湿法炼胶工艺

白炭黑湿法混炼共沉胶制备关键技术包含:天然胶乳预处理;白炭黑表面处理及水分散体制备、白炭黑填充量控制;天然胶乳与白炭黑水分散体液态混合、分散、絮凝和干燥等工艺过程全自动化贯通。湿法混炼橡胶新材料新技术优势关键有:橡胶工业绿色制造、节能减排关键方法;满足绿色轮胎大量添加白炭黑需求;提升白炭黑在橡胶中分散度,改善胶料物理机械性能。湿法混炼概述记者:现在,在中国橡胶业加工混炼过程中,大多采取密炼机干法混炼方法,对于湿法混炼少有提及,您可否先给我们简单介绍下湿法混炼技术概况？许春华:在橡胶胶料加工过程中,混炼是最关键工序,经过混炼将天然橡胶、合成橡胶、补强材料、硫化材料、防老化材料等十数种配合剂均匀混合,制成混炼胶料,成为生产各类橡胶产品原料,所以,混炼胶性能和混炼工艺直接影响橡胶产品加工性能和产品各项使用性能。混炼工艺也是橡胶加工中能耗最高工序,占轮胎生产过程全部能耗40%。但现在中国橡胶工业仍沿用能耗高、产业链长、环境保护差机械干炼法,在密炼机中对橡胶/填料/配合剂进行多段混炼,制造每吨混炼胶耗电约400kW·H,年耗电平均达50亿kW·H,约合人民币近40亿元。所以,混炼工艺创新改造、节能混炼工艺开发成为橡胶行业中节能方法重中之重。混炼工艺创新关键是将现在间歇法混炼向连续法混炼工艺发展,其中低温一次法混炼和湿法混炼技术是发展前景最好、节能效果最显著工艺技术。其她还有串联式密炼机、螺杆挤出等混炼技术,这里关键讨论白炭黑湿法混炼技术;简单说,湿法混炼技术是指将经过预先加工炭黑、白炭黑等填料制成水分散体,在液态下与橡胶胶乳充足混合,再经凝聚、脱水、干燥等过程生产橡胶混炼胶方法。与传统将干胶与炭黑、白炭黑等配合剂在密炼机中进行多段干法混炼完全不一样。天然胶乳是橡胶胶束粒子在水中悬浮体,橡胶胶束粒子最外部是一层由蛋白质和类脂化合物组成保护层。保护层中物质都含有表面活性剂功效。而白炭黑、炭黑等活性补强剂在液态中吸附了这类表面活性剂会失活,妨碍其与橡胶之间补强机构形成,补强剂因为其极性、比重不一样,往往与胶乳沉降速度不能匹配,导至补强剂在胶乳体系中分散不易均匀,往往对橡胶性能有所损害。白炭黑分散体制备是将白炭黑与水及处理剂（包含分散剂、清润剂、防沉降剂等）均匀稳定地分散,制得悬浮液要使湿法混炼达成很好分散和补强效果必需满足以下基础条件:1.白炭黑经处理应含有一定亲水和亲橡胶烃双亲性能,同时白炭黑沉降要小,使白炭黑粒子能够与胶乳粒子共沉,在橡胶胶料中均匀分布。2.经过生物酶制剂将胶乳中蛋白质尽可能分解为溶于水小分子物,确保白炭黑补强剂能在不失去活性情况下与橡胶烃相互作用,而且作用面积愈大愈好。3.在白炭黑分散体加入到胶乳中时,整个体系应含有一定机械和化学稳定性。即胶乳体系不能立即产生絮凝,而必需留够充足搅拌混合时间,使白炭黑粒子与胶乳粒子能在机械搅拌作用下充足混合、分散均匀。4.共沉过程应能确保正确填充百分比,预防因所加入白炭黑流失造成共沉胶产品填充量波动。所以,白炭黑湿法混炼共沉胶制备关键技术包含:天然胶乳预处理;白炭黑表面处理及水分散体制备、白炭黑填充量控制;天然胶乳与白炭黑水分散体液态混合、分散、絮凝和干燥等工艺过程全自动化贯通。湿法混炼技术中国外研究现实状况记者:对于湿法混炼这一前沿技术,中国外研究现实状况怎样？许春华:约前,德国PKU企业发明了粉末橡胶湿法混炼技术,卡博特企业开发了连续液相混炼工艺生产天然橡胶与炭黑填料母炼胶技术（CN1280534）。在湿混步骤中,将粒状炭黑填料水浆在高压形成射流下加入到与胶乳混合凝聚反应器中,目是将弹性体胶乳流与炭黑填料水浆足够强有力地混合,在出料端之前使炭黑粒状填料与弹性体基础上完全凝聚,脱水、干燥后制得称为CEC材料,采取这种方法能够大大提升炭黑分散等级。与干法混炼胶相比,此种材料可显著提升硫化胶性能,包含减小滞后损失、改善耐切割性能和耐屈挠疲惫性能以及提升高填充剂用量时硫化胶耐磨性能。该专利形成了产业化,并由米其林企业买断。以后,全球相继出现炭黑、白炭黑湿法混炼橡胶数十项专利,包含法国、美国、日本、韩国等,但均未见产业化生产和应用。卡博特企业和米其林企业又分别在中国申请了原专利产品制造技术和在轮胎中应用专利。伴随中国节能减排和绿色轮胎事业需求和发展,多年来,“橡胶与白炭黑、炭黑湿法混炼共沉胶新材料”技术开发成为热点,尤其是5月由国家橡胶与轮胎工程技术研究中心组织中国研究院校、相关企业建立了专题研究组,进行了大量研究和开发,已取得授权和申报发明专利十余项;6月中国化工报分别对株洲安宝麟锋新材料有限企业和杭州中策橡胶企业开发湿法混炼技术进行了报道。其中由株洲安宝麟锋新材料有限企业开发《湿法混炼天然橡胶料制备方法》已率先取得国家发明专利（专利号:ZL0064299.3）。产品分别在广州华南轮胎企业和青岛赛轮企业试制了轮胎,于经过中国石油和化学工业联合会组织技术结果判定,并联合北京万向新元科技开发企业和云南西双版纳勐腊曼庄橡胶有限企业建成了含有较高自动化水平中国第一条湿法混炼橡胶产业化装置。该项目建设成功不仅是湿法混炼生产技术重大突破,也对中国天然橡胶自动化生产水平提升含相关键意义。杭州中策橡胶企业在海南天然橡胶生产基地试制了添加白炭黑和炭黑湿法混炼胶,并用于本企业轮胎生产,混炼胶日产量依据需求生产1~5t,可生产全钢子午线轮胎100~300条,产品性能与传统工艺相比有显著提升。软控股份怡维怡研究院也开展了大量研究开发工作,在材料、工艺设备和建立本身产业链方面进行了全方面计划,申请数项专利正在审查或公开阶段,可望在年内实现产业化。东北助剂有限企业是新中国成立后最早生产橡胶促进剂企业,多年来在开展湿法混炼技术方面十分关注,并与云南天然橡胶生产企业合作,试产湿法混炼共沉橡胶已在不少企业进行实际应用试验,逐步实现产业化。华南理工大学王炼石教授是中国湿法混炼技术开发带头人之一,王教授率领她团体在湿法混炼基础原理、炭黑和白炭黑表面处理、配合技术及生产工艺方面进行了大量研究,发表了很多论文,对以后人研究开提议了关键推进作用。北京化工大学、青岛科技大学、相关院所及相关企业从事该项研究开发结果都在不停涌现,上海双钱轮胎企业等轮胎企业也已积累了相当应用技术经验;5月,由中国化工学会化工新材料委员会和国家橡胶与轮胎工程技术研究中心联合在云南西双版纳召开“湿法混炼共沉橡胶新材料技术与推广论坛”经过广泛交流和自动化生产线现场示范必将深入推进湿法混炼新技术、新材料发展和应用,为中国橡胶工业节能降耗和绿色轮胎产业发展提供有力支撑。8月国家科技部相关湿法混炼橡胶新技术国家科技支撑计划已经过立项,项目目标是分别建成合成橡胶和天然橡胶万吨级示范性生产线,项目实施和推广将加速满足中国轮胎工业需求。湿法混炼橡胶新材料新技术优势记者:相对于干法混炼,湿法混炼有哪些优势？许春华:湿法混炼是一套新兴生产工艺技术,与干法混炼相比,关键有以下三个优势:1.橡胶工业绿色制造、节能减排关键方法中国GDP占全世界9.5%,能源消耗却占全世界17.5%。在大力提倡节能减排、实现低碳经济大环境下,开发、应用、推广节能方法,降低在橡胶制品生产过程中能量消耗,充足实现水资源和废旧资源综合利用,发展循环经济,给企业带来重大社会经济效益,是十分必需。湿法炼胶实现了连续混炼过程,简化了混炼程序、降低了混炼设备、能源和劳动力投入,所以大大降低了混炼成本,降低设备投入达50%以上,因为关键填料炭黑、白炭黑是在液态下与胶乳混合进行湿法炼胶与传统炼胶相比节能效果显著。依据中橡协材料研究检测中心对不一样企业提供湿法胶产品采取1.0L小密炼机混炼能耗检测,湿法与干法（白炭黑含量50～60份）相比能耗平均下降30%左右。华南轮胎企业在全钢子午线轮胎试验中白炭黑含量30份,其湿法胶采取工厂F370和GK270混炼其湿法胶能耗下降20%。如前述,通常工厂通常1吨混炼橡胶耗电400度,轮胎企业用胶约560万t,节能、节电效益将十分可观。2.满足绿色轮胎大量添加白炭黑需求1992年法国米其林率先开发了绿色轮胎（Silicagreemtyre）,是全球轮胎工业又一次重大革命,绿色轮胎是填充大量白炭黑轮胎,它最关键技术指标是降低轮胎滚动阻力15%~20%。节省燃油0.5L/100km约5%~7%,百公里降低二氧化碳排放1.2kg。欧盟数据表明;全球18%CO2排放与道路交通相关,24%道路车辆CO2排放与轮胎相关,同时汽车20%~30%燃油油耗与轮胎相关。据测算假如全球汽车都将使用绿色轮胎,每年可节省200亿升汽油,降低5000万tCO2排放。而中国现在行驶轮胎如全部采取绿色轮胎每年可节油41万吨,带来近30余亿元经济效益。降低CO2排放300万t以上,十分可观。另外,轮胎行驶过程磨损占因磨损产生颗粒物质10%左右。可见发展和应用绿色轮胎提升轮胎使用性能含相关键战略意义,切不可等闲视之。绿色轮胎与白炭黑（SiO2）使用是密不可分,只有添加大量白炭黑才能达成绿色轮胎标准,而因为白炭黑粒子极细、易飞扬、易团聚,采取一般混炼方法极难将30份以上白炭黑添加和分散到橡胶中去,而生产高分散白炭黑在技术和成本上都有较大难度。所以,怎样在橡胶中添加大量白炭黑成为制造绿色轮胎瓶颈。湿法混炼实现了在液态条件下大量添加白炭黑可能;现在,中国开发该技术企业,已经实现了100份天然橡胶添加50份或60份白炭黑效果,为制造绿色轮胎提供了基础条件。广州华南轮胎和杭州中策轮胎在全钢子午线轮胎研究数据表明:轮胎滚动阻力有显著下降、节油效果显著。以杭州中策轮胎12R22.516PR全钢子午线轮胎为例:轮胎滚动阻力下降15%（提升一个等级）,可节油3%~4%。轮胎生热下降了约10%,耐久和高速性能也上了一个档次。同时上述轮胎经五个月装车里程对比试验,单耗完全和N234炭黑胎面胶相当,可达12000km/mm以上。与一般干法混炼相比,湿法混炼白炭黑配方轮胎试验统计节油2.56%,若正常配方按油耗28L/100km,油价按7元/L,行驶里程25万km计,可节油1792L,单胎可节省2090.6元油费,相当可观,达成绿色轮胎指标。同时,湿法混炼从根本上处理了白炭黑飞扬带来环境污染,含相关键环境保护意义,且白炭黑作为取之不尽非化石原料起源对社会贡献,行业可连续发展含相关键价值。伴随技术不停推进和社会发展,绿色轮胎与绿色制造不停联络起来,大家现在眼中绿色轮胎已不仅是“硅轮胎”,而是将轮胎全生产过程绿色化作为战略目标;包含绿色材料、绿色产品、绿色工艺,也包含产品终端绿色服务,以及资源综合利用等。依据欧盟《1222/200G/EG》法规,1月开始实施轮胎标签法,如图2所表示;即对轮胎最关键三项性能如燃油消耗（以轮胎滚动阻力数据表征）、轮胎湿滑性能和轮胎噪音,经过权威检测,分别依据测试结果以不一样等级来表示,如滚动阻力和湿滑性能从好到差分为A、B、C、D、E、F、G七个等级,噪音小于72分贝。美国、日本、韩国、巴西等均已实施或提出了实施标签法动议,中国出口到欧盟轮胎占全部出口轮胎15%,实施轮胎标签法势在必行,中国已制订了中国绿色轮胎产业化法规;所以,“绿色轮胎”越来越多地担当起带动中国轮胎产业新一轮革命性发展关键使命,湿法混炼技术必将在其中担当关键角色。绿色轮胎发展必将带动相关产业绿色化,实现绿色制造。推进中国轮胎工业技术进步。3.提升白炭黑在橡胶中分散度,改善胶料物理机械性能依据中橡协材料研究检测中心分别对该企业提供湿法胶产品进行检测。试验部分结果以下:试验配方包含基础性能判定配方、半钢和全钢子午胎胎面胶配方,其中半钢胎面中因为并用BR、SBR,故湿法NR白炭黑含量约30份,而全钢胎面均为NR,采取白炭黑含量60份湿法胶,部分配方为提升磨耗性能添加少许炭黑。通常,湿法橡胶炭黑分散度较一般干法提升1～2个等级（用炭黑分散度测定仪检测,对纯白炭黑胶料可加入0.8份防老剂4020作用染色）。因为分散效果提升,加上湿法橡胶未经塑炼分子量高,胶料物理机械性能有显著提升.拉伸强度:基础性能判定配方可达25MPa,比干法提升20%;全钢胎面胶通常可达25MPa,有达成29MPa甚至更高,基础满足轮胎需求,半钢胎面胶通常在18MPa左右,均可满足轮胎需求。弹性显著提升;提升幅度在15%~20%。生热显著下降;下降幅度在20%~30%。耐撕裂和耐切割性能有一定提升。纯白炭黑湿法橡胶磨耗性能略有下降;阿克隆磨耗值偏高约20%,但据杭州中策报道,实际里程磨耗性好,单耗有所提升,另在配方中添加少许炭黑可改善其磨耗性能。混炼胶门尼粘度大幅下降,通常比干法下降约10个门尼值,有效地改善胶料加工性能。4.提升中国天然橡胶生产自动化水平温法混炼自动化装备记者:针对湿法混炼工艺,中国是否有与其相对应自主研制自动化装备？使用效果怎样？许春华:天然胶是橡胶工业关键原材料,依据国际橡胶研究组织公布,全球橡胶消耗量2370万t,天然橡胶关键生长在赤道周围南、北回归线之间南北纬18°以内,中国由19开始建立橡胶园,不过1949年产量仅为200t,1952年党中央号召大面积种植天然橡胶以来,中国天然橡胶产业才取得真正发展,发明了北纬18~24°大面积种植天然橡胶奇迹,这项技术取得国家技术发明一等奖。同时,橡胶树优良引种选育与大面积推广应用技术取得国家科技进步一等奖,但毕竟受到自然条件限制,中国天然胶产量不太可能超出100万t,达成历年最高水平为86万t,而总需求为420万t,80%以上需要进口。而且,中国天然橡胶生产一直属劳动密集型、劳动强度大、工作环境差、自动化水平很低、产品质量不稳定;为满足下游橡胶工业需求,改善劳动条件,提升劳动生产率,稳定产品质量,实现天然橡胶生产连续化、自动化是有十分重大意义。由北京万向新元科技有限企业、株洲安宝麟锋新材料企业和云南西双版纳勐腊曼庄橡胶厂共同开发研制多功效自动化湿法共沉胶连续生产线也是一条非常含有示范意义天然橡胶自动化生产装置。根本改变天然橡胶初加工产品传统生产工艺步骤,