Перекрестные ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет и любые другие преимущества на основании предварительной заявки США под номером 61/607448, поданной 6 марта 2012 г., с названием "PROCESSES FOR THE REMOVAL OF RUBBER FROM NON-HEVEA PLANTS" (СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ КАУЧУКА ИЗ РАСТЕНИЙ, НЕ ЯВЛЯЮЩИХСЯ ГЕВЕЕЙ), полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки; предварительной заявки США под номером 61/607460, поданной 6 марта 2012 г., с названием "PROCESSES FOR THE PURIFICATION OF GUAYULE-CONTAINING SOLUTIONS" (СПОСОБЫ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ ГВАЮЛУ) полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки, предварительной заявки США под номером 61/607469, поданной 6 марта 2012 г., с названием "PROCESSES FOR THE REMOVAL OF BAGASSE FROM A GUAYULE-RUBBER CONTAINING SOLUTION" (СПОСОБЫ УДАЛЕНИЯ БАГАССЫ ИЗ РАСТВОРА, СОДЕРЖАЩЕГО КАУЧУК ГВАЮЛЫ), полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки; предварительной заявки США под номером 61/607475, поданной 6 марта 2012 г., с названием "PROCESSES FOR RECOVERING RUBBER FROM NON-HEVEA PLANTS USING BRIQUETTES" (СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ КАУЧУКА ИЗ РАСТЕНИЙ, ОТЛИЧНЫХ ОТ ГЕВЕИ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БРИКЕТОВ) полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки; предварительной заявки США под номером 61/607483, поданной 6 марта 2012 г., с названием "AGED BRIQUETTES CONTAINING PLANT MATTER FROM NON-HEVEA PLANTS AND PROCESSES RELATING THERETO" (ВЫДЕРЖАННЫЕ БРИКЕТЫ, СОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛ ИЗ РАСТЕНИЙ, ОТЛИЧНЫХ ОТ ГЕВЕИ, И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ СПОСОБЫ) полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки; Предварительной заявки США под номером 61/660991, поданной 18 июня 2012 г., с названием "AGED BRIQUETTES CONTAINING PLANT MATTER FROM NON-HEVEA PLANTS AND PROCESSES RELATING THERETO" (ВЫДЕРЖАННЫЕ БРИКЕТЫ, СОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛ ИЗ РАСТЕНИЙ, ОТЛИЧНЫХ ОТ ГЕВЕИ, И СВЯЗАННЫЕ С НИМИМ СПОСОБЫ), полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки; предварительной заявки США под номером 61/661064, поданной 18 июня 2012 г. с названием "PROCESSES FOR THE REMOVAL OF RUBBER FROM NON-HEVEA PLANTS" (СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ КАУЧУКА ИЗ РАСТЕНИЙ, ОТЛИЧНЫХ ОТ ГЕВЕИ), полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки; предварительной заявки США под номером 61/661052, с названием "PROCESSES FOR THE REMOVAL OF RUBBER FROM NON-HEVEA PLANTS" (СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ КАУЧУКА ИЗ РАСТЕНИЙ, ОТЛИЧНЫХ ОТ ГЕВЕИ), полный текст которой включен в настоящее описание посредством ссылки.
Уровень техники
Растение или дерево гевея (Hevea) (также называемое Hevea brasiliensis - гевея бразильская или резиновое дерево) является хорошо известным источником природного каучука (называемого также полиизопреном). Источники каучука, такие как Hevea brasiliensis, Ficus elastic (индийское резиновое дерево) и Cryptostegia grandiflora (мадагаскарское резиновое дерево) дают природный каучук в форме сока, содержащего каучук, суспендированный в водном растворе, который свободно вытекает и может быть получен путем нанесения насечек на растение. Также известно, что природный каучук содержится в различных растениях, не являющихся гевеями, но в них каучук располагается в отдельных клетках растения (например, в стеблях, корнях или листьях) и не может быть выделен путем сливания, каучук из этих растений может быть получен только путем разрушения клеточных стенок физическими или другими средствами. Соответственно, процессы выделения каучука из растений, не являющихся гевеей, обычно более сложны и имеют больше ограничений, чем способы добычи каучука из деревьев Hevea. Дополнительно из-за относительного низкого содержания каучука в растениях, не являющихся гевеей, сбор и транспортировка собранных растений на предприятия, где может быть выделен содержащийся в клетках растения природный каучук, могут быть связаны со значительными затратами.
Раскрытие изобретения
Настоящим предложены основанные на использовании органического растворителя способы выделения каучука из выдержанных брикетов, выполненных из прессованного растительного материала из растений, не являющихся гевеей. Также предложены выдержанные брикеты, выполненные из прессованного растительного материала растений, не являющихся гевеей, причем указанные брикеты выдержаны в течение по меньшей мере 90 дней после получения, и молекулярная масса каучука в брикете составляет по меньшей мере 1200000.
В первом варианте реализации предложены основанные на использовании органических растворителей способы выделения каучука из выдержанных содержащих каучук брикетов, выполненных из измельченного растительного материала растения, не являющегося гевеей. Способы включают использование выдержанных брикетов, содержащих растительный материал, который включает багассу, каучук, смолу и меньше 5% по массе листьев растения, не являющегося гевеей, причем указанные брикеты выдержаны в течение приблизительно 21-200 дней после получения. В соответствии с этими способами брикеты смешивают с (i) по меньшей мере одним неполярным органическим растворителем и (ii) по меньшей мере одним полярным органическим растворителем с получением суспензии, причем (i) и (ii) присутствуют в суспензии в количествах, по меньшей мере достаточных для солюбилизации смолы и каучука из растительного материала. Общее количество объединенных (i) и (ii) составляет 50-90% от массы суспензии, брикеты составляют 10-50% от массы суспензии, и суспензия содержит 0,5-10 масс. % воды. Затем большую часть багассы удаляют из суспензии с получением мисцеллы. Дополнительный полярный органический растворитель, неполярный органический растворитель или их комбинация (любой из которых может быть таким же, что и по меньшей мере один полярный органический растворитель и по меньшей мере один неполярный органический растворитель, использованный для получения суспензии, или отличаться от них) могут быть добавлены к мисцелле с получением мисцеллы пониженной вязкости. Количество дополнительного полярного органического растворителя, которое добавляют к мисцелле, меньше количества, которое вызывает коагуляцию каучука, содержащегося в мисцелле пониженной вязкости. Затем 80-95 масс. % багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в мисцелле пониженной вязкости или мисцелле) удаляют из мисцеллы пониженной вязкости, или из мисцеллы, или из очищенной мисцеллы. Большая часть удаляемой (из мисцеллы пониженной вязкости или из мисцеллы) багассы характеризуется размером частиц меньше 105 микрон. В оптимальном случае очищенную мицеллу обрабатывают для дополнительного удаления багассы с получением осветленного раствора каучука, который содержит 0,01-1% по массе багассы (в расчете на общее количество багассы, содержащейся в суспензии), 90-99% дополнительно удаленной багассы (из мисцеллы пониженной вязкости) характеризуется размером частиц меньше 45 микрон. Относительное количество полярного органического растворителя по сравнению с неполярным органическим растворителем в осветленном растворе каучука повышается, что вызывает коагуляцию каучука, содержащегося в осветленном растворе каучука. Из коагулированного каучука получают очищенный твердый каучук. Очищенный твердый каучук имеет такую степень чистоты, что если он содержит 0,.8 масс. % Летучего вещества, он также содержит 0,05-0,5 масс. % загрязнений, 0,2-1,5 масс. % золы и 0,1-4 масс. % смолы. Многие процедуры этого процесса осуществляют при температуре или температурах 10-80°C (т.е. различные процедуры этого процесса могут осуществляться при одной температуре или при разных температурах) и давлении от 35 до 1000 кПа.
Второй вариант реализации (который может использоваться в способах первого варианта реализации или, в качестве альтернативы, в других способах выделения каучука) обеспечивает выдержанные брикеты, выполненные из растительного материала из растения, не являющегося гевеей, причем брикет выдержан в течение 18-24 дней после получения, и молекулярная масса каучука в брикете составляет 1 000 000-1 500 000. (Как более подробно обсуждается ниже, предполагается, что молекулярная масса каучука в брикете измеряется после выделения каучука из брикета, с использованием твердой формы каучука методом гель-проникающей хроматографии (GPC)). Выдержанный брикет содержит: 78-95 масс. % прессованного измельченного растительного материала (в расчете на общую массу брикета) из растения, не являющегося гивеей (растительный материал содержит багассу, каучук и смолу), 2-20 масс. % воды (в расчете на общую массу брикета), 0,2-2 масс. % антиоксидантов (в расчете на общую массу каучука, содержащегося в багассе) и 0,1-5 масс. % связующего.
Осуществление изобретения
Предложены способы улучшенного выделения каучука из растений, не являющихся гивеями (Hevea), с использованием растительного материала в прессованной форме или в форме брикетов. Также предложены основанные на использовании органических растворителей способы выделения каучука из брикетов и выдержанные формы брикетов из прессованного растительного материала. Для облегчения описания, содержащего определенные разделы, способы и выдержанные брикеты описаны как варианты реализации; использование этой терминологии предназначено исключительно для облегчения описания и не должно интерпретироваться как ограничивающее.
Определения
Приведенная ниже терминология служит исключительно для вариантов реализации, ее не следует воспринимать как ограничивающую изобретение в целом.
Предполагается, что в настоящем тексте термин "растение, не являющееся гевеей" охватывает растения, которые содержат природный каучук в отдельных клетках растения.
В настоящем тексте термин "багасса" используется для обозначения части молотого или измельченного растительного материала из растения, не являющегося гевеей, которая является нерастворимой и соответственно в органических растворителях образует скорее суспензию, чем раствор. В настоящем тексте багасса включает загрязнения и золу, если не указано иначе.
В настоящем тексте термин "растительный материал" обозначает материал, полученный из растения, не являющегося гивеей. Если не указано иначе, растительный материал включает корни, стебли, кору, древесину, сердцевину и листья.
В настоящем тексте термин "древесина" (древесный материал) обозначает проводящую ткань и материал меристемы, полученные из растения, не являющегося гивеей. Если не указано иначе, древесный материал не включает кору.
В настоящем тексте термин "сердцевина" обозначает самую внутреннюю область древесного материала растения, не являющегося гевеей.
В настоящем тексте термин "кора" относится к плотному внешнему покрытию на стволах и корнях некоторых (в частности, древовидных или кустарниковых) растений, не являющихся гевеей, и включает все ткани снаружи от проводящего камбия. Не все растения, не являющиеся гевеей, имеют кору.
В настоящем тексте термин "смола" обозначает природные, отличные от каучука, химические вещества, содержащиеся в растительном материале, полученном из растения, не являющегося гевеей (Hevea), включая смолы (такие как терпены), жирные кислоты, белки и неорганические материалы, но не ограничиваясь ими.
В настоящем тексте термин "загрязнение" (применительно к очищенному твердому каучуку, получаемому описанными здесь способами) обозначает нерастительный материал, который может сопутствовать растениям, не являющимся гевеей, такой как земля, песок, глина и мелкие камни. Содержание загрязнений в очищенном твердом каучуке может быть определено путем полного повторного растворения твердого каучука и пропускания раствора через сито на 45 микрон. Сито затем промывают дополнительным количеством растворителя и сушат. Масса материала, задержанного на сите, представляет содержание "загрязнений" в очищенном твердом каучуке.
В настоящем тексте термин "зола" (используемый применительно к очищенному твердому каучуку, получаемому описанными здесь способами) обозначает неорганический материал (т.е. не содержащий углерода), который остается после сжигания каучука при 550°C±25°C.
В настоящем тексте термин "большая часть" обозначает больше 50%, но меньше 100%. В некоторых вариантах реализации этот термин обозначает 51-60%, а в других вариантах реализации 60-95%.
В настоящем тексте словосочетание "летучее вещество" относится к отличному от каучука веществу, которое может содержаться в образце очищенного твердого каучука, но которое улетучивается при 100 +/- 5°C (или при 160 +/- 5°C, если есть подозрение, что образец каучука содержит летучие углеводородные масла). Стандартным тестом для определения летучих веществ, содержащихся в образце каучука, является ASTM D1278-91 (1997).
Подробности
В первом варианте реализации предложены основанные на использовании органических растворителей способы выделения каучука из выдержанных содержащих каучук брикетов, выполненных из измельченного растительного материала растения, не являющегося гевеей. Способы включают использование выдержанных брикетов, содержащих измельченный растительный материал, который содержит багассу, смолу и менее 5 масс. % листьев растения, не являющегося гевеей, причем брикеты выдержаны в течение приблизительно 21-200 дней после получения. В соответствии с этими способами брикеты смешивают с (i) по меньшей мере одним неполярным органическим растворителем и (ii) по меньшей мере одним полярным органическим растворителем с получением суспензии, причем (i) и (ii) присутствуют в суспензии в количествах, по меньшей мере достаточных для солюбилизации смолы и каучука из растительного материала. Общее количество объединенных (i) и (ii) составляет 50-90% от массы суспензии, брикеты составляют 10-50% от массы суспензии, и суспензия содержит 0,5-10 масс. % воды. Затем большую часть багассы удаляют из суспензии с получением мисцеллы. Дополнительный полярный органический растворитель, неполярный органический растворитель или их комбинация (любой из которых может быть таким же, как по меньшей мере один полярный органический растворитель и по меньшей мере один неполярный органический растворитель, использованные для получения суспензии, или отличаться от них) могут быть добавлены к мисцелле с получением мисцеллы пониженной вязкости. Количество любого дополнительного полярного органического растворителя меньше количества, которое вызывает коагуляцию каучука, содержащегося в мисцелле пониженной вязкости. Затем 80-95 масс. % багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в мисцелле пониженной вязкости или мисцелле) удаляют из мисцеллы пониженной вязкости, или из мисцеллы, или из очищенной мисцеллы. (Следует понимать, что мисцелла пониженной вязкости и мицелла упоминаются в форме альтернативы в предыдущем и следующем предложениях для полноты, но в случае, если вязкость мисцеллы снижается, последующую стадию удаления выполняют с использованием мисцеллы пониженной вязкости, а если вязкость мисцеллы не снижается, то последующую стадию удаления выполняют с использованием мисцеллы). Большая часть багассы, которую удаляют (из мисцеллы пониженной вязкости или из мисцеллы), характеризуется размером частиц меньше 105 микрон. Очищенную мицеллу обрабатывают для дополнительного удаления багассы, получая в результате осветленный раствор каучука, который содержит 0,01-1% по массе багассы (в расчете на общее количество багассы, содержащейся в суспензии); 90-99% дополнительно удаленной багассы (из мисцеллы пониженной вязкости) характеризуется размером частиц больше 45 микрон. Относительное количество полярного органического растворителя к неполярному органическому растворителю в осветленном растворе каучука повышается, что вызывает коагуляцию каучука, содержащегося в осветленном растворе каучука. Из коагулированного каучука получают очищенный твердый каучук. Этот очищенный твердый каучук имеет такую степень чистоты, что если он содержит 0,8 масс. % летучего вещества, он также содержит 0,05-0,5 масс. % загрязнений, 0,2-1,5 масс. % золы и 0,1-4 масс. % смолы. Многие процедуры этого процесса осуществляют при температуре или температурах 10-80°C (т.е. различные процедуры этого процесса могут осуществляться при одной температуре или при разных температурах) и давлении от 35 до 1000 кПа.
Второй вариант реализации (который может использоваться в способах согласно первому варианту реализации) обеспечивает выдержанные брикеты, выполненные из растительного материала растения, не являющегося гевеей, причем брикет выдержан в течение 18-24 дней после получения, а молекулярная масса каучука в брикете составляет 1000000-1500000. (Как более подробно обсуждается ниже, предполагается, что молекулярная масса каучука в брикете измеряется после выделения каучука из брикета, с использованием твердой формы каучука методом гель-проникающей хроматографии (GPC)). Выдержанный брикет содержит: 78-95 масс. % прессованного измельченного растительного материала (в расчете на общую массу брикета) из растения, не являющегося гивеей (растительный материал содержит багассу, каучук и смолу), 2-20 масс. % воды (в расчете на общую массу брикета), 0,2-2 масс. % антиоксидантов (в расчете на общую массу каучука, содержащегося в багассе) и 0,1-5 масс. % связующего.
Хранение брикетов
Следует понимать, что приведенное ниже обсуждение хранения брикетов относится не только ко второму раскрытому здесь варианту реализации (в терминах хранения брикетов после получения), но также к первому раскрытому здесь варианту реализации (применительно к получению и брикетам для использования в способах первого варианта реализации или применительно к хранению любых брикетов, которые в итоге будут использоваться в способах согласно первому варианту реализации, перед их использованием в таких способах). В некоторых вариантах реализации, раскрытых здесь, может быть полезно хранить брикеты в контролируемых условиях, при поддержании температуры брикетов на уровне ниже 70°C, предпочтительно ниже 50°C. В некоторых вариантах реализации, температура брикетов может поддерживаться на уровне 20-75°C, 20-50°C или 20-25°C. Обычно температуру брикетов поддерживают путем регуляции температуры воздуха, окружающего брикеты.
В некоторых вариантах реализации может быть полезно хранить брикеты в контролируемых условиях с поддержанием относительной влажности воздуха, окружающего брикеты, на уровне 50 [%] жидкости или больше. В некоторых вариантах реализации относительная влажность воздуха может поддерживаться на уровне 40-60%. В целом, повышенные влажность или содержание жидкости могут способствовать поддержанию молекулярной массы каучука, содержащегося в брикетах. Можно использовать другие способы хранения брикетов в условиях повышенной влажности, такие как периодическое орошение или опрыскивание брикетов водой. В некоторых вариантах реализации орошение или опрыскивание осуществляют еженедельно или каждые две недели, и используют количество воды, достаточное для поддержания среднего содержания воды в брикетах на уровне 10% по массе или выше (например, 10-20% по массе), предпочтительно 15% по массе или выше (например, 15-20% по массе). В некоторых вариантах реализации может быть полезно хранить брикеты в атмосфере инертного газа (например, азота), чтобы избежать окисления каучука. В некоторых вариантах реализации брикеты хранят в контролируемых условиях с поддержанием и температуры и относительной влажности воздуха, окружающего брикеты, как обсуждается выше. В других вариантах реализации брикеты хранят в контролируемых условиях с поддержанием температуры и атмосферы (т.е. инертного газа) воздуха, окружающего брикеты, как обсуждается выше. В других вариантах реализации брикеты хранят в контролируемых условиях с поддержанием и атмосферы (т.е. инертного газа), и относительной влажности воздуха, окружающего брикеты, как обсуждается выше. В других вариантах реализации брикеты хранят в контролируемой среде с поддержанием температуры, состава атмосферы и влажности, как описано выше.
В некоторых вариантах реализации согласно первым описанным здесь вариантам реализации брикеты выдержаны в течение 18-24 дней после получения и до получения суспензии с использованием брикетов. Как обсуждалось выше, во втором раскрытом здесь варианте реализации брикеты выдерживают в течение 18-24 дней после получения, что приводит к повышению содержания извлекаемого каучука в брикетах. В некоторых других вариантах реализации первого и второго раскрытых здесь вариантов реализации брикеты выдерживают в течение других периодов времени, таких как 30 дней или меньше, 60 дней или меньше или 90 дней или меньше; в некоторых таких вариантах реализации период выдержки составляет 10-30 дней, 10-60 дней, 10-90 дней или 18-30 дней, 18-60 дней или 18-90 дней.
В некоторых вариантах реализации плотность брикетов на 150-325% выше плотности непрессованного измельченного растительного материала. Относительно более высокие значения плотности брикетов могут обеспечивать снижение затрат на транспортировку и хранение, поскольку они позволяют транспортировать или хранить относительно большее количество брикетов (и, соответственно, большее количество каучука) в том же объеме контейнера для транспортировки или хранения. В дальнейших вариантах реализации согласно первому и второму описанным здесь вариантам реализации плотность брикетов на 40-100% выше плотности непрессованного измельченного растительного материала. Брикеты с такой плотностью могут обеспечивать преимущества, заключающиеся в упрощенном процессе производства и более легких измельчении и растворении в органическом растворителе. В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму описанным здесь вариантам реализации плотность брикетов составляет от 3 до 8,5 фунтов/галлон (от 0,4 до 1 кг/литр). Эта плотность представляет собой истинную плотность брикетов (исключая объем пор), а не объемную плотность. Существуют различные методы (например, оптические, основанные на расширении газа и впитывании жидкости) определения истинной плотности пористого твердого вещества, и они известны специалистам, но все эти методы обычно связаны с измерением объема пор, присутствующих в пористом твердом веществе, для исключения этого объема из объема, используемого для расчета истинной плотности.
Растительный материал для брикетов
Как отмечалось ранее, брикеты, используемые в первом и втором вариантах реализации, описанных здесь, содержат измельченный растительный материал из растений, не являющихся гевеей, подвергнутый прессованию. Примеры растений, не являющихся гевеей, пригодных для получения растительного материала для брикетов, включают, но не ограничиваются следующим: Parthenium argentatum (кустар гуаюла), Taraxacum Kok-Saghyz (кок-сагыз, «русский одуванчик»), Euphorbia lathyris (молочай чиновидный или масличный), Parthenium incanum (мариола), Chrysothamnus nauseosus (хризотамнус), Pedilanthus macrocarpus (педилантус крупноплодный), Asclepias syriaca, speciosa, subulata и др. (молочаи), Solidago altissima, graminifolia rigida и др. (золотарники), Cacalia atripilicifolia (какалия), Pycnanthemum incanum (горная мята), Teucreum canadense (дубровник канадский) и Campanula Americana (колокольчик американский). Известны и другие растения, которые производят каучук и аналогичные каучуку углеводороды, в частности, среди семейства сложноцветных (Compositae), молочайных (Euphorbiaceae), Campanulaceae (колокольчиковых), губоцветных (Labiatae) и тутовых (Moracea). При использовании брикетов в первом и втором описанных здесь вариантах реализации предполагается, что для получения растительного материала может использоваться один тип растения или смесь из более, чем одного типов растений.
В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации, материал растения, не являющегося гевеей, получен из по меньшей мере одного из следующих растений: Parthenium argentatum (кустарник гуаюла), Taraxacum Kok-Saghyz (кок-сагыз), Euphorbia lathyris (молочай чиновидный), Parthenium incanum (мариола), Chrysothamnus nauseosus (хризотамнус), Pedilanthus macrocarpus (педилантус крупноплодный), Asclepias syriaca, speciosa, subulata и др. (молочаи), Solidago altissima, graminifolia rigida и др.(золотарники), Cacalia atripilicifolia (какалия), Pycnanthemum incanum (горная мята), Teucreum canadense (дубравник канадский) и Campanula Americana (колокольчик американский). В некоторых вариантах согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации, измельченный растительный материал, прессуемый в брикеты, получен из кустарника гуаюлы (Parthenium argentatum).
Подготовка растительного материала
В некоторых вариантах реализации второго и первого вариантов реализации описанных здесь способов брикеты изготавливают из растительного материала, который был измельчен или измельчен на куски со средним размером 1'' или меньше. Обычно измельчение или рубка растительного материала до размера 1,5'' или меньше или 1'' или меньше может осуществляться в одну или более стадий. Например, используемое растение, не являющееся гевеей, может быть грубо порублено в месте сбора на куски со средней длиной меньше 2''. Грубая рубка может осуществляться до или после необязательного удаления листьев и почвы (например, путем встряхивания растения или интенсивного обдува воздухом), но в предпочтительном варианте - после удаления большей части листьев и почвы с собранного растительного материала. Измельчение или рубка на кусочки среднего размера 1,5'' или меньше или 1'' или меньше могут быть осуществлены с использованием различных физических средств. Один пример пути получения рубленого растительного материала со средним размером 1,5'' или меньше или 1'' или меньше заключается в обработке необработанного растительного материала (или, в качестве альтернативы, грубо порубленного растительного материала) в измельчителе, дробилке, молотковой мельнице (крушилке) или валковой дробилке. Дробилка - это хорошо известное устройство, предназначенное для рубки или измельчения материала с получением различных размеров. Большинство дробилок содержат несколько ножей (часто - стальных ножей) и одно или большее число сит (иногда сменных) с различным диаметром отверстий для регулирования размера конечного продукта. Существуют дробилки различных размеров, которые могут использоваться для рубки растительного материала, например, дробилки с отверстиями 3/8'', ¼'' и 1/8''. Молотковая мельница может быть в целом описана как стальной барабан, снабженный вертикальным или горизонтальным вращающимся валом или барабаном, на котором установлены молотки; эти молотки «крушат» материал, пропускаемый через дробилку. Существуют и могут использоваться для рубки растительного материала молотковые мельницы на различные размеры, такие как дробилки с отверстиями 3/8'', ¼'' и 1/8''. Валковая мельница/дробилка может быть в целом описана как устройство с двумя или более валками, каждый из которых имеет продольные бороздки, которые способствуют дополнительному уменьшению размера материала, подаваемого в дробилку. Существуют и могут использоваться для рубки растительного материала валковые дробилки на различные размеры, такие как дробилки с отверстиями 3/8'', ¼'' и 1/8''. В некоторых вариантах реализации в соответствии с первым и вторым вариантами реализации описанных здесь способов, растительный материал обрабатывают на по меньшей мере одном из дробилки, измельчителя, молотковой дробилки, валковой дробилки и плющильной машины для производства измельченного растительного материала, имеющего средний размер 1'' или меньше. В других вариантах реализации в соответствии с первым и вторым вариантами реализации описанных здесь способов, растительный материал обрабатывают на по меньшей мере двух из дробилки, измельчителя, молотковой дробилки, валковой дробилки и плющильной машины для производства измельченного растительного материала, имеющего средний размер 1'' или меньше.
В некоторых вариантах реализации в соответствии с первым и вторым вариантами реализации описанных здесь способов растительный материал, используемый в суспензии, не только предварительно рубят или измельчают (например, путем обработки в измельчителе, валковой мельнице, молотковой мельнице и/или дробилке), но также обрабатывают в плющильной машине и/или подвергают другой механической обработке, обеспечивающей разрушение клеточных стенок клеток, которые содержат природный каучук, после брикетирования, но до смешивания для получения суспензии. Плющильная машина в целом может быть описана как устройство с двумя или большим числом роликов, каждый из которых имеет гладкую поверхность, обычно работающих на разных скоростях, с определенным и регулируемым зазором между роликами, которые в основном способствуют дальнейшему разрушению стенок растительных клеток. Такие типы механической обработки способствуют повышению количества природного каучука, который в итоге может быть выделен из растительного материала. В некоторых предпочтительных вариантах реализации первого и второго вариантов реализации раскрытых здесь способов использования растительного материала из кустарника гуаюлы рубленый растительный материал обрабатывают как в валковой мельнице, так и в плищильной машине. В других вариантах реализации первого и второго описанных здесь вариантов реализации для брикетов используют измельченный растительный материал из кустарника гуаюлы, и после брикетирования измельченный растительный материал обрабатывают с использованием по меньшей мере одного из валковой мельницы, измельчителя, дробилки и молотковой мельницы (в процессе, но перед получением суспензии). В тех вариантах реализации, где измельченный растительный материал обрабатывают с использованием по меньшей мере одного из валковой мельницы или молотковой мельницы, измельчителя, дробилки и плющильной машины, измельченный растительный материал предпочтительно обрабатывать по меньшей мере одним антиоксидантом перед прессованием в брикеты (количество антиоксиданта соответствует предшествующему обсуждению антиоксидантов).
В некоторых вариантах реализации в соответствии с первым и вторым вариантами реализации описанных здесь способов может быть полезно обработать измельченный растительный материал со средним размером 1,5'' или меньше или 1'' или меньше (такой как получается после обработки в дробилке) для удаления материала недостаточного размера перед брикетированием. Количество образующегося материала недостаточного размера зависит от различных факторов, включая способ рубки или измельчения растительного материала и скорость, на которой осуществляется измельчение или перемолка. Один из возможных способов удаления материала недостаточного размера заключается в пропускании измельченного растительного материала через сетчатое сито, которое затем трясут, благодаря чему материал недостаточного размера просеиваются через сетку. Могут использоваться различные типы сетчатых сит, в зависимости от размера материала, определяемого как «недостаточный». В некоторых вариантах реализации используются сита калибра 30 меш, 25 меш, 20 меш, 18 меш или 16 меш. Калибр сетки сита соответствует числу отверстий на квадратный дюйм. Соответственно, у сита 20 меш будет 20 отверстий на один квадратный дюйм. Размеры отверстий в приведенных сетчатых ситах имеют следующие значения: 30 меш (размер отверстия 0,0232'' или 595 микрон); 25 меш (размер отверстия 0,0280''" или 707 микрон); 20 меш (размер отверстия 0,0331'' или 841 микрон); 18 меш (размер отверстия 0,0394'' или 1000 микрон); и 16 меш (размер отверстия 0,0469'' или 1190 микрон). Другой вариант пути удаления материала недостаточного размера заключается в использовании воздушного сепаратора, который сдувает или выдувает частицы недостаточного размера (которые, соответственно, легче). В предпочтительном случае удаляют (например, путем использования калиброванного сита) по меньшей мере 90% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере 95% по массе материала недостаточного размера. В некоторых вариантах реализации растительный материал, формуемый в брикеты, характеризуется размером частиц от 1/16'' до 1,5'', предпочтительно от 1/16'' до 1'', еще более предпочтительно от 1/8'' до ½''; в некоторых таких вариантах реализации растительный материал предварительно подвергают обработке, такой как дробление, с использованием сит с размером отверстий 1/16'' 1/8'', ¼'' или ½'', получая, таким образом, материал с максимальным размером частиц, не превышающим размер отверстий.
В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации, растительный материал, который прессуют в брикеты, не только измельчают, но также подвергают обработке в валковой мельнице/дробилке, плющильной машине, молотковой мельнице и/или другой механической обработке, обеспечивающей разрушение клеточной стенки клеток, содержащих природный каучук. Валковая мельница/дробилка может быть в целом описана как устройство с двумя или более валками, каждый из которых имеет продольные бороздки, которые способствуют дополнительному уменьшению размера материала, подаваемого в дробилку. Плющильная машина в целом может быть описана как устройство с двумя или большим числом роликов, каждый из которых имеет гладкую поверхность, обычно работающих на разных скоростях, с определенным и регулируемым зазором между роликами, которые в основном способствуют дополнительному разрушению стенок растительных клеток. Молотковая мельница может быть в целом описана как стальной барабан, снабженный вертикальным или горизонтальным вращающимся валом или барабаном, на котором установлены молотки; эти молотки «крушат» материал, пропускаемый через дробилку. Такие типы механической обработки способствуют увеличению количества природного каучука, которое в итоге можно извлечь из растительного материала. В некоторых вариантах реализации первого и второго вариантов реализации, раскрытых здесь, для брикетов используют измельченный растительный материал из кустарника гуаюлы, и перед прессованием в брикеты измельченный растительный материал обрабатывают с использованием по меньшей мере одного из валковой мельницы, плющильной машины и молотковой мельницы (в процессе, но перед получением суспензии). В тех вариантах реализации, где измельченный растительный материал обрабатывают с использованием по меньшей мере одного из валковой мельницы, плющильной машины или молотковой мельницы, измельченный растительный материал предпочтительно обрабатывать по меньшей мере одним антиоксидантом перед прессованием в брикеты (количество антиоксиданта соответствует предшествующему обсуждению антиоксидантов).
Брикеты, используемые в первом и втором описанных здесь вариантах реализации, могут содержать некоторое количество воды. В некоторых вариантах реализации в соответствии с первым и вторым вариантами реализации описанных здесь способов брикеты содержат 2-20% по массе воды (в расчете на общую массу брикета). В других вариантах реализации брикеты содержат 5-15% по массе воды. Основным источником воды, содержащейся в брикетах, является остаточная вода из растительного материала. Количество воды, содержащееся в брикетах, можно регулировать, например, путем сушки измельченного растительного материала перед прессованием в брикеты. В некоторых вариантах реализации первого и второго раскрытых здесь вариантов реализации, измельченный растительный материал сушат для снижения содержания влаги на по меньшей мере 2 масс. %, на по меньшей мере 4 масс. % или даже на по меньшей мере 6 масс. % перед прессованием растительного материала в брикеты. Можно использовать различные способы сушки измельченного растительного материала, включая сушку на солнце, сушку активным вентилированием (сухим и/или подогреваемым воздухом), но не ограничиваясь перечисленными способами. В некоторых вариантах реализации, растительный материал может быть высушен перед измельчением. Другой возможный источник воды, которая может содержаться в брикетах - это добавки, добавляемые к растительному материалу после сбора. Как будет более подробно обсуждаться ниже, эти добавки могут включать антиоксиданты и/или связующие, которые могут использоваться в форме водных растворов активных компонентов.
В случае использования в первом и втором раскрытых здесь вариантах реализации брикетов, изготовленных из растительного материала из кустарника гуаюлы, используемый растительный материал может иметь различные формы, как описано ниже. В некоторых вариантах реализации растительный материал содержит рубленые ветки кустарника гуаюлы, включая кору и древесину из куста, но не более 5 масс. %, предпочтительно не более 4 масс. % или не более 3 масс. %, или еще предпочтительнее предпочтительно не более 1 масс. % растительного материала, содержащего листья кустарника гуаюлы. В некоторых предшествующих вариантах реализации кусты гуаюлы, используемые в качестве растительного материала, изначально включают как надземные части куста, так и подземные части (т.е. стволы (с корой, древесиной и сердцевиной) и корни). В других предшествующих вариантах реализации кусты гуаюлы, используемые в качестве растительного материала, изначально включают только надземные части куста (другими словами, корни не входят в растительный материал). Листья куста гуаюлы могут быть удалены различными способами, включая сушку в месте сбора с последующим встряхиванием. Специалист может разработать и использовать другие способы удаления листьев из растительного материала гуаюлы перед использованием растительного материала для изготовления брикетов, поскольку конкретный способ удаления листьев не является существенным ограничением раскрытых здесь способов.
В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму описанным здесь вариантам реализации растительный материал, используемый в брикетах, содержит багассу, каучук и смолу. В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму описанным здесь вариантам реализации растительный материал, используемый в брикетах, включает кору, материал древесины, каучук и смолу. В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму описанным здесь вариантам реализации древесина составляет по меньшей мере 70 масс. %, 80 масс. %, по меньшей мере 85 масс. % или даже по меньшей мере 90 масс. % брикета, а остальное количество брикета составляют кора и листья. Для обеспечения описанного выше состава растительного материала в брикете может быть необходимо удалить или ограничить количество коры и листьев, которые используются в составе растительного материала и прессуются в брикеты. В дальнейших вариантах реализации согласно первому и второму описанным здесь вариантам реализации кора составляет по меньшей мере 50 масс. %, по меньшей мере 60 масс. %, по меньшей мере 70 масс. % или даже по меньшей мере 80 масс. % брикетов, а оставшееся вещество брикетов составляют материал древесины и листья. Вероятно, что для обеспечения описанного выше состава растительного материала в брикетах будет необходимо удалить или ограничить количество древесного материала и листьев, которые используются в составе растительного материала и прессуются в брикеты. В некоторых вариантах реализации первого и второго раскрытых здесь вариантов реализации, брикеты содержат по меньшей мере 80% по массе коры, менее 20% по массе материала древесины и менее 1 масс. % листьев. Вероятно, что для обеспечения описанного выше состава растительного материала в брикетах будет необходимо удалить или ограничить количество материала древесины и листьев, используемых в составе растительного материала и прессуемых в брикеты. В дальнейших вариантах реализации первого и второго раскрытых здесь вариантов реализации, брикеты содержат менее 5 масс. % или меньше древесины, а остальная масса брикетов составляет до 95 масс. % коры и предпочтительно менее 2 масс. % листьев, даже более предпочтительно менее 1 масс. % листьев. Каждая составляющая растительного материала (т.е. кора, древесина и листья), используемая в брикетах, содержит различные количества багассы, каучука, смолы и воды.
Брикетирование
Как обсуждалось выше, в первом и втором описанных здесь вариантах реализации используют прессованный растительный материал в форме брикетов. Подразумевается, что термин «брикет» включает различные формы и очертания, включая шары, кубы, тела с прямоугольными гранями, сферические тела, тела яйцеобразной формы, кирпичи и бруски, но не ограничиваясь перечисленными. Существуют различные методы прессования растительного материала в брикеты. Один из способов изготовления брикетов из растительного материала включает использования брикетной машины серийного производства для изготовления брикетов. Такие брикетные машины производятся различными компаниями и доступны в различных размерах и модификациях. Примером являются брикетные машины, производимые K.R. Komarek, Inc. (Wood Dale, Иллинойс, СШП), включая модели брикетных машин валкового типа №№B100R и BR200QC. В целом, в брикетной машине используется система валкового типа для уплотнения материала с добавлением к сжимаемому материалу связующего или без него. Машина может прилагать давление различной величины, в зависимости от используемой машины, свойств измельченного растительного материала и желаемых свойств брикетов. В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации брикеты из растительного материала из кустарника гуаюлы изготавливают с использованием брикетных машин. В некоторых из описанных выше вариантов реализации к измельченному растительному материалу перед прессованием в брикеты добавляют связующее. Специалист может придумать и использовать другие способы изготовления брикетов из измельченного растительного материала из растений, не являющихся гевеей, в рамках объема раскрытых здесь способов.
В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации брикеты изготавливают из измельченного растительного материала, обработанного одним или большим числом связующих перед сжатием в брикеты. Могут использоваться различные типы связующих, включая, но не ограничиваясь, следующие: связующие на основе органических веществ (такие как продукты, полученные из дерева, глина, крахмалы и зола), связующие на химической основе (такие как сульфонаты, натриевый бентонит и жидкости, такие как вода. Количество связующего, используемого в измельченном растительном материале, может быть различным в зависимости от типа изготавливаемого брикета. В некоторых вариантах реализации количество связующего, используемого в брикете, составляет 0,1-5 масс. % (в расчете на общую массу брикета).
В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации брикеты выполнены из измельченного растительного материала, который был обработан одним или большим числом антиоксидантов перед прессованием в брикеты. Соединения, подходящие для использования в качестве одного или большего числа антиоксидантов в некоторых вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации, хорошо известны специалисту и включают 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (также известный как 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол); N-(1,3-диметлбутил-)-N'-фенил-1,4-бензолдиамин; октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионат (продаваемый под маркой Irganox® 1076); 4,6-бис-(октилтиометил)-о-крезол (продаваемый под маркой Irganox® 1520), содержащие одну гидроксигруппу экранированные фенолы, такие как 6-трет-бутил-2,4-ксиленол, стиролсодержащие фенолы, бутилированные октилфенолы; бисфеноло, например, 4,4'-бутил-инденбис(6-трет-бутил-м-крезол), полибутилированный бисфенол А, экранированные гидрохиноны, такие как 2,4-ди-трет-амилгидрохинон; полифенолы, такие как бутилированный пара-крезол-дициклопентандиеновый сополимер; фенольные сульфиды, такие как 4,4'-тиобис(6-трет-бутил-3-метилфенол), алкилированные и арилированные бисфенолфосфиты, такие как трис(нонилфенил)фосфит, триазинтрионы, такие как алкилгидроксициннамат триэфир трис(2-гидроксиэтил)-триазинтрион, трис(алкилгидроксибензил)-триазинтрион; пентаэритриоловые эфиры, такие как тетракис(метилен-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксигидроциннамат)-метан; замещенные дифениламины, такие как октилированные дифениламины, п-(п-толуолсульфонамидо)-дифениламин, нонилированный дифениламин, продукты реакции диизобутилендифениламина дигидрохинолины, такие как 6-додецил-1,2-дигидро-2,2,4-триметилхинолин; полимеры дигидрохинолина, такие как полимер 1,2-дигидро-2,2,4-триметилхинолина; меркаптобензимидазолы, такие как 2-меркаптобензимидазол; дитиокарбаматы металлов, такие как дибутилдитиокарбамат никеля, диизобутилдитиокарбамат никеля, диметилдитиокарбамат никеля; продукты реакции кетон/альдегид, такие как продукты конденсации анилина-бутилальдегида, продукты реакции диариламин-кетон-альдегид, и замещенные п-фенилендиамины, такие как ди-b-нафтил-п-фенилепефенилендиамин и N-фенил-N'-циклогексил-п-фенилендиамин, но не ограничены перечисленными. Общее количество антиоксиданта, используемого в тех вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации, в которых используется по меньшей мере один антиоксидант, может лежать в диапазоне от 0,2% до 2% от массы очищенного твердого каучука, полученного в итоге осуществления настоящего способа твердого каучука (в расчете на массу очищенного твердого каучука, содержащего 0,8 масс. % летучих веществ).
В некоторых вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации брикеты могут храниться в течение по меньшей мере 90 дней после прессования с сохранением молекулярной массы каучука, содержащегося в брикетах, на уровне по меньшей мере 800000, предпочтительно по меньшей мере 1000000. В некоторых предпочтительных вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации брикеты изготовлены из измельченного растительного материала из кустарника гуаюлы, и брикеты могут храниться в течение по меньшей мере 90 дней с сохранением молекулярной массы каучука, содержащегося в брикетах, на уровне по меньшей мере 800000, предпочтительно по меньшей мере 1000000. В других вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации, брикеты могут храниться в течение по меньшей мере 7 месяцев (210 дней) с сохранением молекулярной массы каучука, содержащегося в брикетах, на уровне по меньшей мере 800000, предпочтительно по меньшей мере 1000000. В некоторых предпочтительных вариантах реализации согласно первому и второму раскрытым здесь вариантам реализации, брикеты изготовлены из измельченного растительного материала из кустарника гуаюлы, и брикеты могут храниться в течение по меньшей мере 7 месяцев (210 дней) с сохранением молекулярной массы каучука, содержащегося в брикетах, по на уровне меньшей мере 800000, предпочтительно по меньшей мере 1000000.
Выделение каучука из брикетированного растительного материала
Приведенное далее обсуждение способов выделения каучука из брикетов следует понимать как применимое в целом как для первого, так и для второго вариантов реализации раскрытых здесь способов, где суспензию получают из брикетированного материала растения, не являющегося гевеей. (Важно, что, как обсуждается ниже, выдержанные брикеты согласно второму варианту реализации можно использовать в основанных на использовании органических растворителей способах, таких как предложенные в первом варианте реализации, в других способах, основанных на использовании органических растворителей, или в других способах выделения каучука, таких как способы выделения, основанные на использовании воды) Как обсуждалось выше, в некоторых предпочтительных вариантах реализации растительный материал из растения, не являющегося гевеей, представляет собой материал из кустарника гуаюлы. Следует понимать, что все описания растительного материала (или брикетов) в этом разделе включают использование растительного материала из гуаюлы (т.е. из кустарника гуаюлы), даже когда в конкретном объяснении не указано явно, что подразумевается растительный материал гуаюлы.
Удаление багассы из суспензии
В соответствии с описанными здесь способами первоначально из суспензии удаляют большую часть багассы с получением мисцеллы (суспензии, полученной из брикетов как обсуждается выше). (Значения массового процентного содержания багассы, указываемые здесь, основаны на сухой массе багассы (т.е. после удаления всех органических растворителей и воды). Как дополнительно обсуждается ниже, большая часть первично удаленной багассы составляет в некоторых вариантах реализации 60-95 масс. % багассы, содержащейся в суспензии, и в других вариантах реализации 51-60 масс. %, 60-80 масс. %, 70-95 масс. % или 75-95 масс. %. Общее количество багассы, содержащейся в суспензии, может быть определено путем взятия контрольного образца суспензии (при этом следует следить, чтобы перед взятием образца багасса в смеси не осела) и экстрагирования нерастворимых материалов путем многократных промывок и центрифугирования. Другими словами, многократные промывка и центрифугирование остатка с последующим центрифугированием каждой полученной надосадочной жидкости для обеспечения полного удаления нерастворимого вещества багассы. Могут быть необходимы три или большее число циклов промывки и центрифугирования. После конденсирования и сушки нерастворимых веществ для удаления органических растворителей можно определить общую массу нерастворимых веществ. Может быть рассчитано общее количество багассы, содержащейся в образце; в итоге может быть рассчитана общая масса багассы, содержащаяся во всей суспензии). Мисцелла содержит некоторое количество багассы (т.е. часть, не удаленную из суспензии), солюбилизированный каучук, солюбилизированную смолу, по меньшей мере один полярный органический растворитель и по меньшей мере один неполярный органический растворитель. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов из суспензии удаляют 60-95 масс. % багассы, 60-80 масс. %, 70-95 масс. % или 75-95 масс. % багассы, получая в результате мисцеллу. В некоторых предпочтительных вариантах реализации раскрытых здесь способов из суспензии удаляют по меньшей мере 70 масс. % или по меньшей мере 75 масс. % багассы, получая в результате мисцеллу.
Удаление багассы из суспензии можно осуществить с использованием различного оборудования, и/или способов, и/или реагентов. Часть багассы, которую удаляют из суспензии, называется здесь первой порцией багассы. В некоторых предпочтительных вариантах реализации раскрытых здесь способов, удаление багассы из суспензии с получением мисцеллы выполняют с использованием центрифуги, возможно осадительной центрифуги. В других вариантах реализации раскрытых здесь способов, удаление багассы из суспензии с получением мисцеллы выполняют с использованием экстракционной центрифуги (декантера) или шнекового пресса. В других вариантах реализации раскрытых здесь способов удаление багассы из суспензии с получением мисцеллы осуществляют с использованием противоточного экстрактора. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов часть или всю первую порцию багассы добавляют обратно в суспензию, чтобы обеспечить переход дополнительного количества солюбилизированного каучука или смолы, связанных со смоченной растворителем багассой, в жидкую часть суспензии (т.е. мисцеллу). В других вариантах реализации раскрытых здесь способов не осуществляют добавления части первой порции багассы обратно в суспензию. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов по меньшей мере часть мисцеллы (содержащей растворители, каучук, смолу и багассу), получаемой из суспензии, добавляют обратно в суспензию. В других вариантах реализации раскрытых здесь способов отсутствует добавление мисцеллы обратно в суспензию.
В некоторых вариантах реализации при использовании осадительной центрифуги для удаления багассы из суспензии, ее используют на скорости, достаточной, чтобы получить силу g, равную от 500 до 3500, предпочтительно от 1000 до 3000 или от 1000 до 2500. (Специалисту понятно, что сила g представляет собой меру величины ускорения, сообщаемого образцу, и является функцией количества оборотов в минуту и радиуса вращения.) Также в рамках объема описанного здесь способа можно использовать больше одной центрифуги для удаления большей части багассы из суспензии. В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов содержание твердых веществ в мисцелле, получаемой в результате удаления багассы из суспензии, составляет 5-20 масс. %, предпочтительно 7-18 масс. % (в расчете на общую массу мисцеллы), причем твердыми веществами являются багасса, каучук и смола. В некоторых вариантах реализации в соответствии с описанными здесь способами мисцелла содержит 1-10 масс. % каучука и 1-10 масс. % смолы; в других вариантах реализации мисцелла содержит 3-7 масс. % каучука 3-9 масс. % смолы.
Как обсуждалось выше, в некоторых конкретных вариантах реализации раскрытых здесь способов смесь подвергают процедуре центрифугирования для удаления 70-95 масс. % багассы (в расчете на общую массу багассы в суспензии) с получением мисцеллы. Мисцелла содержит багассу, солюбилизированный каучук, солюбилизированную смолу, по меньшей мере один полярный органический растворитель и по меньшей мере один неполярный органический растворитель. В некоторых вариантах реализации смесь подвергают процедуре центрифугирования для удаления по меньшей мере 75 масс. % багассы; в некоторых таких вариантах реализации 75-95 масс. % багассы. В некоторых вариантах реализации, центрифуга представляет собой осадительную центрифугу, и в некоторых таких вариантах реализации рабочая скорость является скоростью, достаточной для достижения 500-3500 g, предпочтительно от 1000 до 3000 g. Также объем описанных здесь способов включает использование больше чем одной центрифуги для удаления по меньшей мере 70 масс. % (например, 70-95 масс. %) или по меньшей мере 75 масс. % (например, 75-95 масс. %) багассы из суспензии. В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов содержание твердых веществ в мисцелле, получаемой в результате удаления багассы из суспензии, составляет 5-20 масс. %, предпочтительно 7-18 масс. % (в расчете на общую массу мисцеллы), где твердыми веществами считаются багасса, смола и каучук. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов мисцелла содержит 1-10 масс. % каучука и 1-10 масс. % смолы или, в других вариантах реализации описанных здесь способов мисцелла содержит 3-7 масс. % каучука и 3-9 масс. % смолы.
Как обсуждалось выше, в некоторых конкретных вариантах реализации раскрытых здесь способов суспензию подвергают процедуре экстракции для удаления 60-95% по массе багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в суспензии), в результате чего получают мисцеллу. Процедура экстракции могут включать использование экстракционной центрифуги. Экстракционная центрифуга может представлять собой центрифугу шнекового типа (часто горизонтальную) с цилиндрическим коническим барабаном со сплошными стенками. Шнек, который установлен на стенке барабана, расположен внутри барабана, где он вращается. Суспензия или жидкая масса для экстракции подается в устройство (часто через распределительные устройства в шнеке барабана). Затем суспензия или жидкая масса поступает в зону противоточной экстракции барабана и течет к коническому концу барабана через разделительный диск против течения добавляемого агента экстракции (т.е. противоточное действие). Использование некоторых экстрагирующих центрифуг допускает возможность добавления дополнительного растворителя в ходе процесса экстракции, они могут работать в непрерывном и полунепрерывном режиме. Существуют различные типы экстракционных центрифуг, включая те, которые осуществляют противоточную экстракцию, осадители шнекового типа и со сплошным ротором. В предпочтительном случае экстракционная центрифуга представляет собой противоточный экстрактор. В настоящем тексте предполагается, что экстракционная центрифуга включает различные типы экстракционных центрифуг, включая противоточные экстракторы, осадительные центрифуги шнекового типа, с фильтрующим ротором и сплошным ротором. В некоторых вариантах реализации суспензию подвергают процедуре экстракции, достаточной для удаления по меньшей мере 70 масс. % багассы. В некоторых вариантах реализации процесс экстракции заключается в использовании экстракционной центрифуги. Экстракционная центрифуга может работать в различных режимах в зависимости от размеров и параметров конкретного устройства и количества багассы, которое необходимо удалить. Также объем описанных здесь способов включает использование более, чем одной экстракционной центрифуги для по меньшей мере 70 масс. % или по меньшей мере 75 масс. % багассы из суспензии. В некоторых вариантах реализации содержание твердых веществ в мисцелле, находящейся в экстракционной центрифуге составляет 5-20 масс. %, предпочтительно 7-18 масс. % (в расчете на общую массу мисцеллы), где твердыми веществами считаются багасса, смола и каучук. В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов мисцелла, которая находится в экстракционной центрифуге, содержит 1-10 масс. % каучука и 1-10 масс. % смолы. В других вариантах реализации описанных здесь способов мисцелла содержит 3-7 масс. % каучука и 3-9 масс. % смолы. Также отдельно предусмотрено, что стадия процедуры экстракции (например, с использованием экстракционной центрифуги) с удалением порции багассы, содержащейся в суспензии, может использоваться в комбинации с добавлением дополнительного растворителя (т.е. полярного органического растворителя, неполярного органического растворителя или их комбинации), чтобы таким образом получить модифицированную мисцеллу, которая содержит относительно меньше багассы и, соответственно, характеризуется содержанием твердых веществ, подходящим для обработки на последующей стадии удаления багассы (которая, в некоторых вариантах реализации, включает использование тарельчатой центрифуги). Понятно, что при относительно пониженном содержании твердых веществ в материале, поступающем в тарельчатую центрифугу (например, в диапазоне 5-10 масс. %), можно использовать тарельчатую центрифугу меньшего размера.
Как обсуждалось выше, в некоторых конкретных вариантах реализации раскрытых здесь способов, суспензию подвергают процедуре прессования для удаления по меньшей мере 60% по массе багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в суспензии), в результате чего получают мисцеллу. Процедура прессования может включать использование шнекового пресса. Шнековый пресс - это тип устройства, которое содержит винт в камере, которая окружена по длине материалом типа сита в форме цилиндра. Шнек вращают, что обеспечивает продавливание материала в камере через камеру и прижимание к ситу. Диаметр вала шнека может увеличиваться по направлению к длинному концу вала, за счет чего вал увеличивающегося диаметра проталкивает материал в направлении сита, благодаря чему жидкость вытесняется через сито. Твердый материал обычно проталкивается шнеком в продольном направлении и может прижиматься к ситу, но не проходит через него. По мере вращения шнека в дальнем конце камеры накапливается твердый материал. Этот твердый материал часто называют жомом (отжатым осадком). На дальнем конце камеры расположено отверстие (затычка или дверца, часто называемая конусом). Конус обычно заперт давлением воздуха, и чем выше давление воздуха, тем больше должно быть усилие которым шнек давит на осадок, тем больше жидкости удаляется из фильтр-прессного осадка. Большинство шнековых прессов могут функционировать в разных режимах. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов суспензию подвергают процедуре прессования, достаточной для удаления по меньшей мере 70 масс. % багассы. В некоторых вариантах реализации процедуру прессования выполняют с использованием шнекового пресса. В тех вариантах реализации, где используется шнековый пресс, он может работать в различных условиях в зависимости от размеров и рабочих параметров конкретного используемого шнекового пресса. Существуют различные коммерчески доступные шнековые прессы, включая прессы, продаваемые фирмой (Tampa, Florida, США), но не ограничиваясь ими.
В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов, где используется шнековый пресс, его используют в режиме вращения 20-100 оборотов/мин, и при обратном фильтрационном давлении 5-15 фунтов на кв. дюйм (предпочтительно 5-10 фунтов на кв. дюйм). В рамках описанных здесь способов также можно использовать больше одного шнекового пресса или пропускание багассы через шнековый пресс больше одного раза (с добавлением дополнительного сорастворителя к фильтр-прессному остатку багассы перед вторым прессованием) для удаления по меньшей мере 70 масс. % или по меньшей мере 75 масс. % багассы из суспензии. В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов содержание твердых веществ в мисцелле на выходе из пресса составляет 5-20 масс. %, предпочтительно 5-10 масс. % (в расчете на общую массу мисцеллы), где твердыми веществами считаются багасса, смола и каучук. В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов мисцелла (жидкость) на выходе пресса содержит 1-10 масс. % каучука и 1-10 масс. % смолы. В других вариантах реализации мисцелла содержит 3-7 масс. % каучука и 3-9 масс. % смолы.
В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов удаление багассы из суспензии с получением мисцеллы осуществляют с использованием противоточного экстрактора. В некоторых вариантах реализации багасса, удаленная с использованием противоточного экстрактора содержит 60-95% по массе багассы, содержащейся в суспензии. В других вариантах реализации - 70-95% или даже 75-95%. В некоторых вариантах реализации, где используется противоточный экстрактор, багассу и смесь растворителей (т.е. суспензию) перемешивают в отдельном экстракторе в течение некоторого периода времени перед использованием противоточного экстрактора, что обеспечивает дополнительное время контакта растворителя с растительным материалом и солюбилизацию каучука, содержащегося в разрушенных клетках растительного материала. В других вариантах реализации не осуществляют предварительного перемешивания багассы и смеси растворителей (т.е. суспензии) перед помещением в противоточный экстрактор, либо предварительное смешивание осуществляют непосредственно перед загрузкой в противоточный экстрактор. Основной принцип, на котором основана работа противоточного экстрактора, заключается в том, что твердый материал циркулирует или движется в одном направлении в то время как жидкость (например, растворители) циркулирует или движется в противоположном направлении, что увеличивает контакт между твердым материалом и жидкостью. Существуют различные конкретные конфигурации противоточных экстракторов, которые могут использоваться в раскрытых здесь способах.
В некоторых вариантах реализации, где используется противоточный экстрактор, растительный материал, смешанный с сорастворителями с образованием суспензии, находится в контакте с растворителями в течение периода времени, достаточного для обеспечения солюбилизации каучука и смолы, содержащихся в разрушенных клетках растительного материала, до удаления большей части багассы из противоточного экстрактора. В некоторых таких вариантах реализации растительный материал находится в контакте с растворителями в течение 0,3-3 часов перед удалением большей части багассы из противоточного экстрактора; в других вариантах реализации - 0,5 часа-1,5 часа. Следует понимать, что растительный материал может находиться в контакте с растворителями в течение более продолжительного периода времени, такого как 1-8 часов или 3-8 часов перед удалением большей части багассы из противоточного экстрактора. Указанные здесь периоды времени контакта включают как (среднее) время, в течение которого растительный материал находится в контакте с растворителями в противоточном экстракторе, так и любое время, в течение которого растительный материал находится в контакте с растворителями в отдельном экстракторе, в случае, когда такой экстрактор используется.
В некоторых вариантах реализации, где используется противоточный экстрактор, противоточный экстрактор устроен так, что он включает несколько уровней или стадий, причем на каждом уровне или стадии присутствует багасса, обработанная растворителями в течение различных и увеличивающихся периодов времени. В рамках этих стадий багасса перемещается через противоточный экстрактор при помощи конвейерной ленты, шнека или перемещающего устройства другого типа. На уровне или стадии, которые могут считаться конечными, т.е. на уровне или стадии, на которых багасса находится в контакте с растворителем в течение самого продолжительного периода времени, багассу извлекают из противоточного экстрактора (например, при помощи шнека, конвейерной ленты или конвейерного устройства другого типа). В некоторых вариантах реализации багассу, извлекаемую из противоточного экстрактора, промывают свежим растворителем (т.е. смесью неполярного органического растворителя и полярного органического растворителя) для удаления по меньшей мере части смолы, которая может быть солюбилизирована, но связана со смоченной растворителем багассой.
В некоторых вариантах реализации, где используется противоточный экстрактор, багасса, извлекаемая из противоточного экстрактора, содержит и багассу, смесь растворителей в относительных количествах 40-80% по массе растворителя; в других вариантах реализации удаляемая багасса содержит или 40-60% по массе растворителя 40-50% по массе растворителя. В некоторых вариантах реализации, где используется противоточный экстрактор, багассу, извлекаемую из противоточного экстрактора, прессуют или давят для удаления дополнительного количества растворителя. Давление или прессование может быть осуществлено одним или большим числом способов, включающих, но не ограничивающихся способом с использованием винтового пресса, лотковой сушилки, экструзии, удаления летучих веществ и т.д.
Добавление дополнительных органических растворителей
Как обсуждалось выше, в некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов дополнительный полярный органический растворитель, неполярный органический растворитель или их комбинацию (каждый из которых может быть идентичен растворителям, содержащимся в суспензии, или отличаться от них) добавляют в мисцеллу с получением мисцеллы пониженной вязкости. Мисцелла пониженной вязкости содержит багассу, солюбилизированные каучук и смолу, а также органические растворители. В некоторых предпочтительных вариантах реализации любые добавляемые дополнительные органические растворители идентичны тем, которые содержатся в суспензии, для упрощения способа. Количество любого дополнительного полярного органического растворителя, которое добавляют, меньше количества, которое вызывает коагуляцию каучука, содержащегося в мисцелле пониженной вязкости, поскольку каучук в мисцелле пониженной вязкости должен оставаться в солюбилизированном состоянии. Для специалиста понятно, что конкретное количество любого добавляемого дополнительного органического растворителя (растворителей) будет зависеть от объема мисцеллы и от соотношения количеств полярного и неполярного органических растворителей, содержащихся в мисцелле, а также особенностей последующей обработки мисцеллы для дополнительного удаления багассы. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов добавляемое количество дополнительного растворителя (растворителей) представляет собой количество, достаточное для получения мисцеллы пониженной вязкости с вязкостью ниже 300 сантипуаз (например, 10-300 сантипуаз), и в других вариантах реализации ниже 200 сантипуаз (например, 10-200 сантипуаз). В некоторых вариантах реализации этап добавления дополнительного полярного органического растворителя, дополнительного неполярного органического растворителя или их комбинации осуществляют на предшествующей стадии удаления багассы, и мисцелла имеет вязкость, не требующую дальнейшего снижения. Общая цель снижения вязкости мисцеллы состоит в том чтобы облегчить удаление багассы с меньшим размером частиц (например, мелкой багассы с размером меньше микрон 105 и мелкой багассы с размером больше 45 микрон) на последующих стадиях способа. Специалисту понятно, что значение, до которого снижается вязкость мисцеллы пониженной вязкости (и соответственно, количество любого добавляемого дополнительного органического растворителя (растворителей)) в большой степени определяется параметрами остальных стадий способа, включая, в частности, скорость и/или число стадий удаления более мелкой багассы для получения в итоге коагулированного каучука и очищенного твердого каучука из него.
В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов содержание твердых веществ в мисцелле пониженной вязкости или мисцеллы по отношению к жидкому материалу, используемому в следующей процедуре удаления багассы, составляет 2-18 масс. %, предпочтительно 5-15 масс. % (в расчете на общую массу мисцеллы пониженной вязкости или мисцеллы/жидкий материал), причем твердые вещества включают багассу, каучук и смолу. В некоторых вариантах реализации в соответствии с описанными здесь способами, мисцелла пониженной вязкости (или мисцелла) содержит 0,5-7 масс. % каучука и 0,5-8 масс. % смолы (в расчете на общую массу мисцеллы пониженной вязкости или мисцеллы).
Как обсуждалось выше, в некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов, дополнительный полярный органический растворитель, неполярный органический растворитель или их комбинация (причем все растворители могут быть идентичны органическим растворителям, содержащимся в суспензии, или отличаться от них) добавляют в мисцеллу с получением мисцеллы пониженной вязкости, вязкость которой ниже 200 сантипуаз (например, 10-200 сантипуаз). В других вариантах реализации дополнительный полярный органический растворитель, неполярный органический растворитель или их комбинацию добавляют в мисцеллу с получением мисцеллы пониженной вязкости, вязкость которой ниже 300 сантипуаз (например, 10-300 сантипуаз). Возможно добавление одного или большего числа органических растворителей. Возможно добавление одного или большего числа полярных органических растворителей. Возможно добавление одного или большего числа неполярных органических растворителей. Мисцелла пониженной вязкости содержит багассу, солюбилизированные каучук и смолу, а также органические растворители. В некоторых предпочтительных вариантах реализации дополнительный полярный органический растворитель добавляют в мисцеллу с получением мисцеллы пониженной вязкости. В некоторых предпочтительных вариантах реализации любой добавляемый дополнительный полярный органический растворитель идентичен по меньшей мере одному полярному органического растворителю, содержащемуся в суспензии, для упрощения способа. Количество дополнительного полярного органического растворителя, которое добавляют, меньше количества, которое вызывает коагуляцию каучука, содержащегося в мисцелле пониженной вязкости, поскольку каучук в мисцелле пониженной вязкости должен оставаться в солюбилизированном состоянии. Для специалиста понятно, что конкретное количество добавляемого дополнительного органического растворителя (растворителей) будет зависеть от объема мисцеллы и от соотношения количеств полярного и неполярного органических растворителей, содержащихся в мисцелле. Общая цель снижения вязкости мисцеллы состоит в том, чтобы облегчить удаление багассы с меньшим размером частиц (например, мелкой багассы с размером меньше микрон 105 и мелкой багассы с размером больше 45 микрон) на последующих стадиях способа. Специалисту понятно, что значение, до которого снижается вязкость мисцеллы пониженной вязкости (и соответственно, количество добавляемого дополнительного органического растворителя (растворителей)) в большой степени определяется параметрами остальных стадий способа, включая, в частности, скорость и/или число стадий удаления более мелкой багассы для получения в итоге коагулированного каучука и очищенного твердого каучука из него. В некоторых вариантах реализации в соответствии с описанными здесь способами содержание твердых веществ в мисцелле пониженной вязкости или в жидком материале, используемом в последующей процедуре удаления багассы, составляет 2-18 масс. %, предпочтительно 5-15 масс. % (в расчете на общую массу мисцеллы пониженной вязкости), причем твердые вещества представляют собой багассу, каучук и смолу. В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов мисцелла пониженной вязкости содержит 0,5-7 масс. % каучука и 0,5-8 масс. % смолы (в расчете на общую массу мисцеллы пониженной вязкости).
Второе удаление багассы
Как ясно видно из предшествующего обсуждения раскрытого здесь способа, после получения мисцеллы путем удаления большей части багассы из суспензии, в мисцелле остается дополнительная багасса, часть, которую необходимо удалить, чтобы получить конечный каучуковый продукт, пригодный для продажи. Как обсуждалось выше, в некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов 80-95 масс. % багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в мисцелле пониженной вязкости или мисцелле, из которой была удалена большая часть багассы) удаляют из мисцеллы пониженной вязкости или из мисцеллы с получением очищенной мисцеллы. Большая часть багассы, которую удаляют для получения очищенной мисцеллы, характеризуется размером частиц меньше 105 микрон. (Другими словами, по меньшей мере 50% по массе удаленной багассы имеет размер частиц меньше 105, а в некоторых вариантах реализации по меньшей мере 90% или 95% по массе удаленной багассы имеет размер частиц меньше 105 микрон. Диапазон размеров частиц удаленной багассы может быть определен путем высушивания багассы для удаления органических растворителей с последующим анализом размеров частиц высушенной массы, например, с использованием сит. Различные способы анализа размеров частиц хорошо известны специалисту. Очищенная мисцелла содержит солюбилизированный каучук и смолу, а также органические растворители. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов по меньшей мере 85 масс. % (например, 85-95 масс. %) или по меньшей мере 90 масс. % (например, 90-95 масс. %) багассы удаляют, получая в результате очищенную мисцеллу. В некоторых конкретных вариантах реализации согласно раскрытым здесь способам дополнительное удаление багассы с получением дополнительно очищенной мисцеллы осуществляют с использованием центрифуги, в одном из вариантов тарельчатой центрифуги. В некоторых вариантах реализации, если используется тарельчатая центрифуга, ее используют на скорости, достаточной для обеспечения силы g от 4000 до 12000, предпочтительно от 7000 до 10000. Также объем некоторых вариантов реализации описанных здесь способов включает использование более одной центрифуги или более одного способа обработки для дополнительного удаления багассы и получения очищенной мисцеллы. В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов содержание твердых веществ в очищенной мисцелле составляет 2-16 масс. %, предпочтительно 3-12 масс. % (в расчете на общую массу очищенной мисцеллы), где твердые вещества включают каучук, смолу и багассу. В некоторых вариантах реализации в соответствии с описанными здесь способами очищенная мисцелла содержит 0,5-7 масс. % каучука и 0,5-8 масс. % смолы (в расчете на общую массу очищенной мисцеллы).
Дальнейшая очистка очищенной мисцеллы
Как обсуждалось выше, в некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов очищенную мицеллу необязательно обрабатывают для дополнительного удаления багассы, благодаря чему получают осветленный раствор каучука, который содержит 0,01-1% багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в суспензии). В некоторых таких вариантах реализации 0,01-0,5% багассы иди даже 0,01-0,1% багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в суспензии) остается в осветленном растворе каучука. 90-99% (по массе) дополнительно удаленной багассы (из очищенной мисцеллы) характеризуется размером частиц более 45 микрон, а в других вариантах реализации 95-99% по массе дополнительно удаленной багассы характеризуется размером частиц более 45 микрон. Осветленный раствор каучука содержит солюбилизированный каучук и солюбилизированную смолу (из растительного материала), а также полярный неполярный органические растворители. В некоторых предпочтительных вариантах реализации дополнительное удаление багассы из очищенной мисцеллы выполняют путем фильтрации, возможно с использованием фильтра с элементом типа плоского сита с размером отверстий 45 микрон или меньше, по которому непрерывно скребет вращающийся скребок. Фильтры с элементом типа решетки характеризуются сетчатым фильтром с отверстием определенного размера, через которое проходит жидкость. Твердые вещества, размер которых больше размера отверстия задерживаются сетчатым фильтром и удаляются с сетчатого фильтра путем соскребания, например, вращающимся скребком. Затем твердые вещества могут падать на дно фильтровального устройства, где их можно периодически собирать и/или удалять. Другие способы, включая другие способы фильтрации, но не ограничиваясь ими, могут использоваться для дополнительного удаления багассы из очищенной мисцеллы для получения осветленного раствора каучука, который содержит 0,01-1% багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в суспензии). В объем решения также входят описанные здесь способы, в которых используют более одного фильтра и более одного способа обработки для дополнительного удаления багассы с получением осветленного раствора каучука, который содержит 0,01-1% багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в суспензии).
Органические растворители
В любом из раскрытых здесь вариантов реализации способов органические растворители, содержащиеся в суспензии и любые дополнительные органические растворители (полярный органический растворитель, неполярный органический растворитель или их комбинация), добавляемые в мисцеллу для получения мисцеллы пониженной вязкости или на любых других стадиях способа могут быть одинаковыми или разными (т.е. возможно использование всего одного неполярного органического растворителя и всего одного полярного органического растворителя, или в альтернативном варианте возможно использование больше, чем одного растворителя каждого типа). В предпочтительном варианте все неполярные органические растворители, используемые в способе, одинаковы, и все полярные органические растворители, используемые в способе, одинаковы.
В любом из описанных выше вариантов реализации раскрытых здесь способов указанные по меньшей мере один полярный органический растворитель суспензии и любой дополнительный полярный органический растворитель, добавляемый в мисцеллу с получением мисцеллы пониженной вязкости или добавляемый на какой-либо другой стадии способа, выбран из группы, состоящей из спиртов, содержащих от 1 до 8 атомов углерода (например, этанол, изопропанол, этанол и т.п.), простых эфиров и сложных эфиров, содержащих от 2 до 8 атомов углерода; циклических эфиров, содержащих от 4 до 8 атомов углерода, и кетонов, содержащих от 3 до 8 атомов углерода (например, ацетона, метилэтилового кетона и т.п.) и их комбинаций. В некоторых предпочтительных вариантах реализации раскрытых здесь способов по меньшей мере один неполярный органический растворитель и любой дополнительный неполярный органический растворитель, каждый, является гексаном или циклогексаном, причем указанный по меньшей мере один полярный органический растворитель и любой дополнительный полярный органический растворитель необязательно представляют собой ацетон. Другие полярные органические растворители (отдельно или в комбинации) могут использоваться в вариантах реализации раскрытых здесь способов, при условии, что полярный органический растворитель предпочтительно сольватирует часть экстрагируемых веществ, отличных от каучука (например, смолы) и вызывает (в определенной концентрации) коагуляцию природного каучука. В любом из раскрытых здесь вариантов реализации способов могут использоваться смеси двух или более полярных органических растворителей.
В любом из описанных выше вариантов реализации описанных здесь способов указанный по меньшей мере один неполярный органический растворитель, содержащийся в суспензии, и любой дополнительный неполярный органический растворитель, добавляемый в мисцеллу с получением мисцеллы пониженной вязкости или добавляемый на какой-либо другой стадии способа, могут быть выбраны из группы, состоящей из алканов, содержащих от 4 до 9 атомов углерода (например, пентана, гексана, гептанов, нонана и т.п.), циклоалканов и алкилциклоалканов, содержащих от 5 до 10 атомов углерода (например, циклогексана, циклогептана и т.п.), ароматических соединений и замещенных алкилами ароматических соединений, содержащих от 6 до 12 атомов углерода (например, бензола, толуола, ксилена и т.п.) и их комбинаций. В некоторых предпочтительных вариантах реализации в соответствии с раскрытыми здесь способами указанный по меньшей мере один полярный органический растворитель суспензии и любой дополнительный полярный органический растворитель, оба представляют собой ацетон, и указанный по меньшей мере один неполярный органический растворитель суспензии и любой дополнительный неполярный органический растворитель возможно представляют собой гексан или циклогексан. Другие неполярные органические растворители (отдельно или в комбинации) могут использоваться в вариантах реализации раскрытых здесь способов при условии, что неполярный органический растворитель предпочтительно сольватирует природный каучук. В любом из раскрытых здесь вариантов реализации способов могут использоваться смеси из двух или более неполярных органических растворителей.
Как обсуждалось выше, в некоторых вариантах реализации описанных здесь способов относительное количество по меньшей мере одного неполярного органического растворителя и по меньшей мере одного полярного органического растворителя, содержащихся в суспензии, составляет 50-90% по массе и 10-50% по массе, соответственно, в расчете на общее количество органического растворителя. В некоторых предпочтительных вариантах реализации количество по меньшей мере одного неполярного органического растворителя составляет 60-85% по массе, а количество по меньшей мере одного полярного органического растворителя составляет 15-40% по массе. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов полезно контролировать или доводить вязкость смеси объединенных органических растворителей (т.е. указанных по меньшей мере одного неполярного органического растворителя и по меньшей мере одного полярного органического растворителя) до 10-1000 сантипуаз, особенно для некоторых компонентов способов, таких как компонент суспензии, где происходит солюбилизация каучука и смолы из разрушенных клеток растений. В некоторых таких вариантах реализации вязкость смеси объединенных органических растворителей контролируют или доводят до уровня 35-800 сантипуаз. Относительно более высокая вязкость в указанных диапазонах будет полезна в том компоненте способа, где происходит солюбилизация каучука и смолы из разрушенных клеток растений, поскольку это позволяет максимизировать солюбилизацию и минимизировать осаждение частиц багассы. Относительно более низкая вязкость в указанных пределах, напротив, будет полезна в тех компонентах способа, где каучук и смола уже солюбилизированы и происходит вымывание багассы, для того чтобы солюбилизированный каучук и смола остались в жидкости/растворителе, а не в багассе, смоченной растворителем.
Разное
В различных вариантах реализации согласно раскрытым здесь способам один или большее число антиоксидантов могут необязательно использоваться с растительным материалом, суспензией или на других стадиях выделения каучука из растительного материала. В предпочтительных вариантах реализации раскрытых здесь способов один или большее число антиоксидантов добавляют в осветленный раствор каучука до повышения относительного количества полярного органического растворителя относительно неполярного органического растворителя. Однако в других вариантах реализации раскрытых здесь способов один или большее число антиоксидантов могут быть добавлены в один или большее число других моментов в процессе осуществления способа. В предпочтительном варианте, когда добавляют один или большее число антиоксидантов, их добавляют после удаления по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85% или по меньшей мере 90% багассы из мисцеллы пониженной вязкости. В качестве альтернативы в некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов один или большее число антиоксидантов могут быть добавлены к растительному материалу до включения его в суспензию. Подходящие соединения для использования в качестве одного или большего числа антиоксидантов в раскрытых здесь способах включают, но не ограничиваются перечисленными: 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (также известный как 2,6-ди-трет-бутил-п-крезол); N-(1,3-диметлбутил-)-N'-фенил-1,4-бензолдиамин; октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионат (продаваемый под маркой Irganox® 1076); 4,6-бис-(октилтиометил)-о-крезол (продаваемый под маркой Irganox® 1520), содержащие одну гидроксигруппу экранированные фенолы, такие как 6-трет-бутил-2,4-ксиленол, стиролсодержащие фенолы, бутилированные октилфенолы; бисфенолы, например, 4,4'-бутил-инденбис(6-трет-бутил-м-крезол), полибутилированный бисфенол А, экранированные гидрохиноны, такие как 2,4-ди-трет-амилгидрохинон; полифенолы, такие как бутилированный п-крезол-дициклопентандиеновый сополимер; фенольные сульфиды, такие как 4,4'-тиобис(6-трет-бутил-3-метилфенол), алкилированные и арилированные бисфенолфосфиты, такие как трис(нонилфенил)фосфит, триазинтрионы, такие как такие как алкилгидроксициннамат триэфир трис(2-гидроксиэтил)-триазинтрион, трис(алкилгидроксибензил)-триазинтрион; пентаэритриоловые эфиры, такие как тетракис(метилен-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксигидроциннамат)-метан; замещенные дифениламины, такие как октилированные дифениламины, п-(п-толуолсульфонамидо)-дифениламин, нонилированный дифениламин, продукты реакции диизобутилендифениламина дигидрохинолины, такие как 6-додецил-1,2-дигидро-2,2,4-триметилхинолин; полимеры дигидрохинолина, такие как полимер 1,2-дигидро-2,2,4-триметилхинолина; меркаптобензимидазолы, такие как 2-меркаптобензимидазол; дитиокарбаматы металлов, такие как дибутилдитиокарбамат никеля, диизобутилдитиокарбамат никеля, диметилдитиокарбамат никеля; продукты реакции кетон/альдегид, такие как продукты конденсации анилина-бутилальдегида, продукты реакции диариламин-кетон-альдегид, и замещенные п-фенилендиамины, такие как ди-b-нафтил-п-фенилепефенилендиамин и N-фенил-N'-циклогексил-п-фенилендиамин. Общее количество антиоксиданта, используемого в тех вариантах реализации раскрытого способа, где используется по меньшей мере один антиоксидант, могут лежать в диапазоне от 0,2% до 2% по массе очищенного твердого каучука, получаемого в итоге предложенным способом (в расчете на массу очищенного твердого каучука, содержащего менее 0,5 масс. % растворителя).
Как обсуждалось выше, относительное количество полярного органического растворителя относительно неполярного органического растворителя в осветленном растворе каучука повышено так, что обеспечивает коагуляцию каучука, солюбилизированного в осветленном растворе каучука. В некоторых вариантах реализации, количество полярного органического растворителя повышают путем добавления дополнительного полярного органического растворителя. В других вариантах реализации относительное количество полярного органического растворителя повышают путем удаления неполярного органического растворителя. Относительное количество полярного органического растворителя повышают до такой степени, чтобы вызвать начало коагуляции каучука, содержащегося в осветленном растворе. Конкретное количество добавляемого дополнительного полярного органического растворителя, и/или конкретное количество удаляемого неполярного органического растворителя будет зависеть от объема мисцеллы и относительных количеств полярного и неполярного органических растворителей, содержащихся в мисцелле, и от желаемой степени коагуляции каучука. Более высокомолекулярный каучук (который обычно более желателен для конечного продукта) будет коагулировать первым. В некоторых вариантах реализации, коагуляцию контролируют таким образом, чтобы более высокомолекулярный каучук (предпочтительно каучук с молекулярной массой по меньшей мере 800 000 (например, 800 000-1 500000), еще более предпочтительно по меньшей мере 1 000000 (например, 1000000-1500000)) коагулировал, а каучук с более низкой молекулярной массой оставался в растворе. Приводимые здесь значения молекулярной массы определяются методом гель-проникающей хроматографии с использованием полистиролового стандарта.
В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов может быть полезно давать некоторое время на осаждение, что позволяет отделить фракции, содержащие каучук с более высокой молекулярной массой от более легких фракций, содержащих каучук меньшей молекулярной массы, а также смолу. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов для облегчения разделения может использоваться фракционирующая установка (возможно, в форме конуса), в которой более тяжелая фракция каучука с более высокой молекулярной массой оседает на дно фракционирующего устройства и может быть удалена (например, путем откачивания) со дна. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов удаление фракции каучука с более высокой молекулярной массой осуществляют непрерывно, что позволяет поддерживать постоянную или относительно постоянную границу фаз во фракционирующей установке. Верхняя фаза (содержащая каучук более низкой молекулярной массы и смолу) может быть отделена и может быть переработана или использована повторно различными способами. В некоторых вариантах реализации относительное количество полярного органического растворителя по сравнению с неполярным органическим растворителем может быть повышено как путем добавления дополнительного полярного органического растворителя, так и путем удаления неполярного органического растворителя. В некоторых вариантах реализации один или большее число дополнительных полярных органических растворителей могут быть добавлены к осветленному раствору каучука в таком общем количестве, которое обеспечивает коагуляцию солюбилизированного в нем каучука. В предпочтительных вариантах реализации, где добавляют дополнительный полярный органический растворитель, он представляет собой тот же полярный органический растворитель, что содержится в суспензии. Соответственно, в других вариантах реализации, где добавляют дополнительный полярный органический растворитель, он может отличаться от полярного органического растворителя, содержащегося в суспензии.
Как обсуждалось выше, в соответствии с раскрытыми здесь способами твердый очищенный каучук может быть получен из коагулированного каучука, который коагулирует в осветленном растворе каучука. Для выделения очищенного твердого каучука могут использоваться различные способы. Эти способы обычно включают удаление растворителя (в первую очередь неполярного органического растворителя, но также некоторого количества полярного органического растворителя), связанного с коагулированным каучуком. Остаточный растворитель может быть удален из коагулированного каучука путем выпаривания растворителя путем нагревания и/или вакуумирования. В некоторых вариантах реализации раскрытых здесь способов остаточный растворитель удаляют в одной или нескольких фазах (двух, трех, четырех, пяти или более), которые включают использование и тепла, и вакуума. В некоторых вариантах реализации нагревание предпочтительно приводит к повышению температуры коагулированного каучука до уровня выше точки кипения остаточных органических растворителей, связанных с коагулированным каучуком. В некоторых вариантах реализации эта температура составляет от 40°C до 100°C, что облегчает удаление растворителя. В некоторых вариантах реализации давление снижают до 3-30 дюймов ртутного столба (10-100 кПа) для облегчения удаления растворителя. Удаляемый растворитель может быть сконденсирован и выделен для дальнейшего использования. В предпочтительных вариантах реализации получаемый очищенный твердый каучук имеет молекулярную массу по меньшей мере 800000 (например, 800000-1500000), еще более предпочтительно по меньшей мере 1000000 (например, 800000-1500000), где молекулярная масса рассчитана с использованием полистиролового стандарта. Количество растворителя, удаляемого из коагулированного каучука, будет варьировать в зависимости от предполагаемого применения и способа транспортировки. В некоторых вариантах реализации очищенный твердый каучук может быть собран в пакеты/брикеты. В предпочтительных вариантах реализации в очищенном твердом каучуке остается не более 2 масс. %, предпочтительно не более 1 масс. % и еще более предпочтительно не более 0,8 масс. % летучих веществ (в расчете на общую массу очищенного твердого каучука) после осуществления одной или большего числа стадий удаления растворителя из каучука. Как обсуждалось выше, в соответствии с некоторыми вариантами реализации описанных здесь способов, если очищенный твердый каучук содержит 0,8 масс. % летучих веществ, он также содержит 0,05-0,5 масс. % загрязнений, 0,2-1,5 масс. % золы 0,1-4 масс. % смолы, (следует понимать, что очищенный твердый каучук, полученный в соответствии с раскрытыми здесь способами, может содержать сравнительно больше или меньше органического растворителя, и что 0,8 масс. % летучих веществ даны в качестве примера содержания для целей определения того, было ли достигнуто достаточное удаление грязи, золы и смолы. В некоторых предпочтительных вариантах реализации очищенный твердый каучук содержит 0,8 масс. % или меньше летучих веществ.
В некоторых вариантах реализации описанных здесь способов количество каучука, которое выделяют из суспензии, составляет по меньшей мере 95 масс. % (например, 95-99% или 95-98%) каучука, содержащегося в суспензии, содержащей растительный материал. В предпочтительном случае в таких вариантах реализации растительный материал представляет собой материал кустарника гуаюлы. В некоторых более предпочтительных вариантах реализации описанных здесь способов количество каучука, которое выделяют из суспензии, составляет по меньшей мере 96 масс. % (например, 96-99% или 96-98%) каучука, содержащегося в суспензии, содержащей растительный материал. В предпочтительном случае в таких вариантах реализации растительный материал представляет собой материал кустарника гуаюлы. В предпочтительных вариантах реализации описанных здесь способов количество каучука, которое выделяют из суспензии, составляет по меньшей мере 98 масс. % каучука, который содержится в суспензии, содержащей растительный материал. В предпочтительных случаях в таких вариантах реализации растительный материал представляет собой материал из кустарника гуаюлы. Общее количество каучука, присутствующее в суспензии, содержащей растительный материал, может быть определено способом, аналогичным способу, используемому для определения общего количества багассы, содержащейся в суспензии, который обсуждался выше, за тем исключением, что внимание уделяется надосадочным жидкостям, полученным в результате повторяемых процедур центрифугирования и промывки. После удаления всей багассы из образца суспензии (с использованием повторяемой процедуры центрифугирования и промывки, описанной ранее), объединяют собранные порции надосадочной жидкости и вызывают коагуляцию содержащегося в них каучука путем добавления полярного растворителя (смола при этом остается в солюбилизированном состоянии). Полярный растворитель следует добавлять до уровня выше точки начала коагуляции, чтобы обеспечить коагуляцию каучука с более низкой молекулярной массой, а также каучука с более высокой молекулярной массой. Затем можно отфильтровать коагулированный каучук от растворителей, промыть несколькими дополнительными фракциями чистого полярного растворителя (промывочную жидкость добавляют к порции растворителя, содержащей каучук), после чего каучук взвешивают и можно рассчитать общее количество каучука в исходной суспензии, содержащей растительный материал. Общее количество смолы, содержащейся в суспензии, содержащей растительный материал, можно определить путем высушивания растворителя, оставшегося после коагуляции каучука (с добавлением всех дополнительных промывочных порций, используемых для промывки коагулированного каучука).
Температура
Как обсуждалось выше, некоторые аспекты описанных здесь способов осуществляют при температуре или температурах 10-80°C, причем разные аспекты способа могут осуществляться при одной температуре или при разных, и давлении 35-1000 кПа. В некоторых вариантах реализации в соответствии с раскрытыми здесь способами некоторые аспекты способа осуществляют при температуре или температурах 10-50°C (предпочтительно, аспекты способа, обозначенные здесь как (а)-(е) в различных вариантах осуществления и/или соответствующие описанию стадий, предшествующих стадии, на которой органический растворитель удаляют из коагулированного каучука). Как понятно специалистам, конкретная температура или температуры, при которых осуществляют отдельные аспекты способа, могут быть различными в зависимости от того, какие по меньшей мере один полярный органический растворитель и по меньшей мере один неполярный органический растворитель используются. Однако, предполагается, что те аспекты раскрытых здесь способов, которые относятся к удалению багассы из суспензии с получением мисцеллы; добавлению дополнительного полярного органического растворителя для получения мисцеллы пониженной вязкости; удаления 80-95 масс. % багассы из мисцеллы пониженной вязкости (или мисцеллы) с получением очищенной мисцеллы; и возможно обработки очищенной мисцеллы для дополнительного удаления багассы с получением осветленного раствора каучука, содержащего 0,01-1% по массе багассы, будут осуществляться при температуре или температурах ниже точки кипения смеси используемых по меньшей мере одного полярного органического растворителя и по меньшей мере одного неполярного органического растворителя. Последующие или более поздние аспекты способов (т.е. повышения относительного количества полярного органического растворителя относительно неполярного органического растворителя в осветленном растворе каучука для коагулирования каучука и получения твердого каучука, очищенного от коагулированного каучука) предпочтительно осуществляют при температуре или температурах выше точки кипения по меньшей мере одного полярного органического растворителя и/или выше точки кипения смеси по меньшей мере одного неполярного органического растворителя.
Некоторые стадии в каждом из первого и второго вариантов реализации описанных здесь способов предпочтительно осуществляют в непрерывном режиме. В некоторых вариантах реализации первого и второго вариантов реализации описанных здесь способов (a)-(g) осуществляют в непрерывном режиме.
Примеры
Следующие далее примеры приведены исключительно в целях иллюстрации, и не предназначены для ограничения объема прилагающейся формулы изобретения.
Если не указано иначе, технические и научные термины имеют значение, обычное для понимания среднего специалиста в области, к которой относится настоящая заявка. Хотя настоящая заявка проиллюстрирована описанием вариантов реализации, и хотя варианты реализации описаны достаточно подробно, объем прилагающейся формулы изобретения никоим образом не ограничен и не сводится к этим деталям. Дополнительные преимущества и модификации легко станут понятны специалисту. Соответственно, настоящая заявка в своих более широких аспектах не ограничивается конкретными показанными и описанными подробностями, примерами реализации. Соответственно, возможны отклонения от таких подробностей, которые при этом не выходят за рамки сущности и объема общего изобретательского замысла.
Пример 1: Получение брикетов
Собирали приблизительно 150 фунтов 6-летнего кустарника гуаюлы. Это был кустарник премиум-сорта (марикированного AZ-2), полученный из Министерства сельского хозяйства США в Марикопе, шт. Аризона. Сбор осуществляли, собирая часть гуаюлы, растущую над землей (т.е. корни оставляли под землей). Затем ветки кустарника оставляли сушиться в поле в течение 15 дней после срезания (условия среды были следующими: средний дневной максимум приблизительно 75°F (приблизительно 24°C) и средний дневной минимум приблизительно 49°F (приблизительно 9°C) с очень ограниченным числом дождей или без дождей (меньше 1''). После сушки в поле там же отделяли листья и почву путем встряхивания кустов вручную. Затем кусты измельчали на куски длиной меньше 2'' (диаметр щепок составлял приблизительно от 0,25'' до 0,125''). В смеси крупных щепок также присутствовали «мелкие фракции» меньшего размера.
Через неделю после изготовления крупной щепы, ее загружали в дробилку (B&J, модель BPV68-2) с размером отверстий сита, равным ¼'' (6,4 мм). Более мелкие щепки, поступающие и дробилки, пропускали через вибросито калибра 20 меш, чтобы удалить материал недостаточного размера. Щепки, оставшиеся на сите калибра 20 меш использовали для получения брикетов (см. ниже). Брикеты изготавливали в тот же день, когда осуществляли калибровку щепы.
Анализ крупного измельченного материала показал содержание жидкости 15,5 масс. %, содержание экстрагируемого каучука, составляющее 1,6 масс. %, и содержание экстрагируемой смолы 5,8 масс. % Анализ более мелкой щепы (до обработки на сите калибра 20 меш) показал содержание влаги 15,5 масс. %, содержание экстрагируемого каучука 2,1 масс. % и содержание экстрагируемой смолы 7,6 масс. % при плотности 2 фунта/галлон. Анализ мелкой щепы после пропускания через сито калибра 20 меш 20 показал содержание влаги 15,8%, содержание экстрагируемого каучука 2,1 масс. % и содержание экстрагируемой смолы 6,3 масс. % Анализ содержания влаги в более мелкой щепе (как до, так и после пропускания через сито калибра 20 меш) проводили непосредственно после обработки крупной щепы в дробилке. Анализ содержания каучука и смолы в крупной щепе проводили через 2 недели после получения крупной щепы/1 неделю после дробления (крупную щепу сохраняли для анализа). Содержание влаги в образцах определяли путем высушивания материала в конвекционной печи при 110°С ч течение 5 часов. % каучука и смолы в образцах определяли с использованием образцов материала гуаюлы массой 9-10 грамм, экстрагирования по Сокслету в течение 6 часов со смесью растворителей (31 мл ацетона, 170 мл пентана) для солюбилизации каучука и смолы. Солюбилизированный каучук (содержащийся в пентановой фазе) выделяли с использованием коагуляции метанолом, центрифугировани и сушки. Более конкретно, 20 мл экстракта, полученного в результате экстракции по Сокслету переносили в центрифужную пробирку и добавляли 20 мл метанола для коагулирования каучука. Пробирку с ее содержимым центрифугировали на 1500 об/мин в течение 20 минут для отделения коагулированного каучука от растворителя. Надосадочную жидкость в пробирке декантировали в колбу и сохраняли для определения % смолы. Пробирку и содержащийся в ней коагулированный каучук промывали аликвотой ацетона (10 мл) и выливали ацетон из пробирки в колбу, содержащую декантированную надосадочную жидкость. Предшествующие стадии были осуществлены при температуре окружающей среды (примерно 22°С) и давлении окружающей среды (примерно 98 кПа) в лаборатории. Затем оставшийся коагулированный каучук в пробирке помещали в вакуумную печь, нагретую до 60°С и сушили в вакууме в течение 30 минут. После охлаждения до комнатной температуры пробирку взвешивали и рассчитывали количество каучука в ней. Содержание смолы (содержащейся в ацетоновой фазе) определяли с использованием колбы, содержащей надосадочную жидкость и декантированный ацетон. Растворитель выпаривали из колбы в вытяжном колпаке до состояния, близкого к сухому. Оставшееся содержимое дополнительно сушили, поместив колбу в печь при температуре 110°С на 30 минут. После остывания колбу взвешивали и рассчитывали количество смолы, оставшейся в колбе.
Для операции брикетирования готовили 7 различных партий материала. Каждая партия содержала мелко измельченный материал гуаюлы (после пропускание через сита 20 меш.), а некоторые партии содержали дополнительные ингредиенты (как показано ниже в таблице 1). Как показано в таблице 1, использовали два доступных для приобретения брикетирующих устройства разного типа. Оба устройства произведены K.R. Komarek, Inc. (Wood Dale, IL - Иллинойс, США) и представляют собой устройства для брикетирования валкового типа. Устройство B100R содержит валки диаметром 130 мм и шириной 51 мм с 18 карманами (бороздами) на поверхности валка. Установленное рабочее значение межвалкового зазора составляло 0,6 мм. Устройство BR200QC содержит валки диаметром 305 мм и шириной 51 с 36 карманами (бороздами) на поверхности валка. Установленное рабочее значение межвалкового зазора составляло 0,4 мм.
Анализ процентной влажности, процентного содержания смолы и каучука в брикетах проводили через 7 дней после брикетирования. Результаты для партии брикетов 2 были следующие: 14,3 масс. % влажность, 4,0 масс. % каучука и 10,5 масс. % смолы. Образцы брикетов из партий под номерами 2, 3 и 5 также подвергали ручному измельчению с использованием ступки и пестика, а затем исследовали. Результаты для брикетов из партии номер 2 после ручного измельчения были следующими: 13,9 масс. % влажности, 4,2 масс. % каучука и 10,2 масс. % смолы, а плотность составляла 7 фунтов/галлон. Результаты для брикетов из партии номер 3 после ручного измельчения были следующими 11,7 масс. % влажность, 4,2 масс. % каучука и 10,9 масс. % смолы. Результаты для брикетов из партии номер 5 после ручного измельчения были следующими 5,5 масс. % влажность, 4,3 масс. % каучука и 11,2 масс. % смолы.
Пример 2: Обработка брикетов (выделение каучука)
Измельченный материал брикетов погружали в смесь растворителей (20% по объему ацетона и 80% по объему гексана), аккуратно встряхивая. Затем материал (с растворителем) подвергали нескольким циклам центрифугирования (с использованием настольной маятниковой центрифуги) до получения прозрачной мисцеллы. Каучук, содержащийся в мисцелле, осаждали путем добавления ацетона (ацетон постепенно добавляли до момента начала коагуляции, после чего добавляли еще 10% по объему ацетона). Предшествующие стадии были осуществлены при температуре окружающей среды (примерно 22°С) и давлении окружающей среды (примерно 98 кПа) в лаборатории. Осажденный (коагулированный) каучук сушили при 40-100°С и под вакуумом (10-100 кПа) и измеряли молекулярную массу высушенного каучука методом гель-проникающей хроматографии. Для измерения методом гель-проникающей хроматографии (GPC) каучук растворяли в ТГФ и использовали 2 колонки Tosoh TSK Gel GMHx1. Калибровку осуществляли с использованием полистирольных стандартов, а значения полиизопрена рассчитывали использованием коэффициентов Марка-Хаувинка.
Пример 3: Выдерживание брикетов
Брикеты, полученные с использованием материала гуаюлы, обрабатывали с использованием процедур для разных номеров партий (процедуры обработки соответствуют описанным выше в таблице 1). Полученные брикеты, аналогичные описанным ниже в таблице 2 (где ВВ # соответствует процедуре для номера партии из таблицы 1), выдерживали в течение различных периодов времени, варьирующих в диапазоне 7-91 дней, как указано в таблице 2, и исследовали в соответствии с описанной выше процедурой (ручное измельчение, экстракция ацетоном/гексаном, коагуляция и измерение молярной массы методом гель-прогникающей хроматографии) для определения молекулярной массы коагулированного каучука, полученного в результате выдержки каждого вида брикетов в течение разного числа дней. Выдерживание брикетов осуществляли путем хранения брикетов в неплотно закрытых пластиковых пакетах. Затем пластиковые пакеты хранили в пластиковом барабане при комнатной температуре. Содержимое барабана не подвергалось действию прямого света или циркулирующего воздуха. Как видно из данных оценки, приведенных в таблице 2, обработка материала гуаюлы антиоксидантом перед брикетированием (ВВ4, ВВ6 и ВВ7) обеспечивало значительные преимущества в смысле сохранения молекулярной массы при выдерживании. Только в тех брикетах, содержащие материал гуаюлы, которые были обработаны антиоксидантом перед брикетированием, удавалось сохранить молекулярную массу выше 1×106 на протяжении всех 91 дней. Брикеты ВВ7 сохраняли молекулярную массу выше 1×106 в течение 200 дней, а брикеты ВВ6 сохраняли молекулярную массу выше 800000 в течение 200 дней. (Кажущееся увеличение молекулярной массы при выдерживании может быть связано с маленьким объемом выборки (для каждого измерения разрушали только 2 брикета и в таблице 2 содержатся средние значения, полученные по ним) и различиями в количестве ацетона, использовавшегося для коагуляции каучука, которое может изменять относительное количество коагулирующего высокомолекулярного каучука относительно количества коагулированного каучука с низкой молекулярной массой).
Использование термина "включает" или "включая" в описании или формуле изобретения предполагает, что данный термин имеет включающее значение аналогично термину "содержащий", в котором этот термин используется в качестве переходного слова в формуле. Кроме того, термин "или" в том смысле, в котором он используется (например, А или В) обозначает "А или В или оба". Если авторы хотят указать "только А или В, но не оба", используется термин "только А или В, но не оба". Соответственно, использование в настоящем тексте термина "или" имеет включающее, а не исключающее значение. См. Bryan A. Garner, A Dictionary of Modem Legal Usage 624 (2d. Ed. 1995). Также используемый в описании или формуле изобретения термин "в" доболнительно обозначает "на". Далее используемый в описании или формуле иобретения термин "связывать" обозначает не только "непосредственно связанный с", но также "опосредованно связанный с», например, связанный через другой компонент или компоненты.
Несмотря на то что настоящее изобретение проиллюстрировано путем описания вариантов его реализации, и хотя варианты реализации описаны довольно подробно, настоящая заявка никоим образом не предназначена для ограничения объема прилагающейся формулы изобретения приведенными подробностями. Специалист легко увидит дополнительные преимущества и модификации. Соответственно, настоящая заявка в своих наиболее широких аспектах не ограничена конкретными деталями, приведенным в качестве примера устройством и иллюстрирующими примерами, которые показаны и описаны в ней. Соответственно, возможны отклонения от указанных подробностей, не выходящие за пределы сущности и объема общего изобретательского замысла настоящей заявки.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ КАУЧУКА ИЗ РАСТЕНИЙ, НЕ ЯВЛЯЮЩИХСЯ ГЕВЕЯМИ | 2013 |
|
RU2630489C2 |
| СПОСОБЫ УДАЛЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЯ ИЗ БАГАССЫ | 2013 |
|
RU2633580C2 |
| СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЭКСТРАГИРУЕМОГО КАУЧУКА В МАТЕРИАЛЕ РАСТЕНИЯ, НЕ ЯВЛЯЮЩЕГОСЯ ГЕВЕЕЙ | 2013 |
|
RU2637971C2 |
| СПОСОБ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ СМОЛЫ И КАУЧУКА ИЗ ГВАЮЛОВЫХ РАСТЕНИЙ | 2016 |
|
RU2709876C1 |
| СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ ЛАТЕКСА, СМОЛЫ И КАУЧУКА ИЗ ГВАЮЛОВЫХ РАСТЕНИЙ | 2016 |
|
RU2731382C2 |
| СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА НЕГЕВЕЙНОГО ТИПА В ТВЕРДОЙ ФОРМЕ ИЗ СОДЕРЖАЩИХ ЕГО РАСТВОРОВ | 2016 |
|
RU2726629C2 |
| СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА САХАРОВ ИЗ БИОМАССЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ РАСТЕНИЙ ГВАЮЛА | 2018 |
|
RU2772346C2 |
| Способ определения содержания каучука в тканях каучуконосных растений | 2022 |
|
RU2805229C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРОВ ИЗ БИОМАССЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ РАСТЕНИЙ ГВАЙЮЛЫ | 2019 |
|
RU2793789C2 |
| ИНТЕГРИРОВАННЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ РАСТЕНИЯ ГВАЮЛЫ | 2015 |
|
RU2696470C2 |
Изобретение относится к способу выделения каучука из брикетов содержащих каучук растений, не являющихся гевеей. Выдержанные в течение 21-200 дней после получения брикеты, содержащие антиоксидант и измельченный растительный материал, измельчают и смешивают с неполярным органическим растворителем и с полярным органическим растворителем. Затем удаляют большую часть багассы из полученной суспензии и получают мисцеллу и первую порцию багассы. Удаляют 80-95 мас.% багассы из мисцеллы. Возможна последующая обработка мисцеллы до получения осветленного раствора каучука. Путем добавления дополнительного полярного растворителя и/или путем удаления неполярного растворителя проводят коагуляцию каучука и получают очищенный твердый каучук. Изобретение позволяет снизить затраты при получении каучука из растений, не являющихся гевеей. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
1. Способ выделения каучука из брикетов, содержащих каучук, включающий:
a) использование выдержанных брикетов, содержащих по меньшей мере один антиоксидант и измельченный растительный материал, который содержит багассу, каучук, смолу и менее 5 масс. % листьев растения, не являющегося гевеей, причем брикеты выдержаны в течение 21-200 дней после получения;
b) измельчение выдержанных брикетов и затем смешивание измельченных брикетов с (i) по меньшей мере одним неполярным органическим растворителем и (ii) по меньшей мере одним полярным органическим растворителем с получением суспензии, причем общее количество (i) и (ii) составляет 50-90% от массы суспензии, брикеты составляют 10-50% от массы суспензии, и суспензия содержит 0,5-10,0 масс. % воды;
c) удаление большей части багассы из суспензии с получением мисцеллы и первой порции багассы;
d) не обязательно добавление дополнительного полярного органического растворителя, неполярного органического растворителя или их комбинации в мисцеллу с получением мисцеллы пониженной вязкости, причем любой дополнительный добавляемый полярный органический растворитель и неполярный органический растворитель могут быть такими же, которые использовались на стадии (а), или отличаться от них, и количество любого дополнительного добавляемого полярного органического растворителя меньше количества, вызывающего коагуляцию каучука, содержащегося в мисцелле пониженной вязкости;
e) удаление 80-95 масс. % багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в мисцелле пониженной вязкости) из мисцеллы, полученной на стадии (с) или (d), с получением очищенной мисцеллы и второй фракции багассы, при этом большая часть удаленной багассы характеризуется размером частиц менее 105 микрон;
f) не обязательно обработку очищенной мисцеллы для дополнительного удаления багассы с получением осветленного раствора каучука, который содержит 0,01-1% по массе багассы (в расчете на общую массу багассы, содержащейся в суспензии) с получением осветленного раствора каучука;
g) повышение относительного количества полярного растворителя по сравнению с неполярным растворителем в осветленном растворе каучука путем добавления дополнительного полярного органического растворителя и/или путем удаления неполярного органического растворителя, что приводит к коагуляции каучука; и
h) получение очищенного твердого каучука из коагулированного каучука, причем при содержании 0,8% летучих веществ указанный очищенный твердый каучук также содержит 0,05-0,5 масс. % загрязнений, 0,2-1,5 масс. % золы, 0,1-4 масс. % смолы,
причем по меньшей мере стадии (b)-(f) осуществляют при температуре или температурах 10-80°С и давлении от 35 до 1000 кПа.
2. Способ по п. 1, в котором брикеты содержат 80-100% по массе коры, меньше 20% по массе древесины и меньше 1% по массе листьев.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором измельченный растительный материал брикетов получен из кустарника гуаюлы.
4. Выдержанный брикет, содержащий:
от 78 до 95 масс. % прессованного измельченного растительного материала (в расчете на общую массу брикета) из растения, не являющегося гевеей, причем указанный растительный материал содержит багассу, каучук и смолу,
2-20 масс. % воды (в расчете на общую массу брикета),
0,2-2,0 масс. % антиоксиданта (в расчете на общую массу каучука, содержащегося в багассе),
причем брикет выдержан в течение 21-200 дней после получения, и молекулярная масса каучука в брикете, измеренная после экстракции каучука органическим растворителем из растительного материала брикета, составляет 1000000-1500000.
5. Брикет по п. 4, в котором молекулярная масса каучука в брикете, измеренная после экстракции каучука органическим растворителем из растительного материала брикета, составляет 1200000-1500000.
6. Брикет по п. 4 или 5, в котором измельченный растительный материал в брикетах получен из кустарника гуаюлы.
7. Брикет по п. 4, который дополнительно содержит 0,1-5,0 масс. % связующего.
| US 4526959 A1, 02.07.1985 | |||
| US 4616075 A, 07.10.1986 | |||
| US 4804741 A1, 14.02.1989 | |||
| WO 2009129249 A2, 22.10.2009 | |||
| EA 2011170418 A1, 20.12.2011 | |||
| Способ формовки каучуковых изделий | 1925 |
|
SU15590A1 |
