CN1116809C - 熔化和处理高分子量弹性材料的设备 - Google Patents

Abstract

一种熔化和处理高分子量弹性材料的设备。将固态的弹性材料(最好是聚异丁烯)加热熔化而成液态材料，然后将该液态材料送至挤压机。上述设备具有一个加热的壳体(14)，壳体内带有几组安装成扇形的加热的熔化板组件(26)。在该扇形的熔化板组件的下方设置加热的换向件(32A、32B和32C)，在壳体的下方设置一个加热的倾斜输料管(16)，该倾斜输料管与一个加热的贮料罐(18)相连接。使用一种阀、泵装置将上述的液态弹性材料从贮料罐排入胶质基料或口香糖的挤压机中。上述设备可达到精确计量和供给液化弹性材料到连续挤压过程中。

Description

熔化和处理高分子量弹性材料的设备

技术领域

本发明涉及一种熔化处理高分子量弹性材料的设备。

背景技术

弹性体是口香糖基料的主要组分之一，因此又是最终的口香糖制品的主要组分之一。通常，成品口香糖是由口香糖基料另外制成，但是也有一些可在一个连续的工艺过程中制出成品口香糖制品的系统。

口香糖的成分一般含有：水溶性主体料、非水溶性口香糖基料、和通常是不溶于水的调味剂。不可溶的胶质基料一般包括弹性体、弹性体溶剂、增塑剂、蜡、乳化剂和无机填料。水溶性组分在咀嚼的一段时间里被一部分调味剂消融，而在口香糖制品被咀嚼的全部时间内胶质基料部分则留在嘴里。

长时间以来，分批生产口香糖的方法一直被认为是在工业规模上生产口香糖以及胶质基料的标准方法。但是，通常使用西格玛叶片混料器的批生产方法劳动强度大，而且生产的口香糖质量不稳定。

已经作过各种努力试图简化和缩短制造胶质基料和口香糖所需的工时和生产性质更好更稳定的胶质基料和口香糖制品。例如，美国专利No.5135760(Degady等人)、No 5045325(Lesko等人)和No.4555407(Kramer等人)中公开过使用连续式挤压机制造最终的口香糖制品。另外，在现有技术中，也有几种使用连续挤压机连续地生产口香糖基料的方法。例如在美国专利No.5419919和5486366(这两篇专利都是Song等人的)中公开过上述方法。

在上述专利中公开的连续生产胶质基料的方法和连续生产最终的口香糖制品的方法通常都使用连续式挤压机例如双螺杆挤压机。可用来生产口香糖基料或生产最终的口香糖制品或两者都可生产的连续式挤压机有Japan Steel Works，Leistriztz，Werner & Pfleiderer Corp.，和Buss Mfg.Co.，WLS，Togum和Baker Perkins等公司生产的挤压机。这些挤压机通常具有几个添加配料的不同入口，而且挤压机料桶内的长螺杆上装有不同类型的混合和调和零件。

虽然不同的设备制造厂家制造出了不同类型的螺杆部件，但是，最普通的部件有：输料部件、压缩部件、回程输料部件、均匀化部件(例如剪切盘件和齿形部件)、和混合盘和混合板。上述各种类型的部件以及其他的通常用于挤压机(尤其是双螺杆挤压机)的部件在现有技术中是人所熟知的，并可从市场上购得。上述的部件常常根据所用挤压机的具体类型专门设计。在这方面，预定有类似功能的部件的结构将根据想要使用的挤压机的类型加以改变。

无论用间歇式压机还是用连续挤压式压机来生产口香糖和胶质基料制品，重要的是要按最佳的形式和状态供给上述制品的各种组分，这样便可提高最终的速度和效率。因此，各种组分例如填料、弹性体、增塑剂、油、蜡等在投入批生产或者说挤压过程之前常常要进行特殊的处理或者说准备。

在使用连续式挤压机的情况下对各组分进行准备是十分重要的。供入连续挤压机的各种组分最好按最佳的尺寸、形状、状态和温度供应，以便容易进行处理、加入并与其他组分在挤压机内相互混合。而且，由于各种组分的某些性质不同，需要对它们进行预先准备和预先混合，以便可使它们以尽可能最好的状态进入挤压机内。

如上所述，胶质基料的一个重要组分是弹性体，该弹性体可以是天然弹性体、合成弹性体，或二者的结合。胶质基料的这一组分的重要性在于，它可使不可溶的主体料具有弹性，以便从咀嚼造成的变形中恢复形状。在制备胶质基料中，重要的是要使加入基料成分中的可影响制得的口香糖的各种特性的其他组分与弹性材料彻底混合，这样，整个胶质基料制品就会像一个均质相那样保持良好的一致性。

用于生产口香糖基料和最终的口香糖制品的固态弹性体有：合成树胶或者说合成弹性体例如丁二烯-苯乙烯共聚物、聚异丁烯、和异丁烯-异戊二烯共聚物、以及天然树胶或者说天然弹性体例如糖胶树胶、天然橡胶、节路顿胶、巴拉塔树胶、杜仲胶、Lechi胶、Caspi胶、香豆乳汁以及它们的混合物。

聚异丁烯普遍用作胶质基料的弹性体组分之一，它可提高最终胶质制品的“可咀嚼性”，因为许多弹性材料例如橡胶是难以咀嚼的。聚异丁烯材料可在市场上购得，例如Ritchem公司和Exxon公司出售的产品(VISTANEX^)。

分子量大(例如大于30000)的聚异丁烯和其他弹性材料难以用工业生产方法进行加工，这些材料难以搬运、熔化、研磨和切割成小块，这是因为它们的粘性、稠性和其他特性所致。在需要按预定量在预定状态和温度下加入弹性材料的情况下，使用连续挤压方法处理上述材料的困难就更加复杂了。

在熔化和处理上述弹性材料例如聚异丁烯时，重要的是勿在熔融的或者说液化的材料中夹入空气。夹入的空气会妨碍精确而有效地计量加入连续挤压机中的材料量，而且还会引起材料发生不希望的氧化。

间歇式生产比用挤压机方法更容易采用高分子量弹性材料。采用分批生产的工艺，可简单地将料包、料块或圆柱形材料加入批生产的混料罐中，并可超时熔化和与其他组分在料罐内混合。

为了熔化这些材料，通常需要加热至250～300°F以上。要在采用连续式挤压机的口香糖或胶质基料处理系统中使用上述材料，也需要使它们保持上述的高温，以便使它们一直保持液体状态。但是，如果在主挤压机内随意长期地保持上述的高温，可能对系统中的其他组分有不利的影响。

发明内容

本发明总的目的是提供一种改进的克服现有技术上述缺点的熔化和处理高分子量弹性材料的设备。

按照下面将要结合最佳实施例详细说明的本发明可以达到上述的和其他的目的、利益和优点。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种熔化和处理离分子量弹性材料的设备，该设备含有：一个壳体；一个固定在上述壳体上并与该壳体可操作配合的输料管，用来把所述的熔化的弹性材料从上述的本中输送出；一个固定在上述输料管上并与该输料管可操作配合的贮料罐，用来贮存从上述输料管输送来的熔化的弹性材料；设在所述的壳体中的多个加热的熔化板用来熔化所述的弹性材料；所述的多个加热的熔化板安排成至少一个扇形组合件；和至少一个换向件，设在所述的壳体中，邻近所述的加热的熔化板，用来把所述的熔化的弹性材料从所述的加热的熔化板导向所述的输料管。

按照本发明置于壳体内熔化板上的弹性材料被缓慢地加热和熔化而流过扇形的熔化板到达换向件上。该熔融材料又由于重力的作用而流过倾斜的输料管进入贮料罐内，并且没有骚动或形成气泡。

采用本发明，高分子量弹性材料例如聚异丁烯在熔化和液态贮存时的氧化和空气的夹入量最小。该材料按一定状态和温度被直接引入连续挤压式工艺过程中并可进行精确的计量。

附图说明

通过下面结合附图和所附权利要求书对本发明的说明将可更明白本发明的其他的特征、利益和优点，附图中：

图1是本发明的弹性体处理系统的示意图；

图2是图1所示的处理系统的侧剖视图；

图3是图1和2所示的处理系统的上视图；

图4示出按照本发明的加热的熔化板的最佳的扇形结构；和

图5是在连续式口香糖或胶质基料挤压工艺过程中应用本发明的示意图。

具体实施方式

本发明特别适用于加工用作口香糖基料和口香糖制品中的某些组分的高分子量弹性体产品和材料例如聚异丁烯。一种聚异丁烯的商标名称是Exxon公司的产品的Vistanex^。其他还有可从市场上购得的Ritchem公司出售的聚异丁烯材料。本发明采用的弹性材料最好是分子量超过30000的弹性材料。

总的说来，本发明提供一种用于熔化、贮存和供应高分子量弹性材料的设备和方法，以利于它们引入和应用于制造口香糖基料或口香糖制品的连续工艺过程中。在这方面，应当明白，本发明可用于制备口香糖基料或最终的口香糖制品的聚异丁烯或其他弹性体组分，并可用于间歇式的系统或连续挤压式的系统。

在本发明的最佳实施例中，为了说明本发明，结合其在一种使用挤压机的连续式胶质基料制造系统中的应用进行说明。具体地说，对于连续式胶质基料工艺过程的应用，本发明有利于胶质基料的某些弹性体组分的加入及其与胶质基料制品的其他成分和组分的相互混合。

图1简单示出本发明的设备，并以标号10表示之。图2和3分别是设备10的侧视图和顶视图，且图2是局部剖视图。图4是应用本发明的优选的扇形熔化板的放大图。图5是本发明在使用连续挤压机12的连续式胶质基料制造过程中的应用的示意图。

弹性体是口香糖基料的主要组分之一，因此又是最终的口香糖制品的主要组分之一。典型的口香糖基料含有一种或多种弹性体，同时还含有一种或多种填料、弹性体溶剂、增塑剂、有时还加入聚合物、蜡、乳化剂以及各色颜料、香料和抗氧化剂。口香糖制品的弹性材料可以是天然弹性体、合成弹性体、或二者相结合。适用于口香糖基料和最终的口香糖制品的固态弹性体有：合成树胶或者说合成弹性体例如丁二烯-苯乙烯共聚物、聚异丁烯、和异丁烯-异戊二烯共聚物以及天然树胶或者说天然弹性体例如糖胶树胶、天然橡胶、节路顿胶、巴拉塔树胶、杜仲胶、lechi胶、caspi胶、香豆乳汁及它们的混合物。

胶质基料的弹性体组分形成具有弹性的不溶性本体以恢复由于咀嚼造成的变形。对于许多胶质基料和胶质制品，添加有其他的弹性体成分例如聚异丁烯以提高胶的“可咀嚼性”。但是这类弹性材料中有许多是难以处理和加工的。具体地说，由于它们的粘度低、分子量大及由此而形成的特性和性质的原因，这些材料不易或者说不能快速地从固态变为液态，而且这些材料难以精确地度量和均匀一致地引入胶质基料或口香糖制品中，从而常常会产生不均匀和不一致的制品。

无论是采用间歇性的处理方法或是采用连续挤压机来制造口香糖基料和口香糖制品，重要的是要以最好的方式和状态加入上述制品的各种组分，这样便可提高最终加工的速度和效益，并保证批与批之间以及制品与制品之间的质量的均匀一致性。因此，各种组分例如填料、弹性体、增塑剂、油、蜡等在投入批生产或挤压过程之前常常要进行特殊处理和准备。

在采用连续挤压机的情况下，对各组分的准备是特别重要的。供入连续挤压机的各组分最好按最佳的尺寸、形状、状态(固态、液态等)和温度提供以便容易加入并与其他组分在挤压机内相互混合。而且，各种组分中有很多其性质需要与其他材料预先掺合，或者先固化或破碎成颗粒、或者先进行液体化，以便尽可能以最好的状态加入挤压机内。

另外，重要的是要精确控制加入连续挤压机的材料量，以便使最终制品的质量均匀一致。当弹性体例如聚异丁烯和其他组分熔化成液体时，常常会在其中夹带空气，或者裹入其他杂质，这会影响材料的单位重量和单位体积，而且，夹带的空气也会使材料发生不希望的氧化。这些因素又影响到最终制品的质量、均匀性和一致性。

本发明提供一种可按最佳方式熔化和处理高粘度、高分子量的弹性材料例如聚异丁烯、使其可用于连续挤压式系统的设备和方法。本发明所用的弹性材料最好是分子量大于30000的弹性材料。该材料可在加热槽内均匀熔化，并可以重力传输的方式从设备的加热槽输送到贮存区。这就保证了材料的恒定熔化温度和熔化状态，并避免夹入来自系统入口的空气和其他杂质。

如图1～3所示，设备10具有一个壳体14、一个成角度的输料管或者说送料管16和一个贮料罐18，为了保持设备10各部分所需的内部温度，分别对壳体14、管16和罐18的外围进行加热。因此，在壳体14、管16和罐18的外围套上蒸汽管圈20，这些汽套具有通道和导管，使加热的流体例如蒸汽循环流动，它们设置在上述壳体及相邻部分的外周上或者说包围其外周。上述的蒸汽管圈20的结构是普通结构，并供入来自普通蒸汽源(未示出)的具有合适温度和供气控制的蒸汽。

最好在设备的各点上安置一个或多个加料传感器24，以测量其重量，并测定要在设备中加热和液化的材料量。关于这一点，在图2示出一个加料传感器24，但是应当明白，根据通常的实践，可设置多个加料传感器。

在壳体14内设置几个加热的熔化板28的组件26，上述加热的熔化板28位于几组扇形组件或者说扇形结构的组件26内，见图1、2和4。上述熔化板28的上端具有较大的开口或者说间隙G，而在其下端具有较小的开口或者说间隙H。而且，如图4所示，每块板28的上、下长向边缘30和31都是尖端。

紧接在加热的熔化板28的组件26的下面设置一个或多个换向件。关于这一点，示于图1和2的本发明的实施例具有3个换向件32A、32B和32C，这些换向件与加热的熔化板的3个组件26相对应，它们的长度各不相同，并用来使流过加热的熔化板组件的熔化了的或者说液化了的材料换向而流向输料管16的斜表面。这一点在图1和2中以箭头34示出。

设备10的壳体和各个部分以及熔化板和换向件最好分别用不锈钢制成。上述熔化板和换向件具有内部空穴，并通过热油的循环在内部加热之。熔化板和换向件最好是两块焊在一起的板料，上述的油被加热并由普通的油源供油。

设备10的贮料罐18用于积累和贮存一定量的液化的弹性材料。如图2所示，材料被熔化并向下流过倾斜安排的输料管16的斜面42，并在储料罐内形成一批熔化的料40。

通过壳体14的敞口式顶部15将弹性材料加入设备10内。该弹性材料可按任何普通的固态形式例如料块、料包或圆柱体形式加入，并可由手工或通过任何普通的自动机械例如高架起重器式设备加入壳体14内。关于这一点，在图1和2以虚线示出多个作为本发明应用的典型弹性材料的圆柱体50。固态的料块50直接置于加热的熔化板28的上端30上。

壳体14和输料管16、贮料罐18上的加热的蒸汽管圈的温度以及加热的熔化板28和换向件32A～32C的温度最好保持在该工艺所用弹性材料的熔化温度以上。例如，对于聚异丁烯，设备10的各部件的温度要保持在高达500°F。

由于设备10的温度高，置于壳体14内的熔化板28上的弹性材料便以缓慢而平稳的方式被加热，熔化的材料由于重力作用而向下流过加热的熔化板28的扇形组件，并沿倾斜的加热的换向件32A、32B和32C流动，并到达输料管16的加热的斜面42，然后靠重力流入贮料罐18内。

为了对液化的材料进行进一步的处理，设备10设置有阀60和泵62，并由普通的控制器和排料系统64控制上述的阀60和泵62，以排出口香糖或胶质基料处理系统所需的适量的液态弹性材料40。为此，将管子或者说导管66与阀60相连接，以便向挤压机12供给液态材料40。

下面参看图5，挤压机12具有一个长形的料桶70和一个马达和控制器72。料桶72具有一个或多个置于其内部的长形螺杆74，对胶质基料组分进行处理，并以均质熔融料的形式将它们向前推至排料端76，然后排入合适的容器78内。

挤压机12有多个入口，图5中只示出其中3个(80、82和84)。挤压机12也可具有少于3个或多于3个的入口。在图5所示的典型挤压机12中，液态的弹性材料从设备10通过入口82引入到挤压机的料桶70内。

为了熔化和处理足够量的用于工业胶质基料处理过程的弹性材料，设备10应具有大的尺寸和生产能力。在这方面，为了说明起见，壳体14每边的尺寸可为几英尺，本发明的系统的熔化弹性材料的熔化槽的温度最好高达500°F。对于工业用途，设备10熔化弹性材料的能力最好是每小时几百磅，并可在所需的卸料温度下贮存。排料装置可在规定的速度和压力下将熔化的材料平稳地供给压机或者说挤压机。本发明由于可使熔化的材料靠重力流动，并且可靠重力从熔化板28输送到贮料罐18，从而避免混入空气，故很容易达到上述的要求。

另外，本发明设备中的加热的熔化板28的熔化表面积最好为几百平方英尺，而且卸料泵62由蒸汽加热，并按普通方法控制，以便以恒定速度为工业生产供给熔化的材料。

虽然在上面已经说明了目前认为是本发明的最佳实施例，但是，熟悉本技术的人们会认识到，可以在不违背本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和改型，而且，所有这些在本发明范围内的上述改变和改型都应认为是属于并包含在所附权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种熔化和处理高分子量弹性材料的设备，该设备含有：

一个壳体；

一个固定在上述壳体上并与该壳体可操作配合的输料管，用来把所述的熔化的弹性材料从上述的壳体中输送出；

一个固定在上述输料管上并与该输料管可操作配合的贮料罐，用来贮存从上述输料管输送来的熔化的弹性材料；

设在所述的壳体中的多个加热的熔化板用来熔化所述的弹性材料；

所述的多个加热的熔化板安排成至少一个扇形组合件；和

至少一个换向件，设在所述的壳体中，邻近所述的加热的熔化板，用来把所述的熔化的弹性材料从所述的加热的熔化板导向所述的输料管。

2.按照权利要求1的设备，其特征在于还包括加热所述的至少一个换向件的装置。

3.按照权利要求1的设备，其特征在于还包括蒸汽管圈，用来加热所述的壳体、所述的输料管和所述的贮料罐。

4.按照权利要求1的设备，其特征在于还包括加热所述的加热板和至少一个换向件的油加热装置。

5.按照权利要求1的设备，其特征在于还包括一个阀和泵机构，用来把材料从所述的输送管移出。

6.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的设备还包括一个加料传感器。

7.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的加热板设成在至少两组扇形组件中。

8.按照权利要求7的设备，其特征在于各所述的扇形组件分别设有一个换向件。

9.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的材料由重力从所述的至少一个换向件导到所述的输料管。

10.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的弹性材料是聚丁稀。

11.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的弹性材料的分子量大于30000。

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