Способ получения эластомера - RU2075487C1

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к способу получения эластомера, в частности к процессу введения волоконных накопителей в эластомерные полимеры. Волоконные накопители вводятся в пластики и эластомеры для обеспечения дополнительной прочности изделий, получаемых из полимера, хороших поверхностных контактных свойств для таких изделий, как приводные ремни, и снижения стоимости состава путем использования дешевых наполнителей.

Волоконные накопители добавляют к пластикам и эластомерам при нагревании полимеров до их размягчения и тщательном смешивании полимера и наполнителя в мельнице или внутренней мешалкой. Этому методу при введении наполнителей в некоторые эластомеры присущи недостатки. Необходимость введения наполнителей в эластомеры является определяющей для множества применений изделий из эластомеров, например, таких как приводные ремни. Способ, используемый в промышленности, состоит в смешении твердого эластомера с волоконным наполнителем в смесителе Бенбери или на резиновых вальцах, перемешивание проводится в течение 5-10 минут. После этого смешивание должно быть прервано на существенное время, так как эластомер перегревается, что при продолжении перемешивания приведет к разложению эластомера и значительному снижению его важных свойств и/или к подгоранию (скорчингу) полимерной основы. В случае перегрева смеси эластомера с волокном ее необходимо остудить, прежде чем продолжить перемешивание. Эта процедура перемешивания для введения волокон в эластомер, и охлаждения, из-за увеличения нагрева, может требовать до шести стадий. Более того, возрастающий износ резины может приводить к непригодному подпаленному продукту еще до того, как достигнуто подходящее смешивание, особенно в случае арамидных волокон в смесителях промышленного масштаба, когда теплоотвод ограничен. Введение волоконных накопителей в эластомер существующими методами энергоемко и дорого из-за длительности процесса. Данное изобретение рассматривает процесс введения органических волоконных наполнителей в эластомеры, который экономичен, производителен и минимизирует стадию диспергирования, необходимую для получения заданного качества продукта.

Известен способ получения эластомера путем коагулирования латекса в экструдере, подачи коагулированного эластомера через ограничение потока, которое создает противодавление, достаточное для удаления содержащейся в эластомере воды через выходное отверстие экструдера противотоком по отношению к ограничителю потока с последующей выгрузкой и рекуперацией эластомера (патент США 4136251).

Для получения гомогенного волоконно-наполненного эластомера согласно данному изобретению в качестве латекса предлагается использовать эластомерный латекс, который предварительно перед подачей в экструдер смешивают с водной суспензией волоконного наполнителя с длиной волокон менее 25 мм в количестве 8,3 100 масс.частей на 100 масс.частей эластомера, или их подают в экструдер отдельными потоками.

Данное изобретение направлено на процесс введения волоконных наполнителей в эластомер, который включает следующие стадии:
а) подачу в шнековый экструдер эластомерного латекса и водной суспензии, содержащей 8,3 100 масс, частей органического волоконного наполнителя на 100 масс. частей эластомера; этот волоконный наполнитель имеет длину волокон менее 25 мм, суспензия и латекс подаются в экструдер смешанными заранее потоками или отдельными потоками, которые затем смешиваются в экструдере:
б) коагулирование эластомерного латекса в шнековом экструдере с образованием коагулированного эластомера, содержащего органические волоконные наполнители;
в) подачу коагулированного эластомера, содержащего органические волоконные наполнители, в зону обезвоживания;
г) подачу коагулированного эластомера через ограничитель потока, в котором применено противодавление, достаточное для удаления содержащейся в эластомере воды, через выходное отверстие, которым снабжен экструдер, противотоком по отношению к ограничителю потока; и
д) выгрузку и рекуперацию наполненного эластомера.

Общее описание чертежей
Фиг. 1 частично схематический разрез обезвоживающего экструдера, использованного в процессе данного изобретения.

Фиг. 2 упрощенный разрез вида сверху шнеков обезвоживающего экструдера, показывающий окружение их направляющих элементов.

Фиг. 3 модифицированный вариант обезвоживающего экструдера, показанного на фиг. 1 и 2, с дополнительной зоной пониженного давления и зоной удаления продукта. Эластомеры, используемые в процессе данного изобретения, должны быть в форме латекса. Вообще этот латекс содержит около 25-75% твердого компонента, обычно около 35-60% Подходящие эмульгирующие агенты смешивают с водой, например, хлоропреновым мономером, другими ингредиентами с образованием эмульсии и с последующей полимеризацией латекса. Частицы латекса содержат агрегаты эластомера, окруженные эмульгирующим агентом, например, канифольным мылом, который адсорбируется на поверхности частиц. Представителями эластомеров, которые могут быть использованы в процессе данного изобретения служат полихлоропрен, стиролбутадиен, полибутадиен, нитрильный каучук и полиизопрен. Полихлоропрен является особенно предпочтительным.

Хлоропреновым полимером является полимер, модифицированный серой, алкилмеркаптаном; либо модифицированный диалкил- или диалкоксиксантогендисульфидом полихлоропреновый гомополимер или сополимер хлоропрена и 2, 3 дихлорбутадиена 1,3 или моноэтиленового ненасыщенного мономера, имеющего 3-10 атомов углерода, или их смеси. Этиленненасыщенный мономер может быть описан далее как виниловый мономер, имеющий температуру кипения от 0^oC до 200^oC. Предпочтительные виниловые мономеры это акрилонитрил, метакрилонитрил, низшие алкилакрилаты, метакрилаты, акриламиды, метакриламиды, малеаты и фумараты, акриловая, метакриловая, фумаровая и малеиновая кислоты. Виниловый мономер обычно менее реакционноспособен, чем 2-хлор-1, 3-бутадиен, тогда как 2,3-дихлор-1,3-бутадиен более реакционноспособен.

Алкилмеркаптановые модификаторы, использованные в процессе получения полихлоропрена, обычно имеют цепь длиной 4-20 атомов углерода. Алкильные радикалы могут быть линейными или разветвленными, они могут быть первичными, вторичными или третичными. Диалкилксантогендисульфидный модификатор может быть представлен структурой

где R и R' это алкильные радикалы, имеющие 1-8 атомов углерода. Примерами подходящих алкильных радикалов являются метил, этил, пропил, изопропил, а также различные изомерные бутильные, амильные, гексильные, гептильные и октильные радикалы. Предпочтительны те диалкилксантогендисульфиды, в которых каждый алкильный радикал имеет 1-4 атома углерода, особенно диизопропилксантогендисульфид. Диалкоксиксантогендисульфидные модификаторы могут быть представлены формулой

где R и R' это алкильные радикалы, имеющие 1-8 атомов углерода и m 2-6. Примерами подходящих алкильных радикалов являются метил, этил, бутил и гексил; этил предпочтителен. Модификатором также может быть элементарная сера. Обычно модификатор содержится в полимере в количестве 0,05-0,15 мас. чтобы поддерживать гелеобразное состояние продукта в желаемом интервале. Хлоропреновый полимер получают эмульсионной полимеризацией при 10-50^oC. В общем полимеризация прекращается при конверсии 40 и более мономера хлоропрена.

Стиролбутадиеновый эластомер хорошо известен и также может быть использован в процессе данного изобретения. Этот латексный эластомер получается при полимеризации эмульсии, содержащей обычно от 60 до 75 масс.частей бутадиена, 25-40 масс. частей стирола, 1-5 масс.частей эмульгатора, 0,1-1,0 мас. частей модифицирующего агента и от 100 до 300 мас.частей воды, при температуре 40-60^oC.

Полибутадиеновые эластомеры, подходящие для использования здесь, могут быть получены различными методами. Один из таких удобных методов это свободно-радикальная полимеризация в эмульсии, инициируемая активными свободными радикалами R, образующимися при разложении пероксидов, персульфатов, или аналогичными реакциями получения свободных радикалов.

Поли-1,4-изопреновые эластомеры, подходящие для использования здесь, включают натуральные каучуки (как Hevea, так и Balata) и синтетический полиизопрен. Синтетические полиизопрены могут быть получены эмульсионной полимеризацией в водной среде со свободно-радикальным инициированием.

Подходящими свободно-радикальными инициаторами являются персульфат калия или окислительно-восстановительная система, использующая гидроперекись кумола-пирофосфат железа. Молекулярный вес контролируется добавлением такого меркаптана как додецилмеркаптан.

Органические волоконные наполнители, введенные в эластомер, могут быть натуральными или синтетическими волокнами, такими как хлопок, ацетат целлюлозы, полиамиды, полиарамиды и полиэфиры. Предпочтительными волокнами являются хлопок и полиарамид поли(парафенилентерафталамид), например, арамидная целлюлоза Кевлар. Длина отдельных волокон, используемых в данном процессе, которые подаются в экструдер, менее 25 мм. Обычно в процессе используются волокна длиной 0,02-6 мм, предпочтительно 0,3-3 мм. Меньшая длина также удовлетворительна, однако волокна обычно бывают не менее 0,3 мм в силу того, что дальнейшее уменьшение размера невыгодно. Волокна длиннее 25 мм трудно использовать в данном процессе из-за их спутывания. Диаметр органического волоконного наполнителя обычно значительно меньше длины. В общем диаметр может изменяться в широких пределах, но обычно составляет 8-50 микрон. Хлопковые волокна обычно имеют диаметр около 12-18 микрон, а Кевлар арамидная пульпа около 12-17 микрон. В общем отношение длины (L) к диаметру (D) волокон может быть выражено как L:D>10, большая длина волокон увеличивает прочность получаемого изделия.

Количество органического волоконного наполнителя, вводимого в эластомерный латекс, практически полностью включенного в полимер, изменяется в зависимости от конкретного использования эластомера. В общем добавляют 8,3-100,0 мас. частей наполнителя на 100 масс.частей эластомера, обычно органический волоконный наполнитель вводится в эластомерный латекс в количестве 8,3-30 масс. частей на 100 мас.частей эластомера, особенно для изделий, которые должны использоваться без дальнейшего разбавления в динамических условиях, как, например, силовые трансмиссионные ремни и шины.

Эластомерный латекс может быть предварительно смешан с водной суспензией волоконного наполнителя. Водная суспензия может быть получена с использованием либо низкоскоростных смесителей, таких как пропеллерные или турбинные аппараты, либо высокоскоростных смесителей. К суспензии могут быть добавлены загустители для увеличения скорости диспергирования для данного смешивающего аппарата, облегчения предотвращения последующего оседания и в качестве добавки при конечной коагуляции латекса и суспензии. Другие смешивающиеся добавки, такие как минеральные масла, сажа или красители могут быть добавлены к суспензии или латексу для введения в коагулированный эластомер. Предпочтительно использовать подходящую технику для смешения с низким усилием сдвига при смешении латекса с водной суспензией для предотвращения преждевременной частичной коагуляции. Так, один или более эластомер, такой как полихлоропреновый латекс или стиролбутадиеновый латекс может быть предварительно смешан с водной суспензией органического волоконного наполнителя и полученная смесь направлена в обезвоживающий экструдер для коагуляции. Другим способом, эластомерный латекс и водная суспензия волоконного наполнителя могут вводиться в экструдер в виде отдельных потоков. Как можно видеть, данное изобретение рассматривает разнообразие комбинаций.

Частицы эластомера коагулируются в экструдере. Подходящими коагулянтами являются водные растворы таких солей как хлорид кальция, сульфат алюминия, хлорид натрия, сульфат натрия или ацетат натрия. Катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ), такие как полиоксипропиленметилдиэтиламмоний хлорид (EMCOLCC-9) и водные растворы полиаминов также могут быть использованы как самостоятельно, так и в сочетании с солями для нейтрализации анионных ПАВ, использованных для стабилизации латекса. Иным образом, механическая коагуляция эластомера может быть вызвана введением второй зоны повышенного давления между точкой ввода эластомерного латекса/водной суспензии и точкой вывода отходящей жидкости, латекс коагулируется в этой области благодаря высоким усилиям сдвига. Цилиндрический шнековый переходный фитинг может быть использован для этой цели, чтобы подвергнуть весь проходящий эластомер постоянному высокому усилию сдвига. Химическая коагуляция предпочтительна.

Для полихлоропрена, обычно полученного из эмульсии мономера, стабилизированной канифолью или мылами смоляных кислот при pH 10 или выше, минеральные или карбоновые кислоты могут быть использованы, чтобы понизить значение pH и нейтрализовать действие канифоли или мыл смоляных кислот, и инициировать или ускорить коагуляцию. Предпочтительной кислотой является уксусная, которая может вводиться отдельно или в смеси с коагулянтом.

Коагулянт (и, если необходимо, кислота) может быть направлен по потоку или противотоком относительно точки подачи смеси латекс/ суспензия в экструдер. Однако если латекс/суспензия в экструдер. Однако если латекс и суспензия подаются в виде отдельных потоков, предпочтительно подавать коагулянт (и кислоту) по направлению потока для предотвращения преждевременной коагуляции эластомера до введения волоконного наполнителя в процесс и последующей потери наполнителя с отходящей жидкостью. Другим способом, коакулянт может быть смешан непосредственно с суспензией наполнителя для раздельного введения в экструдер по потоку или противотоком относительно ввода латекса.

В этом процессе могут быть использованы вододиспергируемые загустители. Они могут вводиться вместе с латексом, коагулянтом, в виде отдельного потока или с суспензией наполнителя. Введение в суспензию наполнителя предпочтительно, так как загуститель также предотвращает оседание волокон или дренаж воды и способен улучшить диспергирование волокон путем повышения эффективности стадии смешения. Загуститель повышает эффективность коагуляции и минимизирует количество диспергированного полимера в отходящей воде. Предпочтительными загустителями являются Alcogum 6625 полиакрилат натрия и Alcogum SL-76 акриловый эмульсионный терполимер, производимые компанией Alco Chemical Company и применяемые в концентрациях от 1 до 10 частей на 100 частей хлопковых волокон или, например, от 7 до 50 частей на 100 частей волокон Кевлара для стабилизации типичных 5% хлопковых и 1 Кевларовых волокон. Другие подходящие загустители включают, например, гидроксиэтилцеллюлозу, различные крахмалы, каучуки и пептиды, известные специалистам. Предпочтительным коагулянтом является водный раствор хлорида кальция. Концентрация этого раствора может составлять от 2 до 50 Конкретная концентрация коагулянта в сильной степени зависит от скорости подачи латекса.

Смесь коагулированного эластомерного латекса и суспензии подается в обезвоживающую зону, где встречает ограничение потока в форме запорного давления. Конкретное давление, используемое для коагуляции эластомера, зависит от скорости потока, конструкции ограничения, скорости вращения шнека и вязкости смеси. Значительное количество воды отделяется от коагулированного эластомера при прохождении им ограничения потока, где применено противодавление, эта вода удаляется в обезвоживающей зоне через выходное отверстие противотоком по отношению к ограничению давления.

Наполненный эластомер может быть выгружен их экструдера и дополнительно высушен для удаления избытка жидкости. Другим способом, экструдер снабжается зоной пониженного давления 5 по потоку к ограничению давления для удаления оставшейся воды из коагулированного эластомера под вакуумом. Коагулированный эластомер, проходящий ограничение потока подается в зону пониженного давления для удаления из него воды до достаточной перед выгрузкой степени осушки.

На фиг. 1:12 это исходная емкость, содержащая, например, смесь хлоропренового полимерного латекса и водной суспензии органического волоконного наполнителя; 13 это исходная емкость, содержащая коагулирующий агент, такой как водный раствор хлорида кальция; 16 это двойной шнековый экструдер, имеющий шнеки 8, как показано на фиг. 2. Экструдер разделен на три следующие зоны: 1 зона коагуляции полимера, 2 зона отделения жидкости и 3 зона запорного давления. Как можно видеть на фиг. 1, наряду с нагнетательным концом зоны 2, шнековые каналы 9 могут быть сделаны более мелкими, чтобы создать нагнетающее действие вместе с запорным давлением 4, которое служит ограничителем потока. Достаточно высокое давление необходимо для того, чтобы заставить низковязкую жидкость (воду) двигаться против движения шнека. Отработанная жидкость удаляется через патрубок 10. Чтобы предотвратить потери полимера с отходящей жидкостью в этом месте может быть установлено механическое обезвоживающее устройство. Это может быть, например, двухшнековый механизм, возвращающий полимер в экструдер. На линии отходящей жидкости может быть применен автоматический клапан для поддержания достаточного давления в конце зоны 2. Запорное давление 4 может осуществляться одним из устройств, известных специалистам в экструдерной технологии, для создания высокого противодавления. На фигурах показан шнек с обратным шагом, часто применяемый для этой цели. Экструдер может быть также снабжен цилиндрическим клапаном 18 для сброса давления, созданного запорным давлением, и контроля влажности и/или температуры экструдата. Выходящий после запорного давления поток подается дополнительным отрезком шнека 11 (фиг. 3) для удаления полимера.

В зоне 1 скребки шнека скрещиваются, в то время, как в зоне 2 они не скрещиваются, но являются тангенциальными. Сцепленные шнеки с одинаковым или разным направлением вращения предпочтительны из-за их хороших вентиляционных характеристик и сопротивления загрязнению. Нескрещивающиеся шнеки или экструдер с одним шнеком также могут быть пригодны, но они будут требовать дозирующего насоса высокого давления для подачи эластомерного латекса в экструдер. Эластомерный латекс, смешанный с волоконным наполнителем, может удаляться непосредственно или выгружаться из экструдера, показанного на фиг. 1, через открытый конец 5 и сушиться воздухом подходящим способом, например в печи. Иначе, как показано на фиг. 3, непосредственно за ограничением давления 4 может располагаться зона пониженного давления для удаления оставшейся жидкости из эластомера с помощью вакуумного насоса, присоединенного к отверстию 7. Высушенная смесь эластомера с наполнителем, обычно содержащая менее 1% влажности, последовательно проходит через зону удаления продукта 14 и выход 15, где окончательно формируется для использования. Один из двух шнеков может быть усеченным и для конечной зоны используют секции трубы цилиндрической сверловки. Зона удаления продукта 14 часто делается как одношнековая секция, превосходящая двухшнековую в способности повышать давление. Упрощенность фигур в том, что они не показывают различных деталей, очевидных для специалистов. Так, например, корпус показан без приспособлений для теплообмена. Очевидно, что возможно охлаждение или нагревание с помощью различных жидкостей, циркулирующих под рубашкой, так же как использование электрических нагревателей, либо нагревающих или охлаждающих змеевиков.

При проведении одного варианта процесса данного изобретения, хлоропреновый полимерный латекс и водная суспензия волоконного наполнителя смешиваются в емкости 12 и смесь вводится в секцию скрещивающихся шнеков с помощью насоса с увеличивающимся полостями и шлангонасосного дозатора.

Коагулянт, например, хлорид кальция из емкости 13 может вводится немного выше или ниже по потоку от точки ввода латекса с помощью вытеснительного дозирующего насоса. Полученная смесь коагулированного эластомера и волоконного наполнителя (коагулюм) передается вперед совместно к затвору 4, который может быть, например, секцией с обратным ходом сегмента шнека, как показано на фигуре, или секцией, в которой зазор между шнеками и корпусом уменьшен, чтобы создать сопротивление и таким образом высокое давление в затворе. Конкретная величина давления зависит от скорости потока, конструкции ограничения, скорости вращения шнека и вязкости смеси. Вода или другая жидкость, отделяемая от эластомера при коагуляции, направляется обратно от запорного давления и выходит через отверстие 10 в зоне 2. Коагулюм проходит через затвор с содержанием воды 2 35 вес. адсорбированной такими волокнами, как хлопок. Коагулюм может выгружаться через открытые отверстия в экструдере и сушиться воздухом на подходящем оборудовании, таком как конвейерная сушилка, до получения продукта, содержащего менее 1% воды. Другим способом, как показано на фиг. 3, остаточная вода удаляется в зоне пониженного давления 6, поддерживаемого при 200 мм Hg абс. и температуре около 100^oC, применяемой для получения сухого продукта.

Данное изобретение иллюстрируется нижеследующими предпочтительными примерами, где все части, пропорции и проценты являются весовыми, если не указано иное.

Пример 1
Хлоропрен полимеризуют в водно-щелочной эмульсии, содержащей 100 частей хлоропрена, 3,65 частей смоляных кислот таллового масла, 0,34 части серы, 0,35 части резината натрия канифольного мыла и 0,00003 части ионов меди. Полимеризацию проводят в эмалированном котле в атмосфере азота при перемешивании при 45^oC путем прибавления водных растворов 5% персульфата калия и 0,12% Na-соли 2-антрахиносульфокислоты. После конверсии в полимер примерно 71% хлоропрена полимеризацию останавливают путем прибавления водной эмульсии толуолового раствора 0,05 части 4,4'-тиобис (3-метил-6-трет-бутилфенола) и 1,18 части тетраэтилтриурамдисульфида, стабилизированного натрий лаурилсульфатом и натриевой солью продукта конденсации формальдегида и нафталинсульфокислоты. Полимеризованную эмульсию обрабатывают 2,00 частями натрий дибутилдитиокарбамата, охлаждают до 25^oC и дают проявиться эффекту пептизации полимера. После 4 часов незаполимеризовавшийся хлоропрен удаляют перегонкой с паром при пониженном давлении. Полученный латекс, содержащий 40% нелетучих веществ и имеющий pH 12, подвергают старению в общей сложности 22 часа.

Порции суспензии, содержащей 2,6 кг воды, 5 кг Alcogum 6625 (полиакрилата натрия) и 6 г Alcogum SL-76 (терполимер акриловой эмульсии), оба воднодиспергируемые загустители компанию Alco Chemical Company, и 133 г резанных отходов хлопковых волокон длиной 0, 3 мм, готовятся с использованием высокоскоростного смесителя с зубчатым статором и ротором. Суспензии смешивают вручную с 3230 г полихлоропренового латекса. Полученную смесь подают через трубчатый насос в обезвоживающий экструдер, снабженный двумя противоположно вращающимися шнеками с расстоянием между осями 20 мм, как показано на фиг. 1 и 2. За скрещивающимися шнеками с двойными скребками диаметром 24 мм и длиной 274 мм следуют нескрещивающиеся шнеки диаметром 20 мм и длиной 356 мм, включающие секции с противоположно направленными скребками с уменьшенным шагом длиной 30 мм в конце каждого шнека. Смесь латекса и суспензии вводится в экструдер через винтовой зазор в точке, лежащей на 104 мм ниже секции скрещивающегося шнека. Водный раствор коагулянта, содержащий 4% ледяной уксусной кислоты и 0,67% полиоксипропиленметилдиэтиламмоний хлорида компании Emcol CC-9, вводятся со скоростью 80 мл/мин на 23 мм ниже по потоку смеси с помощью поршневого насоса. Полученный коагулированный полихлоропрен с волоконным наполнителем подается через затвор, а мутные воды, содержащие как некоагулированный латекс, так и несмешавшееся волокно при pH 6, удаляются противотоком от этого затвора благодаря противодавлению, создаваемому ограничением потока со скоростью 584 мл/мин через вентиляционное отверстие с затвором из двух противоположно вращающихся шнеков диаметром 20 мм, расположенное в 328 мм от начала скрещивающихся шнеков. Сырая волоконно-наполненная полихлоропреновая крошка удаляется через открытый трубчатый выход с общей скоростью 160 г/мин или 144 г/мин сухого вещества. Скорость вращения шнека 502 об/мин с максимальной мощностью 1,9 кВт.

Полихлоропрен, содержащий 10 мас. частей хлопкового волокна на 100 частей эластомера, сушат на воздухе и получают материал, подходящий для использования в качестве основного компонента для производства таких изделий как трансмиссионные ремни.

Пример 2
Хлоропрен полимеризуют в эмульсии и эмульсию перегоняют с паром практически тем же методом для получения полихлоропренового латекса, что описано в примере 1. Полученный латекс, содержащий 39% нелетучих твердых веществ и имеющий pH 12, подвергают старению в общей сложности в течение 30 часов.

Порция суспензии, содержащая 57 кг воды, 0,2 кг Alcogum 6625, 0,1 кг Alcogum SL-76, 0,2 кг 3,7%-ного водного раствора гидроксида калия и 3 кг резаных отходов хлопкового волокна с длиной волокон 0,3 мм, была приготовлена в высокоскоростном смесителе с зубчатым статором и ротором. Суспензию вручную смешивают с 76,5 кг полихлоропренового латекса. Полученную смесь вводят с помощью насоса с увеличивающимися полостями в обезвоживающий экструдер, снабженный двумя противоположно вращающимися шнеками с расстоянием между осями 51 мм, как показано на фиг. 1 и 2. За двойными скрещивающимися шнеками длиной 610 мм и диаметром 60 мм следуют нескрещивающиеся шнеки длиной 902 мм и диаметром 61 мм, включающие секции с противоположно направленными скребками длиной 44 мм и заканчивающиеся за 162 мм от конца каждого шнека.

Смесь латекса и суспензии вводится в экструдер в точку на 114 мм ниже секции скрещивающихся шнеков со скоростью 713 кг/час. Водный раствор коагулянта, содержащий 4% ледяной уксусной кислоты и 0,67% Emcol CC-9 полиоксипропиленметилдиэтиламмоний хлорида, вводится со скоростью 115 кг/час на расстоянии 121 мм по потоку от смеси латекса и суспензии с использованием поршневого насоса. Полученный коагулированный волоконно-наполненный полихлоропреновый латекс подается через затвор, а мутные отходящие воды, содержащие несвязанные волокна и следы некоагулированного латекса при pH 5, удаляются противотоком от затвора благодаря создаваемому противодавлению через вентиляционное отверстие диаметром 58 мм, снабженное двумя противоположно вращающимися шнеками на расстоянии 762 мм от начала скрещивающихся шнеков. Давление противотока, измеренное непосредственно у затвора, изменяется примерно от 50 до 420 фунтов/дюйм² (0,3 2,9 МПа). Полихлоропрен, содержащий 10% воды, выгружается в виде объемной крошки через открытый трубчатый выход. Скорость вращения шнеки 500 об/мин, максимальная мощность 29 кВт. Крошку продолжительно сушат при 142^oC воздухом на вибрирующем транспортере в течение 2 минут. Высушенный полихлоропрен с влажностью менее 1% был получен при скорости 237 кг/час с содержанием 10 мас.частей волоконного наполнителя на 100 частей полихлоропрена.

Образец волоконно-наполненного полихлоропрена был пропущен через каучуковую мельницу 10 раз и показал приемлемое распределение волокон для использования в производстве силовых трансмиссионных ремней.

Пример 3
Хлоропрен полимеризуют в эмульсии практически тем же методом, что описано в примере 1, с тем исключением, что вместо натриевой соли продукта конденсации формальдегида и нафталинсульфоновой кислоты используют резинат натрия для стабилизации водной дисперсии хлоропрен/сера. После конверсии при полимеризации примерно 71% неполимеризованный хлоропрен удаляют перегонкой с паром. Полученный полихлоропреновый латекс, содержащий 42% нелетучих твердых веществ и имеющий pH 12, подвергают старению в общей сложности 27 часов.

Суспензия, содержащая 301 кг воды и 15,9 кг резаных отходов хлопкового волокна номинальной длиной 0,3 мм и влажностью 5 15% готовится с использованием подходящего смесителя и смешивается с полихлоропреновым латексом в другой емкости с использованием другого подходящего смесителя. Полученная смесь подается в шнековый экструдер, изображенный на фиг.3. Экструдер имеет длину 610 мм и диаметр 60 мм в секции скрещивающихся двухскребковых шнеков, 787 мм длины и 51 мм в диаметре в секции нескрещивающихся шнеков, зоны обратного сопротивления длиной 38 мм, зоны обратного сопротивления с противоположно направленными скребками длиной 44 мм и дополнительные нескрещивающиеся шнеки диаметром 51 мм, один длиной 648 мм, а другой длиной 946 мм, продолжающийся за цилиндрическим отверстием на длину 305 мм. Трубчатый клапан, расположенный рядом с цилиндрической зоной обратного сопротивления длиной 38 мм, открывается для значительного снижения перепада давления в этой секции.

Смесь латекса и суспензии вводится в экструдер на расстоянии 114 мм по длине секции скрещивающихся шнеков со скоростью 869 кг/час. Водный раствор коагулянта, содержащий 23% рассола хлорида кальция, вводится со скоростью 121 кг/час вместе с водным раствором 3% уксусной кислоты со скоростью 82 кг/час поршневым насосом на расстоянии 121 мм от ввода смеси латекса и суспензии. Полученный коагулированный волоконно-наполненный полихлоропрен подается через ограничительный затвор, а отработанные воды, содержащие 0,3% несвязанного волокна (аналогично предыдущим примерам), и некоагулированный латекс при pH 5, удаляются противотоком от затвора через выходное отверстие, снабженное двумя противоположно вращающимися шнеками, диаметром 58 мм и расположенное в 762 мм от начала скрещивающихся шнеков. Давление, создаваемое и измеренное непосредственно перед затвором, составляет примерно 1420-1440 фунтов/дюйм² (9,8 9,9 МПа). Вакуум в 200 мм Hg асб. приложен к вентиляционному выходу длиной 203 мм, начинающемуся в 1575 мм по длине шнека. Коагулированный полихлоропрен, проходящий через затвор, выгружается со скоростью 190 кг/час через 51 мм щелевого разреза 13 мм при температуре 128^oC в виде шнура влажностью 0,6% вычисленную как потеря веса после 6 минут измельчения. Скорость вращения шнека 350 об/мин, максимальная мощность привода 35 кВт. Волоконно-наполненный полихлоропрен содержит 8,2 мас.частей хлопкового волоконного наполнителя на 100 мас.частей эластомера, как это измерено растворением вещества в толуоле, фильтрованием и сушкой наполнителя. Продукт пригоден для использования в качестве основного компонента в производстве таких изделий, как трансмиссионные ремни.

Пример 4 Хлоропрен полимеризуют в эмульсии и эмульсию перегоняют с паром практически тем же методом, что описано в примере 1, с тем исключением, что вместо натриевой соли продукта конденсации формальдегида и нафталинсульфоновой кислоты используют резинат канифоли для стабилизации 4,4'-тиобис(3-этил-5-трет-бутилфенола), а также эмульсия тетраэтилтиурамдисульфида была использована для остановки полимеризации. Полученный полихлоропреновый латекс, содержащий 39% нелетучих твердых веществ и имеющий pH 12, подвергают старению в течение 30 часов.

Суспензия, содержащая 14 кг воды, 100 г Alcogum 6625,15 г Alcogum SL-76 и 221 г Кевлара, готовится с использованием смесителя мощностью в 1 лошадиную силу с зубчатым статором и ротором. Суспензию вручную смешивают с 3230 г полихлоропренового латекса. Суспензию латекса смешивают при скорости 61 мл/мин с водным раствором коагулянта, содержащего 4% уксусной кислоты и 5% хлорида кальция, и подают в обезвоживающую зону экструдера, описанного в примере 1. Полученный коагулированный волоконнонаполненный полихлоропрен пропускают через затвор, а отработанная вода, практически свободная от полихлоропрена и волокон, при pH 4, уходит противотоком благодаря противодавлению, создаваемому затвором со скоростью 780 мл/мин. Вода и влажная полихлоропреновая крошка выгружаются через открытый трубчатый выход с общей скоростью 164 г/мин или 70 г/мин сухого продукта. Скорость вращения шнека 248 об/мин, максимальная мощность привода 1,4 кВт.

Волоконно-наполненный полихлоропрен, номинально содержащий 15 мас.частей волоконного наполнителя на 100 частей полихлоропрена сушат воздухом. Десятикратное измельчение полосок демонстрирует, что на 1 см² приходится не более одного неразмешанного комка волокон. Этот полихлоропрен может быть использован для производства производных ремней.

Пример 5
Хлоропрен полимеризуют в эмульсии и эмульсию перегоняют с паром практически тем же методом, что описано в примере 3. Полученный полихлоропреновый латекс, содержащий 43% нелетучих твердых веществ, подвергают старению в течение 28 часов.

Суспензия, содержащая 399 кг воды, 3 кг Alcogum 6625, 04 кг Alcogum SL-76 и 6 кг Кевлара (производится компанией "Дюпон де Немур") с длиной волокон примерно 0,3 мм, готовится с использованием подходящего смесителя и прокачивается через миксер с высоким усилием сдвига, содержащий трехзубчатый статор/ротор, во вторую емкость, где суспензию смешивают с 91 кг полихлоропренового латекса, используя другую подходящую мешалку. Полученную смесь подают в обезвоживающую зону экструдера, описанного в примере 3. Смесь латекса и суспензии вводят на расстоянии 114 мм по длине экструдера, а водный раствор коагулята, содержащий 3% уксусной кислоты и 5% хлорида кальция, вводят со скоростью 30 кг/час через 121 мм по потоку смеси латекса и суспензии. Полученный коагулированный волоконно-наполненный полихлоропреновый латекс пропускают через затвор. Отработанная вода, свободная от полимера и несвязанных волокон, выходит противотоком от затвора, благодаря создаваемому им противодавлению. Создаваемое давление, измеренное непосредственно перед затвором, составляет 80 фунтов/дюйм² (0,55 МПа). Вакуум приложен к выходной трубе длиной 203 мм, начинающийся в 1537 мм по длине шнека. Смесь выгружается со скоростью 90 кг/час через щелевой разрез, описанный в примере 3, при температуре 140^oC в виде жгута с влажностью 0,2% Скорость вращения шнека 250 об/мин, максимальная мощность привода 17 кВт.

Десятикратное измельчение полосок показывает отсутствие неразмешанных комков волокон, а тест, описанный в примере 3, показывает, что содержание Кевлара составляет 20 частей по весу на 100 частей эластомера.

Пример 6
Суспензия, содержащая 558 кг воды, 3 кг Alcogum 6625, 0,4 кг Alcogum SL-76 и 5,7 кг Кевлара, готовится с использованием подходящего смесителя и прокачивается с помощью шлангового насоса со скоростью 657 кг/час прямо в обезвоживающий шнековый экструдер, описанный в примере 3. Водная суспензия подается в экструдер на расстоянии 114 мм от начала шнека с нижней его стороны. Полихлоропреновый латекс, полученный из гомополимера, модифицированного додецилмеркаптаном, содержащий 45% твердых веществ, подается насосом с увеличивающимися полостями в экструдер на расстоянии 114 мм от начала шнека сверху. Водный раствор коагулянта, содержащий 23% хлорида кальция, вводится со скоростью 24 кг/час вместе с водным раствором 3% уксусной кислоты со скоростью 58 кг/час в экструдер на расстоянии 381 мм от начала винтовой линии. Полученный коагулированный волоконно-наполненный полихлоропрен пропускается через затвор, а отработанные воды слегка мутные из-за остатков эмульсии, не содержат несвязанного волокна. Эти воды удаляются через отверстие благодаря противодавлению, создаваемому затвором. Трубный клапан полностью открыт, как показано в примере 3. Вакуум приложен к выходной трубе и наполненный полихлоропрен выгружается со скоростью 92 кг/час через щелевой разрез при температуре 145^oC с влажностью 0,1% Этот полихлоропрен номинально содержит 15 частей волоконного наполнителя на 100 частей полимера по весу. Скорость вращения шнека 250 об/мин, мощность привода 20 кВт.

Десятикратное измельчение полосок показывает отсутствие неразмешанных комков волокон и этот наполненный полимер подходит для использования при изготовлении приводных ремней.

Пример 7
Суспензия, содержащая воду, Alcogum 6625, Alcogum SL-76 и Кевлар, готовится и смешивается вручную с промышленным стиролбутадиеном (СБ), полибутадиеном и натуральным каучуком, как показано в нижеследующей таблице. СБ латекс производится фирмой БАСФ как Butanol NS 120-121 PL 240 Anionic SBR Latex, полибутадиеновых гомополимерных латекс- "Synpol", натуральный каучуковый латекс "Vultex" и арамидная пульпа Кевлар была практически такой же, какая использовалась в примере 5. Смесь суспензии латекса и водного раствора коагулянта подается в обезвоживающий шнековый экструдер, описанный в примере 1, с последующей процедурой, описанной в примере 1. Коагулированный волоконно-наполненный эластомер пропускается через затвор, а отработанная вода, практически свободная от полимера и волокон, удаляется противотоком, благодаря создаваемому затвором противодавлению. Вода и сырая крошка наполненного полимера выгружаются через от крытый трубчатый выход. Полимер сушат воздухом, как описано в примере 1. Скорость шнека, мощность привода и производительность показаны в таблице I.

Наполненный эластомер содержит 15 весовых частей наполнителя на 100 частей эластомера. Эластомер сушат воздухом. Полоски эластомера, измельченные 10 раз, показывают приемлемую дисперсию волокон для использования в производстве приводных ремней.

Пример 8
Хлоропрен полимеризуют в эмульсии и латекс выделяют, как описано в примере 1. Полученному латексу, содержащему 42,6% нелетучих твердых веществ и имеющему значение pH 12, дают состариться 24 часа.

Порции суспензии, содержащие 5,6 кг Alcogum 6625, 0,6 кг Alcogum SL-76 и 10,9 кг арамидного волокна, содержащего 7% влажности, готовят путем смешения с 725,7 кг воды в перемешиваемой емкости. Каждую порцию суспензии смешивают с 85,3 кг полихлоропренового латекса. Полученную смесь подают через насос с увеличивающимися полостями в обезвоживающий экструдер, снабженный двумя противоположно вращающимися шнеками с расстоянием между осями 51 мм, как показано на фиг.1
Смесь латекса и суспензии вводится в экструдер в точке, лежащей на 114 мм ниже секции скрещивающегося шнека при скорости 2180 2450 кг/час. Водный раствор коагулянта, содержащий 26% хлорида кальция и 5% уксусной кислоты, вводится со скоростью 26 кг/час на расстоянии 114 мм по потоку от смеси латекса и суспензии путем прокачки насосом. Полученный коагулированный волоконно-наполненный полихлоропреновый латекс подается через затвор и отходящие воды, содержащие некоагулированный латекс, но не содержащие несвязанных волокон при рН 6, удаляются противотоком от затвора благодаря создаваемому противодавлению через вентиляционное отверстие диаметром 58 мм, снабженное двумя противоположно вращающимися шнеками на расстоянии 762 мм от начала скрещивающихся шнеков. Давление противотока, измеренное непосредственно у затвора, составляет 800 1400 фунтов/дюйм² (6 10 МПа). Вакуум в 200 мм Hg абс. приложен к вентиляционному выходу длиной 203 мм, расположенному за затвором. Коагулированный полихлоропрен выгружается через вышеупомянутый щелевой разрез с получением шнура, содержащего 1% влажности. Скорость вращения шнека 275 об/мин. Волоконно-наполненный полихлоропрен содержит 38 44 весовых частей гомогенно-дисперсных арамидных волокон на 100 весовых частей эластомера. Количество волокон измеряется путем растворения соединения в толуоле, фильтрации и сушки наполнителя.

Пример 9
Хлоропрен полимеризуют в эмульсии и латекс по существу выделяют, как описано в примере 1. Полученному латексу, содержащему 42,2% нелетучих твердых частей и имеющему значение pH 12, дают состариться 25 часов.

Порции суспензии, содержащие 2,1 кг Alcogum 6625, 0,3 кг Alcogum SL-76 И 32,2 кг хлопкового волокна готовят путем смещения с 725,7 кг воды в перемешиваемой емкости. Суспензию затем смешивают с 91,6 кг полихлоропренового латекса. Полученную смесь подают через насос с увеличивающимися полостями в обезвоживающий экструдер, снабженный двумя противоположно вращающимися шнеками с расстоянием между осями 51 мм, как показано на фиг. 1.

Смесь латекса и суспензии вводится в экструдер в точке, лежащей на 114 мм ниже секции скрещивающегося шнека при 742 кг/час. 3%-ный водный раствор уксусной кислоты вводится со скоростью 33 кг/час на расстоянии 115 мм по потоку от смеси латекса и суспензии путем поршневого насоса. Водный раствор коагулянта, состоящий из 26% хлорида кальция, вводится со скоростью 14 кг/ час на расстоянии 152 мм по потоку от раствора уксусной кислоты путем второго вытеснительного насоса. Полученный коагулированный волоконно-наполненный полихлоропреновый латекс подается через затвор и от ходящие воды, содержащие 0,7% несвязанных волокон, но только небольшое количество некоагулированного латекса при pH 5 удаляются противотоком от затвора благодаря создаваемому противодавлению через вентиляционное отверстие диаметром 58 мм, снабженное двумя противоположно вращающимися шнеками на расстоянии 762 мм от начала скрещивающихся шнеков. Давление противотока, измеренное непосредственно у затвора, составляет 700 фунтов/дюйм² (4,8 МПа). Вакуум в 180 мм Hg абс. приложен к вентиляционному выходу длиной 203 мм, расположенному за затвором. Коагулированный полихлоропрен выгружается через вышеупомянутый щелевой разрез с получением шнура, содержащего 8% влажности. Скорость вращения шнека 250 об/мин. Волоконно-наполненный полихлоропрен содержит 74,5 весовых частей гомогенно-дисперсных арамидных волокон на 100 весовых частей эластомера. Количество волокон измеряется путем растворения соединения в толуоле, фильтрации, и сушки наполнителя.

Данные, касающиеся соотношений вводимых волоконных наполнителей и эластомерного латекса, а также соотношений волокна на 100 мас.частей эластомера в примерах 1 9, приведены в таблице II.

Реферат

Использование: для изготовления приводных ремней. Сущность изобретения: эластомерный латекс коагулируют в экструдере, подают его через ограничение потока противотоком к нему с последующей выгрузкой и рекуперацией. Перед подачей в экструдер латекс смешивают с водной суспензией волоконного наполнителя с длиной волокон менее 25 мм в количестве 8,3 - 100 мас.ч. на 100 мас. ч. эластомера или их подают в экструдер отдельными потоками. 11 з.п.ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Формула