利用带剪切元件的设备凝聚塑料分散体的方法技术

本发明专利技术涉及利用剪切力使塑料或橡胶分散体实现基本无盐凝聚。为此目的采用一种至少带一剪切元件（３）的设备。该设备有定子（７）和转子（９），转子安置在该定子的内部，定子和转子相互相对的表面是平滑的，或者至少转子在其表面上形成的并从该表面指向定子的结构。在定子和转子之间形成预定间隙宽度的间隙（１１）。方法的实施方式使拟凝聚的分散体经定子（７）和转子（９）之间的间隙（１１）导入，并通过转子的旋转以预定剪切速度和预定的剪切变形而沉析。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用至少带一个剪切元件的设备凝聚基本无盐的塑料悬浮物，以及用这种设备实施的方法。很多聚合物是通过适宜的单体在液体介质中的均聚和共聚制备的，例如通过乳浊液聚合、微乳状液共聚合或微悬浮物聚合。在这种情况下聚合物大多以水相固体分散物的形式产生，而聚合物只要它不以分散物的形式应用就必须从分散物中分离出来。聚合物从分散物中分离通常通过凝聚实现。为此目的可采用一系列已知的方法。例如，分散物通过添加强电解质凝聚。为此大多采用含多价阳离子如Ca2+、Mg2+或Al3+的盐。这种方法的缺点在于，有较大量的凝聚剂保留在产品中，从而使重要的的产品性质变坏。因此，不得不采用大量的水冲洗沉淀的聚合物，这又将引起经济问题和生态问题。用电解质沉淀的另一缺点在于，沉淀的产品多呈块状物，块状物含未沉淀的物质或多余的沉析剂，或沉淀的产品呈很细的物料，难以用沉降或过滤的方式分离。另外，曾经报导，聚合物分散体可用强剪切力凝聚。在这种情况下，该聚合物的分散体承受长时间的强剪切力，直至聚合物颗粒集聚。在聚合物的固体含量大于20％的情况下，这样凝聚的聚合物可呈膏状或团粒状。DE-A-196 54 169报导了一种接枝橡胶分散体的凝聚方法，该法籍助剪切沉析在定子/转子结构中实现凝聚，而且定子和在定子中转动的转子皆具有槽口，通过槽口由转子的转动将分散体径向地从内向外导出。通过这种方式使分散体承受如此强的剪切，以致使其凝聚。DE-A-29 17 321公开了一种从水性乳状液中分离聚合物的方法，该聚合物在100℃以上存在一软化区，该水性乳状液在挤压机中通过剪切和/或加热至高于聚合物软化区的温度下凝聚，然后凝聚物熔化并在压力下趁热从挤压机排出，然后在下一工序中将水分离。这种方法能耗甚高而且需要一反转相切的双螺杆挤压机进行沉析。此外，为加速凝聚采用醋酸铵作助剂，但出于环境保护的原因这是不希望采用的。US-A-3,821,348报导了一种方法，该法采用韦林氏混合器作剪切设备使丙烯腈含量高和高弹性的丁二烯-丙烯腈-橡胶含量很低的丙烯腈-共聚合物分散体或丙烯腈接枝聚合分散体凝聚成膏，然后在挤压机中通过细喷嘴成形为细条，并被送入热水中。然后产品经洗涤、烘干，并在150℃下于压模中成形为条状。从现有技术出发，本专利技术的目的在于，提出一种用于凝聚塑料分散体和橡胶分散体的设备和方法，籍助这种设备和方式可在不添加化学凝聚剂的条件下以合理的费用凝聚这类分散体。该目的是通过应用至少带一个剪切元件的设备来达到，该剪切元件具有定子和安置在定子内的转子，而且定子和转子相互面向的表面总是平滑的，或者至少转子显示出在其表面上形成的并由此面向定子的结构，并且在定子和转子之间形成预定宽度的间隙。术语“间隙”在本专利技术中泛指定子和转子之间形成的任意空间。因此预定间隙宽度可理解为螺杆元件的所谓螺纹深度，它定义为(螺杆外径-螺杆芯体直径)/2。该设备证明，它对于塑料或橡胶分散体的基本无盐凝聚的操作是很安全的。其结构在原理上很简单并且未发现堵塞现象。如果需要，待凝聚的分散体可利用辅助输送部件送入设备，并在实现凝聚之后从设备排出。但设备的运行亦可不受该输送部件的限制。特别是不要求用压力罐或泵保证预压以能向设备提供待凝聚的分散体。塑料分散体系指这样的分散体，在这种分散体中，均聚物或共聚物的玻璃化转变温度在0℃以上，而橡胶分散体的玻璃化转变温度在0℃以下。预定的间隙宽度可以是恒定的，但它亦可总是在至少一个剪切元件内变化，而且可将转子的直径沿输送方向减小或增大。这种沿输送方向的直径减小和增大可进行多次。曾经证明，转子直径沿输送方向变狭或者预定间隙宽度沿输送方向减小是有利的。转子可形成齿环状结构，其齿列环绕转子呈径向圆形排列。定子还可能拥有一个或多个近似成互补排列的齿列。在这种布置情况下实现凝聚的作用机制不同于定子和转子具有平滑表面的情况。在通过连续剪切场作用实现凝聚的同时，采用其转子具有一种表面结构定子-转子组合，或者其齿环或齿列互补排列的转子-定子组合，使其剪切应力发生不断重复。转子齿在定子上通过之后，分散体减压，以便在下一齿重新承受强剪切。通过这种装置可以得到很强的剪切作用。因此根据各种要凝聚的分散体的要求，可在平滑定子-转子系统，即带平滑表面的定子-转子系统和至少转子表面具有齿环结构的系统之间进行有利的选择。定子和转子的齿列可以大致呈矩形，在转子上齿列可大致呈星形排列。同样可呈斜齿形，而且在这种情况下在定子上可没有互补安排。本专利技术所用设备的剪切元件之前和/或之后可接上单螺纹或多螺纹输送螺杆。这宜与剪切元件布置在同一轴上。通过输送螺杆的应用，可使要凝聚分散体进入设备和在设备中的传输以及凝聚分散体的输出呈自输送方式。间隙宽度可在较大范围内变动，它与要凝聚的分散体和预期的产品质量有关。大约在0.05-20mm范围内的间隙宽度能提供良好的结果，如果间隙宽度在低限区，设备也未发现堵塞现象。在带结构性表面的定子-转子方案中，典型的间隙宽度为0.05-20mm，而在带平滑表面的定子-转子组合中，其典型宽度约为0.3-10mm。按照优选利用方案，剪切元件是螺杆元件，其螺杆构成转子。在这种情况下，特别优选一种螺杆，其螺杆直径沿推进方向增大。其结果使预定的间隙宽度减小，即是说在螺杆作为转子的情况下，齿深减小。这种螺杆元件被称为芯体递增螺杆。呈螺杆元件的剪切元件简化本专利技术所用设备的结构，因为螺杆可同时起到输送螺杆和剪切元件的作用。曾经表明，通过这种装置，同时还可大大减少驱动待凝聚的塑料分散体或橡胶分散体，还可是处于部分凝聚状态的分散体通过剪切设备的传送功率。本专利技术还涉及一种用于塑料分散体基本无盐凝聚的方法，该法采用上面详述的设备。在这种情况下，分散体穿过定子和转子间的间隙，并经受由转子旋转产生的预定的剪切速度和剪切变形，并沉析出来。通过这种形式的剪切沉析可避免添加强电解质形式的凝聚剂。此外本方法还可连续运行。在平滑剪切间隙的情况下，对沉析质量有决定意义的参数是剪切速度或剪切变形。按照优选实施方案，剪切速度约在100-100000s-1之间，剪切变形约在1-100000之间。转子可以约50-10000 UPM的转数，优选200-8000 UPM的转数旋转。在表面具有齿环结构的定子-转子组合中，同样转数达800UPM证明是有效的。本专利技术的方法例如可用于凝聚塑料分散体，优选用于橡胶分散体，该分散体，例如可由下列组分构成以制成分散体的总重量计，60-100重量份的至少一种可聚合的单体(主单体)，0-35重量份，优选0-20重量份的至少一种官能单体(共单体)，和0-5重量份，优选0-3重量份的α，β-不饱合单体或双羧酸。主单体宜从下列化合物选择-优选具有3-6个C-原子的α，β-单烯键式不饱合单羧酸或双羧酸如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸和衣康酸与通常C1-C12链烷醇、优选C1-C8链烷醇和特别是C1-C4链烷醇的酯这类酯主要是甲基-、乙基-、正丁基-、异丁基-、特丁基-和2-乙基己基-丙烯酸酯和其相应的甲基丙烯酸酯；-乙烯基芳香族化合物，诸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-氯苯乙烯或乙烯基甲苯；-C1-C18-单羧酸或-双羧酸的乙烯基酯，诸如醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、正-丁酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯和乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对塑料－或橡胶分散体进行基本无盐凝聚的设备的应用，该设备至少有一剪切元件（３；１０３；１０３′；２０３；３０３；４０３），该元件有定子（７；１０７；２０７；３０７；４０７）和安置在定子（７；１０７；２０７；３０７；４０７）内部的转子（９；１０９，１０９′；２０９；３０９；４０９），并且定子（７；１０７；２０７；３０７；４０７）和转子（９；１０９，１０９′；２０９；３０９；４０９）相互相对的表面均为平滑的，或者至少转子在其表面上显示出形成的并从转子指向定子（７；１０７；２０７；３０７；４０７）的结构，在定子（７；１０７；２０７；３０７；４０７）和转子（９；１０９，１０９′；２０９；３０９；４０９）之间形成具有预定间隙宽度的间隙（１１，１１１，１１１′；２１１；３１１；４１１）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N贡特贝格，J霍夫曼，A卢德维格，H海宁，G埃尔曼，P巴霍恩，A克莱恩克，
申请(专利权)人：BASF公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]