一種氟彈性體的乾燥方法和用於該乾燥方法的乾燥設備的製作方法

2023-05-23 22:12:31 4

專利名稱：一種氟彈性體的乾燥方法和用於該乾燥方法的乾燥設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氟彈性體的乾燥方法，還涉及適用於該乾燥方法的乾燥設備，尤其是用於乾燥的雙螺杆擠出機。

背景技術：
氟彈性體是指主鏈或側鏈的碳原子上含有氟原子的一種性能優異的高分子合成橡膠，氟彈性體經配合、加工、硫化製成的製品具有卓越的耐介質性(能耐受各種燃油、合成油、潤滑油、化學品)以及高溫耐熱性，可採用注射、擠出、模壓等成型方法將其製成各種O形圈、密封件、隔膜、墊圈、膠片、閥片、軟管、膠輥等各種橡膠製品。
氟彈性體的主要品種有偏氟乙烯-六氟丙烯二元共聚氟彈性體和偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯三元共聚氟彈性體。作為有用的原料，要求最終聚氟彈性體內殘餘水份含量為0.3重量％或以下。
在現有技術中，通過氣溶聚合而成的高聚物經電解凝聚、洗滌、離心脫水形成的膠粒的含水量為25％～35重量％，通常將這種高含水量的膠粒裝入烘盤放進熱風循環蒸汽烘箱乾燥，最終得到含水量0.5％或以下的氟彈性體。雖然用這種烘箱乾燥工藝能總體上得到滿足含水量要求的氟彈性體膠粒，但是用這種方法無法適應日趨擴大的工業化生產，原因有 1.烘箱內部各點溫度分布不均引起乾燥質量不穩定； 2.熱能利用率低、能耗高； 3.間歇操作易受汙染、勞動強度大、生產效率低。
如果要得到最終含水量在0.3％或以下的膠粒，那麼能耗將更高。
雙螺杆擠出機是一種主要用於塑料加工及橡膠連續密煉成型擠出的加工機械；它同時也可用於樹脂合成，適用於聚醯(亞)胺縮聚反應、聚氨酯加聚反應、聚酯熔體聚合反應、聚甲醛本體連續聚合反應、甲基丙烯酸甲酯本體連續聚合反應擠出以及動態硫化、交聯、接枝、擴鏈等反應擠出。
例如，中國專利ZL01112979.4報導了一種高韌性高流動性改性聚丙烯母粒的製備方法，包括如下步驟將顆粒狀聚丙烯、顆粒狀三元乙丙橡膠、有機過氧化物交聯劑和烯丙基酯類助交聯劑按比例充分混合，隨後將該混合物再加入雙螺杆擠出機熔融擠出造粒。
雙螺杆擠出機也可用於常規(普通)塑料製備，如《合成橡膠工業》{2005-05-15，28(3)161-165}「雙螺杆擠出丁苯透明抗衝樹脂溶液脫揮工藝」一文中，報導了雙螺杆擠出機因能耗低、脫揮發分效率高，而受到廣泛的關注。與其它後處理技術相比，雙螺杆擠出工藝具有能耗低、可強制餵料，溫度、壓力易於控制、脫揮效率高等優點。
雖然本領域已知可採用雙螺杆擠出機脫除有機物料中的揮發性組分，但是適用於雙螺杆擠出機進行脫揮發份加工的有機物料僅含有低含量的揮發性組分，並且這種揮發性組分的沸點常低於水的沸點。如果要用常規雙螺杆擠出機脫揮方法脫除高含量(例如最高達35重量％)的水，則在脫水過程中汽化的水分會夾帶欲乾燥的有機物料從排氣口排出，不僅汙染了工作環境，還造成欲乾燥的有機物料的損耗。
因此，需要開發一種連續化、高產能、低強度、產品質量穩定均一的氟彈性體乾燥方法。
還需要開發一種適合於乾燥高含水量氟彈性體的乾燥設備。


發明內容
本發明的一個目的是提供一種連續化、高產能、低強度、產品質量穩定均一的氟彈性體的乾燥方法。
本發明的另一個目的是提供一種適合於乾燥高含水量氟彈性體的乾燥設備。
為了達到上述目的，本發明提供一種氟彈性體的乾燥設備，它包括雙螺杆擠出機，所述雙螺杆擠出機包括機筒、螺杆、排氣口，其特徵在於每一個所述排氣口具有兩個排氣腔。
本發明還提供一種氟彈性體的乾燥方法，它包括將含水量為8％～15重量％的氟彈性體膠粒通入雙螺杆擠出機的步驟，所述雙螺杆擠出機包括機筒、螺杆、排氣口，其特徵在於每一個所述排氣口具有兩個排氣腔。



下面結合附圖更詳細地說明本發明，附圖中 圖1是現有雙螺杆擠出機排氣口的截面圖； 圖2是本發明雙螺杆擠出機排氣口的截面圖。
圖3是本發明雙螺杆擠出機排氣口的立體示意圖； 圖4是圖3立體示意圖的剖面圖。

具體實施例方式 本發明提供一種適合乾燥高含水量氟彈性體膠粒的雙螺杆擠出機。在本發明中，術語「高含水量氟彈性體」是指含水量為8％～15重量％、較好為9-14重量％、更好為10-12重量％的氟彈性體膠粒。
目前通過氣溶聚合而成的高聚物經電解凝聚、洗滌、離心脫水形成的氟彈性體膠粒(下面簡稱為氟彈性體膠粒原料)的含水量一般高達25％～35重量％。為了使氟彈性體膠粒的含水量滿足用本發明雙螺杆擠出機進行乾燥的要求，可對氟彈性體膠粒原料進行前置脫水。合適的前置脫水方法無特別的限制，可以是本領域任何常規的脫水方法，例如使用離心法進行脫水。
採用雙螺杆擠出機進行脫揮發份加工是本領域眾所周知的。常規的雙螺杆擠出機包括機筒、螺杆和排氣口。所述機筒可根據具體加工的要求選擇帶冷卻夾套的機筒、帶冷卻夾套的排氣口機筒、加料機筒和排水機筒並根據需要對其自由組合。在常規的脫揮發份加工中，由於加工物料中一般揮發份的含量較低並且該揮發份本身一般具有低的沸點，因此，常規的排氣口機筒的排氣口帶有一個排氣腔。圖1是現有的排氣口機筒排氣口200的示意圖，其中箭頭方向為螺杆的旋轉方向。所述排氣口包括排氣腔1。該排氣腔1包括一個柱狀的出口部分2和與該柱狀出口部分流體相通的呈半個倒置的喇叭狀的內腔3。排氣腔1具有一個豎直的側壁5、一個與該豎直的側壁5對置的構成倒置喇叭腔的側壁6和一個與該豎直的側壁5對置的構成柱狀出口部分的豎直側壁7。
要乾燥的高含水量氟彈性體進入該雙螺杆擠出機，在筒體外加熱及螺杆阻流提壓、熱壓功能的作用下水分及低分子物急劇氣化，衝破熔體包裹的阻力以氣態進入排氣腔的喇叭狀內腔3。由於高含水量氟彈性體的含水量遠高於現有技術用雙螺杆擠出機脫揮發份操作時所述揮發份的含量，並且由於水的沸點高於所述揮發份的沸點，因此水分揮發產生的水汽壓力遠大於少量揮發份氣化時產生的壓力，結果用這種常規雙螺杆擠出機乾燥高含水量氟彈性體的過程中，在水汽蒸發的同時要乾燥的氟彈性體物料也會從排氣口噴出。結果汙染了工作場所的環境並造成氟彈性體物料的浪費。
為了利用現有的雙螺杆擠出機乾燥氟彈性體並解決現有技術的缺陷，本發明人發現對雙螺杆擠出機的排氣口進行改進可有利地消除氟彈性體物料隨水汽析出的缺陷。因此適合於本發明氟彈性體乾燥方法的雙螺杆擠出機包括特殊的排氣口。圖2是本發明一個較好實例的雙螺杆擠出機排氣口的示意圖，如圖2所示，本發明排氣口包括第一排氣腔100和第二排氣腔101，在兩個排氣腔之間具有擋板4。所述第一排氣腔100具有柱狀出口部分12和一個內腔13。該第一排氣腔100包括一個豎直的側壁5、一個與該豎直的側壁5對置的豎直側壁8，豎直側壁5和8構成所述出口部分12；所述第一排氣腔100還包括一個與側壁8的下部相連的圓弧狀的側壁9，側壁9和側壁5構成了所述內腔13。從剖面圖上看，內腔13的高度與出口部分12高度相等或者是其高度的1/4至1/10。
在本發明中，術語「內腔13的高度」是指圓弧側壁9與水平線的切點至與豎直線切點的垂線之間的距離。
在本發明的一個實例中，圓弧側壁9的弧度為80-90度。
第二排氣腔101包括柱狀出口部分10和柱狀內腔11。出口部分10包括一個豎直側壁7和與該豎直側壁7對置的位於擋板4上的豎直側壁14。柱狀內腔11包括一個斜的側壁6和一個在所述擋板4上與該斜側壁6對置並與其平行的側壁15。從剖面圖上看，豎直側壁7的長度是斜側壁6長度的1/2至1/4。
在本發明中，術語「斜側壁的長度」是指沿該側壁的傾斜方向上壁的長度。
在本發明的一個實例中，斜側壁6與水平線的夾角一般為85-60度，較好為82-65度，更好為80-70度。
從剖面圖上看，擋板4將現有的雙螺杆擠出機的排氣口200的排氣腔分隔成兩個排氣腔，即第一排氣腔100和第二排氣腔101。從剖面圖出口部分的位置看，第二排氣腔101的出口部分10比第一排氣腔100的出口部分12稍大或者兩者相等。在本發明的一個實例中，第二排氣腔的出口部分10比第二排氣腔的出口部分12大10％-80％，較好大20％-70％，更好大30-60％。
圖3是本發明圖2所示排氣口的立體示意圖，由該立體圖可更直觀地了解本發明排氣口的結構。
圖4是圖3排氣口立體示意圖的剖面圖。
本發明同向平行雙螺杆擠出機還包括驅動部分與加工部分，驅動部分包括傳動箱與電機，加工部分由兩根同向旋轉的螺杆芯軸、「積木式」螺紋元件、筒體及筒體加熱器組成。筒體有餵料筒體、閉合筒體、排氣筒體、機頭。螺杆長徑比可根據含氟彈性體的性能調整，螺紋元件有圓柱、反向塊、嚙合盤、齒形盤等形式且隨加工物料性能可隨意組合。物料在機筒內流動所形成的高壓和低壓區是平衡的，故螺杆可以高速運轉；物料可從一根螺杆流入另一根螺杆，沿著較長的8字路徑流動，能夠接受更多的熔化熱；其間，可經歷不同結構的螺紋元件、嚙合盤和齒形盤元件使物料得到程度不同的輸送和混煉及多處排氣脫揮。
使用時將氟彈性體物料經預脫水(例如擠壓預脫水或者離心預脫水)進入雙螺杆擠出機後，首先在排水筒體再排出剩餘一部分游離態助劑離子及水，此時物料含水量在3％～5％左右。隨後在螺杆的推進下擠壓脫水，脫除的水汽從排氣口排出，此時從排氣口排出的僅僅是純的水汽，未發現夾帶氟彈性體物料。
本發明使用「積木式」螺紋元件，其隨意組合性極大地賦予生產的靈活性，通過不同形式螺紋元件的不同組合及操作工藝條件可乾燥不同性能、不同品級的氟彈性體聚合物。
嚙合形螺杆良好的自清性，即一個螺杆完全可被另一個螺杆所清潔，故批次之間的接口料幾乎沒有，大大降低了生產單耗。
下面結合實施例更詳細地描述本發明。
實施例1 用常規的方法生產門尼粘度{ML(1+10)121℃}為130的氟彈性體，高聚物乳液經電解凝聚、洗滌、脫水形成含水28.2％的膠粒。首先通過擠壓脫水，使物料的含水量降至10.2％，同時除去大部分聚合及凝聚過程中的助劑、未反應單體和水。
使用帶圖2所示排氣口的同向平行雙螺杆擠出機，排氣口擋板4圓弧狀的側壁9的弧度為90度，出口部分10的寬度比出口部分12的寬度大20％，內腔13的高度是出口部分12高度的1/4，豎直側壁7的長度是斜側壁6長度的1/2，斜側壁6與水平線的夾角為60°。
將經欲脫水的氟彈性體物料加入該同向平行雙螺杆擠出機，通過螺杆功能，使物料處在高壓及高於揮發性成分沸點的溫度狀態下，進入排氣段，在此壓力突然降低或呈負壓時，在較大的閃蒸推動力作用下，例如低沸點物、水分及低分子物急劇氣化，衝破熔體包裹的阻力以氣態排出機體外。物料經過幾個排氣段，這種「閃蒸排氣」過程就重複幾次，最終使熔體內殘餘水份含量降至0.2重量％。氟彈性體乾燥數據情況見表1 表1 氟彈性體乾燥情況 在整個脫水乾燥過程中，未觀察到有乳白色的物料隨水汽一起從排氣口逸出。
實施例2 用常規的方法生產門尼粘度{ML(1+10)121℃}為130的氟彈性體，高聚物乳液經電解凝聚、洗滌、脫水形成含水20％的膠粒。首先通過擠壓脫水，使物料的含水量降至15％左右，同時除去大部分聚合及凝聚過程中的助劑、未反應單體和水。
重複實施例1的步驟對該預乾燥的氟彈性體進行脫水乾燥，用肉眼觀察各排氣口的排出物，結果發現排出物均是水蒸汽，未發現有含氟聚合物物料在排氣口隨水汽排出。
比較例1 重複實施例1的步驟，但是使用常規的同向嚙合雙螺杆擠出機(SHJ-68A型，蘭州天華化工機械自動化研究設計院製造)，結果發現在排氣口有乳白色物料外噴現象，表明含氟聚合物物料隨水汽排出。
實施例3 用常規的方法生產門尼粘度{ML(1+10)121℃}為130的氟彈性體，高聚物乳液經電解凝聚、洗滌、脫水形成含水33％的膠粒。首先通過擠壓脫水，使物料的含水量降至15％左右，同時除去大部分聚合及凝聚過程中的助劑、未反應單體和水。
使用帶圖2所示排氣口的同向平行雙螺杆擠出機，排氣口擋板4圓弧狀的側壁9的弧度為80度，出口部分10的寬度比出口部分12的寬度大70％，內腔13的高度是出口部分12高度的1/6，豎直側壁7的長度是斜側壁6長度的1/3，斜側壁6與水平線的夾角為75°。
將經欲脫水的氟彈性體物料加入該同向平行雙螺杆擠出機，通過螺杆功能，使物料處在高壓及高於揮發性成分沸點的溫度狀態下，進入排氣段，在此壓力突然降低或呈負壓時，在較大的閃蒸推動力作用下，例如低沸點物、水分及低分子物急劇氣化，衝破熔體包裹的阻力以氣態排出機體外。物料經過幾個排氣段，這種「閃蒸排氣」過程就重複幾次，最終使熔體內殘餘水份含量降至0.28重量％。氟彈性體乾燥數據情況見表2 表2氟彈性體乾燥情況 在整個脫水乾燥過程中，未觀察到有乳白色的物料隨水汽一起從排氣口逸出。
權利要求
1.一種氟彈性體的乾燥設備，它包括雙螺杆擠出機，所述雙螺杆擠出機包括機筒、螺杆、排氣口，其特徵在於每一個所述排氣口具有兩個排氣腔。
2.如權利要求1所述的乾燥設備，其特徵在於所述排氣口包括第一排氣腔(100)和第二排氣腔(101)，在兩個排氣腔(100，101)之間具有擋板(4)。
3.如權利要求2所述的乾燥設備，其特徵在於所述第一排氣腔(100)具有柱狀出口部分(12)和一個內腔(13)；該第一排氣腔(100)包括一個豎直的側壁(5)、一個與該豎直的側壁(5)對置的豎直側壁(8)，豎直側壁(5)和(8)構成所述出口部分(12)；所述第一排氣腔(100)還包括一個與側壁(8)的下部相連的圓弧狀的側壁(9)，側壁(9)和側壁(5)構成了所述內腔(13)。
4.如權利要求3所述的乾燥設備，其特徵在於所述內腔(13)的高度與出口部分(12)高度相等或者是其高度的1/2至1/4；圓弧側壁(9)的弧度為80-90度。
5.如權利要求2所述的乾燥設備，其特徵在於所述第二排氣腔(101)包括柱狀出口部分(10)和柱狀內腔(11)；出口部分(10)包括一個豎直側壁(7)和與該豎直側壁(7)對置的位於擋板(4)上的豎直側壁(14)；所述柱狀內腔(11)包括一個斜的側壁(6)和一個在所述擋板(4)上與該斜側壁(6)對置並與其平行的側壁(15)。
6.如權利要求5所述的乾燥設備，其特徵在於所述豎直側壁(7)的長度是斜側壁(6)長度的1/2至1/4。
7.如權利要求5或6所述的乾燥設備，其特徵在於所述斜側壁(6)與水平線的夾角為85-60度，較好為82-65度，更好為80-70度。
8.如權利要求5所述的乾燥設備，其特徵在於擋板(4)將排氣口的排氣腔分隔成第一排氣腔(100)和第二排氣腔(101)，第二排氣腔的出口部分(10)比第二排氣腔的出口部分(12)大10％-80％，較好大20％-70％，更好大30-60％。
9.一種氟彈性體的乾燥方法，它包括用權利要求1-9中任一項所述的乾燥設備乾燥含水量為8％～15重量％的氟彈性體膠粒的步驟。
全文摘要
公開了一種氟彈性體的乾燥設備，它包括雙螺杆擠出機，所述雙螺杆擠出機包括機筒、螺杆、排氣口，每一個所述排氣口具有兩個排氣腔，所述排氣口包括第一排氣腔(100)和第二排氣腔(101)，在兩個排氣腔(100，101)之間具有擋板(4)。還公開了用所述設備乾燥含水量為8％～15重量％的氟彈性體膠粒的方法。
文檔編號F26B5/00GK101158538SQ20071017064
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月20日 優先權日2007年11月20日
發明者王衛國, 金向陽, 斌 沈, 劉伯南 申請人:上海三愛富新材料股份有限公司