[发明专利]一种半开式过热蒸汽喷雾干燥法制备小份数填充复合母胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半开式过热蒸汽喷雾干燥法制备小份数填充复合母胶的方法。该方法所得橡胶纳米复合母胶主要应用于轿车胎面胶，工程胎面胶等领域。

背景技术

炭黑、白炭黑、黏土是现在橡胶中应用最为广泛的填料。炭黑传统的干法混炼过程中炭黑存在着与胶粒结合作用大部分为物理吸附，滚动阻力大，内摩擦损失大等缺点。而白炭黑易吸附水，与非极性的橡胶结合能力弱，干法混炼过程，白炭黑比重小，会产生粉尘飞扬造成环境的污染，且在橡胶基体中容易造成自身易发生团聚等现象，使得橡胶性能下降。

乳液复合法是将乳液和填料混合到一起，然后加入絮凝剂实现共絮凝的方法。但是该工艺方法不可避免造成絮凝剂的使用，同时污染严重，能耗大，成本高，工业化困难。同时湿法混炼制备黏土胶有一个严重的问题，就是黏土高填充份数下絮凝会导致复合材料胶粒细小不宜过滤，并且烘干时易板结，对后续加工有影响。

如何实现各种填料在橡胶中的纳米分散，发明人此前已经开发出一个显著的技术方法------一种易混合高填充黏土/橡胶纳米复合材料的制备方法。该方法将橡胶胶乳与高份数黏土浆液混合，加入絮凝剂，后将絮凝浆液通过喷雾干燥塔干燥。该工艺优点在于可以实现黏土高份数填充橡胶复合材料的制备，但是有一个缺点，能耗大，成本高。

其实，喷雾干燥在橡胶干燥已经逐渐得到了应用，王敬东等人以超声分散的炭黑悬浮液填充天然胶乳，采用喷雾干燥法制备粉末橡胶。其与机械混炼法相比，喷雾干燥法得到的粉末橡胶硫化特性更显著，硫化曲线的转矩峰提高约1倍。喷雾干燥技术发展到现在已经有100多年的历史了。早在1965年，就有人将喷雾干燥技术应用在蛋液的处理上。30年代后，人们在这一领域进行了深入研究，并取得了可喜的成绩。

喷雾干燥系统一般由四部分组成：料液雾化部分、热风加热部分、雾滴与热风的接触和干燥部分、干燥产品的回收机废气净化部分。其主要过程为物料由料泵输送到雾化器，后经雾化干燥，经过旋风分离、过滤，收集。而空气也是经由一个循环过程，尾气处理后排到大气。

普通喷雾干燥技术的主要特点：①生产过程简化、操作控制方便。②干燥产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。③干燥时间短，仅需3-10s，十分迅速。⑤喷雾干燥可以连续操作，完全适应了工业化大规模生产的要求。但有动力消耗大，体积传热系数和热效率均较低、有安全隐患、环保问题等缺点。

而过热蒸汽喷雾干燥是一种新型的干燥的方法，其干燥介质为140-250℃过热蒸汽进行干燥，同时设备管路为半开式。它可以利用过热蒸汽作为干燥介质，可以将含水量高的液态物料直接干燥成水分含量较少的固体粉末，可以很大程度地提高热效率，同时过热蒸汽排出的废热还可以循环，实现了余热的再利用，符合绿色生产的要求。

过热蒸汽较普通喷雾干燥来说，结构有所改变，其在除尘过滤后没有直接排到大气，而与进风口相连接，实现了再利用。管路上设置压力阀，可控制其中压力大小，当其中负压超过一定限度时，会自动调节。同时该设备在物料的后处理方面也做了一些改进，将收集的物料直接过筛板，而后传送，压延成块，实现工业化连续生产。

采用半开式过热蒸汽干燥机，这是因为水蒸气在干燥过程中，不断增加，若是闭合过热蒸汽，喷雾塔内压力会随着反应时间延长而增大。当压力达到1.5MPa时，压力阀会自动打开，将多余的水蒸气排出塔内，从而实现塔内压力平衡。

过热蒸汽喷雾干燥技术具有传热系数大、传质阻力小、热效率高、单位能耗低、蒸汽用量少、无爆炸和失火的危险等优点，有利于保护环境，具有灭菌消毒作用。同时普通热风干燥物料表面会形成硬壳，阻碍水分蒸发，而过热蒸汽干燥所用的干燥介质是蒸汽，干燥过程中物料表面会一直湿润，会形成蒸汽通道，有利于物料内部水分的蒸发，同时不会形成硬壳，干燥环境没有氧的存在，不会氧化，故干燥的品质较好。

发明内容

本发明的目的是提出一种安全、低能耗，低成本、绿色环保、易于工业化的新型制备填料/橡胶纳米复合技术，提供了一种过热蒸汽喷雾干燥的方法，其整个干燥系统为半开式系统，通过压力阀控制塔内压力，干燥介质为过热蒸汽。

解决本发明的工艺采用如下步骤：