专利名称：制造球状天然橡胶的全胶凝技术的制作方法
技术领域：
本发明属于天然橡胶的加工技术领域，尤其涉及国产浅色(SCR L)和5号标准天然橡胶(SCR5)的加工技术。
背景技术：
本技术背景是基于我国目前天然橡胶(SCR5)的加工技术仍然处于落后状况而提出的创新性发明。我国浅色(SCR L)和5号标准天然橡胶(SCR5)的加工技术是上一世纪50年代由马来西亚形成的加工工艺。50多年来国内、外在天然橡胶加工机械方面所做的改进和发展，并没有从工艺路线上引发创新。天然橡胶加工机械方面所做的改进和发展包括胶凝槽、压绉机、压薄机和粉碎机的更新换代。
传统的橡胶加工工艺所追求的产品形式是浅色颗粒状标准天然橡胶(SCR5)。但是，该技术没有充分利用胶乳的可分散性和可胶凝性，而是采用了古老的块状胶凝工艺，由于天然橡胶的高分子键能很高，极大地加重了加工过程的机械难度、能源消耗和生产成本方面的负担，影响了产品质量和经济效益。
发明目的本发明的目的是(1)充分利用胶乳的可分散性和可胶凝性，缩短天然橡胶的颗粒化过程，降低生产成本；(2)充分利用球型凝胶所具有的高传质和高扩散效率，能够使胶凝和干燥时间大为缩短；使工艺过程简化和使设备投资大大节省；(3)充分利用全胶凝技术所具备的完全胶凝性，即内胶凝和外胶凝性，借以提高橡胶与非橡胶组分的回收率和经济效益，同时节省因压绉、压薄和粉碎过程等所造成的沉重的费用。
发明原理发明的原理是(1)胶乳具有纳米溶胶的性能，在高浓度条件下其黏度与浓度虽然成非线性关系，但在不同季节采集的天然胶乳里，黏度与浓度大致成斜率很小的线性关系。这种低黏度使胶乳具有了显著的可分散性。(2)纳米粒子的扩散层带有负电性，在正电性介质里具有因电中和而胶凝的特性。这就是所谓天然胶乳的可胶凝性。表1是胶乳浓度与密度-黏度之间的相关数据。
表1 胶乳浓度与密度-黏度之间的相关数据
表中数据表明(1)胶乳浓度范围在20-35％时，其密度变化不大，均低于水，因此，只有采用密度轻于水的有机溶液作为胶凝液，才能由上向下实施分散与胶凝。(2)胶乳浓度范围在20～35％时，其黏度与浓度成正比关系，但黏度随着浓度而增加的不大。这为胶乳添加内胶凝剂提供了巨大空间。(3)胶乳浓度范围在20～35％时，它们的界面张力都比较低。这为胶凝液添加外胶凝剂和隔离剂提供了巨大空间。
发明内容
本发明的特征在于用全胶凝方法制造球形天然橡胶，其中包括含有内胶凝剂的胶凝液的制备，含有外胶凝剂和隔离剂的外胶凝液的制备、胶乳的分散与胶凝。过滤与陈化、洗涤与过滤、干燥与包装及液分离等工艺。
(1)含有外胶凝剂和隔离剂的外胶凝液制备将酸性外胶凝剂，例如，乙酸、甲酸、非氧化性无机酸等通过萃取进入有机溶剂，例如庚醇、辛醇、异辛醇等，酸度范围是0.8～1.5m。然后将经过插层和表面处理过的珠光滑石，通过搅拌分散方式添加、分散来完成的，其浓度的范围是0.2～5％。珠光滑石的制备工艺以及酸性外胶凝液的制备工艺是由其他专利技术提供的。
(2)含有内胶凝剂的胶乳制备将新鲜的纳米凝胶通过搅拌分散方式均匀地分散于天然胶乳中，纳米凝胶的添加量范围是0.2～5％。新鲜纳米凝胶的制备是由其他专利技术所提供的。
(3)分散与胶凝，附图1是制备球形天然橡胶的全胶凝技术流程框图。附图2是胶乳分散与胶凝的设备系统照片。图中包括由胶罐、信号发生器、功率放大器、激振器、喷咀等组成的振动分散系统以及由磁力泵，外胶凝液储罐，溢流槽等组成的含有外胶凝剂和隔离剂的外胶凝液循环系统。
(4)过滤-洗涤与陈化-过滤系统将含有湿式球形天然橡胶的外胶凝液，通过筛网在负压条件下分离出球形天然橡胶，再转入搅拌状态下的石灰水中，石灰水的浓度范围是0.2～0.3％。洗涤与陈化的时间范围是1～2小时。
(5)干燥与包装洗涤后湿球通过筛网在负压条件下分离并除掉洗涤液，以循环利用，湿球则通过气力输送至真空干燥机，真空度范围是0.03～0.06Mpa.温度范围是60～80℃。干燥时间范围是3-4小时。干燥所得球形天然橡胶产品可以直接进行包装。
本发明的优点第一，与现有技术相比，本技术的显著优点是工艺简单，操作简便，厂房-设备投资和生产成本低廉。
第二，设备自动化和连续化程度高，实现动态状态下操作本技术所需要的分散和胶凝系统以及低温干燥系统的运行很容易实现自动化和连续化作业，有利于减轻劳动强度，减少操作人数，提高生产效率。
第三，降低电力和能源消耗本技术与现有技术的块状凝胶(0.4*35*15)后加工相比，可以节省因压绉-挤水-压薄-粉碎等机械加工所增加消耗的电力，每吨标准橡胶的生产成本可减少50元以上。尤其值得注意的是低温真空干燥所节省的能源消耗更为显著。
第四，本技术所生的的标准橡胶比现有颗粒胶的颜色浅，性能优，回收率高。
第五，球形橡胶具有优越的传质，传热性能不仅减少了洗涤水的消耗量和干燥时的蒸气消耗量，而且，消除了橡胶因干燥温度高而粘接和氧化变色的弊端，以及避免了蛋白质和其他非橡胶成分在废水中的流失。
第六，天然胶乳与纳米溶液及纳米凝胶之间具有完全的相容性。这为纳米橡胶的研发创造了巨大的空间。例如，纳米氧化硅，纳米氧化铝以及纳米氧化锆-铝等纳米凝胶都可以很方便地与天然胶乳相混合，从而奠定了纳米橡胶的物质和原料基础。
实施例1称取天然胶乳50克(固含量为26.6％)，滴加并分散在含有隔离剂(0.2％)的异辛醇(1mol/l)溶液中，固化后通过筛网过滤并转入石灰水中搅拌洗涤-陈化，1小时后将过滤所得湿球送真空干燥箱(60℃/3小时-真空度为0.03Mpa)内干燥，称得干球重量为13.312克，干橡胶密度为0.8941克/厘米3。结果证明橡胶凝固率为100％。附图3是湿式球形天然橡胶的照片。
实施例2称取固含量为57％的浓缩胶乳1000克，在振动频率为50Hz的五喷咀连续分散于胶凝柱中，胶凝液中乙酸浓度为0.96mo1/l，含有ZHS(珠光滑石)为0.2％。喷孔内径为1mm，深度为6mm。筛网分离出湿球后转入石灰水中(浓度0.2％)搅拌1小时后，筛网分出湿球转入真空干燥箱内干燥，温度60℃，真空度为0.06Mpa，所得球形橡胶为570克，橡胶密度为0.9175克/厘米3。附图4是烘干和晾干所得干燥球形天然橡胶的照片。
实施例3称取固含量为25％的新鲜胶乳500克，通过激振器分散并胶凝于酸性异辛醇胶凝柱中，胶凝液的乙醇浓度为1.10mo1/l，含有ZHS为0.15％。喷咀尺寸为1×6mm，喷咀个数为5个。陈化与洗涤液体积为5升，其中氧你钙浓度为0.2％。搅拌速度为100rpm，搅拌时间为1小时。洗涤后筛网重力分离出湿球，转入真空干燥箱内静态盘式干燥，制得干球质量为250克。这证明全胶凝技术对天然胶乳的橡胶回收率为100％。干球密度为0.9025克/厘米3。
附图1是本发明提出的制造球状天然橡胶的全胶凝技术流程框图，现结合附图对本发明作进一步说明。
1.纳米凝胶(内胶凝剂)的制备制造纳米凝胶(内胶凝剂)的原料是其他专产品提供的复合凝胶。该凝胶是由专利产品复合纳米胶经胶凝-离心沉降分出的复合纳米凝胶。胶凝PH范围是6.5～7.5。温度范围是30～45℃。离心速度范围是5000～6000rpm。
2.内胶凝液的制备将上述纳米凝胶在分散机作用下分散于天然胶乳中。分散机的结构是斜齿型，其速度范围是420～168rpm，分散温度范围是15～35℃。纳米凝胶的加人量是0.2-5％。天然胶乳中的橡胶成分的含量范围是20-35％。
3.隔离剂的制备本技术所用隔离剂是由其他专利技术提供的。其工艺包括滑石的化学插层与篮式砂磨以及包膜处理等。插层剂的浓度范围是0.5×10-4～0.6×10-4。篮磨微球的直径范围为2～3mm的氧化锆微球。表面处理剂是氧化钛纳米溶胶，其浓度范围是0.25～0.35mo1/l。包膜温度范围是50～65℃。包膜用分散机速度范围是168～420rpm。
4.分散与胶凝图2是制造球形天然橡胶的分散与胶凝设备照片。操作方法是将含有内胶凝剂的天然胶乳由胶罐通过加压流入压力式喷咀内垂直分散于外胶凝柱中。而外胶凝液是由储罐经由磁力泵从胶凝柱底部沿切线方向进入胶凝柱，由下向上循环流动在从上部溢流堰返回储罐，依次循环。胶滴由空中落人外胶凝柱由上向下与外胶凝液呈逆向流动，最后落入柱底并完成全胶凝过程。胶滴的胶凝时间范围是3～5秒钟。
5.过滤-洗涤与陈化-洗涤柱底的球形天然橡胶经由球阀和石灰水水力输送送至洗涤和陈化工序。洗涤-陈化的搅拌速度范围是80～450rpm。石灰水的溶解度范围是0.2-0.3％；PH范围是13～14。含有湿式球形天然橡胶的洗涤液经过筛网除去洗涤液并循环使用，而湿球送去低温真空干燥工序处理。
6.球形橡胶的低温真空干燥陈化-过滤所得湿式球形天然橡胶，通过负压和管道输送进入真空干燥系统。低温真空干燥的温度范围是60～80℃，真空度范围是0.03～0.06Mpa。干燥时间范围是3-4小时。
权利要求
1制备球形天然橡胶的全胶凝技术，其特征在于利用含有内胶凝剂的天然胶乳分散于含有隔离剂和外胶凝剂的胶凝液中生成球形天然橡胶，再经陈化、洗涤、过滤和干燥后制得质量符合国家标准的新型球形天然橡胶。(1)纳米凝胶(内胶凝剂)的制备纳米氧化物凝胶的作用是充当内胶凝剂，其中包括锌、铝、锆、钛和硅等元素的氧化物凝胶。本技术所使用的纳米凝胶是由其他专利技术所提供的。(2)内胶凝液的制备将所使用纳米凝胶通过普通搅拌方式分散于天然胶乳中。天然胶乳的浓度范围是20～35％。纳米凝胶的用量范围是0.2～5％。(3)含有隔离剂的外胶凝液的制备外胶凝剂是由辛醇、异辛醇等密度轻于水的有机醇试剂以及包括有机、无机酸等组成的酸性有机溶液。其中的酸度范围是0.8～1.5mol/l。其制备方法是通过液-液萃取过程来完成的。含有隔离剂的外胶凝液是由其他专利技术所提供的。(4)外隔离剂的制备所使用的隔离剂为插层滑石经过表面处理和干燥而得。插层剂为阳离子型聚丙烯酰胺在蓝式砂磨机中完成的。表面处理剂是由硬脂酸钙和弹性乳液混合而成的。外隔离剂是由其他专利技术所提供的。外隔离剂的加入浓度是0.2-0.5％。(5)分散与胶凝过程储存在胶乳罐内的内胶凝液经过电磁振动喷嘴分散在动态循环的外胶凝液和胶凝柱中，由上而下地胶凝并收缩为球形天然橡胶颗粒。外胶凝液在胶凝柱中的上升速度的调节是根据内胶凝液比重和滴径的大小来确定的。(6)过滤-洗涤及陈化-过滤将含有球形天然橡胶及胶凝水的胶凝液通过筛网过滤分别获得的湿式球形天然橡胶转入石灰水中进行搅拌洗涤及陈化作业；获得液相转入液-液分离工序。洗涤和陈化溶液为0.2-0.3％的石灰水，洗涤和陈化工序的操作周期为1～2小时。含有球形天然橡胶的洗涤液通过筛网过滤分别获得湿式球形天然橡胶送低温真空干燥作业；所得洗涤液返回以循环使用。(7)液-液分离将陈化-过滤所得含有胶凝水和有机溶剂的洗涤液送液-液重力分离工序。该工序所得胶凝水送储槽，该胶凝水可以送石灰水配置作业使用；所得有机溶剂送外胶凝液配制工序使用。(8)低温真空干燥过滤所得湿式球形天然橡胶球送低温和真空干燥系统。低温温度范围是60～80℃；真空度范围是0.03～0.06MPa水柱。干燥周期为3-4小时。
全文摘要
本发明涉及球形天然橡胶的全胶凝加工技术领域，其特征是将含有内胶凝剂的天然胶乳以胶滴形式分散于含有外胶凝剂和隔离剂的有机溶液中制得湿式球形天然橡胶，后经过滤－洗涤－陈化和低温真空干燥制得质量符合国产浅色(SCRL)和5号标准(SCR5)的标准橡胶。内胶凝剂是其他专利产品－纳米凝胶；外胶凝剂是其他专利产品－经萃取获得的酸性醇有机溶液；隔离剂是其他专利产品－经纳米化表面处理的插层滑石。湿式球形天然橡胶的洗涤－陈化是在石灰水中完成的；湿式球形天然橡胶的干燥是在低温真空条件下完成的；干燥球形天然橡胶可以用作为商品形式直接进行包装、运输和使用。该技术的显著优点是设备简单、投资少、操作简单、容易、电力和能源消耗省、生产成本低、产品质量高等。
文档编号C08C3/00GK101074272SQ20061008084
公开日2007年11月21日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者徐志昌, 张萍 申请人:徐志昌, 张萍