專利名稱：制造球狀天然橡膠的全膠凝技術的制作方法
技術領域：
本發明屬于天然橡膠的加工技術領域，尤其涉及國產淺色(SCR L)和5號標準天然橡膠(SCR5)的加工技術。
背景技術：
本技術背景是基于我國目前天然橡膠(SCR5)的加工技術仍然處于落后狀況而提出的創新性發明。我國淺色(SCR L)和5號標準天然橡膠(SCR5)的加工技術是上一世紀50年代由馬來西亞形成的加工工藝。50多年來國內、外在天然橡膠加工機械方面所做的改進和發展，并沒有從工藝路線上引發創新。天然橡膠加工機械方面所做的改進和發展包括膠凝槽、壓縐機、壓薄機和粉碎機的更新換代。
傳統的橡膠加工工藝所追求的產品形式是淺色顆粒狀標準天然橡膠(SCR5)。但是，該技術沒有充分利用膠乳的可分散性和可膠凝性，而是采用了古老的塊狀膠凝工藝，由于天然橡膠的高分子鍵能很高，極大地加重了加工過程的機械難度、能源消耗和生產成本方面的負擔，影響了產品質量和經濟效益。
發明目的本發明的目的是(1)充分利用膠乳的可分散性和可膠凝性，縮短天然橡膠的顆粒化過程，降低生產成本；(2)充分利用球型凝膠所具有的高傳質和高擴散效率，能夠使膠凝和干燥時間大為縮短；使工藝過程簡化和使設備投資大大節省；(3)充分利用全膠凝技術所具備的完全膠凝性，即內膠凝和外膠凝性，借以提高橡膠與非橡膠組分的回收率和經濟效益，同時節省因壓縐、壓薄和粉碎過程等所造成的沉重的費用。
發明原理發明的原理是(1)膠乳具有納米溶膠的性能，在高濃度條件下其黏度與濃度雖然成非線性關系，但在不同季節采集的天然膠乳里，黏度與濃度大致成斜率很小的線性關系。這種低黏度使膠乳具有了顯著的可分散性。(2)納米粒子的擴散層帶有負電性，在正電性介質里具有因電中和而膠凝的特性。這就是所謂天然膠乳的可膠凝性。表1是膠乳濃度與密度-黏度之間的相關數據。
表1 膠乳濃度與密度-黏度之間的相關數據
表中數據表明(1)膠乳濃度范圍在20-35％時，其密度變化不大，均低于水，因此，只有采用密度輕于水的有機溶液作為膠凝液，才能由上向下實施分散與膠凝。(2)膠乳濃度范圍在20～35％時，其黏度與濃度成正比關系，但黏度隨著濃度而增加的不大。這為膠乳添加內膠凝劑提供了巨大空間。(3)膠乳濃度范圍在20～35％時，它們的界面張力都比較低。這為膠凝液添加外膠凝劑和隔離劑提供了巨大空間。
發明內容
本發明的特征在于用全膠凝方法制造球形天然橡膠，其中包括含有內膠凝劑的膠凝液的制備，含有外膠凝劑和隔離劑的外膠凝液的制備、膠乳的分散與膠凝。過濾與陳化、洗滌與過濾、干燥與包裝及液分離等工藝。
(1)含有外膠凝劑和隔離劑的外膠凝液制備將酸性外膠凝劑，例如，乙酸、甲酸、非氧化性無機酸等通過萃取進入有機溶劑，例如庚醇、辛醇、異辛醇等，酸度范圍是0.8～1.5m。然后將經過插層和表面處理過的珠光滑石，通過攪拌分散方式添加、分散來完成的，其濃度的范圍是0.2～5％。珠光滑石的制備工藝以及酸性外膠凝液的制備工藝是由其他專利技術提供的。
(2)含有內膠凝劑的膠乳制備將新鮮的納米凝膠通過攪拌分散方式均勻地分散于天然膠乳中，納米凝膠的添加量范圍是0.2～5％。新鮮納米凝膠的制備是由其他專利技術所提供的。
(3)分散與膠凝，附圖1是制備球形天然橡膠的全膠凝技術流程框圖。附圖2是膠乳分散與膠凝的設備系統照片。圖中包括由膠罐、信號發生器、功率放大器、激振器、噴咀等組成的振動分散系統以及由磁力泵，外膠凝液儲罐，溢流槽等組成的含有外膠凝劑和隔離劑的外膠凝液循環系統。
(4)過濾-洗滌與陳化-過濾系統將含有濕式球形天然橡膠的外膠凝液，通過篩網在負壓條件下分離出球形天然橡膠，再轉入攪拌狀態下的石灰水中，石灰水的濃度范圍是0.2～0.3％。洗滌與陳化的時間范圍是1～2小時。
(5)干燥與包裝洗滌后濕球通過篩網在負壓條件下分離并除掉洗滌液，以循環利用，濕球則通過氣力輸送至真空干燥機，真空度范圍是0.03～0.06Mpa.溫度范圍是60～80℃。干燥時間范圍是3-4小時。干燥所得球形天然橡膠產品可以直接進行包裝。
本發明的優點第一，與現有技術相比，本技術的顯著優點是工藝簡單，操作簡便，廠房-設備投資和生產成本低廉。
第二，設備自動化和連續化程度高，實現動態狀態下操作本技術所需要的分散和膠凝系統以及低溫干燥系統的運行很容易實現自動化和連續化作業，有利于減輕勞動強度，減少操作人數，提高生產效率。
第三，降低電力和能源消耗本技術與現有技術的塊狀凝膠(0.4*35*15)后加工相比，可以節省因壓縐-擠水-壓薄-粉碎等機械加工所增加消耗的電力，每噸標準橡膠的生產成本可減少50元以上。尤其值得注意的是低溫真空干燥所節省的能源消耗更為顯著。
第四，本技術所生的的標準橡膠比現有顆粒膠的顏色淺，性能優，回收率高。
第五，球形橡膠具有優越的傳質，傳熱性能不僅減少了洗滌水的消耗量和干燥時的蒸氣消耗量，而且，消除了橡膠因干燥溫度高而粘接和氧化變色的弊端，以及避免了蛋白質和其他非橡膠成分在廢水中的流失。
第六，天然膠乳與納米溶液及納米凝膠之間具有完全的相容性。這為納米橡膠的研發創造了巨大的空間。例如，納米氧化硅，納米氧化鋁以及納米氧化鋯-鋁等納米凝膠都可以很方便地與天然膠乳相混合，從而奠定了納米橡膠的物質和原料基礎。
實施例1稱取天然膠乳50克(固含量為26.6％)，滴加并分散在含有隔離劑(0.2％)的異辛醇(1mol/l)溶液中，固化后通過篩網過濾并轉入石灰水中攪拌洗滌-陳化，1小時后將過濾所得濕球送真空干燥箱(60℃/3小時-真空度為0.03Mpa)內干燥，稱得干球重量為13.312克，干橡膠密度為0.8941克/厘米3。結果證明橡膠凝固率為100％。附圖3是濕式球形天然橡膠的照片。
實施例2稱取固含量為57％的濃縮膠乳1000克，在振動頻率為50Hz的五噴咀連續分散于膠凝柱中，膠凝液中乙酸濃度為0.96mo1/l，含有ZHS(珠光滑石)為0.2％。噴孔內徑為1mm，深度為6mm。篩網分離出濕球后轉入石灰水中(濃度0.2％)攪拌1小時后，篩網分出濕球轉入真空干燥箱內干燥，溫度60℃，真空度為0.06Mpa，所得球形橡膠為570克，橡膠密度為0.9175克/厘米3。附圖4是烘干和晾干所得干燥球形天然橡膠的照片。
實施例3稱取固含量為25％的新鮮膠乳500克，通過激振器分散并膠凝于酸性異辛醇膠凝柱中，膠凝液的乙醇濃度為1.10mo1/l，含有ZHS為0.15％。噴咀尺寸為1×6mm，噴咀個數為5個。陳化與洗滌液體積為5升，其中氧你鈣濃度為0.2％。攪拌速度為100rpm，攪拌時間為1小時。洗滌后篩網重力分離出濕球，轉入真空干燥箱內靜態盤式干燥，制得干球質量為250克。這證明全膠凝技術對天然膠乳的橡膠回收率為100％。干球密度為0.9025克/厘米3。
附圖1是本發明提出的制造球狀天然橡膠的全膠凝技術流程框圖，現結合附圖對本發明作進一步說明。
1.納米凝膠(內膠凝劑)的制備制造納米凝膠(內膠凝劑)的原料是其他專產品提供的復合凝膠。該凝膠是由專利產品復合納米膠經膠凝-離心沉降分出的復合納米凝膠。膠凝PH范圍是6.5～7.5。溫度范圍是30～45℃。離心速度范圍是5000～6000rpm。
2.內膠凝液的制備將上述納米凝膠在分散機作用下分散于天然膠乳中。分散機的結構是斜齒型，其速度范圍是420～168rpm，分散溫度范圍是15～35℃。納米凝膠的加人量是0.2-5％。天然膠乳中的橡膠成分的含量范圍是20-35％。
3.隔離劑的制備本技術所用隔離劑是由其他專利技術提供的。其工藝包括滑石的化學插層與籃式砂磨以及包膜處理等。插層劑的濃度范圍是0.5×10-4～0.6×10-4。籃磨微球的直徑范圍為2～3mm的氧化鋯微球。表面處理劑是氧化鈦納米溶膠，其濃度范圍是0.25～0.35mo1/l。包膜溫度范圍是50～65℃。包膜用分散機速度范圍是168～420rpm。
4.分散與膠凝圖2是制造球形天然橡膠的分散與膠凝設備照片。操作方法是將含有內膠凝劑的天然膠乳由膠罐通過加壓流入壓力式噴咀內垂直分散于外膠凝柱中。而外膠凝液是由儲罐經由磁力泵從膠凝柱底部沿切線方向進入膠凝柱，由下向上循環流動在從上部溢流堰返回儲罐，依次循環。膠滴由空中落人外膠凝柱由上向下與外膠凝液呈逆向流動，最后落入柱底并完成全膠凝過程。膠滴的膠凝時間范圍是3～5秒鐘。
5.過濾-洗滌與陳化-洗滌柱底的球形天然橡膠經由球閥和石灰水水力輸送送至洗滌和陳化工序。洗滌-陳化的攪拌速度范圍是80～450rpm。石灰水的溶解度范圍是0.2-0.3％；PH范圍是13～14。含有濕式球形天然橡膠的洗滌液經過篩網除去洗滌液并循環使用，而濕球送去低溫真空干燥工序處理。
6.球形橡膠的低溫真空干燥陳化-過濾所得濕式球形天然橡膠，通過負壓和管道輸送進入真空干燥系統。低溫真空干燥的溫度范圍是60～80℃，真空度范圍是0.03～0.06Mpa。干燥時間范圍是3-4小時。
權利要求
1制備球形天然橡膠的全膠凝技術，其特征在于利用含有內膠凝劑的天然膠乳分散于含有隔離劑和外膠凝劑的膠凝液中生成球形天然橡膠，再經陳化、洗滌、過濾和干燥后制得質量符合國家標準的新型球形天然橡膠。(1)納米凝膠(內膠凝劑)的制備納米氧化物凝膠的作用是充當內膠凝劑，其中包括鋅、鋁、鋯、鈦和硅等元素的氧化物凝膠。本技術所使用的納米凝膠是由其他專利技術所提供的。(2)內膠凝液的制備將所使用納米凝膠通過普通攪拌方式分散于天然膠乳中。天然膠乳的濃度范圍是20～35％。納米凝膠的用量范圍是0.2～5％。(3)含有隔離劑的外膠凝液的制備外膠凝劑是由辛醇、異辛醇等密度輕于水的有機醇試劑以及包括有機、無機酸等組成的酸性有機溶液。其中的酸度范圍是0.8～1.5mol/l。其制備方法是通過液-液萃取過程來完成的。含有隔離劑的外膠凝液是由其他專利技術所提供的。(4)外隔離劑的制備所使用的隔離劑為插層滑石經過表面處理和干燥而得。插層劑為陽離子型聚丙烯酰胺在藍式砂磨機中完成的。表面處理劑是由硬脂酸鈣和彈性乳液混合而成的。外隔離劑是由其他專利技術所提供的。外隔離劑的加入濃度是0.2-0.5％。(5)分散與膠凝過程儲存在膠乳罐內的內膠凝液經過電磁振動噴嘴分散在動態循環的外膠凝液和膠凝柱中，由上而下地膠凝并收縮為球形天然橡膠顆粒。外膠凝液在膠凝柱中的上升速度的調節是根據內膠凝液比重和滴徑的大小來確定的。(6)過濾-洗滌及陳化-過濾將含有球形天然橡膠及膠凝水的膠凝液通過篩網過濾分別獲得的濕式球形天然橡膠轉入石灰水中進行攪拌洗滌及陳化作業；獲得液相轉入液-液分離工序。洗滌和陳化溶液為0.2-0.3％的石灰水，洗滌和陳化工序的操作周期為1～2小時。含有球形天然橡膠的洗滌液通過篩網過濾分別獲得濕式球形天然橡膠送低溫真空干燥作業；所得洗滌液返回以循環使用。(7)液-液分離將陳化-過濾所得含有膠凝水和有機溶劑的洗滌液送液-液重力分離工序。該工序所得膠凝水送儲槽，該膠凝水可以送石灰水配置作業使用；所得有機溶劑送外膠凝液配制工序使用。(8)低溫真空干燥過濾所得濕式球形天然橡膠球送低溫和真空干燥系統。低溫溫度范圍是60～80℃；真空度范圍是0.03～0.06MPa水柱。干燥周期為3-4小時。
全文摘要
本發明涉及球形天然橡膠的全膠凝加工技術領域，其特征是將含有內膠凝劑的天然膠乳以膠滴形式分散于含有外膠凝劑和隔離劑的有機溶液中制得濕式球形天然橡膠，后經過濾－洗滌－陳化和低溫真空干燥制得質量符合國產淺色(SCRL)和5號標準(SCR5)的標準橡膠。內膠凝劑是其他專利產品－納米凝膠；外膠凝劑是其他專利產品－經萃取獲得的酸性醇有機溶液；隔離劑是其他專利產品－經納米化表面處理的插層滑石。濕式球形天然橡膠的洗滌－陳化是在石灰水中完成的；濕式球形天然橡膠的干燥是在低溫真空條件下完成的；干燥球形天然橡膠可以用作為商品形式直接進行包裝、運輸和使用。該技術的顯著優點是設備簡單、投資少、操作簡單、容易、電力和能源消耗省、生產成本低、產品質量高等。
文檔編號C08C3/00GK101074272SQ20061008084
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者徐志昌, 張萍 申請人:徐志昌, 張萍