устройство для непрерывной электростатической очистки низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука и способ очистки

Формула изобретения

1. Устройство для непрерывной электростатической очистки низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука от ионных и механических примесей, содержащее отрицательный и положительный электроды, формирующие электрическое поле, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде коаксиально расположенных металлических труб, причем положительный электрод выполнен в виде корпуса, а на отрицательном электроде установлена развитая по поверхности диэлектрическая структура в виде гофра из пленкоэлектрокартона.

2. Способ непрерывной очистки низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука от ионных и механических примесей путем прохождения его через электростатическое поле между отрицательным и положительным электродами, отличающийся тем, что электростатическое поле создают неоднородным, очищаемый каучук подают снизу вверх между внешним положительным электродом и гофром из пленкоэлектрокартона, нанизанным на отрицательный электрод, а концентрат примесей перемещают по гофру вниз и удаляют из корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, технике и способу очистки жидкого низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука, стабилизированного кремнеземом, и может быть использовано в промышленности синтетического каучука, а очищенный каучук находит применение в ряде интенсивно развивающихся областей техники: микроэлектронике, радиоэлектронике, оптике, технике световодов, медицине.

Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей, включающий корпус и осадительные электроды, выполненные в виде круглых металлических пластин с прорезями, часть из которых образует каналы для прохода жидкости, а другие снабжены перегородками для диэлектрического материала, причем электроды и перегородки формируют ячейки-накопителя загрязнений (авт. св. СССР N 691199, кл. B 03 C 5/00).

Недостатком очистителя является сложность конструкции. Известен способ очистки высококонцентрированных вязких диэлектрических жидкостей от мелкодисперсных примесей путем прокачивания ее через электростатическое поле между отрицательным и положительным электродами и одновременно над очищаемой жидкостью прокачивают несмешивающуюся с очищаемой буферную диэлектрическую жидкость с меньшей вязкостью и последующей ее фильтрацией (авт. св. СССР N 994012, кл. B 03 C 5/00).

Данный способ также является сложным в применении и в подборе буферной жидкости с определенной вязкостью и диэлектрической проницаемостью.

Технология получения низкомолекулярных полидиметилсилоксановых каучуков СКТН (ГОСТ 13835-73) предусматривает в качестве катализатора процесса полимеризации смеси диметилциклосилоксанов использование едкого кали KOH, а для дезактивации остатков катализатора применяется тонкодисперсный кремнезем в количестве до 0,5% (аэросил или белая сажа У-333) Полученный каучук приобретает опалесценцию или мутность и содержит значительное количество ионных примесей щелочных металлов (содержание натрия и калия составляет 10^-2 10^-3% ). Недостаточная степень чистоты промышленного каучука СКТН затрудняет его использование в электронике, светотехнике, медицине.

Известен способ очистки (осветления) жидкого кремнийорганического каучука, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в обработке полимера химическим соединением, обладающим более высокой поверхностной активностью и не смешивающимся с полимером, в частности, гидроксиорганофторсилоксаном, до образования эмульсии с последующим разделением слоев (авт. св. СССР N 1367414. кл. C 08 C 3/02 ДСП от 15.9.87. ). Способ позволяет существенно повысить степень чистоты каучука: коэффициент светопропускания составляет 99-100% содержание ионных примесей натрия и калия 10^-4 10^-5% Недостатком указанного способа очистки каучука СКТН является низкая производительность, сложность технологии процесса. Это ограничивает его применение лишь лабораторной практикой.

Целью изобретения является упрощение технологии непрерывной очистки низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука и повышение производительности процесса и степени чистоты.

Цель достигается тем, что авторами разработано устройство для непрерывной электростатической очистки низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука от ионных и механических примесей, содержащее отрицательный и положительный электроды, выполненные в виде коаксильно расположенных металлических труб, причем положительный электрод выполняет роль корпуса, а на отрицательном электроде установлена развитая по поверхности диэлектрическая структура из пленкоэлектрокартона.

Способ очистки низкомолекулярного полидиметилоксанового каучука предусматривает прохождение его через электростатическое неоднородное поле между отрицательным и положительным электродами, причем очищаемый каучук подается снизу вверх между внешним положительным электродом и гофром из пленкоэлектрокартона нанизанием на отрицательный электрод, а концентрат примесей перемещается по гофру вниз, образуя пастообразный осадок.

На фиг. 1 показано устройство для непрерывной электростатической очистки низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука (блок электростатического разделения).

Устройство содержит коаксиально расположенные металлические трубы из нержавеющей стали, представляющие собой:

1. центральный отрицательный электрод;

2. внешний положительный электрод;

3. диэлектрическую осадительную структуру в виде гофра из пленкоэлектрокартона.

Сущность способа заключается в том, что при наложении на очищаемую тонкодисперсную взвесь сильного неоднородного электрического поля (напряжение на электродах 20-30 кВ), содержащиеся в жидкости частицы поляризуются, образуя электрические диполи. Внешнее поле приводит частицы в движение-электрофорез. Электрофоретическое перемещение одноименно заряженных частиц в одном направлении приводит к их накоплению у одного из электродов, где тем самым создаются благоприятные условия для коагуляции.

На центральном отрицательном электроде 1. т.е. в зоне большой напряженности поля, установлена развитая по поверхности диэлектрическая структура из пленкоэлектрокартона.

Пленкоэлектрокартон, выпускаемый по ТУ 16.803.138-80, представляет собой композиционный материал на основе электроизоляционного картона марки ЭПВ, скленного с полиэтилентерефталатной пленкой ПЭТ-Э. В предлагаемом устройстве использовали пленкоэлектрокартон толщиной 0,3 мм.

Очищаемый каучук подается снизу вверх через зазор между внешним положительным электродом и гофром. Частицы примесей по мере продвижения жидкости через систему мигрируют к центральному отрицательному электроду 1 и концентрируются в гофре, образуя в нем концентрат в виде суспензии, плотность которой выше, чем плотность очищенного каучука. Концентрат легко перемещается по гофру, изготовленному из пленкоэлектрокартона вниз, удерживаясь все же вблизи него за счет сил электрического поля и не смешиваясь поэтому с очищаемым каучуком. Стекающий с гофра концентрат собирается в нижней части элемента, где, за счет нарастающей в нем концентрации дисперсных частиц, происходит их коагуляция с образованием пастообразного осадка, обладающего все же достаточной для удаления текучестью.

Таким образом, в элементе устанавливается определенный электрогидродинамический режим, при котором происходит постоянная регенерация осадительного гофра.

Технологически установка для очистки низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука (СКТН) включает два блока: блок электростатического разделения (БЭР) и блок питания и управления (БПУ).

БЭР является основной частью установки и предназначен для очистки каучука по изложенному принципу разработанного устройства. Заданная производительность установки (10 т/г очищенного каучука) определила необходимость компоновки БЭР из 6-ти однотипных, параллельно включенных элементов со съемными торцевыми крышками (фланцами), снабженными вентилями. На фланцах имеются элементы ввода кабеля высокого напряжения и кабеля измерительно-блокировочного устройства. Для более качественного периодического освобождения осадительной структуры установки от удержанных загрязнений предусмотрена возможность наклона БЭР на угол 45^o относительно вертикальной оси.

БПУ обеспечивает питание установки высоким выпрямленным напряжением (до 30 кВ), экспресс-контроль степени очистки каучука СКТН, а также необходимую блокировку высоковольтных цепей установки в аварийных ситуациях.

На фиг. 2 приведена схема установки для очистки каучука СКТН. Каучук из емкости 1 с помощью шестеренчатого насоса 2 накачивают в сборник 3. Открыв кран 7 заполняют каучуком активную зону БЭР 4, а затем закрывают кран 7. Включают источник высокого напряжения БПУ 5 и устанавливают величину напряжения на электродах (20-25) кВ. Выдерживают каучук в активной зоне БЭР в течение 1 ч. Затем открывают кран 8 для слива очищенного каучука в сборник 6. Первые порции очищенного каучука отбрасывают и соединяют с исходным. Контроль степени чистоты очищенного продукты ведут с помощью стрелочного прибора БПУ. По мере выхода из аппарата очищенного каучука периодически пополняют сборник 3 исходным каучуком. С помощью крана 9 сливают концентрат примесей в сборник для слива.

В таблице приведены результаты очистки ряда партий каучука СКТН марки Б, полученного с Казанского завода синтетического каучука. Коэффициент светопропускания каучука до и после очистки определяли спектрофотомере СФ-26 при длине волны 546 мм при толщине слоя в кювете 10 мм по отношению к кювете сравнения с дистиллированной водой. Содержание примесей натрия и калия в каучуке определяли методом атомно-эмиссионного анализа при 100-кратном обогащении.

Как видно из приведенных в таблице данных, способ очистки каучука СКТН марки Б с использованием устройства для непрерывной очистки позволяет повысить коэффициент светопропускания с 17,5-51% до 99-100% и снизить содержание ионных примесей натрия и калия с 10^-2-10^-3% до (1-8)10^-5% Выход годного очищенного каучука составляет 95-98%

Установка для очистки каучука компактна (размер 1,5 х 1,5 х 4,0)м, проста в эксплуатации, позволяет проводить очистку в непрерывном режиме и обеспечивает высокую производительность процесса очистки (10 т/г и более очищенного каучука). Кроме того, увеличить производительность установки можно, увеличив количество элементов в БЭР до 20 шт. Процесс очистки на установке является экологически чистым, отходы при очистке, представляющие собой каучук с повышенным содержанием диоксида кремния можно использовать в качестве основы заливочных компаундов типа КТЗ (ЫУО.037.016.ТУ).