橡胶助剂造粒

·124· 第五届全国橡胶助刑生产和应用技术研讨会论文集 橡胶助剂造粒 陈刚 (南京三普造粒装备有限公司，江苏南京210012) 1概述 我国是一个橡胶工业大国。橡胶助剂是橡胶 工业重要的辅助原料，在橡胶生产过程对改善加 工 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 、节约生产成本和能耗、提高产品质量等方 面起到了不可替代的重要作用。全国现有生产企 业约1013家，助剂品种200多个，累计具有15万t 的生产能力，估计产值已达20亿元。应该说，经 过“九五”、“十五”期间的努力，我国在自主开发 橡胶助剂工业方面又取得了瞩目的成就，橡胶助 剂在我国已经逐步发展成为一个成熟稳定的产 业。 据国际橡胶生产者联合会统计，1999年我国 耗胶量已达211．2万t，仅次于美国居世界第二， 相应的橡胶助剂消耗量约为9万t。随着我国公 路通车里程不断增长，尤其是高速公路和“五纵 七横”国道主干线的建成和完善，汽车进人家庭 已成为不争的事实，汽车工业在经过连续多年后 产销量呈现两位数字的增长率。即使在金融危机 盼隋况下，世界汽车产业受到普遍冲击，而中国的 汽车市场却一枝独秀 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现最为活跃。预计到 2015年，我国耗胶量：睁达到500多万t，助剂需求 量将达到20万一30万t。在国家刺激经济、拉动 内需的大背景下，公路基本建设、汽车工业的发展 与进步必将带动橡胶工业的发展，同时也给橡胶 助剂开辟广阔的国内市场提供了千载难逢的发展 良机。 改革开放的中国，我们习惯面对的国内市场 将不复存在，而即将面对的只是一个全球统一的 大市场。这既是机会，但对我国尚处于成长期的 橡胶助剂产业而言更多面对的将是冲击和挑战。 一方面，要发展我国橡胶助剂产业，首要任务是优 化企业结构，走集团化、国际化道路，集中布点发 展规模经济；另一方面，需大力调整产品结构，在 维持总量稳步增长的前提下，淘汰低档次老产品， 开发子午线轮胎专用的高性能助剂、环保型助剂。 加大科技创新投入的力度，努力使我国的橡胶助 剂无论在品种、数量、剂型和性能方面，还是在生 产装备的技术水平方面与发达国家之间的差距逐 步缩小，并从现在开始积极创造条件，加大力度优 化、调整企业结构和产品结构；由仿制到创新，坚 定不移走技术创新之路，增强全球市场观念，参与 国际市场竞争。只有这样，才能为我国橡胶助剂 赢得应有的一席之地。 2国内外橡胶助剂遣粒现状与发展趋势 进一步加大力度自主开发新型高性能、绿色 环保型橡胶助剂，是新世纪我国助剂行业的必由 之路。同时，为降低或消除橡胶助剂生产和使用 过程的粉尘污染，使橡胶助剂成品更好地适应和 满足橡胶加工装置自动化程度日益提高对原辅材 料的更高要求，改善橡胶加工工艺条件，提高操作 效率和成品质量，节约生产成本，对现有粉体和液 体助剂进行造粒深度加工是橡胶助剂发展的必然 趋势和现实的明智选择。传统意义上的化工产品 的概念在外延，仅仅满足于产品的常规理化指标 (如纯度、熔点等)是不够的。这一点在助剂、添 加剂等精细化工行业最为突出。 由于西方发达国家工业整体技术水平相对较 高，以及对环境保护和自动控制的高度重视．这些 国家早在80年代几乎完成了对所有橡胶助剂的 造粒并实现了工业化。根据物料性质、生产工艺 流程和产品的使用功能，国外的助剂剂型多种多 样。橡胶助剂常见的颗粒剂型有圆柱状、球状、半 球状、碎片状。今天国外橡胶助剂的发展，已经不 再是仅仅满足于消除粉尘污染和橡胶生产装置自 动化的需要，而是在造粒的同时赋予粒状橡胶助 陈剐·橡胶助剂造粒 ·125· 剂更强的功能，以迸一步改善橡胶加工工艺、提高 效率和性能、降低生产成本。例如，80年代末德 国拜耳公司莱茵化学推出的多彩母粒(即载体预 分散包覆造粒产品)，不仅使橡胶助剂(或原辅材 料)颗粒绝对无尘，并且都具有特定的颜色，以避 免贮存和使用中出现差错；更重要的是预分散载 体的性能与橡胶本体极为相近，这样更有利于助 剂在胶料中分散与混合，有利于提高混炼质量，缩 短操作时问，节约成本。再如，通过造粒实现多种 助剂复合，发挥其组分间的偶联效应，以产生比单 一助剂更强的综合效能。因此可以说，在对橡胶 助剂实施造粒的同时赋予粒状产品更新、更强的 功能，代表了橡胶助剂造粒的技术方向和发展趋 势。 虽然我国橡胶助剂产业尚处于成长阶段，与 其他化工产业相比是一个发展中的规模较小的行 业，但橡胶助剂行业对造粒重要意义的认识以及 在造粒方面的技术实践活动却早于国内其他行 业。这是我们从专业从事造粒技术和装备研制的 旁观角度，比较分析国内其他行业造粒状况与进 展后，对橡胶助剂造粒状况的客观评价。国内橡 胶助剂行业在造粒方面的技术实践起步于80年 代中期，最早的工业化应用是上世纪80年代末。 在国内，湿法挤出造粒技术的工业应用始于1989 年，为东北助剂总厂的促进剂M和兰化有机厂的 促进剂DM；回转带式冷凝造粒技术在橡胶助剂 行业的工业应用最早始于1995年，为北京橡胶工 业设计研究院的增塑剂和太原有机化工厂的增粘 树脂。尽管国内助剂行业在造粒方面的意识和起 步较其他行业要早，但行动较为迟缓，推广应用艰 难、不畅。究其原因，一方面是因传统体制所致， 企业的全球市场意识淡薄，技术创新不力，导致小 规模盲目模仿、低水平重复建设；另一方面，造粒 技术及装备从开发到成熟，需要投入和时间，更需 要助剂行业的合作与响应。创新本身就意味着探 索与完善，投入与风险，况且橡胶助剂品种繁多、 工艺各异，在造粒技术的应用过程中均需要针对 具体品种、物理性能和工艺进行技术调整和改造。 各助剂生产厂家对此应有充分的认识，所谓一成 不变的“成熟”技术对造粒而言是不存在的。 在国内专业从事粉体物料造粒工艺及装备研 究开发、生产制造和技术服务的唯有南京三普造 粒装备有限公司。公司由原化工部化工机械研究 院粉体工程研究所、化工部化机院南京新型粉体 工程研究所演变、改制而成的科工贸一体化的薪 型企业。公司聚集了中国最早专业从事造粒装备 及其工艺研究之精英，开创了中国造粒装备“专 业化研究、产业化生产”之先河。公司于80年中 期就从事造粒装备的研究、开发，80年代末开始 涉及橡胶助剂造粒，1990年以唯一从事造粒装备 技术研制的单位加入了全国橡胶工业信息总站橡 胶助剂分站成为网络成员。10年来，在橡胶助剂 行业有识之士的积极推动和支持下，南京三普造 粒装备有限公司先后完成了促进剂湿法挤出造粒 和低熔点(或软化点)产品回转带式冷凝造粒工 艺及其成套装备的开发与工业应用，已在橡胶助 剂行业得到广泛应用和普遍认同。南京三普除迸 一步做好上述造粒技术的推广应用和改进完善 外，目前已完成“过冷结晶”物料(如防老剂 4010NA、4020、DTPD等)的连续预结晶工艺及装 置的开发设计，同时“载体预分散包覆造粒工艺 及装备”的研发正在着手进行之中。相信通过我 们共同不懈的努力，我国橡胶助剂行业的造粒水 平将在不远的将来达到或超过国外先进水平。 3造粒技术及其应用 依据物料性质、生产工艺、生产能力和颗粒成 品的使用要求，造粒装备类型和造粒工艺多种多 样。对橡胶助剂而言，造粒应满足如下三方面的 要求：(1)降低或消除生产和使用过程的粉尘污染； (2)满足橡胶加工过程对助剂自动配料方面的性能 要求，如流动性、堆积比重一致性、附着性等；(3)有 利于满足、改善橡胶加工工艺或有利于进一步提 高制品质量，如颗粒助剂的分散性能、与胶料的结 合性能等。具体到橡胶助剂造粒方面，目前主要 采用湿法挤出造粒、回转带式冷凝造粒和载体预 分散包覆造粒3种造粒工艺，个别情况下也可选 择对辊式干法造粒工艺。 3．1湿法挤出造粒 3．1．1湿法挤出造粒机理 在固体粉料与液体共存并以固相为主的分散 体中，利用分散体物料的自粘结性能，通过机械施 第五属全国橡腔助剂生产自应用技术研讨会论文集 加的挤压力作用，使物料中固相基本微粒靠液体 的界面作用相互粘连、压实，并被强制从 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 开孔 挤出形成一定形状和粒度均匀的颗粒群。颗粒形 状一般为圆柱状，直径为1—8mm。 温法挤出造粒的主要特征：(1)固液相共存 (对低软化点物料湿含量扳低或无湿份，但造粒 过程使物料局部软化或熔化形成圄液相共存)； (2)圊相中的基本微粒无塑性变形；(3)造粒后的颗 粒物料一般需进行干燥处理，对软化点较低的物 料需干燥、冷却处理。对无自粘性或自牯性较差 的物料，在造粒时可以添加微量的对产品质量指 标无影响的粘结剂或能溶解固相的落剂，以有利 于造粒。 3．1．2湿法挤出造粒设备 在橡胶助剂造粒方面，既要尽可能地提高颗 粒强度以降低颗粒成品的粉化率，同时更要满足 橡胶加工过程对助剂分散性的要求。为此，适应 于椽胶助剂的湿法挤出造粒设备主要有如下两 种：sE系列螺杆式挤出造粒机和豫c系，Ⅱ对齿 滚压造粒机。 sE系列螺秆式挤出造粒机：螺杆式挤出造粒 机分单螵杆(5Es)和双螺杆(SET)型，挤出形式 有前出料和侧出料两种。经混舍、捏和的湿物料 或低软化点(一般指小于50℃)物料在螺杆输送、 挤压作用下，从机头开孔模板挤出，再经过干燥或 冷却得到颗粒成品，从而宴现将粉状产品改变为 均匀的颗粒产品的且的。颗粒形状为圆柱状，成 品颗粒直径可由摸扳开孔孔径调节和控制：侧出 料为O7—20mm，前出料为l5～12mm，成粒率 ≥95％。 薄 目1 sE系刊螺扦式挤出造拉机 TRC系列对齿滚压造粒机：该机利用一对非 传动啮台齿轮作为挤压工作部件，其原理为窖积 式连续压缩挤出造粒。该机对物料的适应范围更 广，颗粒强度更高，且长短均匀。颗粒形状为圆柱 状，直径一般可在2—8nm之间选择，成粒率≥ 95％． 圈2 TRG系Ⅻ对齿蓬压运档m 3．1．3湿法挤出造粒工艺爰应用 湿法挤出造粒工艺成套装置主要由给料系 统、混合(捏和)系统、挤出造粒系统、干燥系统组 成。物料由给料系统提供，在适当调节物料湿含 量后经进一步混合、捏和操作，挤出遘粒机将湿物 料挤出成型模板，从而得到所需粒度的湿颗粒。 最后再经干燥系统干燥至符台要求的颗粒成品c 典型工艺流程如下图所示。 图3湿法挤出造粒I艺流程 对橡胶助剂中的绝大多数促进剂，如M、DM、 cz、NS、D、Dz、T^I'iT)等，防焦剂CTP等，均可采 用上述工艺在离心分离后直接进行造粒；对复配 型助剂和以其他原辅材料为载体的液体助剂(如 陈剐橡胶助剂造牲 偶联剂)，也可参照上述工艺适当调整来实现造 粒。 采用湿法挤出造粒工艺对传统粉俸产品生产 工艺进行改造，其优点表现在如下几个方面： 1由于粉状物料在湿态下完成遣粒过程，使 得造粒及其后续过程(如干燥、包装等)的操作条 件得到大大改善。一般可减少现场粉尘飞扬 90％以上。 2通过造粒，可避免粉体产品易出现的结块、 架桥、脉动等影响使用的现象，同时避免了使用过 程耪料带来的二次污染，使产品的物理性能得到 较大改善。产品的商品价值和市场竞争力得到提 升。 3一般情况下，遣粒产品的堆积比重都有较 大的提高，因此可节约运输、储存、包装空间。 4对多组分复台、混配的产品而言，造粒可避 免各组分偏析，从而真正保证复配产品质量。 3．2回转带式冷凝造粒 3．2．1回转带式冷凝造粒机工作原理 3 2 2回转带式冷凝造粒工艺及应用 这里所指的“低熔点或低软化点”，是指产品 在上游工艺过程通过精馏、聚台或反应台成等过 程，产品以可流动的液态(熔融态)的形式存在。 当产品低于某一温度值(一般认为小于250℃) 时。则由藏态(熔融态)转化为固态。在常温下， 产品以固体形式存在。具有上述特征的产品．则 为低熔点产品。橡胶助剂生产过程具有上述工艺 特点的产品很多．如防老荆(RD、4010NA、4020、 IYI'P10等)、粘台体系助剂(如有机钴盐系列等)、 加工助剂(如增塑剂、防护蜡、塑解剂、分散剂、均 匀剂、脱模剂、辛基增粘树脂系列等)。典型工艺 目4 利用物料的低熔点(或软化点)特性，根据物 料熔融态时的粘度范围．通过特殊的布料装置将 熔融液料均布在其下方匀速移动的钢带上，同时 在锕带下方设置的连续喷淋装置的强制冷却作用 下，使得物料在移动、输送过程中得以冷却、固化。 从而达到连续造粒成型的目的。根据不同的物料 性质和工艺要求，可选择外旋式、内旋式、往复式 等不同原理的布料器。根据物料性质和使用目 的．可选择断续滴下、连续出条和全宽度溢流等布 料方式，以分别得到半球状、条状和片状成品。 圉6所示。 纷 圈6目转带式冷凝遗粒典型工艺渣程简田 有些物料反应后放料温度过高，导致熔融物 料液体粘度过低，造成颗粒厚度较薄；有些物料放 料温度过低，导致粘度过大．造成流动阻力大、颗 粒拖尾。对这些影响成品外观质量的因素，在结 合具体工艺配置时可采用增设中闻温度调节装置 来降低或升高熔融物料温度，从而得到所需要的 均匀的颗粒成品。 橡胶助剂有一类产品的结晶、固化过程非常 特殊，如防老剂4010NA、4020、DTPD、防甲等。这 娄物料在结晶、固化过程若没有一定浓度的晶种 或晶核存在．即使物料温度已大大低于凝固点温 ·128· 第五届全国橡胶助剂生产和应用技术研讨会论文集 度也不固化或很长时间才能固化。我们常把这种 现象称之为“过冷结晶”。经研究发现，具有“过 冷结晶”现象的物料其晶种的产生需要一定的条 件，如温度、剪切等，而当达到一定晶种浓度后其 冷凝固化速度异常迅速，一般在5—45s内即可 凝固。针对这类物料，我们开发了用于帮助“过 冷结晶”物料连续、快速产生晶核的装置和工 艺——预结晶器和预结晶工艺(如图7)。该套装 置将物料分段、缓慢降温，以快速提高熔融液中的 晶种数量，同时一部分晶种返回无晶种的熔融液 中并与之混合进一步产生结晶，另一部分符合造 粒要求浓度的含晶种熔融液进入造粒机布料器造 粒和冷凝固化。从而形成无晶种熔融液连续定量 进入预结晶系统、符合要求的含晶种熔融液连续 定量输出到造粒系统、以及晶种内返料循环的动 态稳定平衡状态。 图7“过冷结晶”物料连续预结晶、造粒工艺流程简图 采用回转带式冷凝造粒装置和工艺，对橡胶 助剂中低熔点或低软化点产品的传统生产方式进 行改造，其优点集中表现在以下几个方面： (1)连续冷凝固化、造粒成型，生产效率、操作 环境得到大大改善。 (2)颗粒成品形状规整，无锐角，成粒率几乎 接近100％。成品的物理性能得到大大提高，产 品竞争力增强。 (3)通过布料器转速或进料流量的调节，可在 一定范围有效调节粒度大小。 (4)采用薄钢带传热和雾化喷淋强制冷却，使 熔融物料得到迅速冷凝固化和造粒成型。 (5)由于传输钢带在卸料端处的换向弯曲，使 钢带固化物料与钢带的结合面产生分离，卸料时 粉尘极少，颗粒形状得到有效保护。 (6)布料器与钢带均采用变频调速控制器，可 根据生产能力、物料特性、操作工艺及环境的变 化，方便地进行调整与控制。 (7)造粒装置采用三段温度智能控制，确保系 统操作稳定、可靠。 陈刚·橡胶助剂造粒 ·129· 3．3载体预分敖包覆造粒 载体预分散包覆造粒，是以定量聚合物为载 体，其目的是将定量的橡胶助剂或原辅材料均匀 地预分散到聚合物中，使助剂或原辅材料微粒表 面形成载体包覆层；同时由聚合物将原料微粒相 互粘连、团聚，并在挤压成型设备的作用下挤出条 状，经切粒机切断成长短基本一致的圆柱状母粒。 母粒直径一般为舛．0一西7．0mm，，长度约为 5．0mm。 主要装备包括定量配料、混合、混炼、挤条、切 粒、包装等。填充橡胶助剂和原辅材料的量，依据 物料丽略有变化，一般为75％～80％。聚合物载 体的选用必须符合以下几个主要条件：(1)载体的 加入对橡胶的性能无不利影响；(2)载体与橡胶胶 料性能相近以利于共混、分散；(3)载体的软化点较 低、包容能力大，以利于母粒的加工。在母粒的加 工过程中可添加少量有利于改善操作条件的加工 助剂，同时还可添加颜色以区别不同品种。此外， 该方法也可选用蜡类、硬脂酸类产品为载体来包 覆助剂粉末产品并形成规则颗粒，即所谓的“蜡 条助剂”。 载体预分散包覆造粒法可适用于绝大多数促 进剂(如M、DM、TMTD、NS、CZ等)和原辅材料 (如氧化锌、炭黑、白炭黑、碳酸钙等)。这种以高 聚物为载体的造粒方法，主要优点如下： (1)产品完全无尘、无二次粉化，更符合环保 越来越高的要求和期望。 (2)以明显、鲜艳的颜色来区分品种，可进一 步减少仓储管理和适用操作过程中的差错。， (3)更有利于橡胶助剂与胶料的分散、混合及 亲合。一方面可大大改善橡胶加工工艺条件，提 高生产效率、节约加工成本，另一方面有助于助剂 活化、偶联作用的发挥，从而有利于提高橡胶制品 质量。 3．4应用举例与分类 在国内助剂行业已经工业应用的造粒方法主 要有湿法挤出造粒和回转带式冷凝造粒两大类。 具体应用情况及分类，见表1。 表1 湿法挤出造粒在橡胶助剂行业的应用一览表 注：统计至2G01年。表中SES型为单螺汗挤出造粒钒；TRG型为对齿滚压造越讥；SET型为双螺符挤出造粒机，SET一100C为测挤 出型，未标注“C”者为前挤出型。 ·130· 第五届全国橡胶助剂生产和应用技术研讨会论文集 注：统计至2001年。CF2000型为cF型的更新换代产品。 4结语 南京三普造粒装备有限公司长期从事化工粉 体物料过程处理技术和装备的研究开发和产业化 工作，积累了丰富的理论和实践经验。自进入橡 胶助剂行业lO年来，在助剂行业同仁的大力支 持、推动下，使我国的橡胶助剂造粒产品从无到 有，截至今天应用厂家已超过60家，造粒装置超 过100台套。我们一方面为橡胶助剂的技术进步 做出了我们应有的成绩和贡献，同时南京三普造 粒装备有限公司也由一个研究院的小小的课题组 成长为国内造粒行业最具实力的技术和产业先 驱、科工贸一体的现代企业。借此良机，对长期以 来关心、帮助我们的橡胶助剂行业的全体朋友表 示真诚的感谢，对积极促进我国橡胶助剂行业技 术进步的有识之士和前辈表示由衷的敬佩。 我们将一如既往地发奋努力，积极配合橡胶 助剂行业技术进步的新需求，开发更多更好的新 型、高效技术装备，与橡胶助剂行业的同行一道接 受未来必须面临的机遇和挑战，把握机会，创新进 取，加强合作，振兴民族产业，共创中国橡胶助剂 产业的辉煌。