本發明涉及高分子材料,尤其涉及一種連續生產聚異戊二烯膠乳的方法和系統。
背景技術:
1、聚異戊二烯橡膠為異戊二烯的聚合物,而聚異戊二烯膠乳作為聚異戊二烯橡膠的水基乳液,其具有膠膜拉伸強度高、斷裂伸長率大、機械穩定性及化學穩定性強、不含有致敏性的蛋白質成分等特點,目前已經在醫用制品、輪胎、膠黏劑等領域得到了廣泛的應用。現有技術中,常先制備聚異戊二烯膠液,然后聚異戊二烯膠液對進行乳化和脫溶劑來生產聚異戊二烯膠乳。然而,現有技術中的聚異戊二烯膠乳在生產過程中,常易出現如下問題:乳化效果欠佳,在進行蒸發的過程形成大量凝膠聚集,出現了初乳泡沫多,且有相分離的情況,造成產品性能不達標,異戊二烯膠乳蒸發過程出現泡沫過多,脫除膠乳溶劑欠佳,造成膠乳中凝膠含量較高,容易導致后方濾網堵塞,不利于連續化生產;且現有的生產聚異戊二烯膠乳的方法制得的產品常存在濃度偏低、膠乳機械穩定性不佳的問題,有待于進一步改進。
技術實現思路
1、為了解決上述現有技術的不足,本發明的目的在于提供一種連續生產聚異戊二烯膠乳的方法和系統。
2、本發明的目的通過如下技術方案實現:一種連續生產聚異戊二烯膠乳的方法,包括如下步驟:
3、(s1)將固體異戊橡膠加入到含有溶劑的溶膠釜內溶解,得到異戊二烯膠液;
4、(s2)將主乳化劑、助乳化劑、穩定劑加入到乳化劑配制罐中,使用水配制成乳化劑水溶液;
5、(s3)將步驟(s1)得到的異戊二烯膠液與步驟(s2)得到的乳化劑水溶液加入到預乳化釜中,并加入ph調節劑,進行預乳化;
6、(s4)對經過預乳化的異戊二烯初乳進行二級乳化;
7、(s5)將經過二級乳化后的異戊二烯初乳輸送至初乳緩沖罐,加入部分消泡劑后,混合均勻;
8、(s6)將異戊二烯乳液輸送至初乳過熱器進行熱交換,再依次輸送至加熱器和閃蒸罐,在閃蒸罐中加入部分消泡劑;
9、(s7)將閃蒸后得到的異戊二烯乳液輸送至刮板蒸發器進行蒸發濃縮;
10、(s8)將經過刮板蒸發器處理的異戊二烯乳液輸送至稀乳液緩沖罐中,進行保溫儲存并加入ph調節劑;
11、(s9)將經稀乳液緩沖罐出來的乳液輸送至降膜蒸發器進行濃縮;濃縮后的膠乳經初乳過熱器進行熱交換;冷卻后加入部分補強劑,然后輸送至稀膠乳濃縮緩沖罐;
12、(s10)將經稀膠乳濃縮緩沖罐溢流出來的膠乳輸送至離心機進行脫水;
13、(s11)往經離心機脫水后的膠乳加入部分補強劑,得到聚異戊二烯膠乳成品。
14、進一步的,所述步驟(s1)中,固體異戊橡膠加入到溶劑前進行切粒,控制溶膠釜的溫度為52~58℃,固體異戊橡膠的溶解時間為1~3h;所述溶劑為庚烷、環戊烷、已烷、環已烷和戊烷中的至少一種。優選的,所述溶劑為已烷。
15、進一步的,所述步驟(s2)中,所述主乳化劑為醇醚羧酸鹽、烷基苯磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、烷基硫酸鹽和長鏈脂肪酸鹽中的至少一種;所述助乳化劑為歧化松香酸鉀、吐溫、tween-80、ae0-9、失水山梨醇脂和聚乙烯醚中的至少一種;所述穩定劑為鉀鹽、聚氧乙烯醚、聚乙烯醇和月桂酸鉀中的至少一種。優選的,所述主乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉,所述助乳化劑由tween-80和ae0-9按質量比12-14:4-6組成,所述穩定劑為聚乙烯醇。
16、進一步的,所述步驟(s3)中,在常溫下進行預乳化,預乳化時間為30~60min;所述ph調節劑為氫氧化鉀和氫氧化鈉中的至少一種。所述ph調節劑優選為氫氧化鉀。
17、進一步的,所述步驟(s4)中,經過預乳化的異戊二烯初乳依次進入第一乳化泵和第二乳化泵進行乳化,第一乳化泵轉速設定為3000~4000rpm,第二乳化泵轉速設定為5000~5500rpm。
18、進一步的,所述步驟(s5)中,將經過二級乳化后的異戊二烯初乳輸送至初乳緩沖罐后,再輸送至第一混合器,加入消泡劑并混合均勻。
19、進一步的,所述步驟(s5)和步驟(s6)中,所述消泡劑為鹽消泡劑、磷酸酯消泡劑、高級醇消泡劑、脂肪酸、烴油消泡劑、聚醚消泡劑、有機硅聚合物消泡劑和酰胺消泡劑中的至少一種。所述消泡劑優選為有機硅聚合物消泡劑。所述步驟(s5)和步驟(s6)加入的消泡劑的質量比為1:0.25~2。
20、進一步的,所述步驟(s6)中,將異戊二烯乳液輸送至初乳過熱器后,再輸送至加熱器加熱到62~72℃;將經過加熱的異戊二烯乳液輸送至閃蒸罐中,控制閃蒸罐的溫度為58~72℃,并加入部分消泡劑。
21、進一步的,所述步驟(s7)中,經閃蒸罐罐閃蒸出來的溶劑經過換熱器回收至溶劑回收罐,閃蒸罐后得到的異戊二烯乳液輸送至刮板蒸發器,刮板蒸發器的壓力為-40~-50kpa,溫度為58~72℃,剩余的溶劑進入溶劑回收緩沖罐,此時乳液中溶劑已基本脫除,回收的溶劑先輸送至溶劑回收罐后供步驟(s1)中的溶膠釜使用。
22、進一步的,所述步驟(s8)中,加入ph調節劑調節稀乳液緩沖罐中反應體系內的ph為9.5~10.5,稀乳液緩沖罐中的部分游離水排至污水處理。
23、進一步的,所述步驟(s9)中,經稀乳液緩沖罐出來的乳液進入降膜蒸發器,經降膜蒸發器分離后部分游離水回收至回用水罐,乳液經降膜蒸發器后濃縮至膠含量30-40wt%;初步濃縮的膠乳經步驟(s6)中的初乳過熱器進行熱交換回收部分熱能,冷卻后在第二混合器中加入部分補強劑混合均勻,濃縮后的膠乳進入稀膠乳濃縮緩沖罐,溫度降低至35~40℃。
24、進一步的,所述步驟(s10)中,經稀膠乳濃縮緩沖罐溢流出來的膠乳經離心機脫水,經離心機出來的水和膠清回收至膠清分水罐;膠清分水罐中水相送往回用水罐,回用水罐中的水回收用于配置步驟(s2)中的乳化劑水溶液;膠清分水罐中膠清進入膠清緩沖罐,膠清回收用于配置步驟(s2)中的乳化劑水溶液。
25、進一步的,所述步驟(s9)和步驟(s11)中,所述補強劑為納米氧化鋅、caco3和白炭黑中的至少一種。所述補強劑優選為白炭黑。所述步驟(s9)和步驟(s11)加入的補強劑的質量比為1:1.5~2.5。
26、本發明的所述連續生產聚異戊二烯膠乳的方法中,采用如下重量份的原料:固體異戊橡膠1份、溶劑7~8份、水7~8份、主乳化劑0.0136~0.034份、助乳化劑0.0085~0.033份,穩定劑0.0085~0.0255份、消泡劑0.017~0.032份、ph調節劑0.0017~0.0032份、補強劑0.0015~0.0035份。所述聚異戊二烯膠乳為稀土系聚異戊二烯膠乳。
27、本發明還提供一種連續生產聚異戊二烯膠乳的系統,包括溶膠釜和乳化劑配制罐、以及沿工序方向依次連通的預乳化釜、第一乳化泵、第二乳化泵、初乳緩沖罐、初乳過熱器、閃蒸罐、刮板蒸發器、稀乳液緩沖罐和降膜蒸發器,所述溶膠釜和乳化劑配制罐的出料口均與預乳化釜連通;
28、所述系統還包括稀膠乳濃縮緩沖罐、離心機和成品膠乳緩沖罐,所述降膜蒸發器的出料口經由初乳過熱器與稀膠乳濃縮緩沖罐的進料口連通,所述稀膠乳濃縮緩沖罐、離心機以及成品膠乳緩沖罐依次連通。
29、進一步的,所述連續生產聚異戊二烯膠乳的系統還包括溶劑回收罐、溶劑回收緩沖罐、回用水罐、膠清分水罐、膠清緩沖罐和多個換熱器;所述離心機的出液口與膠清分水罐的進料口連通,所述膠清緩沖罐的進料口與膠清分水罐連通,所述回用水罐的進料口與膠清分水罐以及降膜蒸發器連通;所述回用水罐以及膠清緩沖罐化劑的出料口均與乳化劑配制罐的進料口連通;所述溶劑回收罐的進料口經由一換熱器與閃蒸罐連通,所述溶劑回收罐的出料口與溶膠釜連通;所述溶劑回收緩沖罐的進料口經由一換熱器與刮板蒸發器連通,所述溶劑回收緩沖罐的出料口與溶劑回收罐的進料口連通。
30、進一步的,所述連續生產聚異戊二烯膠乳的系統還包括消泡劑配置罐,所述閃蒸罐內上部設置有霧化噴頭和除沫器,所述霧化噴頭與消泡劑配置罐連通。所述霧化噴頭用于噴出消泡劑。
31、進一步的,所述閃蒸罐內的上部設置有沖洗噴頭,所述溶劑回收罐經由高壓沖洗泵與沖洗噴頭連通,所述沖洗噴頭設置于除沫器和霧化噴頭的上方。
32、進一步的,所述連續生產聚異戊二烯膠乳的系統還包括第一混合器、第二混合器和第二混合器,所述第一混合器設置于初乳緩沖罐和初乳過熱器之間,所述第二混合器設置于初乳過熱器和稀膠乳濃縮緩沖罐之間,所述第二混合器設置于離心機和成品膠乳緩沖罐之間。所述第一混合器、第二混合器和第三混合器均為靜態混合器。
33、本發明的有益效果在于:
34、(1)本發明制得的產品固含量高,具有合適的黏度以及良好的機械穩定性和成膜性,綜合性能優越,并且能夠對標國外先進產品;
35、(2)本發明的連續生產聚異戊二烯膠乳的方法采用對經過預乳化的異戊二烯初乳進行二級乳化的生產工藝,實現了循序漸進的優化乳化工藝,保證乳化完成后系統中泡沫含量少,初膠乳穩定且無相分離現象;
36、(3)本發明采用高效降膜蒸發器結合離心機進行乳液進行濃縮和脫水,在進離心機前稀膠乳中膠含量可以濃縮至不低于30wt%,先比現有技術中的濃縮工藝有較為明顯的提高,同時,使離心機濃縮和脫水后,膠乳中膠含量不低于65wt%。
37、(4)本發明優化了連續生產聚異戊二烯膠乳的方法,工藝步驟和參數易控,降低了生產能耗,實現了熱能和部分溶劑的有效回收利用,并且提高了生產穩定性和效率,降低了工藝的運行成本,制得的產品質量穩定,綜合性能優越,利于工業化生產。
38、(5)本發明的連續生產聚異戊二烯膠乳的系統可用于實現聚異戊二烯膠乳的連續生產,便于操作和控制,自動化程度高,有助于減少勞動量,提升生產效率;并實現了熱能和部分溶劑的有效回收利用,降低生產能耗。