[發明專利]一種半開式過熱蒸汽噴霧干燥法制備高填充復合母膠的方法

有效

• 申請號: 201510850181.1
• 申請日: 2015-11-29
• 公開（公告）號: CN105419009B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 王益慶;沈家鋒;張志輝;張立群
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L7/02
• 分類號: C08L7/02;C08L9/08;C08L9/04;C08L11/02;C08K13/06;C08K9/04;C08K9/06;C08K3/04;C08K3/36;C08K3/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種半開式過熱蒸汽噴霧干燥法制備高填充復合母膠的方法，涉及橡膠高填充復合母膠的制備領域。本發明采用改性劑對無機填料改性處理，研磨后均勻分散于橡膠乳液中，再采用噴霧干燥工藝制備高填充復合母膠的工藝，依次包括：加水配制無機填料懸浮液，加入改性劑處理，充分研磨后的無機填料懸浮液加入到橡膠乳液中，攪拌均勻在無破乳條件下進行噴霧干燥，獲得粉末或微珠狀復合母膠產品。本發明工藝簡單，橡膠成分保留完全，解決高填充母膠的問題，無絮凝劑無污染，干燥時間短，人為因素少，能夠連續性生產，產品質量穩定，易于工業化。本發明的納米復合母膠可使無機填料在橡膠基體中能夠以納米級的形式均勻分散，可用于轎車輪胎、工程胎面膠等領域。

技術領域

本發明涉及一種半開式過熱蒸汽噴霧干燥法制備高填充復合母膠的方法。該方法所得橡膠高填充納米復合母膠主要應用于轎車胎面膠，工程胎面膠等領域。

背景技術

傳統制備橡膠的方法以橡膠乳液為原料，經加酸凝固，再經壓片或造粒、干燥脫水而制成的橡膠。傳統工藝不僅制備時間周期長，且基本為人工操作，存在較大誤差。生產過程中需要大量的酸為干燥劑，處理過程中產生的廢水無法處理，污染環境。同時，傳統制備橡膠工藝質量不易控制，導致了產品一致性較差。

在橡膠工業領域內，噴霧干燥工藝有少量應用。但是橡膠乳液由于其粘度較大，使得在噴霧干燥過程中容易粘壁，堵塞進料管，甚至堵塞霧化器等問題，制約了噴霧干燥在橡膠干燥領域的應用。

為了解決上述問題，人們將納米復合技術引入到噴霧干燥領域。傳統工藝中，無機填料在橡膠基體中的添加方式往往為干法混煉。無論是開煉機添加，還是密煉機中添加，都存在著高耗能，不易實現納米級分散的效果，這也是獲得復合材料綜合性能顯著提升的關鍵技術。

當下，母膠技術成為橡膠領域研究的熱點，炭黑、白炭黑、粘土等無機填料在橡膠乳液中的納米級分散成為母膠技術中研究的重點。

無機填料經過處理劑處理后，在與橡膠乳液的混合過程中相互穿插隔離作用后形成了分散較好的無機填料與橡膠顆粒復合的結構。而膠乳粒子與膠乳粒子間也因無機填料存在，形成一種相互隔離的作用使得膠乳粒子間不粘連成塊堵塞進料管，從而解決了噴霧干燥工藝制備橡膠過程中堵管的難點。

中國石油化工集團公司北京化工研究院的喬金粱教授等人發明了一種全硫化粉末橡膠的制備方法(專利號：00816450.9)。他們是利用輻照實現橡膠膠乳的乳膠粒交聯硫化，后進行噴霧干燥得到全硫化的粉末橡膠。它極易分散在塑料基體中，可以用來制備各種增韌塑料和熱塑性彈性體。清華大學的朱躍峰教授等人發明了一種碳納米管改性的粉末天然橡膠(專利號：200510058999.6)；他們是將碳納米管表面處理后在水中分散，與天然膠乳混合，然后采用噴霧干燥法制備含有碳納米管改性的粉末天然橡膠。

但噴霧干燥在橡膠領域中應用存在著許多問題，從而限制了噴霧干燥在橡膠干燥領域的發展。主要限制在于干燥過程中，由于局部溫度過高會導致橡膠熱氧老化較為嚴重，甚至會發生燃燒等現象。最重要的是橡膠干燥，會因為橡膠粘性，使得膠乳堵塞管道，掛壁等現象發生。

目前過熱蒸汽在噴霧干燥技術在干燥領域中屬于先進工藝，其干燥機理為將懸浮液、溶液等液體原料在高速離心或高壓的作用下，形成細小霧化液滴，大大增加了液體原料在干燥介質中的受熱比表面積，極大程度地縮短了干燥速度，同時，過熱蒸汽噴霧干燥設備由于其干燥介質為蒸汽，從而保證了物料在干燥過程中不會產生局部高溫，也減少了物料的熱氧化及老化程度。

采用半開式過熱蒸汽干燥機，這是因為水蒸氣在干燥過程中，不斷增加，若是閉合過熱蒸汽，噴霧塔內壓力會隨著反應時間延長而增大。當壓力達到1.5MPa時，壓力閥會自動打開，將多余的水蒸氣排出塔內，從而實現塔內壓力平衡。