彈性體溶液的脫溶劑方法技術

一種從至少含有８％（重量）彈性體聚合物的溶液中移除溶劑的方法，其是先利用靜態混合裝置使加溫流體與彈性體聚合物溶液充分混合并且急速升溫，再將其噴入一空間加大的汽化室，使壓力驟減而使大部分加溫流體及溶劑汽化，并由密封于汽化室出口端的緊密嚙合雙螺桿喂料機所連結的真空系統將其抽除，彈性體聚合物則形成粉粒狀并利用緊密嚙合雙螺桿喂料機的旋轉而喂入主擠出機，再利用主擠出機上的脫氣口以及脫氣助劑的注入而移除殘余溶劑。（*該技術在2013年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種從彈性體聚合物溶液(elastomeric polymer solution)中移除溶劑的方法;更明確而言，本專利技術涉及從至少含有8%(重量百分比濃度)彈性體聚合物的溶液中，利用急速升溫及高效率的蒸汽分離過程(vapor removal process)而移除其溶劑的方法。在以往的技術中，處理彈性體聚合物溶液以便移除其溶劑而獲得顆粒狀或塊狀彈性體的方式大致有兩種，也就是水蒸汽脫除溶劑法及直接脫溶劑法。水蒸汽脫除溶劑法是利用高壓水蒸汽(pressurized steam)，將其注入含彈性體聚合物的溶液中，利用蒸汽間接對水加熱，水的熱量再用來揮發溶劑。溶劑除去后剩下的水份，一般則需再使用脫水機來脫除，此是先將大部分的水利用機械擠壓設備擠出約45%(重量)左右的水份，再以第二臺脫氣機(例如單螺桿擠出機(single-screw extruder)或雙螺桿擠出機(twin-screw extruder))將殘留水份除至1%(重量)以下。上述方法的優點主要在于，利用蒸汽的熱量對聚合物溶液加熱的方式屬于間接加熱，比直接對其加熱緩合，溶液較不易產生局部過熱的現象，因此可防止彈性體聚合物在長時間處于高溫下交聯(crosslinking)為不溶成份(即凝膠，Gel)而失去其應有的彈性。所以，例如聚丁二烯橡膠(butadiene rubber)或聚異戊二烯橡膠(isoprene rubber)等彈性體聚合物，便大多采用水蒸汽脫溶劑來進行生產。然而，水蒸汽脫溶劑法有一最大的缺點，即其投資于除水設備及烘干設備的費用相當高，而且大量的水需要后處理，其處理費用也不低，因此整體的所耗費的成本極為可觀。再者，這一傳統的脫溶劑方式，由于使用大量的水蒸汽和水，在所用設備的一般運轉功率下，其處理所得的最終產品仍含有一定程度的殘留水份。在已知的技術中，一般除水機只能除去90～95%的水份，殘余的5～10%水份須用龐大的烘干機，利用其高熱量再將水份去除至僅存0.35%，才能達到一般允許使用程度。至于所欲除去的有機溶劑(organic solvent)，在產品中也仍占有一定的比例。由此可見，水蒸汽脫溶劑法的效率十分有限。如要求水份殘留量很低時，則必須提高機械運轉的功率，如此，勢必消耗更多的能源。另一種以往用于處理彈性體聚合物溶液的方法為直接脫溶劑法，其采用不經水蒸汽而直接利用熱量將一種橡膠彈性體溶液加熱到150～200℃，然后再利用具有脫氣效果的機械設備進行脫除溶劑的過程。例如，臺灣專利第184，257號即是利用3～5個傳統蒸汽分離區(vapor removal section)來脫除溶劑。該專利所用的脫除溶劑裝置9如附圖說明圖1所示，先將彈性體聚合物溶液直接加熱至150～200℃，然后在一高于溶劑沸騰的壓力下，經由進料漏斗90將其送入一具有適當轉速的雙螺桿擠出機92中，并且在進料處使其產生減壓而使大部分溶劑氣化，再利用位于進料漏斗90后方的一個傳統式脫氣口80(vent port)首先移除80～95%(重量)的溶劑，同時彈性體聚合物溶液則利用螺桿94的推進運轉而再度被加熱至180～250℃之間并且前移。在進料漏斗90前方并設有3～4個傳統脫氣口81、82及83，其絕對壓力隨聚合物溶液在螺桿內的前進方向而逐漸由大氣壓力降至約5毫巴(mbar)或以下，以便移除剩余的溶劑。此外，尚可視情況需要而在各脫氣口間設置數個脫氣助劑(例如水)注入口96，以便注入占聚合物重量0.5～2%的水份來促進溶劑的移除。上述專利技術雖然可使最后所得產物的揮發性成份(volatile compoment)含量降至0.1%(重量)，但其并不適用于對熱敏感的彈性體，這是因為上述專利技術是利用機身及螺桿的運轉而對彈性體聚合物溶液加熱，這在欲處理的彈性體聚合物溶液粘度(viscosity)較高時，其加熱效率極低。例如利用此方法處理前述的聚丁二烯橡膠溶液時，若使用西德WP公司的ZSK-57型的雙螺桿擠出機(其構造大致與圖1相同)，則由于彈性體聚合物溶液一般具有較高的粘度而使其本身的傳熱效率較差，所以欲使其升到150～200℃的高溫所需的時間便相對較長。在長時間受熱的情況下，聚丁二烯彈性體非常容易發生局部交聯反應(cross linking)而失去相當程度的彈性，此一失去彈性的狀況，對彈性體的應用有很大的影響。通常只要少量的交聯即可能造成當彈性體用于高抗沖改性的聚苯乙烯(high impact modification of polystyrene)時，在產品表面形成硬顆粒，這種塑料成型加工(plastic forming process)上的缺陷在臺灣俗稱為“魚眼”。若交聯發生過度，則除了表面會形成大量“魚眼”外，最終彈性體的改性效果也將大部分消失。前述專利技術的裝置9用于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(block copolymer)的純化(purify)時，雖然無因受熱交聯而失去部分彈性的問題，但是由于在該專利技術中所用的脫氣口80、81、82及83，對于處理彈性體聚合物而言，容易在脫氣時帶出大量細彈性體聚合物粉末而阻塞脫氣口，所以必須經常停機清理以維修機器設備，造成其使用效率與實用性的降低。細彈性體聚合物粉末形成的主要原因是由于在進料處及各脫氣口所發生的減壓會使溶劑快速氣化，這將引起彈性體聚合物產生高速的起泡現象;而當彈性體氣泡破壞時即會形成細粉。如果溶液的粘度愈低，彈性體愈容易起泡而產生大量細粉，造成各脫氣口嚴重被阻塞。美國專利第3，917，507號曾使用一種緊密嚙合的雙螺桿式(twin interlockin gscrews)脫氣口來避免粉末阻塞的問題。此雙螺桿式脫氣口類似Erdmenger等人在德國專利第915，689號中所揭露的，其是利用螺紋彼此緊密嚙合的雙螺桿，使其間的縫隙僅允許氣體和液體通過而脫除，但固體粉粒則會被雙螺桿的螺紋擋住而擠回擠出機內。然而上述美國專利的特征主要在于雙螺桿擠出機中分隔出一汽提段(stripping zone)，并于其內的下游處以高壓注入一液、氣混合的汽提劑(stripping agent)，使其能相對于待脫溶劑的塑料材料溶液而逆流(counter-current)，同時攜帶揮發性成份及溶劑，再經由設于該汽提段上游處的前述雙螺桿式脫氣口排出。此美國專利是采用在擠出機外設一加熱夾層的方式來加熱，但是這種利用容器外壁加熱內部流體的方式所須時間較長，而且只適用于揮發成份含量低的塑料，例如ABS塑料材料(acrylonitrile-butadiene-styrene)，但對于彈性體溶液或有機溶劑含量過高的材料則不適合。由以上敘述可知，彈性體在生產擠出(extruded)時，極細的粉末若無適當的設計，則很容易由擠出機飛出而將脫氣口堵塞。再者，由于粘度愈高的液體傳熱效率愈差，愈需要高效率的加熱方式，例如欲加熱彈性體聚合物含量超過6%(重量)的溶液便必須使用非常大的熱交換器和極高的溫度才能達成;但是對于容易因過熱而交聯變質的彈性體而言，此又為一不利的因素。因此，在彈性體聚合物溶液的脫溶劑過程中，如果改善加熱效率同時又避免其過熱變質，并且防止微細彈性體粉末于脫氣時阻塞脫氣口或將真空系本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種從至少含有８％（重量）彈性體聚合物的溶液中移除溶劑的方法，其采用使彈性體溶液于進料前先經前處理過程以脫除大部份溶劑后，再進料至主擠出機，利用主擠出機的螺桿使彈性體溶液前移，并利用沿主擠出機送料方向設置的一個或一個以上的脫氣口，以及視需要而于各脫氣口之間的位置注入脫氣助劑，而移除殘余的溶劑，其特征在于：前處理過程是先利用一靜態混合器在較高背壓下使一加溫流體與該彈性體溶液充分混合并且急速升溫至６０～２５０℃，然后利用一分散噴頭將加溫流體與彈性體溶液混合液噴入一空間加大的汽化室，使其壓力驟減而使大部分加溫流體及溶劑氣化，彈性體則形成粉粒狀而與其分離；汽化室出口端由一緊密嚙合雙螺桿喂料機所密封，雙螺桿喂料機的一端連接一真空系統，全部溶劑的２０～９５％（重量）可在此氣化而被真空系統所抽離；又緊密嚙合雙螺桿喂料機的另一端則連接至主擠出機，而形成粉粒狀的彈性體則利用緊密嚙合螺桿喂料機的旋轉而喂入主擠出機。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：施文峰，
申請(專利權)人：奇美實業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：71[中國|臺灣]