一种极强电场辊极提取胶乳的方法与流程

本发明涉及一种极强电场辊极提取胶乳的方法，区别于传统橡胶的絮凝方式和匀强电场提取装置，采用了极强电场辊极电致连续提取的工艺，解决了自动化生产难、酸或生物絮凝工艺周期长、废胶水处理难等关键问题。该方法能耗低、效率高于普通的匀强电场提取装置，所得橡胶主要应用于各橡胶制品，包括汽车轮胎用橡胶、胶丝、胶乳制品等。

背景技术：

橡胶是工业中不可缺少的原料，汽车产业的发展也拉动了我国橡胶产业的内需。而乳胶的凝固对橡胶质量有着重要的影响，但现普遍采用的酸絮凝工艺需使用絮凝剂，且生产过程中产生含酸废水需要处理，对环境污染大。为提高产品性能性能，减少环境污染，凝固工艺的研究十分重要。

为了解决上述的问题，本发明采用了电泳的原理以及提出一套提高效率的电致提取胶乳的装置，利用胶体粒子本身的带电性，在电场的作用下使其定向移动，在极板处富集从而达到凝固的目的。

区别于本课题组此前提出的专利ZL:201710603447一种胶乳的提取方法，此前提出的专利提供了电泳提取胶乳的提取方法和机理，对于工业化设备的研究没有深入的阐述。以及专利201811324243.5：一种连续提取胶乳的方法、专利201811324261.3：一种提取胶乳的方法、专利201811324247.3：一种电致提取胶乳的方法，这三个专利匀采用的是匀强电场的提取装置来提取胶乳。

本专利区别之处在于对工业化设备做了深入研究，提出了极强电场的概念，设计了一套切实可行、高效率、工业化程度高的电致提取胶乳的方法和设备，采用极强电场提取胶乳的装置，出胶效率高、能耗远低于匀强电场装置。

技术实现要素：

本发明公开了一种极强电场辊极提取胶乳的方法，将胶乳从一侧进胶口中通入极强电场辊极辊极电致提取装置中，调节直流电压和正极辊与负极槽间距形成极强电场，胶乳经多个正负极槽提取后得到澄清液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续引入清洗装置中清洗后，再经干燥装置中干燥至恒重，包装得到成品橡胶。本发明的方法工艺简单，区别于传统絮凝工艺和匀强电场提取装置，无絮凝过程，绿色环保，节约成本，絮凝得到的橡胶成分保留完全，橡胶制品性能优越，工艺人为影响因素少，产品质量稳定，且能耗低、效率高、易于实现连续性工业化生产。

所用系统包括极强电场连续提取胶乳装置、牵引装置、及干燥装置；其中极强电场连续提取胶乳装置包括以导电材料构成的辊筒电极的正极和负极槽；负极槽与正极辊间距由大到小，然后再由小到大；极强电场是指从乳胶入口到出口之间，电场发生由弱到强再到弱的变化，在极强电场的正极与负极两极间最小间距处电场强度达到最强；将干胶质量含量为1％～60％的胶乳从进胶口中通入极强电场连续提取胶乳装置中，极强电场中最强电场强度与最弱电场强度之比≥10；调节直流电压9～450V，调节极强电场的两极间最小间距0.3～15mm，极强电场中最小间距处电场强度≥30000V/m；胶乳经极强电场提取后在另一侧得到余液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续出料。

所述的极强电场电极舟式电致提取装置由正极辊和半圆形负极舟配套组成。

所述的正极辊材料为导电材料构成，可以采用石墨、金、铂等惰性材料，或者正极辊表面涂敷导电聚合物薄膜。

所述的负极槽材料为导电材料，由多个半圆形负极舟串联而成。

所述的胶乳包括田间天然乳胶、浓缩乳胶、胶清乳胶、丁苯乳胶、丁腈乳胶、氯丁乳胶、丁基乳胶或者上述乳胶的混合物。

所述的胶片可清洗或不清洗，清洗装置为漂洗池、或喷淋清洗装置。

所述的干燥方式为低温风干、红外干燥、过热蒸汽干燥、热空气干燥或微波干燥。

本发明提出的目的是为了解决下面几个工业问题：一是橡胶的絮凝剂凝胶，耗费成本大；另一个是絮凝剂的使用对环境污染大，水处理成本高。最后是匀强电场提取胶乳的工艺能耗高、效率低等问题。

而本发明采用的极强电场提取胶乳的方法充分解决了以上问题。胶乳粒子之所以保持稳定不发生破乳聚沉，其根本原因是胶粒表面含有带电的蛋白以及类脂物等亲水性物质构成的保护层保护着，要使其去稳破乳，只要破坏其双电层的稳定就能达到目的。

本发明提出的极强电场辊极提取胶乳的方法，以单个或多个正极辊和负极槽组成的极强电场连续提取胶乳装置，调节直流电压和正极辊与负极槽间距形成极强电场，胶乳经多个正负极槽提取后得到澄清液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续引入清洗装置中清洗后，再经干燥装置中干燥至恒重，包装得到成品橡胶。本发明的方法工艺简单，区别于传统絮凝工艺和匀强电场提取装置，无絮凝过程，绿色环保，节约成本，絮凝得到的橡胶成分保留完全，橡胶制品性能优越，工艺人为影响因素少，产品质量稳定，且能耗低、效率高、易于实现连续性工业化生产。

本申请提出的极强电场概念，即同一电流与电压条件下，在两极间距最小处时出现电场强度极大值，进胶口出电场强度与极间距最小处电场强度差距较大，电场强度之比大于10。采用极强电场提取胶乳具有能耗低、酸化率低，这一技术中，电泳占主导。在极强电场提取胶乳的装置中，胶乳进口处电场强度弱，电解差酸化率低，当到达极小间距时，电场强度大，由于电渗效应，胶乳粒子经电泳附着在正极上形成胶片，此时的胶片含水率低、胶片致密性良好，且工艺能耗低。

上述所述的极强电场辊极提取装置的电场强度：最小电场要求30000v/m，其目的是电渗效应强，形成致密胶片的含水率低，含水质量小于胶片质量的40％。当低于30000v/m时，电渗效应弱，脱水效率低，相同出料速度下，胶片厚度薄，含水率高，产量低。在电场强度为30000v/m间距附近胶乳停留2s时，含水量可低于40％。同时，限定极强电场的两极间最小间距厚度0.3mm，这是因为当正极上附着致密胶片，足够的间距以此保证产量。当间距达到15mm，胶片厚度较大，胶片厚度可根据进出料速度来调节。

这个方法可以用在不同浓度的胶乳，包括浓缩胶乳、田间胶乳、丁苯胶乳等，同时解决了絮凝干燥、废胶水处理等关键问题。所生产的橡胶可适用于轿车胎面胶，工程胎面胶等领域。

此种方法避免或减少了大量絮凝剂的使用，大大降低了橡胶的成本。同时也避免使用强酸作为胶清的凝固剂，污水处理少，环境友好。并且，相对于传统酸法，电泳法工艺人为影响因素小，易于得到质量稳定的产品，适用于连续性的工业化生产。

本发明的有益效果

一种极强电场辊极提取胶乳的方法，此法的优点在于：

1.避免或减少了大量絮凝剂的使用，大大降低了橡胶的成本。

2.避免使用强酸作为胶清的凝固剂，污水处理少，环境友好。

3.本发明生产步骤少，质量均一性高，提高了电致提取的效率，能耗低，成本低。

4.胶清中非胶成分保留完整，提升胶清橡胶的品质。

5.工艺简单，设备自动化程度高，生产效率高。

6.本发明的制备工艺，工艺人为影响因素小，易于得到质量稳定的产品，适用于连续性的工业化生产。

本发明的所有性能测试标准均按照相应的国家标准进行。

附图说明

图1是本发明系统示意图

1进胶口；2正极辊；3胶片牵引装置；4传送装置；5干燥装置；6清洗装置；7负极槽；8单个半圆形负极槽；9正极辊轴

具体实施方式

实施例1

将干胶质量含量为30％的天然胶乳700g从一侧进胶口中通入双辊极强电场提取装置的负极槽中，调节直流电压9V，调节极强电场的金材料正极辊与负极槽极最小间距0.3mm，电场强度30000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为30。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.03g，经热风干燥、包装得到成品橡胶209.97g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例2

将干胶质量含量为60％的浓缩天然胶乳500g从一侧进胶口中通入三辊极极强电场提取装置的第一个负极槽中，调节直流电压450V，调节极强电场的石墨正极辊与负极槽极最小间距0.3mm，电场强度1500000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为50。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残质量余量小等于0.06g，经冷风干燥、包装得到成品橡胶299.94g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例3

将干胶质量含量为5％的胶清橡胶5000g从一侧进胶口中通入四辊极强电场提取装置的负极槽中，调节直流电压200V，调节极强电场的铂正极辊与负极槽极最小间距0.5mm，电场强度400000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为35。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.015g，经清洗、红外干燥、包装得到成品橡胶249.985g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例4

将干胶质量含量为40％的丁苯乳胶800g从一侧进胶口中通入双辊极强电场提取装置的负极槽中，调节直流电压450V，调节极强电场的铂正极辊与负极槽极最小间距2mm，电场强度225000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为50。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.004g，经清洗、热风干燥、包装得到成品橡胶319.996g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例5

将干胶质量含量为40％的丁腈乳胶1200g从一侧进胶口中通入单辊极强电场提取装置的负极槽中，调节直流电压250V，调节极强电场的金正极辊与负极槽极最小间距5mm，电场强度50000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为60。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.004g，经冷风干燥、包装得到成品橡胶479.996g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例6

将干胶质量含量为40％的氯丁乳胶1000g从从一侧进胶口中通入四辊极强电场提取装置的负极槽中，调节直流电压200V，调节极强电场的石墨正极辊与负极槽极最小间距1mm，电场强度200000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为50。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.005g，经烘房干燥、包装得到成品橡胶399.995g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例7

将干胶质量含量为60％的天然胶乳300g和5％的胶清胶乳2000g，混合均匀后从一侧进胶口中通入五辊极强电场提取装置的负极槽中，调节直流电压450V，调节极强电场的高分子导电正极辊与负极槽极最小间距15mm，电场强度30000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为40。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.003g，经清洗、热风干燥、包装得到成品橡胶189.997g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

实施例8

将干胶质量含量为60％的天然胶乳200g和40％的丁苯乳胶200g，混合均匀后从一侧进胶口中通入双辊极强电场提取装置的负极槽中，调节直流电压150V，调节极强电场的铂正极辊与负极槽极最小间距0.5mm，电场强度300000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为80。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残余量0.003g，经清洗、热风干燥、包装得到成品橡胶199.997g。

取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例1

在双辊开练机上按配方：烟片橡胶100g，ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例2

采用甲酸对400g固含量为60％的浓缩胶乳进行絮凝，干燥得到240g天然橡胶，取100g天然橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例3

采用硫酸对400g固含量为40％的丁苯橡胶进行絮凝，干燥得到120g天然橡胶，取100g天然橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

对比例4

采用氯化钙对400g固含量为40％的丁腈橡胶进行絮凝，干燥得到160g丁腈橡胶，取100g丁腈橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。

表一 实施例和对比例机械性能对比