专利名称：具有一体化压模板的挤出机以及用于对聚合物混合体进行除气的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从粘性物质或粘弹性块中、特别是从聚合物诸如合成橡胶中去除挥发性化合物的方法。
背景技术：
合成橡胶具有多种重要的工业用·途并且典型地通过多种单体的(共)聚合反应来生产，这典型地是通过浆料、乳液或溶液法来进行的。合成橡胶的实例包括丁基橡胶和卤化丁基橡胶(IIR、BIIR、CIIR)、聚异丁烯(PIB)、乙烯丙烯二烯M类橡胶(EPDM)、乙烯丙烯橡胶(EPM)、乙烯乙酸乙烯酯橡胶(EVM和EVA)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、氟化橡胶(FR)、聚氯丁二烯(CR)、丁二烯橡胶(BR)、以及苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。在该(共)聚合反应之后，该反应器排出混合物至少包含了聚合物、溶剂、残余单体以及催化剂。为了回收聚合物，典型地用蒸汽和热水来处理该排放流。由此闪蒸掉该溶剂和未反应单体中的大部分。与蒸汽和水接触的一个缺点是，使合成橡胶凝结了。然后这些橡胶聚合物就在水中以湿碎屑的形式存在。然后通过排水，接着例如应用干燥挤出机以及最后的一个干燥步骤来分离出大部分的水。产生了丁基橡胶的异丁烯和异戊二烯共聚反应，例如在工业上是在约_60°C到-100°C的低温下进行的以便获得高摩尔质量。这种浆料法使用了氯甲烷作为一种稀释齐 ，而溶液法使用了一种惰性烃作为一种溶剂。在该聚合反应之后，该丁基橡胶聚合物或者在氯甲烷中作为一种浆料而存在或者在一种烃中作为均相溶液而存在。未反应的单体也是存在于该反应器排放混合物中。该丁基橡胶聚合物需要被回收并且与该稀释剂和溶剂相分离。在该浆料法中，在一个闪蒸鼓中用蒸汽和热水来处理该聚合反应反应器排放流。由此闪蒸掉大部分的氯甲烷和未反应的单体并且通过冷凝从这些蒸气中分离出水。当来自该反应器的聚合物诸如通过卤化进行进一步加工时，可以通过将该反应器内含物排放入一种热溶剂诸如己烷中作为溶液来直接回收该丁基橡胶产品。在这个阶段之后蒸发该氯甲烷，并且施加一个进一步的汽提阶段来去除剩下的单体残留物。在该溶液法中，在该聚合反应步骤施用了一种惰性烃溶剂以及一种卤化烷基铝(aluminium alkylhalide)催化剂。然后在一个蒸懼汽提工艺中从该反应器溶液中去除这些剩余的单体。在这个蒸馏步骤之后，该丁基橡胶聚合物在一种烃中作为一种均匀的溶液而存在。可以将这种溶液或者进行进一步的加工，诸如经受一个齒化步骤，或者该丁基橡胶聚合物可以直接从该溶液中被分离出。从溶液中分离该丁基橡胶类似于浆料法的分离，并且还涉及与蒸汽和热水的接触，由此该聚合物凝结了。然后该丁基橡胶聚合物在水中以湿碎屑的形式存在(在水中6 1:%到IOwt %的聚合物)。为了抵抗这种凝结,在该凝结/蒸汽汽提过程之后，在包含了这些在水中的丁基橡胶碎屑的闪蒸鼓中加入脂肪酸的盐类。在加入添加剂之后，通过进一步的干燥，然后丁基橡胶被转化为最终的商用包装形式。该干燥典型地是通过排水接着应用干燥挤出机以及在一个流化床中的最终干燥步骤来进行的。如此获得的一种丁基橡胶，没有化学改性，被称为‘普通的’橡胶。橡胶的一种商业上重要的化学改性是卤化作用，这种卤化作用产生了氯化丁基橡胶和溴化丁基橡胶，在下文中还被称为齒代丁基橡胶或单独地称为溴代丁基橡胶或氯代丁基橡月父。卤代丁基橡胶在技术上是通过在一个搅拌的容器中使在一种烷中的普通丁基橡胶的溶液与氯或溴相接触来生产的。所述溶液总体上被称为胶合材料。未反应的卤素或作为副产品形成的卤化氢通过添加苛性碱溶液来中和。在那个阶段中还可以结合多种添加齐U。然后将所得溶液进行蒸汽汽提以便去除溶剂，由此使该橡胶凝结为一种固体产物。该固体产物总体上是作为在水中的一种5%到12%的浆料来回收的。在直接回收之前将稳定剂和/或抗氧化剂加入到该卤化丁基橡胶中。然后在一个类似于用于普通丁基橡胶的过程中使用机械干燥设备来对该卤化丁基橡胶进行精加工，然而，因为该卤化产品的反应性更大，因而利用了不太严格的条件。上述机械脱水能够仅将含湿量降低到约5%到15%。于是要求另外的热干燥阶段。由此在一个单螺杆或双螺杆挤出机中在压力下将该橡胶加热到150°C到200°C。可以提供多个压模版来维持压力。当该橡胶被推动穿过该压模版的挤出机出口时，在该橡胶中的水蒸发并且形成了开口的多孔碎屑。然后一个切割设备将这些碎屑切成多个小碎片。这些碎屑被传送到一个对流干燥器中，在这里残余湿气通过热空气进行去除。在这种干燥之后，该(卤化)丁基橡胶总体上具有0.1%到0.7%的湿含量。于是需要一个冷却阶段(通过使冷空气流动穿过这些橡胶碎屑而完成)来将这些丁基橡胶碎屑冷却下来到60°C的最大包装温度。然后这些碎屑通过液压机形成多个包装，并且这些包装被填充在多个用于装货的盒子或箱子中。W02010/031823A披露了一种用于通过含多个通气口的一台挤出机从一种流体中去除挥发性化合物的方法，该流体包含至少一种非挥发性的聚合物以及至少一种挥发性的化合物。在一个实施例中，通过汽提剂的作用来辅助这种去除，该汽提剂诸如是水、二氧化碳、或其他惰性气体。添加一种汽提剂典型引起了有待去除的挥发性化合物的分压的降低，如此允许更高的总压力。除了那个部分之外，汽提剂帮助获得了一种多孔结构的聚合物，它有助于将该挥发性化合物从该聚合物中扩散到该气相中。一个汽提剂区域的基础设计是本领域的普通技术人员已知的。对于共同转动的双螺杆挤出机，例如在克莱门斯寇勒拉比(Klemens Kohlgruber):同向旋转双螺杆挤出机.原理、技术和应用。ISBN978-3-446-41372-6第188页上，图10.6中示出。这个汽提剂区域包括一个向后泵送的元件、一个汽提剂分散区、以及一个压降区。在那个图中，压降是通过多个向后传送元件来完成的。使用了用于压降安排的向后泵送元件的缺点是，对于具有高粘度的粘弹性产品诸如合成橡胶而言，形成了尺寸为约该通道深度的大颗粒。从这种大颗粒的表面上俘获了大于一毫米或两毫米的汽提剂将不能“吹出”一个开放通道到该表面上，并且因此从该产品区域中该颗粒的中心内去除溶剂将实际上没有可能。同样地，因为更大的挤出机必然要求更深的通道深度，所以这个问题对于按比例放大就变得更糟糕。本领域的普通技术人员已知的用于同向旋转的双螺杆挤出机的替代压降区是向后泵送的捏合段。向后泵送的捏合段例如描述在了克莱门斯寇勒拉比(Klemens Kohlgruber):同向旋转双螺杆挤出机。原理、技术和应用。ISBN978-3-446-41372-6，下文中称之为“ [I] ”，第102页和第225页中。然后用于压降的向后泵送的捏合段经受了与向后泵送的传送元件相同的缺点，即，大颗粒的形成，据此多种挥发性化合物的去除总体上被阻止了并且甚至是不可能的，并且相同的问题会按比例放大来发生。作为一个替代方案,可以使用旋转的起泡盘(blister discs)。旋转的起泡盘例如在[I]，第235页，图12.35中进行了说明。起泡盘是多个盘的一种组件，每个盘是位于每个挤出机的轴上。每个盘与该挤出机桶壁具有一个小间隙。对于一个双螺杆或多螺杆的挤出机，在相同的轴向位置上，相应的轴具有相应的更小直径。这些盘含多个孔，这些孔作为压模起作用并且辅助薄带条的形成。如果这些条带的直径足够小，那么该汽提剂可以在理论上将多个开口通道朝周围的气相开放，这辅助了挥发性化合物的去除。该压降区域的这种安排的缺点是对于粘弹性的且剪切稀化的产品而言，一个实质数量的产品穿过这两个盘之间的空隙并且穿过在该起泡盘与该桶之间的间隙。由此，形成了多个使这些带条凝成块的材料球，使得挥发性化合物的有效去除变得更困难。除此之外，一个甚至更大的产品流可以穿过这些空隙而逃逸到这些桶的交互重叠区域中，还导致形成了难以有效除气的球。在EP0551816A中披露了另一种压降区域的可能安排。其中，披露了一个在多轴挤出机中的固定的压模板，该压模板可以相对于这些螺旋轴进行自由旋转。所述压模板包括至少一个产品通道并且在该板的圆周与这些挤出机桶之间具有一个径向间隙。这种安排的一个缺点是粘弹性的、剪切稀化的产品可以穿过该板的圆周与该挤出机桶之间的径向间隙，这导致了另外的球的形成以及与上述这些旋转起泡盘相同的缺点。另一个缺点是，取决于这些间隙的精确性质，产品可能保持在该壳体与该桶之间的空隙中持续一段时间，发生降解并且引起品质问题。
发明内容
鉴于上述内容，对一种对此适合的挤出机和设备仍然存在需要，该挤出机和设备允许在该挤出机内形成小颗粒并且因此更容易去除挥发性化合物。此外，存在一种长期感觉到的需求来减少用于干燥合成橡胶产品的总劳力。这个目的是通过一种至少含以下项的挤出机来解决的一个桶，被安排在该桶内的一个或几个挤出机元件，特别是至少一个挤出机螺杆，和/或至少一个捏合机元件，用于去除挥发性化合物以及任选一种汽提剂的至少一个出口端口以及可任选地，但优选地，用于将一个汽提剂送入该桶中的至少一个入口端口由此，该挤出机进一步至少包括:一个穿孔的压模版，该压模版在该出口端口之前或者在该入口端口与该出口端口之间存在至少一个入口端口的地方在流动方向上被固定到该桶中。如在此使用的“挤出机元件”指代被固定到该挤出机的这些轴的一部分上或者是该挤出机的这些轴的一部分的任何类型的元件，并且包括但不限于捏合元件、向后或向前传送的元件，诸如螺杆元件以及其他类似性质且是本领域普通技术人员已知的元件。本发明的范围进一步包括这些压模板，因此这些压模板适合于固定到一个挤出机的桶中。指出的是，本发明的范围还包括对于每个特征指定的优选项的范围和区域的任何希望组合连同在此披露的构造设计和优选实施例的任何组合。出人意料地发现了，挥发性化合物的去除可以通过固定的压模板的安装来显著改进，这些压模板可以连接到该桶上并且它们与该挤出机桶没有空隙。这些压模板包含多个孔，这些孔产生了背压并且形成了辅助除气的带条。一个支持开口允许该或这些轴或螺杆的旋转。因为，该压模板没有固定到这些传送装置上而是固定到桶上，防止了在该压模板与该桶之间的圆周间隙，这样就没有挤出的材料径向向外穿过该压模板。防止了含低表面积与体积的比的挤出材料的形成，这样有助于挥发性化合物的蒸发，或者在一个实施例中，相同量的汽提剂可以与一个增加的表面积相接触，从而增加了该汽提剂从该产品中去除挥发性化合物的总能力。如果全然是这样的话，在该压模板与该传送装置的轴之间提供了仅一个圆周空隙，在该圆周空隙中该轴被引导穿过该压模板。该平均粒径可以显著得到减小，由此增大了该表面积与体积的比。由于增大的表面积与体积的比，因此增强了挥发性化合物的去除。如果使用了一种汽提剂，则就在该入口端口与一个出口端口之间固定一个压模板，这进一步确保该汽提剂必须穿过该压模板，由此进一步加强在该汽提剂与该产品之间的接触。适合的挤出机类型包括单螺杆和多螺杆挤出机，这些挤出机包括任何数目的桶以及多种类型的螺杆元件以及其他单杆或多轴的传送捏合机。多螺杆挤出机的可能实施例是双螺杆挤出机、环式挤出机或行星辊式挤出机，由此优选的是双螺杆挤出机以及环式挤出机。双螺杆挤出机例如是反向旋转啮合、反向旋转非啮合、同向旋转啮合、以及同向旋转非啮合双螺杆挤出机，其中优选的是同向旋转啮合双螺杆挤出机。对于该挤出机适合的挤出机元件不仅是挤出机螺杆而且还是捏合区段，这些捏合区段包括用于将能量输入到产品中的并且将该产品进行混合的捏合元件。此类捏合元件描述在了 [I]，第102页和第205页中。捏合元件的实例包括捏合段，这些可以被设计为双倍或三倍螺齿(flighted)的向前、向后或中间传送捏合段；带有槽的单倍或两倍螺齿的螺杆混合元件，单倍螺齿的齿混合元件、起泡盘和单倍、双倍或三倍螺齿的偏心盘。这些捏合机元件可以按任何组合组装在该挤出机的轴上，特别是一个双螺杆反向旋转或同向旋转双螺杆挤出机的这些轴上。根据本发明的挤出机优选包括至少一个用于将一种汽提剂送入该桶中的入口端口。在这种情况下，该挤出机优选进一步包括至少一个分散区段，该分散区段在该压模板之前被直接安排在了流动方向上，此处该汽提剂被混合、分散并且可能被完全分散或部分分散。一个典型的分散区段包括两到十个捏合段。为了混入一种汽提剂，可以应用多个带有槽的齿型元件或螺杆元件。优选将多个偏心盘施加在该挤出机的最后区段中，在该最后区段中产品典型地是高度粘性的并且基本上不含挥发性化合物。对于行星辊式挤出机，像齿形辊的捏合元件是或者带有多个凹槽和间隙的辊是优选的。因为从该产品中去除汽提剂和挥发性化合物具有将该产品的多个部分朝向该至少一个出口端口夹带的趋势，在本发明的一个优选实施例中，该出口端口和/或入口端口被设计为防止产品从这些端口中出来。完成这个目的的适合装置是填料螺杆，这些填充器螺杆被安装在这些端口的一个通气口上并将任何材料向回传送到该挤出机、或辊或皮带上，这些辊或皮带被施加到这些通风口的内侧上以便将沉积材料向回推到该挤出机上。此类填料螺杆是本领域的普通技术人员已知的并且例如在[I]，第192页中进行了说明。作为上述内容的一个替代方案并且除此之外，可以施加通风孔端口的涂层，这减少或防止材料粘到其表面上。适合的涂层包括:DLC、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、以及镍合金。这些端口处的压力例如是处于IhPa与2，OOOhPa之间并且优选处于5hPa与900hPa之间。总体上，该汽提剂是与其他挥发性化合物一起被去除的。即使可以将该汽提剂加入到该挤出机的任何地方，但是优选是在一个或多个分散区段的加入。在一个更优选的实施例中，在一个或多个分散区段中加入一种汽提剂。适合的汽提剂是对于产品而言是惰性的且或者是气体(在工艺温度下具有一个临界温度)或者优选具有在100°C大于IOOhPa的蒸汽压力的物质。在本发明的背景下，术语“惰性”是指该汽提剂不或者事实上不与该产品中包含的这些聚合物发生反应。适合的汽提剂例如是氮气、二氧化碳、稀有气体、甲烷、丙烷、丁烷、水或上述物质的一种混合物。如果使用了汽提剂并且特别是水，优选是呈液体形式的，这些汽提剂可以进一步包含添加剂类，诸如抗氧化剂类、泡沫剂类、抗老化剂类、热稳定剂类、光稳定剂类、臭氧稳定剂类、加工助剂类、增塑剂类、增粘剂类、发泡剂类、染料类、颜料类、蜡类、增充剂类、有机酸类、抑制剂类、金属氧化物类、以及活化剂类，诸如三乙醇胺、聚乙二醇、己三醇，等等，这些对于橡胶工业而言是已知的。此类添加剂的实例包括环氧化的大豆油(ESBO)以及硬脂酸钙。汽提剂的量值基于在该挤出机的出口区段处获得的产品的量值可以是0.0001重量-%到10重量-%、优选0.001重量-%到5重量-%、并且更优选0.1重量-%到2重
M -% ο这些压模板典型地被固定到与这些轴的轴线实质上正交的桶上。实质上正交意味着与该轴的轴线成70°到90°、优选80°到90°、更优选90°的角度。这个穿孔的压模板包括用于接收这些相应传送装置的一个或多个轴的至少一个支持开口。这些传送装置的轴可以被引导穿过该压模板，具体地是用于在该压模板的另一侧上操作另外一个传送装置。具体地说，该轴可以是由该压模板通过与该传送装置的这个或这些轴相对应设计的支持开口来支持和/或引导的。优选地，在这些传送元件与该压模板之间空隙被减少到一个最小值。在本发明的一个实施例中，该支持开口为该传送装置的轴提供了一个滑动轴承。由于该轴与该压模板的滑动接触，在该支持开口内侧存在一个间隙空隙。然后，对于该产品和该汽提剂而言穿过该压模板的唯一方式是穿过该压模板的穿孔开口。在另外一个实施例中，在该支持开口的内缘与该传送装置的轴之间提供了一个间隙S，其中该间隙S是与该桶的内径D相关联的，具体地0.0Ol ( s/D ( 0.02，优选
0.002 ( s/D < 0.01，并且更优选 0.003 ( s/D ( 0.006。同时，该间隙是足够小的致使穿过该间隙空隙的产品仍然包括一个同等高的表面积。这些压模板的典型厚度是处于从3mm到80mm、优选从3mm到50mm、更优选从3mm到30mm的范围内，在另外一个实施例中是从5mm到20mmo如在此使用的术语“厚度”指代这些穿孔的平均通道长度。对于本领域普通技术人员而言清楚的是，该厚度在这些压模板上可以发生变化。具体地说，这些压模盘可以通过多个增加该压模板刚度的元件(诸如杆或凸起)进行增强，这些元件可以径向地进行安排、交叉或者是呈任何其他几何形式并且它们可以对这些穿孔的平均通道深度不具有任何影响。对于这些压模板而言适合的材料包括同样典型地用于该桶和这些传送元件的那些，并且这些材料包括耐磨损材料诸如氮化钢、双炼钢、不锈钢、镍基合金、钴基合金、复合材料像烧结的金属、热等静压的材料、硬质耐磨损材料像钨铬钴合金、带有涂层的经涂覆的金属，这些涂层例如是由陶瓷、氮化钛、氮化铬和金刚石样碳(DLC)制成的。在一个实施例中，这些压模板是至少在流动方向上另外由碳化钛、或氮化钛、氮化铬、碳化钨以及金刚石样碳(DLC)涂覆的。该压模板包括至少一个、优选多个穿孔开口，这些可以具有任何形式。例如，这些穿孔开口可以具有漏斗或圆锥形的形状、一种收敛或发散形喷管或、沙漏形状、通道形状、圆形或非圆形。这些穿孔开口的数目和设计例如被选择为使得所有穿孔开口的有效截面积的总和是占该桶内压模板总截面积(排除这个或这些支持开口)的从2%到40%，优选从4%到 20%。 一个穿孔开口的有效截面积被理解为是产品可以通过该穿孔开口而穿过该压模板的每个穿孔开口的最小截面积。例如位于该下游侧的穿孔开口例如具有Imm彡d彡6mm的平均直径、特别是
1.5mm ^ d ^ 5mm并且优选是2mm ^ d ^ 4mm的平均直径。这个平均直径被理解为带有相同截面积的圆形穿孔开口的直径。在该压模板下游侧的穿孔开口的这个直径产生了一种适合的高表面积与体积的比。在一个实施例中，该压模板包括至少一个穿孔开口，其中该穿孔开口包括在该桶轴向方向上的一个主要开口，这个主要开口仅在该压模板的轴向厚度的一部分上延伸，其中该主要开口在轴向方向是之后是至少一个孔口，其中该孔口包括的截面小于该主要开口。该穿孔开口在该压模板的厚度上在流动方向上可以包括不同的截面积。这导致了高的机械稳定性，而并没有在该压模板上显著增加该总压降。例如，该主要开口可以被设计为漏斗形状的以便将该大量的产品引入高孔口中，而没有不必要的高反抗压力。同时，该孔口的截面积可以是这样小以使得可以提供一种喷雾作用，产生了该产品的多个小颗粒，从而导致非常高的表面积与体积的比。这些压模板
优选被设计为使该压模板上的压降在一个典型的有效剪切速率^ 下例如是从0.3MPa到
r
6.0MPa、优选0.5MPa到5.0MPa并且进一步优选从1.0MPa到4.0MPa,该有效剪切速率是10到IOOOOs'优选从30到SOOOs—1并且更优选从100到30008'在这个式子中，V指代以立方米/秒的产品的体积流量并且r指代该压模开口以米计的有效半径。优选地，在该压模板的下游且特别是在该出口端口的上游提供了另外一个挤出机元件，特别是一个挤出机螺杆，和/或一个捏合机。特别是提供了多个传送和/或除气阶段，其中优选每个阶段被优化到预期的这些参数，特别是优化到待从该产品中去除的挥发化合物的预期量。特别地，在该挤出机内产品的流动路径中提供了从I到6个优选从I到4的压模版，其中这些穿孔开口的截面积可以被调整到预期的这些参数，特别是该产品的挥发性化合物的预期量。特别地，另外的挤出机元件包括一个传送元件，其中在该传送元件与该压模板之间的最大轴向距离S是0.5mm ^ S ^ 10mm、特别是Imm ^ S ^ 7mm并且优选是
1.5mm ^ S ^ 5mm。在另一个实施例中，该另外的挤出机元件包括一个传送元件，其中在该传送元件与该压模板之间的最大轴向距离S是0.0lx D < S < 0.25xD,由此D是该桶的内径。轴向距离S是平行于该另外的传送装置的旋转轴线来测量的。此外或在替换方案中，相同的情形可以应用到在该压模板上游侧的传送装置上。防止了在该传送装置与压模板之间的一个不必要的大空隙。该挤出作用被没有通过该压模板的配置而显著被阻碍。特别地，这些传送元件至少部分地施加了一个轴向力到该产品上，从而积聚压力以便在流动方向上移动该产品。优选地，另外的挤出机元件包括一个比该挤出机元件更大的自由体积。在一个优选的实施例中，该另外的挤出机元件包括该剪切边缘轮廓或盒轮廓的传送元件。此类轮廓对于本领域的普通技术人员而言是已知的，例如在[I]中第222页图12.12中说明了双螺杆挤出机和多螺杆挤出机的轮廓。由于这些传送元件的这种轮廓以及增加的自由体积，可以提供一个更高的体积 流率。在一个实施例中，提供了另外一个桶，其中该压模板被固定在了该桶与另外的桶之间，具体地是通过一个凸缘接点。这导致了在该挤出机内该压模板的有帮助的且快速的固定。该压模板可以包括用于该凸缘接点的紧固装置的多个开口。此外或者在替代方案中，该桶可以通过至少一个拉杆而连接到另外的桶上。优选地，该桶和/或连接到桶上的一个另外的桶包括一个用于至少部分地接收该压模板的凹陷。该桶和该另外的桶可以通过一个凸缘接点而连接在一起。该压模板可以夹紧在该桶与该另外的桶之间而在该压模板中不需要用于将该桶连接到该另外的桶上的紧固装置的多个开口。如果这样的话，该压模板可以通过其径向外部表面而定中心在该凹陷中。特别优选的是该压模板被压配在该凹陷中。该压模板可以在该桶连接到该另外的桶之前插入该凹陷中，而不需要在将该桶连接到该另外的桶上的过程中进一步调整该压模板。特别优选地，该压模板是在径向方向上分裂的，其中该分裂口是相对于至少一个支持开口特别成径向安排的，每个支持开口用于接收该相应传送装置的轴。特别地，该压模板被分裂成一个下部本体以及一个上部本体，其中两个本体优选实质上是相同的形状或镜像形状。特别地，在挤出机类型含多于一个的平行的传送装置(特别是彼此捏合)的时候，该压模板的组装是有帮助的。在一个实施例中，两个或更多个，优选两个压模板被安装在轴向方向上彼此非常紧密地靠近或者甚至彼此巧妙地接触，这样当这些压模盘被固定在该桶中在相对于彼此的不同径向位置中的时候，引导穿过这两个或更多个(优选两个)压模盘这些穿孔开口的明显有效截面积可以发生变化。在其一个优选的实施例中，这两个或更多个压模板的轴向距离是5mm或更低，优选是2mm或更低，并且甚至优选是Imm或更低。其一个主要的优点是该挤出机可以被容易地调整到不同的产品要求以及除气问题。在另外一个实施例中，该压模板是由多个插件加边的，其中这些插件被固定到该桶上。该压模板可以通过在这些插件的边缘处滑动而插入该挤出机中。该压模板的插件方向是由这些插件来限定的。特别地，当这些压模板是分裂的时候，该压模板的这些部件可以通过这些插件容易地进行定位，其中优选这些插件仅通过多个紧固装置就固定到该桶上。可以通过这些插件将该压模板进行定位，特别是进行夹紧。在本发明的一个实施例中，这些挤出机可以或者经过这些桶加热到高达300°C或者冷却。在一个优选的实 施例中，该挤出机包括用于在不同温度上独立于彼此来操作多个单独区域的装置，这样这些区域可以或者被加热、不加热或冷却。在另一个优选实施例中，该挤出机包括用于每个传输区段的至少一个单独的区域，这个区域可以在不同的温度下独立地进行操作。在本发明的一个实施例中，该挤出机是在5到25，000，优选5到6，000千克/小时
的进料速率运行的。总体上，该挤出机单元可以包括一个或多个侧送料器，这个或这些送料器可以被定位在该挤出机的任何位置中，优选紧密地接近该产品的进料区段或其出口区段。侧送料器适合于将多种添加剂加入该产品中。本发明进一步包括使用根据本发明的挤出机或压模板从而制造或加工上文中定义的非挥发性聚合物。本发明进一步涉及从一种混合物(M)中去除挥发性化合物以便获得一种产品(P)的方法，该混合物包含至少一种非挥发性聚合物以及至少一种挥发性化合物，该产品实质上不含挥发性化合物，该方法至少包括以下这些步骤:将该混合物(M)送入至少一个挤出机中，该挤出机包括:至少一个桶、被安排在该桶内侧上的一个或几个挤出机元件(特别是至少一个挤出机螺杆)和/或至少一个捏合机轴，至少一个出口端口(用于去除挥发性化合物以及任选一种汽提剂)以及任选地但优选是至少一个入口端口，该至少一个入口端口用于将一种汽提剂送到该桶的至少一个穿孔的压模板中，该穿孔的压模板被固定到该桶中在出口端口之前的流动方向上，或者被固定在该入口端口与该出口端口之间存在至少一个入口端口的地方将该混合物(M)压制穿过该挤出机的至少一个压模板中，并且穿过该至少一个出口端口来去除这些挥发性化合物。优选地，该混合物(M)在进入该挤出机时是自由流动的。在本发明的背景中，术语“自由流动”是指在500到50.000.000mPa*s、优选5.000到30.000.0OOmPa*s并且最优选
10.0OOmPa^s 到 300.0OOmPa^s 范围内的粘度。至于另外的未提及的内容，对于非常粘的样品而言，流体的粘度值是指使用一个Haake Rheostress RS150粘度计或一个锥板式旋转流变仪在给定温度下从测量结果中外推的零剪切粘度。这种外推是通过采用一个二次多项式来进行的以便反映出从这些测量结果中获得的该剪切应力相对于剪切速率的曲线图。该多项式的线性部分反应了零剪切速率的斜率并且因此表示了零剪切粘度。在本发明的背景中，术语“实质上不含挥发性化合物”是指基于该非挥发性聚合物的质量而言挥发性化合物的总浓度是小于lwt%，优选小于0.5wt%。具体而言，术语“实质上不含挥发性化合物”是指实质上不含水并且实质上不含挥发性有机化合物。非挥发性聚合物被认为是实质上不含水的，如果该残留水的浓度基于该聚合物的质量而言是小于0.5wt %、优选小于0.25wt %、更优选小于0.1wt %、并且最优选小于
0.075wt% 的话。在本发明的背景中，术语“挥发性有机化合物”是指在标准压力下具有低于250°C的沸点的有机化合物。非挥发性聚合物被认为实质上不含挥发性有机化合物，如果所述挥发性有机化合物的残基浓度基于该聚合物的质量而言是小于0.75wt%、优选小于0.25wt%、并且最优选小于0.lwt%。所述挥发性有机化合物典型地是在该聚合反应或随后的加工步骤诸如像一个卤化步骤中使用的这些溶剂。优选的非挥发性聚合物是合成橡胶产品。在本发明的背景中，合成橡胶产品包括丁基橡胶以及卤化丁基橡胶(IIR、BIIR、Cl IR)、聚异丁烯(PIB)、乙烯丙烯二烯M类橡胶(EPDM)、乙烯丙烯橡胶(EPM)、乙烯乙酸乙烯酯橡胶(EVM和EVA)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、氟化橡胶(FR)、聚氯丁二烯(CR)、丁二烯橡胶(BR)、以及苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。优选的合成橡胶产品是丁基橡胶和卤代丁基橡胶，像溴代丁基橡胶和氯代丁基橡胶，由此溴代丁基橡胶是甚至更优选的。在本发明的背景中，丁基橡胶指代异丁烯(2-甲基丙烯)和异戊二烯(2-甲基丁-1，3-二烯)的一种共聚合物。在摩尔基础上，该聚合物中异戊二烯的含量是在0.001%与5 %之间并且优选在1.Smol %与2.3mol%之间。丁基橡胶包括线性聚异丁烯链，具有随机分布的异戊二烯单元。这些异戊二烯单元将不饱和的位点引入到该聚合物链中以便能够实现固化。该丁基橡胶分子的质量平均分子量Mw典型地是在50，000与1，000，000g/mol之间，优选在300.000与1，000，000g/mol之间。这些卤化丁基橡胶还包括一定量值的化学结合到这些橡胶分子上的卤素。化学结合的卤素的量值相对于该聚合物的总质量典型地是在大于O到3wt %的范围内。这些(卤)丁基橡胶还可以包含添加剂类，例如0.0001到4phr(phr =相对与橡胶的重量而言每百份橡胶的份数)的环氧化的大豆油(ESBO)、0.0001到5phr的硬脂酸钙以及0.0001到0.5phr的抗氧化剂。另外的添加剂也是可适用的，这取决于该丁基橡胶产品的应用，即，添加剂或着色剂。在溴丁基橡胶的情况下，在该最终产品中典型的溴含量是1.5被％到2.5wt%，优选 1.6界1:%到 2.0wt % ο在氯丁基橡胶的情况下，在该最终产品中典型的氯含量是1.0被％到1.5wt%，优选 1.15wt%_J 1.35wt% ο
混合物(M)包含例如i)从 20wt_ % 到 99，9wt %,优选 30wt_ % 到 95wt_ % 并且更优选从 40wt_ % 到75wt.-%的一种非挥发性聚合物，优选是一种合成橡胶并且更优选是一种(卤)丁基橡胶以及ii)挥发性化合物，特别是挥发性有机化合物或者挥发性有机化合物和水，由此上述组分i)和ii)加起来为该混合物(M)总质量的90wt-%到100wt-%,优选95wt-%到IOOwt%并且更优选到IOOwt-%。到100%的余量，如果存在的话，可以包括或组成为例如典型地添加到合成橡胶中的添加剂类或辅助产品类，诸如反应促进剂类、固化促进剂类、固化促进助剂类、抗氧化剂类、泡沫剂类、抗老化剂类、热稳定剂类、光稳定剂类、臭氧稳定剂类、加工助剂类、增塑剂类、增粘剂类、发泡剂类、染料类、颜料类、蜡类、增充剂类、有机酸类、抑制剂类、金属氧化物类、以及活化剂类，诸如三乙醇胺、聚乙二醇、己三醇，等等，这些对于橡胶工业而言是已知的。这些挥发性有机化合物优选是具有在1013hPa下200°C或更低的沸点的那些并且是优选是选自下组，该组由以下各项组成:脂肪醇，诸如甲醇、乙醇、正丙醇、异丁醇、正戊醇、新戊醇、环己醇、正己醇；芳香醇诸如苄型醇、苯基乙醇以及苯氧乙醇；酯类诸如乙酸乙酯、乙酸丁酯；醚类，诸如甲基叔丁基醚、四氢呋喃、以及1，4_ 二噁烷；酮类诸如丙酮以及甲基乙基酮；非卤化的、部分卤化的或完全卤化的芳香族烃或脂肪族烃，诸如甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、正戊烷、异戊烷、正己烷、环己烷、异己烷、甲基-环戊烷、甲基环己烷以及正庚烷；腈类，诸如乙腈和苄腈；以及酰胺类，诸如N，N- 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基甲酰苯胺以及N-甲基吡咯烷酮、以及包括或组成为上述化合物的任何化合物。更优选的挥发性有机化合物是正戊烷、异戊烷、正己烷、环己烷、异己烷、甲基环戊烷、甲基环己烷、以及正庚烷、连同包括或组成为那些烷烃的混合物。
在以下内容中，本发明通过参见附图进一步详细地进行了示例性说明，这些附图显示了本发明的优选实施例的实例。在附图中:图1:是根据本发明在一个第一实施例中的挤出机的示意性截面视图，图2:是图1的挤出机的压模板的示意性俯视图，图3:是根据本发明在一个第二实施例中的挤出机的示意性截面视图，图4:是图3的挤出机的压模板的示意性俯视图，图5:是根据本发明在一个第三实施例中的挤出机的示意性截面视图，图6:是根据本发明在一个第四实施例中的挤出机的示意性截面视图，图7:是根据本发明在一个第五实施例中的挤出机的示意性截面视图，并且图8:是图7的挤出机的压模板的示意性俯视图。图9、图10和图11:显示了彼此相接触的压模板的截面视12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19以及图20:显示了这些穿孔开口的某些形状的截面和俯视图。
具体实施例方式如图1中展示的挤出机10包括挤出机螺杆类型的多个挤出机元件12以及捏合机类型的另外一个挤出机元件14。这些挤出机元件12包括多个传送元件16,这些传送元件形成了用于压力累积和/或在流动方向18上传送产品的一个螺钉。在所展示的实施例中，该流动方向是左边到右边并且反之亦然，由此从左边到右边的流动方向是优选的。另外这些挤出机元件14包括捏合元件20。在所展示的实施例中，这些挤出机元件12和另外的这些挤出机元件14包括一个公用的轴22。在所展示的实施例中，这些挤出机元件12和另外的这些挤出机元件14被一个公用的桶24所容纳。在该桶24内并且在这些挤出机元件12与另外的这些挤出机元件14之间提供了一个压模板26。该压模板26被固定到该桶24上，例如是通过焊接，特别是激光焊接，这样在该压模板26与该桶24之间没有提供空隙。可替代地，该压模板26可以与该桶一起作为整体直接制造。该压模板26进一步被定位在一个未展不的入口端口(用于送料一种汽提剂)与一个未展不的通风孔端口(用于从产品中去除挥发性化合物)之间。该入口端口可以被安排在该压模板的上游或下游，优选在该压模板26的下游。如图2中具体展示的，该压模板26包括一个板本体28。在所展示的实施例中，该板本体28包括两个支持开口 30，这两个支持开口各自用于两个不同挤出机元件12，14的轴22上，这两个不同挤出机元件例如在双螺旋式的挤出机10的情况下是平行于彼此进行安排的。板本体28具有多个穿孔开口 32，这些穿孔开口可以被规则地安排在围绕着每个支持开口的不同直径上的圆周方向中。在挤出机10的运行过程中，该产品主要仅仅被压着穿过这些穿孔开口 32，并且如果全然这样的话，穿过在该轴22与该板本体28之间在支持开口 30处的小空隙。这导致了直接在压模板26后在流动方向18中该产品的高表面积与体积的比，这样该汽提剂可以移除该产品中的大量的挥发性化合物。在图3和图4中展示的挤出机10的实施例与图1中展示的实施例相比较包括了多个阶梯状穿孔开口 32。优选地，所有穿孔开口 32包括一个具有较大直径的主要开口 34，该主要开口仅部分在该压模板26的厚度上延伸。该主要开口 34与至少一个孔口 36相连通，特别是多个孔口 36，这些孔口包括比该主要开口 34的直径更小的直径。在所展示的实施例中，该主要开口 34是更靠近该另外的挤出机元件14的，其中这些孔口 36更靠近该这些挤出机元件12。图5中所展示的挤出机10的实施例与图3中所展示的实施例相比较包括了一个另外的桶38，该另外的桶用于容纳这些另外的挤出机元件14，其中该桶24总体而言仅仅容纳了这些挤出机元件12。该压模板26被安排在桶24和另外的桶38的前面之间。桶24和另外的桶38通过一个凸缘连接件40而彼此固定。该压模板26包括一个径向延伸部分，该径向延伸部分被选择为使得该压模板26可以通过同一个凸缘连接件40而固定到该桶24以及另外的桶38上。如果这样的话，可以在该压模板26与该桶24之间和/或该压模板26与该另外的桶38之间提供一个垫片，其中这个或这些垫片是具体固定到该压模板26上的。该压模板26可以提供一种凸缘密封的功能。在图6中所展示的挤出机10的实施例中，该另外的桶38和/或该桶24包括用于接收该压模板26的一个凹陷42。在这个实施例中，该压模板26可以被夹紧在该桶24与该另外的桶38之间，而没有提供用于通过凸缘连接件40固定的孔44。再次，该压模板26可以提供一种凸缘密封的功能。在图7和图8所展示的挤出机10的实施例中，压模板26是分裂的。压模板26包括一个分裂口 46，该分裂口沿着一个实质上直的线穿过平行安排的挤出机元件12，14的旋转中心而延伸。该分裂口 46主要水平地伸展。压模板26或板本体28通过分裂口 46而被切割成一个下部本体48以及一个上部本体50。在组装该挤出机10的过程中，该下部本体48可以从其底部在向上的方向上插入该挤出机10中，其中该上部本体50可以从顶部向下的方向上插入该挤出机10中。在一个优选的实施例中，该下部本体48和该上部本体50可以由侧插件52加边和/或由其引导。此外,该下部本体48和该上部本体50可以由一个下部插件54和一个上部插件56进行加边。特别地，这些插件52、54、56可以由该凸缘连接件40进行固定。在图9、图10和图11所展示的本发明的实施例中，两个压模板26a和26b在流动方向18上相接触并且与流动方向19正交的方向上在彼此上在是可移动的。压模板26a包括一个通道形的穿孔开口 32a与一个大锥形入口区段35b。压模板26b展示了多个通道形的穿孔开口 32b。图9示出了具有穿孔开口 32a和32b的最大有效截面积33的一种安排引导穿过了两个压模板26a和26b，图10示出了穿孔开口 32a和32b的减小的或节流的有效截面积33的一种安排引导穿过了两个压模板26a和26b,图11不出了在有效截面积是零的地方的安排。在图12到图20中所展示的本发明的实施例中，由此显示了在左边是一个截面视图而在右边是一个俯视图处于流动方向中，板26包括图12:通道形穿孔开口 32图13:具有小圆锥形入口区段35a的通道形穿孔开口 32图14:具有大圆锥形入口区段35b的通道形穿孔开口 32图15:具有大圆锥形入口区段35b和大圆锥形出口区段35c的通道形穿孔开口 32图16:具有大的重叠的圆锥形入口区段35d的通道形穿孔开口 32。这些穿孔开口32被安排在了一个蜂窝状结构35e中图17:针状(矩形)通道形穿孔开口 32图18:沙漏形穿孔开口 32图19:穿孔开口 32包括一个具有较大直径的主要开口 34，该主要开口仅部分在该压模板26的厚度上延伸。每个主要开口 34与八个孔口 36相连通。图20:—个穿孔开口 32包括一个具有较大直径的主要开口 34以及七个中间开口34a，该主要开口仅部分在该压模板26的厚度上延伸，并且这些中间开口在该压模板26的中间部分(厚度)上延伸。每个中间开口 34a与八个孔口 36相连通。在所有的图12到图20中，指出了流动方向18。有可能的是将在不同图中展示的不同实施例的具体要素的特定结构设计进行组合。例如，一个分裂的压模版26可以没有插件52、54、56就被固定和/或一个分裂的压模版26的穿孔开口 32可以不是阶梯式的。上文中使用的参考号汇总如下:10 挤出机
12挤出机元件14另外的挤出机元件16传送元件18流动方向19与流动方向正交的方向20捏合元件22轴24桶26, 26a, 26b 压模板28板本体30一个或多个支持开口32，32a，32b 穿孔口33有效截面积
`
34主要开口34a中间开口35a，b，d圆椎形入口区段35c圆椎形出口区段35e蜂窝状结构36孔口38另外的桶40凸缘连接件42凹陷46分裂口48下部本体(板本体28的)50上部本体(板本体28的)52侧插件54下部插件56上部插件
权利要求
1.出机(10)包括至少 一个桶(24)， 一个或几个被安排在该桶(24)内侧的挤出机元件(12，14)，至少一个用于去除挥发性化合物的出口端口 由此，该挤出机进一步包括至少 一个穿孔的压模板(26)，该穿孔的压模板在该出口端口之前流动方向(18)上被固定该桶(24)上。
2.根据权利要求1所述的挤出机，由此该挤出机进一步包括至少一个用于将汽提剂送入该桶中的入口端 口并且由此该至少一个穿孔的压模板(26)被固定在该入口端口与该出口端口之间的该桶(24)上。
3.根据权利要求1或2所述的挤出机，其中该压模板(26)包括至少一个支持开口(30)，该支持开口每个用于接收这些相应挤出机元件(12，14)的一个轴(22)。
4.根据权利要求1到3所述的挤出机，其中该支持开口(26)为这些挤出机元件(12，14)的轴(22)提供了一个滑动轴承。
5.根据权利要求1到4所述的挤出机，其中在该支持开口(30)的内缘与这些挤出机元件(12，14)的轴(22)之间提供了一个间隙S，其中该间隙s是与该桶(24)的内径D相关联的，具体地是0.001 ( s/D ( 0.02、优选地0.002 ( s/D ( 0.01、并且更优选地0.003 ( s/D 彡 0.006。
6.根据权利要求1到5所述的挤出机，其中该压模板(26)包括至少一个穿孔开口(32)，其中该穿孔开口(32)在该桶(24)的轴向方向上包括一个主要开口(34)，该主要开口仅仅在该压模板(26)的轴向厚度的一部分上延伸,其中该主要开口(34)在轴向方向上之后是至少一个孔口(36)，其中该孔口(36)包括一个比该主要开口(34)小的截面。
7.根据权利要求1到6所述的挤出机，其中该压模板(26)包括至少一个穿孔开口(32)，其中该穿孔开口(32)在下游侧包括一个平均直径d，Imm彡d彡6mm，特别是1.5mm ^ d ^ 5mm,并且优选是 2mm ^ d ^ 4mm。
8.根据权利要求1到7所述的挤出机，其中该挤出机在该压模板(26)的下游并且特别是在该出口端口的上游包括一个另外的挤出机元件(14)，特别是一个挤出机螺杆。
9.根据权利要求8所述的挤出机，其中该另外的挤出机元件(14)包括一个传送元件(16)，其中在该传送元件(16)与该压模板(26)之间的最大轴向距离S是0.5mm ^ S ^ 10mm、特别是 1_ < S < 7mm 并且优选是 1.5mm ^ S ^ 5mm。
10.根据权利要求8或9所述的挤出机，其中该另外的挤出机元件(14)包括一个比该挤出机元件(12)大的自由体积。
11.根据权利要求1到10所述的挤出机，其中该挤出机元件(12)包括多个捏合机元件(20)。
12.根据权利要求11所述的挤出机，其中该挤出机元件(12)包括具有剪切边轮廓或盒轮廓的多个捏合机元件(20)。
13.根据权利要求1到12所述的挤出机，其中提供了特别用于容纳一个另外的挤出机元件(14)的一个另外的桶(38)，其中该压模板(26)是通过一个凸缘接点(40)固定在该桶(24)与该另外的桶(38)之间。
14.根据权利要求1到13所述的挤出机，其中该桶(24)和/或连接到该桶(24)上的一个另外的桶(38)包括一个用于至少部分地接收该压模板(26)的凹陷(42)。
15.根据权利要求1到14所述的挤出机，其中该压模板(26)在径向方向上是分裂的，其中该分裂口(46)是相对于一个至少一个支持开口(30)特别径向安排的，该支持开口每个用于接收这些相应(另外的)挤出机元件(12，14)的一个轴(22)。
16.根据权利要求1到15所述的挤出机，其中该压模板(26)是通过插件(52，54，56)进行加边的，其中这些插件(52，54，56)被固定到该桶(24)上。
17.一种从混合物(M)中去除挥发性化合物以便获得一种产品(P)的方法，该混合物包含至少一种非挥发性聚合物以及至少一种挥发性化合物，该产品实质上不含挥发性化合物，该方法包括至少以下这些步骤: 将该混合物(M)送入至少一个根据权利要求1到16中所述的挤出机(10)中 将该混合物(M)压制穿过所述挤出机(10)的至少一个压模板(26)中 并且穿过所述挤出机(10)的至少一个出口端口来去除这些挥发性化合物。
18.根据权利要求17所述的方法，其中这些非挥发性聚合物是合成橡胶产品。
19.根据权利要求1所述的方法，其中这些合成橡胶产品是丁基橡胶以及卤化丁基橡胶(IIR，BIIR、CIIR)、聚异丁烯(PIB)、乙烯丙烯二烯M类橡胶(EPDM)、乙烯丙烯橡胶(EPM)、乙烯乙酸乙烯酯橡胶(EVM和EVA)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、氟化橡胶(FR)、聚氯丁二烯(CR)、丁二烯橡胶(BR)、以及苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
20.根据权利要求17到19所述的方法，其中混合物(M)包含 i)从10wt%到95wt %的一种非挥发性聚合物以及 ii)挥发性化合物 由此上述这些组分i)和ii)加起来为该混合物(M)的总质量的90wt%到100wt%、优选95 1:%到IOOwt%并且更优选达100wt-%。
从5wt%到90wt%的挥发性化合物，由此上述这些组分加起为该混合物(M)的总质量的 90wt%_到100wt %
21.模板(26)，包括至少一个适合于接收挤出机元件(12，14)的轴(22)的支持开口(30)以及至少一个穿孔开口(32)。
22.根据权利要求21所述的压模板(26)，其中该穿孔开口(32)包括一个主要开口(34)，该主要开口仅仅在该压模板(26)的轴向厚度的一部分上延伸，其中该主要开口(34)之后是至少一个孔口(36)，其中该孔口(36)包括一个比该主要开口(34)小的截面。
23.根据权利要求21或22所述的压模板(26)，其中该板(26)是沿着实际上直的线穿过该支持开口(30)的中心而分裂的板(46)。
24.根据权利要求1到16所述的挤出机或根据权利要求20到23所述的压模板用于制造或加工非挥发性聚合物的用途。
全文摘要
本发明是针对一个挤出机(10)，特别是用于挤出一种合成橡胶产品的挤出机，该挤出机包括一个桶(24)，被安排在该桶(24)内侧用于传送该产品的一个或几个挤出机元件(12，14)(特别是一个或几个挤出机螺杆)和/或一个捏合机元件(14)，任选用于将一种汽提剂送入该桶(24)中的一个入口端口以及用于从该产品中去除挥发性化合物以及适当时该汽提剂的一个出口端口。根据本发明，一个穿孔的压模板(26)固定到该桶(24)的出口端口之前的流动方向上。因为该压模板(26)没有固定到该挤出机元件(12，14)上而是固定到桶(24)上，防止了在压模板(26)与桶(24)之间的圆周间隙，这样就没有挤出的材料在径向外部穿过该压模板(26)。防止了含低表面积与体积的比的多个挤出材料部分，这样有助于挥发性化合物的蒸发。
文档编号B29C47/76GK103097108SQ201180044352
公开日2013年5月8日 申请日期2011年7月22日 优先权日2010年7月23日
发明者汉斯-因戈尔夫·保罗, 乌多·维斯纳, 约尔格·基希霍夫, 托马斯·柯尼希, 克莱门斯·科尔格吕贝尔 申请人:朗盛德国有限责任公司