[发明专利]用于处理橡胶的装置及用于处理橡胶的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理橡胶的装置及用于处理橡胶的处理方法。

背景技术

通常，按照混合、压延/挤出以及成形的顺序处理橡胶。其中，混合步骤包括塑炼（mastication）步骤和混炼（kneading）步骤。进行混炼步骤是为了将配合剂精细、匀质地混合和分散于生胶中。另一方面，在混炼步骤之前进行塑炼步骤以便使橡胶本身软化和匀质，使得在后续的混炼步骤中可以容易地将配合剂混合和分散于生胶中。

混炼步骤通常被分为两步，即A-混炼和B-混炼。A-混炼是添加一种制剂和混炼混合物的步骤，其中该制剂包含增强剂如二氧化硅和炭黑，但不包括硫化成分（例如，硫化剂和硫化促进剂）。B-混炼是添加硫化成分到通过A-混炼步骤获得的材料然后混炼混合物的步骤。

对于塑炼、A-混炼和B-混炼的每个步骤，温度控制起关键作用。（参照例如日本未审专利公布（特开）平7-227845、日本未审专利公布（特开）No.2004-352831、日本未审专利公布（特开）No.2007-8112和日本未审专利公布（特开）No.2007-320184）。

（1）首先，描述塑炼步骤。塑炼用于施加剪切力于橡胶材料上以切割其分子链、减小其粘度以及赋予该材料塑性供成形。存在两种塑炼，即低温塑炼和高温塑炼。如日本未审专利公布（特开）平7-227845中所述，常规地，在高温塑炼的混炼期间添加了胶溶剂（即塑炼促进剂）。

低温塑炼是在最高达约110℃的温度下进行的机械塑炼。在该塑炼步骤中，选择性地切割分子链的较长的部分以减小分子量。另一方面，高温塑炼是在更高温度例如120℃至180℃的温度下进行的化学塑炼，同时添加胶溶剂以导致化学反应，从而切割分子链。

天然橡胶的塑炼在封闭式炼胶机（例如，Banbury炼胶机）中进行。随着橡胶混炼的进行而产生热，使橡胶的温度增加。特别地，如在高温塑炼的情况下，在封闭空间内将橡胶保持在高温例如150℃至180℃的温度下达一延长的时间段可能导致橡胶燃烧（或者烧焦）。因此，通常的做法是在早先的步骤中添加胶溶剂以赋予生胶塑性，从而缩短塑炼时间。

在使用胶溶剂的高温塑炼的情况下，在胶溶剂的反应点，分子链被切割而不论其分子量如何。结果，在塑炼之后，具有小至大分子量的各种化合物被认为残留在橡胶成分中。这可能导致胶溶剂分离，并可能进一步增加反应的不均匀性。

另一方面，如上文所述，在低温下进行的机械塑炼选择性地切割具有较大分子量的部分，这均匀地减小橡胶复合物中分子的重量。因此，在塑炼之后稳定橡胶的化学性能方面，机械塑炼更有利。

根据以上观点，塑炼步骤优选仅以机械塑炼的形式进行。在常规的方法中，仅进行机械塑炼的尝试面临以下问题：与橡胶的混炼相关的热使橡胶的温度增加。换句话说，温度随着塑炼的进展而上升，超出适合于机械塑炼同时赋予橡胶足够塑性的温度范围，导致橡胶烧焦。在这一背景下，需要一种使得能够进行塑炼同时保持最合适的温度的技术。

（2）接下来，描述A-混炼。近些年，使用二氧化硅来取代炭黑作为待在A-混炼步骤期间添加的增强剂。然而，二氧化硅具有如下缺陷：其增强橡胶的能力小于炭黑增强橡胶的能力。因此，当将二氧化硅混合到橡胶成分中时，添加硅烷偶联剂以增加增强能力。当硅烷偶联剂被添加作为配合剂时，硅烷偶联剂通过其偶联反应被固定在二氧化硅上，而且与橡胶成分反应，增加二氧化硅在橡胶中的可分散性并提高增强能力。

已知，为了使二氧化硅有效地与硅烷偶联剂反应，混炼被期望在特定温度下实施达一延长的时间段。在低温环境下，在二氧化硅和硅烷偶联剂之间较不可能发生偶联反应。另一方面，过度高的温度导致橡胶交联，这迅速增加粘度并导致形成凝胶体。

当在炼胶机中橡胶成分与二氧化硅和硅烷偶联剂混炼时，由于橡胶的粘性流产生的热以及与偶联反应相关的热，炼胶机的内部温度上升。结果，温度在短时间段内达到形成凝胶体的水平，从而导致如下问题：没有留出足够的时间用于偶联反应。

日本未审专利公布（特开）No.2004-352831公开了一种方法，其中添加硅烷偶联剂之前的混炼步骤利用封闭式Banbury炼胶机实施，而添加硅烷偶联剂之后的偶联反应利用未封闭的不同炼胶机实施。此外，日本未审专利公布（特开）No.2007-8112公开了一种方法，其中在稍低于适合于偶联反应的温度范围的一个温度将混炼过的橡胶合成物传送到一对混炼辊上，其中由所述辊施加的剪切力导致用于偶联反应的热的自生。