烯橡膠)、腈橡膠(諸如丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、氫化腈橡膠(HNBR))、丁基橡膠(諸如異丁烯-異戊二烯橡膠(IIR))、鹵丁基橡膠(諸如氯丁基橡膠(CIIR)及溴丁基橡膠(BIIR)，或由鹵丁基橡膠藉與胺類或膦類反應製得的離子聚合物，較佳彼等可獲自BIIR與三級膦類之反應)、氯丁二烯橡膠(CR)、乙酸乙烯-乙烯基酯(ethylene-vinyl acetate)橡膠(EVA及EVM)、聚胺甲酸酯橡膠、古搭膠(gutta percha)、氟橡膠、矽酮橡膠、硫化物橡膠、氯磺醯基-聚乙烯橡膠還有上述彈性體之任意混合物。
對本發明目的，該術語丁基橡膠係指異丁烯及至少一種另外共單體、與至少一種具有共軛雙鍵的共單體之共聚物。較佳的丁基橡膠為異丁烯(2-甲基丙烯)與異戊二烯(2-甲基丁-1,3-二烯)之共聚物，其還係指短鏈的異丁烯-異戊二烯橡膠或IIR。以莫耳為基礎，該聚合物的異戊二烯含量為0.001至10mol%，較佳為0.5至8mol%及特佳為1.8至2.3mol%。IIR由具有無規分布的異戊二烯單元之線性聚異丁烯鏈構成。該異戊二烯單元在該聚合物鏈中產生不飽和點，其結果使得硫化為可行的。該IIR的質量平均分子量Mw為(例如)於50 000至1 000 000g/mol之範圍，較佳為300 000至1 000 000g/mol。
該鹵化的丁基橡膠CIIR及BIIR還含有一特定量的鹵素，其化學上鍵結至該聚合物。該化學上鍵結的鹵素的量通常於大於0至3重量%之範圍，以該彈性體的總質量為基準。該(鹵基)丁基橡膠還可含有添加劑，例如 0.0001至4phr(phr=每百份橡膠之份，以該橡膠重量為基準)的環氧化大豆油(ESBO)、0.0001至5phr的硬脂酸鈣及0.0001至0.5phr的抗氧化劑。視該丁基橡膠用途而定，同樣可使用其它添加劑，即填料或著色劑。
於溴丁基橡膠BIIR之情況下，於該完成產物中的基本溴含量為1.5至2.5重量%，較佳為1.6至2.0重量%。
於氯丁基橡膠之情況下，於該完成產物中的基本氯含量為1.0至1.5重量%，較佳為1.15至1.35重量%。
根據本發明欲使用的含彈性體媒介可例如為懸浮液(suspensions)、膏體(pastes)、溶液、粒狀固體組成物、碎塊(crumbs)之形式、或上述形式的混合形式。
對本發明目的，該術語“揮發性化合物”係指在1013hPa壓力下具有沸點低於250℃之化合物。揮發性化合物為、特別是水及其它揮發性無機化合物、還有揮發性有機化合物。揮發性有機化合物典型上為用於該聚合反應或用於隨後加工步驟、單體或寡聚物(oligomers)之溶劑，其例如源自該聚合方法或其它諸如添加劑之有機化合物。該含彈性體媒介EM，其還係指為膠合劑，含有例如3至98重量%的彈性體與2至97重量%的揮發性化合物，特別是有機溶劑或有機溶劑與水，其中上述成分組成至多為90至100重量%、較佳95至100重量%的含彈性體媒介總質量。100重量%的平衡量可例如為無機或非彈性有機材料諸如添加劑。
該有機溶劑可(例如)選自包含具有4至10個碳原子、較佳4至7個碳原子之線性或分支的烷類構成組群。更佳的溶劑為含有或由n-戊烷、異戊烷、n-己烷、環己烷、異己烷、甲基環戊烷、甲基環己烷及n-庚烷、還有包含或由該等烷類構成的任意混合物所構成之溶劑。
於一具體實施例，饋入該擠壓機中的含彈性體媒介EM含有例如30至98重量%的彈性體與2至70重量%的揮發性化合物，特別是有機溶劑或有機溶劑與水，其中上述成分一起組成90至100重量%、較佳95至100 重量%的含聚合物媒介總質量。
饋入該擠壓機的含彈性體媒介EM較佳含有40至95重量%的彈性體與5至60重量%的揮發性化合物，特別是有機溶劑或有機溶劑與水，其中上述成分一起組成90至100重量%、較佳95至100重量%的含彈性體媒介總質量。
若該去揮發物單元包含一去揮發預擠壓機、一去揮發預捏揉機或一在擠壓機上游的濃縮器單元時，饋入該去揮發預擠壓機、該去揮發預捏揉機或該濃縮器單元的含彈性體媒介EM含有例如10至95重量%的彈性體與5至90重量%的揮發性化合物，較佳為15至80重量%的彈性體與20至85重量%的揮發性化合物，及特佳為15至70重量%的彈性體與30至85重量%的揮發性化合物，其中該揮發性化合物、特別是有機溶劑或有機溶劑與水、與上述成分一起組成90至100重量%、較佳95至100重量%的含彈性體媒介總質量(total mass)。
本項技術領域中熟悉者清楚的是在進入該去揮發預擠壓機或該去揮發預捏揉機內的彈性體媒介EM中的揮發性化合物含量比在進入該下游擠壓機內者低。同樣類似適用於在進入一位於去揮發預擠壓機或去揮發預捏揉機的上游之濃縮器單元內的於該含彈性體媒介EM中的揮發性化合物含量。
於此情況下，饋入該濃縮器單元的含彈性體媒介EM較佳含有5至80重量%的彈性體與20至95重量%的揮發性化合物，更佳10至75重量%的彈性體與25至90重量%的揮發性化合物，其中該揮發性化合物為、特別是有機溶劑或有機溶劑與水、與上述成分一起組成90至100重量%、較佳95至100重量%的含彈性體媒介總質量。
於本發明之一具體實施例，該擠壓機可被加熱達到(up to)300℃溫度或經由該筒體交替地被冷卻。
於一較佳具體實施例，該擠壓機包含在不同溫度下獨立上操 作分離區域的裝置，以使該區域可經加熱、不加熱或冷卻。
較佳的擠壓機材料不應是腐蝕性且應本質上避免該產物P的含彈性體媒介受到金屬或金屬離子之汙染。
較佳的擠壓機材料含有氮化鋼(nitriding steel)、雙煉鋼(duplex steel)、不銹鋼、以鎳為基底的合金、諸如燒結金屬(sintered metal)之複合物、熱等靜壓壓製(hot isostatically pressed)的材料、諸如鉻鈷合金(stellites)之硬質抗磨耗材料、由例如陶瓷、氮化鈦、氮化鉻及鑽石狀碳(DLC)構成的塗層塗布的金屬。
該去揮發物區的氣體排出管線可連接至一冷凝系統及較佳如此連接。
一般而言，該冷凝系統的目的係欲收集經由該氣體排出管線從該去揮發物開口移除的揮發性化合物，及通常包含一冷凝器與一真空泵。可使用此項技術領域中已知的任何冷凝系統實行該揮發性化合物回收。
一般而言，該冷凝的揮發性化合物較佳地、選擇地在進行一相分離(phase separation)以自水中分離該揮發性有機化合物之後，被再循環至用於製備含彈性體媒介之方法。
該去揮發物設備接著可為較佳冷卻的產物加工設備。
冷卻產物加工設備包含此項技術領域中熟習者已知對此目的之設備，例如具對流空氣冷卻之氣動(pneumatic)碎塊(crumb)運送機、具對流空氣冷卻之振動碎塊運送機、具有冷卻接觸表面之振動碎塊運送機、具對流空氣冷卻之帶式運送機、具有冷卻帶之帶式運送機、水噴灑設備及水中粒化設備(underwater pelletisation apparatuses)，其中該水功能(water functions)用作為冷卻媒介。
之後該產物P可被進一步加工成最後包裝及往前遞送(despatch)。將(鹵基)丁基橡膠例如冷卻至60℃或低於60℃溫度，例如藉由液壓機(hydraulic press)之方式形成束體(bundles)及之後以紙板(cardboard)或木 箱(wooden boxes)包裝用於遞送。
一般而言，該含彈性體媒介EM進入該擠壓機的進料區內之高進料速率需要在該擠壓機的旋轉速度上對應提高。再者，該旋轉速度決定該含彈性體媒介EM的滯留時間。因此，旋轉速度、進料速率及該擠壓機直徑通常取決於彼此。該擠壓機通常利用將無因次通量(dimensionless throughput)V/n*d3設為約0.01至約0.2、較佳設為約0.015至約0.1下操作，其中V為體積流率，n為以每分鐘轉數表示之旋轉速度及d為該擠壓機的有效直徑。該最大與最小的進料速率及旋轉速度例如由該擠壓機大小、於該含彈性體媒介EM中存在的彈性體的物理性質及殘留在該彈性體中的揮發性化合物的目標值(target values)來決定。然而，此項技術領域中熟悉者藉助一些初始實驗可由該等性質決定該操作參數。
於本發明之一具體實施例，該擠壓機在進料速率為5至25 000、較佳5至6000每小時公斤(kilograms per hour)下操作。
一般而言，在該擠壓機還有在該預擠壓機或預捏揉機中的去揮發物可藉添加剝除劑來輔助，該剝除劑係與其它揮發性化合物一起被移除。即使此該剝除劑原則上可在該擠壓機單元中的任何地方被引入，以在該去揮發物區外的添加、例如於一或多個壓力累積區或分散區中為較佳。
適合的剝除劑為對該含彈性體媒介(EM)惰性之物質且具有在100℃下大於100hPa的蒸氣壓。
對本發明之目的，該術語“惰性”意指該剝除劑與該聚合物不會化學上反應或不會顯著地化學上反應。適合的剝除劑為氮、二氧化碳、稀有氣體、丙烷、丁烷、水或上述物質之混合物。該剝除劑的量可為0.0001至10重量%，較佳為0.001至5重量%及更佳為0.1至2重量%，以在該擠壓機的排出區所得的彈性體的量為基準。
本發明將以實施例及圖5與6輔助說明，但非侷限於此。
圖5描述縱向截面上的根據本發明去揮發物設備的擠壓機及 截面上之上游預擠壓機。
圖6顯示位於該縱向截面上擠壓機上游之預擠壓機。
範例
分析方法
含彈性體媒介EM的水含量：將樣品引入一離心機內及在室溫下以4000rpm離心5分鐘。之後在該安瓿(ampoule)底部收集水及秤重。
揮發性化合物的總濃度：將產物(P)樣品切成具有2x2mm大小的小片。將約30g的產物引入一鋁鍋內。精確地測定該鍋及該產物的重量。之後將含該產物樣品的鍋放置於130hPa真空、105℃溫度之真空烘箱中60分鐘。乾燥後，將該鍋放置於一乾燥器中及使其冷卻30分鐘。之後再秤重該鍋。測定重量損失。
產物P中的殘餘溶劑含量：於該產物P中的殘餘溶劑含量藉頂空間(head-space)氣體層析法測定。秤出0.5±0.005g的樣品及將其引入一頂空間安瓿並添加一定量的溶劑(1,2-二氯苯，ODCB)。將該安瓿密封及搖晃直到該產物已溶解為止。加熱該安瓿直到該揮發性有機化合物在該安瓿(頂空間)中的樣品與氣相之間已達平衡為止。沿著該層析管柱將部分的頂-空間氣體注入運送樣品的載體氣流內。將已知組成的標準品用於校正GC。將甲苯添加至用作為內標準品之溶劑中。
於該產物P中的殘餘水含量：該揮發性化合物的總量為水、溶劑與其它揮發性化合物之總和。於所檢查的例子中由於其它揮發性化合物、諸如單體的比例通常小於0.0005重量%，故該殘餘水含量能夠藉從該揮發性化合物的總含量減去該溶劑含量而確定。
於該含彈性體媒介EM中的溶劑含量係藉由氣體層析法之方式測量。該內標準品為異辛烷。該樣品以甲苯稀釋及之後注入該氣體層析中。該氣體層析法在具有下述規格之HP 6890層析儀中進行：
- 管柱類型DB-5得自J&W，長度60m，直徑0.23mm，膜厚度1.0μm
- 注入溫度：250℃
- 偵測溫度：350℃
- 載體氣體：氦
- 管柱壓力：96kPa
- 偵測器：FID
以下範例使用下述含彈性體媒介EM：
EM-I製備
由一商業製造廠獲得粗溴丁基橡膠溶液，及自水相體積中分離有機相。自該有機相分離水相為WO2010/031823 A已知，特別是圖7及相關聯說明。之後該有機相用作為進行實驗之EM-I。EM-I含有約23重量%的溴丁基橡膠、約74重量%的己烷異構物與3重量%的水，以該等三成分的100重量%為基礎計算。(以該溴丁基橡膠組成物為基底的另外添加劑之濃度為：ESBO：1至1.6phr，硬脂酸鈣：1.3至1.7phr，及Irganox：0.03至0.1phr
該彈性體與該揮發性化合物因此組成97.55至98.30重量%的含彈性體媒介之總質量。
在擠壓後由EM-I得到的溴丁基橡膠具有下述性質：Mooney(ML 1+8,125℃)為28至36，鍵結的溴含量為1.6至2.0重量%。
範例1：預濃縮
濃縮器單元
用於範例的濃縮器單元類似於WO2010/031823 A中所描述者，特別是於之中的圖1。一齒輪泵(gear pump)用於將如上述所製備之含彈性體媒介EM-I泵至該加熱裝置。該加熱裝置為一殼管式(shell-and-tube)熱交換器。可內部藉由蒸汽之方式加熱的複數個管於此情況下係被容納於供作為該殼之外管內，其同時容納該產物。此外，為了確保良好的熱傳遞，混合元件被配設在與該產物接觸之內管外面上。該加熱媒介為蒸汽，其流動可根據該媒介設定的溫度來調節。一壓力釋放閥係被安設在該濃縮器單元 之上游，及該閥之壓力上游自動被控制至一設定值。選擇此設定值，以使在該加熱裝置中的加熱的含彈性體媒介EM-I避免沸騰。該加熱的含彈性體媒介EM-I從頂部通入該去揮發物槽內。該去揮發物槽之錐形輸出(conical output)裝配有一齒輪泵。該齒輪泵具有能夠操控高黏度及積聚(build up)高壓力之優點。為了在濃縮階段後檢查該濃度，自該濃縮的含彈性體媒介EM-II中採取樣品。
範例1
將該加熱裝置之加熱媒介設至160℃，使得該含彈性體媒介EM-I加熱至135℃溫度。於該去揮發物槽中壓力為大氣壓。對本發明的目的，大氣壓力意指來自該去揮發物槽之蒸發的揮發性組份經由一冷凝器運送。該冷凝器藉由水之方式冷卻及該冷凝的液體組成流入一直接連接至周遭環境之收集容器內。結果是，在該去揮發物槽中建立實際上周圍壓力(ambient pressure)。在該去揮發物槽之輸出的濃縮的含彈性體媒介EM-II會從該濃縮器單元藉由如上所述之抽取泵(extraction pump)之方式運送。該濃縮的含彈性體媒介EM-II具有一己烷濃度為約43重量%。
去揮發物設備(1)
將該預濃縮的EM-II經由一加熱裝置運送至該去揮發物設備(1)內。該加熱裝置為如亦使用於該濃縮器單元的相同構造之熱交換器。該去揮發物設備包含一預擠壓機(2)、一具有D1=D2=57mm孔直徑及720mm有效長度的對轉雙螺桿擠壓機、及一主擠壓機(3)、一具有D1=D2=58.3mm孔直徑及3225mm有效長度的共轉(corotating)雙螺桿擠壓機。有效長度於此情況下意指超過其發生與該產物接觸之長度。
該去揮發物設備的二個擠壓機包含一調節閥(5或5.1)，其作為在一擠壓機或預擠壓機的個別進料區(4及4.1)上游之壓力控制裝置。
該預擠壓機具有一在該預擠壓機(6)的進料區(4.1)下游之去揮發物區(7.1)及一在該預擠壓機(6)的進料區(4.1)上游之去揮發物區(7.R)。 該去揮發物區(7.R)具有一具連接至一氣體排出管線的去揮發物圓頂室(9.R)之去揮發物開口(8.R)，及該去揮發物區(7.1)具有一具連接至一氣體排出管線的去揮發物圓頂室(9.1)之去揮發物開口(8.1)。該預擠壓機(6)的去揮發物區(7.1)下游有一壓力累積區(10.1)及一聚積(banking-up)元件(11)。在聚積元件(11)下游，一轉移區(12)導向該主擠壓機(3)。該轉移區(12)包含一可加熱管，其開至(opened into)該依序標示主擠壓機(3)的進料區(4)開端之調節閥(5)的入口。
該預擠壓機(2)的氣體排出管線連接至一抽取及冷凝器單元。該氣體藉由一以真空泵之方式從將壓縮的氣體饋入一水冷卻(water-cooled)的冷凝器內之處抽取。將該預擠壓機的筒體(13)組態以使能夠藉由蒸汽之方式加熱。
該主擠壓機具有三個位於該擠壓機(14)的進料區(4)下游之去揮發物區(15.1、15.2及15.3)及一個位於該擠壓機(14)的進料區(4)上游之去揮發物區(15.R)。該去揮發物區(15.R)具有一具連接至一氣體排出管線的去揮發物圓頂室(17.R)之去揮發物開口(16.R)，及該去揮發物區(15.1、15.2及15.3)各具有一於各情況下具連接至一氣體排出管線的去揮發物圓頂室(17.1、17.2及17.3)之去揮發物開口(16.1、16.2及16.3)。該氣體排出管線連接至一包含一機械真空泵與一下游水冷卻的冷凝器之冷凝器單元。該氣體排出管線連接至一包含二個串聯連接(connected in series)的機械真空泵與一下游水冷卻的冷凝器之冷凝器單元。
該擠壓機(14)的去揮發物區(15.1)下游有一壓力累積區(buildup zone)(18.1)及此下游有一第一分散區(first dispersing zone)(19.1)。
該擠壓機(14)的去揮發物區(15.2及15.3)下游於各情況下同樣有一壓力累積區(18.2及18.3)。該壓力累積區(18.2及18.3)下游於各情況下有一分散區(19.2及19.3)。介於該壓力累積區(18.1、18.2及18.3)與該分散區(19.1、19.2及19.3)之間，於各情況下有一聚積元件(20.1、20.2及20.3)，及該 擠壓機(14)的分散區(19.1及19.2)下游於各情況下有一可移動地固定於該筒體(21)之分離的篩盤對(sieve disc pair)(22.1及22.2)。
該擠壓機(14)的最後壓力累積區(18.3)下游有來自該擠壓機之排出區(23)。此排出藉一開至水中造粒裝置(24)內之固定的模板形成。介於該擠壓機(18.3)的壓力累積區與該造粒機(pelletizer)(23)的模板之間，有一使該產物經由一分道(bypass)擠壓至一收集容器內之啟動閥(start-up valve)，該收集容器係提供替代該產物透過模板運送至該水中造粒機內。此分道特別是使用在啟動及關掉該擠壓設備。
於該分散區(19.1,19.2及19.3)之區域，該擠壓機具有用於引入剝除劑之輸入開口(25.1,25.2及25.3)。
為了至少部分控制該擠壓機中的溫度輪廓，該筒體由複數個部件組成及經組態以使能被分離成三個獨立加熱的或冷卻的區域。加熱及冷卻分別藉由蒸汽及水冷卻之方式實行。
使用於該去揮發物、壓力積聚及分散區之處理元件及它們的規格於下述範例中指明。
範例2
將由範例1獲得的預濃縮的含彈性體媒介EM-II經由一加熱裝置以180kg/h速率饋入該去揮發物設備內，在該去揮發物設備的排出區(24)產生約80kg/h的去揮發的乾產物。設定供應至該加熱裝置之蒸汽以使在該調節閥(5.1)的PM-II溫度約110℃。將在該調節閥的壓力設為1.3MPa。於該預擠壓機的二個區域中的壓力設為400mbar絕對壓力。於該預擠壓機的筒體(13)之可加熱部件中的加熱溫度約160℃。在該轉移區(4)的開端，該再濃縮(further-concentrated)的含彈性體媒介EM-III的橡膠含量約80重量%。之後在100℃溫度及約2.0MPa壓力下將EM-III引入該進料區(4)中的主擠壓機(3)內。在該轉移區的壓力利用在全開(completely opened)的主擠壓機的進料區之壓力控制裝置獲得。
範例3至6
將如上述範例1及範例2所獲得的再濃縮的產物EM-III引入該主擠壓機(3)內，於其中該去揮發物區及分散區中使用不同螺桿元件。
該去揮發物區(15.R)及該去揮發物區(15.1)在約100至180mbar絕對壓力下操作。於該去揮發物區(15.2及15.3)之壓力於各情況下設為約50mbar絕對壓力。從工程觀點視之，依此方法難以確切地維持一固定的低壓，以及因此浮動(fluctuations)甚至超出(out over)整個實驗過程。
將氮作為剝除劑以0.5至0.6kg/h速率引入在該去揮發物區(15.1)下游之分散區(19.1)中。
將一由水與硬脂酸鈣(45重量%的硬脂酸鈣)構成的分散液以3.6kg/h速率引入在該去揮發物區(15.2)下游之分散區(19.2)。
將一由水與硬脂酸鈣(45重量%的硬脂酸鈣)構成的分散液以3.6kg/h速率引入在該去揮發物區(15.3)下游之分散區(19.3)。
該主擠壓機的擠壓機螺桿之旋轉速度係於60min-1至90min-1之範圍。
使用於各個範例之螺桿元件歸納於表2a)。
由範例可觀察如下：於範例1中，只有滿足條件S2)，而非S1)，及該去揮發物結果不是令人滿意的。
於範例2及3，滿足條件S1)及S2)，及該去揮發結果非常好。

Claims (29)

  1. 一種去揮發物設備，包含至少一個擠壓機，其具有至少：一筒體及n個具有相關聯孔直徑Dn之筒孔Bn，其中n為2至16之整數，及該筒孔彼此相對通過，n個螺桿Wn，其於各情況下係同心配置於該筒孔Bn之一者上，於各情況下具有一旋轉軸An及於各情況下配備有至少一個處理元件，於圓周方向上該處理元件之截面輪廓具有m個相對最大值Rm max n，係關於該處理元件的截面輪廓至該螺桿Wn的旋轉軸An之徑向尺寸，其中m為1至16之整數，其中，再者，至少一個相對最大值Rm max n為關於該處理元件的截面輪廓至該螺桿Wn的旋轉軸An之徑向尺寸的徑向尺寸Rmax n之絕對最大值，其中Rmax n滿足：Rmax n<=(Dn/2)至少一個進料區，一或多個去揮發物區，於各情況下包含至少一個去揮發物開口，其適用於從該擠壓機自含彈性體媒介中排出揮發性組份，至少一個排出區，其中該擠壓機具有螺桿元件SE作為處理元件，其經組態以使符合至少下述條件：(S1)介於二個螺桿的螺桿元件之輪廓間的自由間距ASE在截面輪廓中同方向以360°螺桿旋轉，該螺桿可被驅動以使其旋轉及各自同心配置在彼此對向通過之鄰近筒孔Bn與Bn+1中，(i)0.001至0.2 AD，其中AD為可被驅動以使其旋轉的鄰近二個螺桿的旋轉軸之間距，及(ii)具有一絕對最小值AminSE及一絕對最大值AmaxSE，其中AmaxSE 1.5 AminSE。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之去揮發物設備，其中該螺桿元件SE還滿足下述條件：(S2)該螺桿元件的截面輪廓具有以輪廓曲線的徑向尺寸為基礎的至少一個絕對最大值Rmax n，對其：0.420 Dn<Rmax n<0.496 Dn。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中該螺桿元件SE具有一模組構造及由一芯軸與螺桿元件構成，該螺桿元件具有一用於該芯軸之容納開口或經組態為具有一實心構造之螺桿或為由個別的子區段(subsegments)構成之螺桿及以實心構造製得。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中使用雙螺桿擠壓機(twin-screw extruders)、行星式齒輪擠壓機或環擠壓機(ring extruders)作為擠壓機。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中該去揮發物設備之擠壓機具有至少一個分散區(dispersing zone)。
  6. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中在該擠壓機(14)之輸送方向的擠壓機之最後去揮發物區係配備有螺桿元件SE。
  7. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中該去揮發物區數目為1至20。
  8. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中至少一個去揮發物區係位在該擠壓機(14)的進料區(4)上游。
  9. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中該去揮發物開口(16)及去揮發物圓頂室(17)經組態以使它們有效地避免或減低含彈性體媒介排出。
  10. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中在該去揮發物開口(15)使用減低或避免材料對表面之黏附性之塗層。
  11. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中至少一些減壓元件(depressurization elements)係位在該擠壓機之去揮發物區上游。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之去揮發物設備，其中該穿孔板由複數個部件組成，以使它們在不移除該螺桿下可從該筒體(21)取得。
  13. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中該擠壓機包含一或多個用於引入添加劑之進料開口。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述之去揮發物設備，其中該螺桿元件SE為雙行程(two-flighted)的或三行程(three-flighted)的。
  15. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中該螺桿元件SE為非對稱的或對稱的。
  16. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中該螺桿元件SE由鋼製成，或以鐵、鎳或鈷為基底的粉末-冶金上製造的金屬性複合物。
  17. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中各自經組態為去揮發物擠壓機或去揮發物捏揉機之預擠壓機(preextruder)(2)或預捏揉機(prekneader)位在該擠壓機(3)上游。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述之去揮發物設備，其中連接該去揮發預擠壓機或去揮發預捏揉機及該擠壓機(3)之轉移區(12)具有至少一個減壓元件。
  19. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中至少一個壓力調節單元存在於該轉移區(12)。
  20. 根據申請專利範圍第1或2項所述之去揮發物設備，其中一或多個另外的濃縮器(concentrator)單元位在上游。
  21. 一種方法，用於自含彈性體媒介(EM)中移除揮發性化合物，該含彈性體媒介(EM)含有至少一種彈性體與至少一種揮發性化合物，該方法包含至少下述步驟：(a)將該含彈性體媒介(EM)引入根據申請專利範圍第1至20項中任一項所述之去揮發物設備內，其經操作以使經過該去揮發物單元的去揮發物開口自該含彈性體媒介(EM)中將揮發性化合物釋出，及該含彈性體媒介(EM)依此方式於揮發性化合物中消耗，及自該去揮發物設備之排出上的含彈性體媒介中隔離聚合物為產物P，及之後該產物P具有比被引入該去揮發物設備內之含彈性體媒介(EM)較低比例的揮發性化合物。
  22. 根據申請專利範圍第21項所述之方法，其中該含彈性體媒介(EM)含有至少一種天然的或合成的彈性體。
  23. 根據申請專利範圍第21或22項所述之方法，其中該含彈性體媒介(EM)含有苯乙烯-丁二烯橡膠、天然橡膠(NR)、丁二烯橡膠(BR)、異戊二烯橡膠(IR)、乙烯-丙烯-二烯橡膠、氫化腈橡膠(HNBR)、丁基橡膠、鹵丁基橡膠、氯丁二烯橡膠(CR)、乙酸乙烯-乙烯基酯(ethylene-vinyl acetate)橡膠(EVA及EVM)、聚胺甲酸酯橡膠、古搭膠(gutta percha)、氟橡膠、矽酮橡膠、硫化物橡膠、氯磺醯基-聚乙烯橡膠還有上述彈性體的任意混合物。
  24. 根據申請專利範圍第21或22項所述之方法，其中該含彈性體媒介(EM)含有丁基橡膠及/或鹵化的丁基橡膠。
  25. 根據申請專利範圍第21或22項所述之方法，其中該含彈性體媒介(EM)係為懸浮液(suspensions)、膏體(pastes)、熔體(melts)、溶液(solutions)、粒狀固體組成物(particulate solid compositions)或上述形式的混合形式。
  26. 根據申請專利範圍第21或22項所述之方法，其中該含彈性體媒介(EM)含有3至98重量%的彈性體與2至97重量%的揮發性化合物，其中上述成分組成至多90至100重量%的含彈性體媒介(EM)總質量。
  27. 根據申請專利範圍第21或22項所述之方法，其中在該去揮發物開口(16)及該去揮發物圓頂室(17)中的壓力係於1hPa至2000hPa範圍。
  28. 根據申請專利範圍第21或22項所述之方法，其中將剝除劑(stripping agents)引入該去揮發物設備的擠壓機或該預擠壓機或預捏揉機內。
  29. 一種擠壓機，係用於去揮發含彈性體媒介，其具有螺桿元件SE作為處理元件，該螺桿元件SE經組態以使滿足至少下述條件：(S1)介於二個螺桿的螺桿元件之輪廓間的自由間距ASE在截面輪廓中同方向以360°螺桿旋轉，該螺桿可被驅動以使其旋轉及各自同心配置在彼此對向通過之鄰近筒孔Bn與Bn+1中，(i)0.001至0.2 AD，其中AD為可被驅動以使其旋轉的鄰近二個螺桿的旋轉軸之間距，及(ii)具有一絕對最小值AminSE及一絕對最大值AmaxSE，如此AmaxSE 1.5AminSE。
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