专利名称：一种氟弹性体的干燥方法和用于该干燥方法的干燥设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氟弹性体的干燥方法，还涉及适用于该干燥方法的干燥设备，尤其是用于干燥的双螺杆挤出机。
背景技术：
氟弹性体是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种性能优异的高分子合成橡胶，氟弹性体经配合、加工、硫化制成的制品具有卓越的耐介质性(能耐受各种燃油、合成油、润滑油、化学品)以及高温耐热性，可采用注射、挤出、模压等成型方法将其制成各种O形圈、密封件、隔膜、垫圈、胶片、阀片、软管、胶辊等各种橡胶制品。
氟弹性体的主要品种有偏氟乙烯-六氟丙烯二元共聚氟弹性体和偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯三元共聚氟弹性体。作为有用的原料，要求最终聚氟弹性体内残余水份含量为0.3重量％或以下。
在现有技术中，通过气溶聚合而成的高聚物经电解凝聚、洗涤、离心脱水形成的胶粒的含水量为25％～35重量％，通常将这种高含水量的胶粒装入烘盘放进热风循环蒸汽烘箱干燥，最终得到含水量0.5％或以下的氟弹性体。虽然用这种烘箱干燥工艺能总体上得到满足含水量要求的氟弹性体胶粒，但是用这种方法无法适应日趋扩大的工业化生产，原因有 1.烘箱内部各点温度分布不均引起干燥质量不稳定； 2.热能利用率低、能耗高； 3.间歇操作易受污染、劳动强度大、生产效率低。
如果要得到最终含水量在0.3％或以下的胶粒，那么能耗将更高。
双螺杆挤出机是一种主要用于塑料加工及橡胶连续密炼成型挤出的加工机械；它同时也可用于树脂合成，适用于聚酰(亚)胺缩聚反应、聚氨酯加聚反应、聚酯熔体聚合反应、聚甲醛本体连续聚合反应、甲基丙烯酸甲酯本体连续聚合反应挤出以及动态硫化、交联、接枝、扩链等反应挤出。
例如，中国专利ZL01112979.4报道了一种高韧性高流动性改性聚丙烯母粒的制备方法，包括如下步骤将颗粒状聚丙烯、颗粒状三元乙丙橡胶、有机过氧化物交联剂和烯丙基酯类助交联剂按比例充分混合，随后将该混合物再加入双螺杆挤出机熔融挤出造粒。
双螺杆挤出机也可用于常规(普通)塑料制备，如《合成橡胶工业》{2005-05-15，28(3)161-165}“双螺杆挤出丁苯透明抗冲树脂溶液脱挥工艺”一文中，报道了双螺杆挤出机因能耗低、脱挥发分效率高，而受到广泛的关注。与其它后处理技术相比，双螺杆挤出工艺具有能耗低、可强制喂料，温度、压力易于控制、脱挥效率高等优点。
虽然本领域已知可采用双螺杆挤出机脱除有机物料中的挥发性组分，但是适用于双螺杆挤出机进行脱挥发份加工的有机物料仅含有低含量的挥发性组分，并且这种挥发性组分的沸点常低于水的沸点。如果要用常规双螺杆挤出机脱挥方法脱除高含量(例如最高达35重量％)的水，则在脱水过程中汽化的水分会夹带欲干燥的有机物料从排气口排出，不仅污染了工作环境，还造成欲干燥的有机物料的损耗。
因此，需要开发一种连续化、高产能、低强度、产品质量稳定均一的氟弹性体干燥方法。
还需要开发一种适合于干燥高含水量氟弹性体的干燥设备。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种连续化、高产能、低强度、产品质量稳定均一的氟弹性体的干燥方法。
本发明的另一个目的是提供一种适合于干燥高含水量氟弹性体的干燥设备。
为了达到上述目的，本发明提供一种氟弹性体的干燥设备，它包括双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机包括机筒、螺杆、排气口，其特征在于每一个所述排气口具有两个排气腔。
本发明还提供一种氟弹性体的干燥方法，它包括将含水量为8％～15重量％的氟弹性体胶粒通入双螺杆挤出机的步骤，所述双螺杆挤出机包括机筒、螺杆、排气口，其特征在于每一个所述排气口具有两个排气腔。
下面结合附图更详细地说明本发明，附图中 图1是现有双螺杆挤出机排气口的截面图； 图2是本发明双螺杆挤出机排气口的截面图。
图3是本发明双螺杆挤出机排气口的立体示意图； 图4是图3立体示意图的剖面图。
具体实施例方式 本发明提供一种适合干燥高含水量氟弹性体胶粒的双螺杆挤出机。在本发明中，术语“高含水量氟弹性体”是指含水量为8％～15重量％、较好为9-14重量％、更好为10-12重量％的氟弹性体胶粒。
目前通过气溶聚合而成的高聚物经电解凝聚、洗涤、离心脱水形成的氟弹性体胶粒(下面简称为氟弹性体胶粒原料)的含水量一般高达25％～35重量％。为了使氟弹性体胶粒的含水量满足用本发明双螺杆挤出机进行干燥的要求，可对氟弹性体胶粒原料进行前置脱水。合适的前置脱水方法无特别的限制，可以是本领域任何常规的脱水方法，例如使用离心法进行脱水。
采用双螺杆挤出机进行脱挥发份加工是本领域众所周知的。常规的双螺杆挤出机包括机筒、螺杆和排气口。所述机筒可根据具体加工的要求选择带冷却夹套的机筒、带冷却夹套的排气口机筒、加料机筒和排水机筒并根据需要对其自由组合。在常规的脱挥发份加工中，由于加工物料中一般挥发份的含量较低并且该挥发份本身一般具有低的沸点，因此，常规的排气口机筒的排气口带有一个排气腔。图1是现有的排气口机筒排气口200的示意图，其中箭头方向为螺杆的旋转方向。所述排气口包括排气腔1。该排气腔1包括一个柱状的出口部分2和与该柱状出口部分流体相通的呈半个倒置的喇叭状的内腔3。排气腔1具有一个竖直的侧壁5、一个与该竖直的侧壁5对置的构成倒置喇叭腔的侧壁6和一个与该竖直的侧壁5对置的构成柱状出口部分的竖直侧壁7。
要干燥的高含水量氟弹性体进入该双螺杆挤出机，在筒体外加热及螺杆阻流提压、热压功能的作用下水分及低分子物急剧气化，冲破熔体包裹的阻力以气态进入排气腔的喇叭状内腔3。由于高含水量氟弹性体的含水量远高于现有技术用双螺杆挤出机脱挥发份操作时所述挥发份的含量，并且由于水的沸点高于所述挥发份的沸点，因此水分挥发产生的水汽压力远大于少量挥发份气化时产生的压力，结果用这种常规双螺杆挤出机干燥高含水量氟弹性体的过程中，在水汽蒸发的同时要干燥的氟弹性体物料也会从排气口喷出。结果污染了工作场所的环境并造成氟弹性体物料的浪费。
为了利用现有的双螺杆挤出机干燥氟弹性体并解决现有技术的缺陷，本发明人发现对双螺杆挤出机的排气口进行改进可有利地消除氟弹性体物料随水汽析出的缺陷。因此适合于本发明氟弹性体干燥方法的双螺杆挤出机包括特殊的排气口。图2是本发明一个较好实例的双螺杆挤出机排气口的示意图，如图2所示，本发明排气口包括第一排气腔100和第二排气腔101，在两个排气腔之间具有挡板4。所述第一排气腔100具有柱状出口部分12和一个内腔13。该第一排气腔100包括一个竖直的侧壁5、一个与该竖直的侧壁5对置的竖直侧壁8，竖直侧壁5和8构成所述出口部分12；所述第一排气腔100还包括一个与侧壁8的下部相连的圆弧状的侧壁9，侧壁9和侧壁5构成了所述内腔13。从剖面图上看，内腔13的高度与出口部分12高度相等或者是其高度的1/4至1/10。
在本发明中，术语“内腔13的高度”是指圆弧侧壁9与水平线的切点至与竖直线切点的垂线之间的距离。
在本发明的一个实例中，圆弧侧壁9的弧度为80-90度。
第二排气腔101包括柱状出口部分10和柱状内腔11。出口部分10包括一个竖直侧壁7和与该竖直侧壁7对置的位于挡板4上的竖直侧壁14。柱状内腔11包括一个斜的侧壁6和一个在所述挡板4上与该斜侧壁6对置并与其平行的侧壁15。从剖面图上看，竖直侧壁7的长度是斜侧壁6长度的1/2至1/4。
在本发明中，术语“斜侧壁的长度”是指沿该侧壁的倾斜方向上壁的长度。
在本发明的一个实例中，斜侧壁6与水平线的夹角一般为85-60度，较好为82-65度，更好为80-70度。
从剖面图上看，挡板4将现有的双螺杆挤出机的排气口200的排气腔分隔成两个排气腔，即第一排气腔100和第二排气腔101。从剖面图出口部分的位置看，第二排气腔101的出口部分10比第一排气腔100的出口部分12稍大或者两者相等。在本发明的一个实例中，第二排气腔的出口部分10比第二排气腔的出口部分12大10％-80％，较好大20％-70％，更好大30-60％。
图3是本发明图2所示排气口的立体示意图，由该立体图可更直观地了解本发明排气口的结构。
图4是图3排气口立体示意图的剖面图。
本发明同向平行双螺杆挤出机还包括驱动部分与加工部分，驱动部分包括传动箱与电机，加工部分由两根同向旋转的螺杆芯轴、“积木式”螺纹元件、筒体及筒体加热器组成。筒体有喂料筒体、闭合筒体、排气筒体、机头。螺杆长径比可根据含氟弹性体的性能调整，螺纹元件有圆柱、反向块、啮合盘、齿形盘等形式且随加工物料性能可随意组合。物料在机筒内流动所形成的高压和低压区是平衡的，故螺杆可以高速运转；物料可从一根螺杆流入另一根螺杆，沿着较长的8字路径流动，能够接受更多的熔化热；其间，可经历不同结构的螺纹元件、啮合盘和齿形盘元件使物料得到程度不同的输送和混炼及多处排气脱挥。
使用时将氟弹性体物料经预脱水(例如挤压预脱水或者离心预脱水)进入双螺杆挤出机后，首先在排水筒体再排出剩余一部分游离态助剂离子及水，此时物料含水量在3％～5％左右。随后在螺杆的推进下挤压脱水，脱除的水汽从排气口排出，此时从排气口排出的仅仅是纯的水汽，未发现夹带氟弹性体物料。
本发明使用“积木式”螺纹元件，其随意组合性极大地赋予生产的灵活性，通过不同形式螺纹元件的不同组合及操作工艺条件可干燥不同性能、不同品级的氟弹性体聚合物。
啮合形螺杆良好的自清性，即一个螺杆完全可被另一个螺杆所清洁，故批次之间的接口料几乎没有，大大降低了生产单耗。
下面结合实施例更详细地描述本发明。
实施例1 用常规的方法生产门尼粘度{ML(1+10)121℃}为130的氟弹性体，高聚物乳液经电解凝聚、洗涤、脱水形成含水28.2％的胶粒。首先通过挤压脱水，使物料的含水量降至10.2％，同时除去大部分聚合及凝聚过程中的助剂、未反应单体和水。
使用带图2所示排气口的同向平行双螺杆挤出机，排气口挡板4圆弧状的侧壁9的弧度为90度，出口部分10的宽度比出口部分12的宽度大20％，内腔13的高度是出口部分12高度的1/4，竖直侧壁7的长度是斜侧壁6长度的1/2，斜侧壁6与水平线的夹角为60°。
将经欲脱水的氟弹性体物料加入该同向平行双螺杆挤出机，通过螺杆功能，使物料处在高压及高于挥发性成分沸点的温度状态下，进入排气段，在此压力突然降低或呈负压时，在较大的闪蒸推动力作用下，例如低沸点物、水分及低分子物急剧气化，冲破熔体包裹的阻力以气态排出机体外。物料经过几个排气段，这种“闪蒸排气”过程就重复几次，最终使熔体内残余水份含量降至0.2重量％。氟弹性体干燥数据情况见表1 表1 氟弹性体干燥情况 在整个脱水干燥过程中，未观察到有乳白色的物料随水汽一起从排气口逸出。
实施例2 用常规的方法生产门尼粘度{ML(1+10)121℃}为130的氟弹性体，高聚物乳液经电解凝聚、洗涤、脱水形成含水20％的胶粒。首先通过挤压脱水，使物料的含水量降至15％左右，同时除去大部分聚合及凝聚过程中的助剂、未反应单体和水。
重复实施例1的步骤对该预干燥的氟弹性体进行脱水干燥，用肉眼观察各排气口的排出物，结果发现排出物均是水蒸汽，未发现有含氟聚合物物料在排气口随水汽排出。
比较例1 重复实施例1的步骤，但是使用常规的同向啮合双螺杆挤出机(SHJ-68A型，兰州天华化工机械自动化研究设计院制造)，结果发现在排气口有乳白色物料外喷现象，表明含氟聚合物物料随水汽排出。
实施例3 用常规的方法生产门尼粘度{ML(1+10)121℃}为130的氟弹性体，高聚物乳液经电解凝聚、洗涤、脱水形成含水33％的胶粒。首先通过挤压脱水，使物料的含水量降至15％左右，同时除去大部分聚合及凝聚过程中的助剂、未反应单体和水。
使用带图2所示排气口的同向平行双螺杆挤出机，排气口挡板4圆弧状的侧壁9的弧度为80度，出口部分10的宽度比出口部分12的宽度大70％，内腔13的高度是出口部分12高度的1/6，竖直侧壁7的长度是斜侧壁6长度的1/3，斜侧壁6与水平线的夹角为75°。
将经欲脱水的氟弹性体物料加入该同向平行双螺杆挤出机，通过螺杆功能，使物料处在高压及高于挥发性成分沸点的温度状态下，进入排气段，在此压力突然降低或呈负压时，在较大的闪蒸推动力作用下，例如低沸点物、水分及低分子物急剧气化，冲破熔体包裹的阻力以气态排出机体外。物料经过几个排气段，这种“闪蒸排气”过程就重复几次，最终使熔体内残余水份含量降至0.28重量％。氟弹性体干燥数据情况见表2 表2氟弹性体干燥情况 在整个脱水干燥过程中，未观察到有乳白色的物料随水汽一起从排气口逸出。
权利要求
1.一种氟弹性体的干燥设备，它包括双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机包括机筒、螺杆、排气口，其特征在于每一个所述排气口具有两个排气腔。
2.如权利要求1所述的干燥设备，其特征在于所述排气口包括第一排气腔(100)和第二排气腔(101)，在两个排气腔(100，101)之间具有挡板(4)。
3.如权利要求2所述的干燥设备，其特征在于所述第一排气腔(100)具有柱状出口部分(12)和一个内腔(13)；该第一排气腔(100)包括一个竖直的侧壁(5)、一个与该竖直的侧壁(5)对置的竖直侧壁(8)，竖直侧壁(5)和(8)构成所述出口部分(12)；所述第一排气腔(100)还包括一个与侧壁(8)的下部相连的圆弧状的侧壁(9)，侧壁(9)和侧壁(5)构成了所述内腔(13)。
4.如权利要求3所述的干燥设备，其特征在于所述内腔(13)的高度与出口部分(12)高度相等或者是其高度的1/2至1/4；圆弧侧壁(9)的弧度为80-90度。
5.如权利要求2所述的干燥设备，其特征在于所述第二排气腔(101)包括柱状出口部分(10)和柱状内腔(11)；出口部分(10)包括一个竖直侧壁(7)和与该竖直侧壁(7)对置的位于挡板(4)上的竖直侧壁(14)；所述柱状内腔(11)包括一个斜的侧壁(6)和一个在所述挡板(4)上与该斜侧壁(6)对置并与其平行的侧壁(15)。
6.如权利要求5所述的干燥设备，其特征在于所述竖直侧壁(7)的长度是斜侧壁(6)长度的1/2至1/4。
7.如权利要求5或6所述的干燥设备，其特征在于所述斜侧壁(6)与水平线的夹角为85-60度，较好为82-65度，更好为80-70度。
8.如权利要求5所述的干燥设备，其特征在于挡板(4)将排气口的排气腔分隔成第一排气腔(100)和第二排气腔(101)，第二排气腔的出口部分(10)比第二排气腔的出口部分(12)大10％-80％，较好大20％-70％，更好大30-60％。
9.一种氟弹性体的干燥方法，它包括用权利要求1-9中任一项所述的干燥设备干燥含水量为8％～15重量％的氟弹性体胶粒的步骤。
全文摘要
公开了一种氟弹性体的干燥设备，它包括双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机包括机筒、螺杆、排气口，每一个所述排气口具有两个排气腔，所述排气口包括第一排气腔(100)和第二排气腔(101)，在两个排气腔(100，101)之间具有挡板(4)。还公开了用所述设备干燥含水量为8％～15重量％的氟弹性体胶粒的方法。
文档编号F26B5/00GK101158538SQ20071017064
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者王卫国, 金向阳, 斌 沈, 刘伯南 申请人:上海三爱富新材料股份有限公司