处理银胶菊橡胶的系统和方法与流程

处理银胶菊橡胶的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年8月23日提交的美国临时申请序列号no.62/890,924的权益。上述申请的全部公开内容以引用方式纳入本技术中。
技术领域
3.本公开内容涉及用于从非三叶胶树植物中获得天然橡胶的系统和方法，更具体地，涉及用于从银胶菊灌木中分离和纯化天然橡胶的基于挤出的系统和方法。


背景技术：

4.巴西三叶胶树，也被称为“三叶胶树”或“橡胶树”，是一种著名的天然橡胶来源。美国的天然橡胶消费主要来自三叶胶树。橡胶来源，诸如三叶胶树，以及其他植物，诸如弹性榕树或“印度橡胶树”，以及桉叶藤或“马达加斯加橡胶藤”，都以含有橡胶胶乳的汁液的形式生产天然橡胶，该胶乳自由流动，并可通过割取植物来回收。
5.已知各种非三叶胶植物也含有天然橡胶。一种非三叶胶植物是银胶菊，俗称银胶菊灌木。与三叶胶植物在乳管中产生橡胶不同，银胶菊的橡胶是在树皮、茎和根的薄壁细胞中产生的。因此，必须通过机械分解细胞来从银胶菊植物中获得橡胶，而不是像三叶胶树那样割胶。由于这个原因，从非三叶胶植物中去除橡胶的过程通常比从汁液生产来源(诸如三叶胶树)收获橡胶的过程更复杂。银胶菊和三叶橡胶之间的另一个区别是树脂材料的数量——在三叶胶树中，树脂含量极低，但在银胶菊灌木中，树脂是主要成分，必须在诸如轮胎应用中去除。应当理解，银胶菊植物中的树脂对橡胶的固化行为和复合性能有不利影响。
6.历史上，美国进口的三叶胶衍生的天然橡胶绝大多数来自印度尼西亚、越南和泰国。然而，来自银胶菊灌木的天然橡胶可以在美国西南部和墨西哥北部种植，因此在美国作为三叶胶衍生的天然橡胶的国内替代品是可取的。
7.从银胶菊灌木中分离银胶菊橡胶有几种方法和相关的变化。这些方法可分为三类：浮选法；胶乳法；和溶剂法。
8.浮选法的一个例子可见于胡佛(hoover)等人的美国专利no.2,408,853，该专利描述了如何将粉碎或切割的落叶银胶菊灌木在泥浆中用卵石碾磨以形成“橡胶蠕虫”，然后通过浮选法分离。胡佛等人还描述了通过发酵方法纯化橡胶蠕虫。20世纪70年代末，墨西哥的saltillo建立并运行了一家使用浮选法的改良工厂，该方法的描述可见于1977年由national science foundation出版的“[an]alternative source of natural rubber”第6章。
[0009]
胶乳法描述于cornish的美国专利no.5,580,942中。cornish的专利描述了一种制备银胶菊胶乳的方法，该方法是将植物在水介质中均质，过滤匀浆并通过离心将含橡胶的相与水相分离。所得胶乳可以使用常规技术用诸如甲酸、柠檬酸、乙酸、金属盐等材料凝固。通常使用钙盐。聚合物通常用酚类或胺类抗氧化剂稳定，以避免分子量降低和分解。
[0010]
或者，可以用溶剂混合物处理胶乳以分离橡胶，诸如在cole等人的美国专利no.8,
815,965中那样。cole等人的专利描述了如何使非三叶胶胶乳与有机溶剂接触，以产生富含橡胶的有机相和缺少橡胶的水相。有机相的进一步处理(例如提取和干燥)提供固体银胶菊橡胶。
[0011]
另外，例如，在martin等人的美国专利no.9,273,153中，描述了一种方法，其中在挤出机中使用剪切、酸、金属盐或其组合使胶乳凝固。任选地，可以在挤出机中用溶剂洗涤凝固的橡胶。在martin等人的专利中，将银胶菊胶乳加入到挤出机中，其中描述了橡胶的沉淀、洗涤和干燥。尽管martin等人提到了溶剂和溶剂的共混物，但没有实施例，也没有认识到选择溶剂体系(共混物)的重要性，其中第一溶剂被构造为凝固胶乳，第二溶剂被构造为溶胀所得的凝固物。
[0012]
在另一示例中，sauty等人的美国专利申请公开no.2018/0230243公开了一种用于银胶菊胶乳的基于多种溶剂的沉淀和洗涤挤出机方法，其显著降低了橡胶中的树脂含量。
[0013]
对于银胶菊的大市场应用(在此，橡胶必须在价格上与三叶胶竞争)，优选采用橡胶分离的提取方法。在该技术中，通过切碎和/或研磨，然后用一种或多种溶剂提取来减小银胶菊的尺寸。切碎的银胶菊含有希望在该方法中分离的橡胶和树脂组分。
[0014]
例如，buchanan的美国专利no.4,136,131公开了一种从银胶菊灌木中提取银胶菊橡胶的溶剂方法。在buchanan的专利中公开的方法包括减小银胶菊灌木的尺寸并使产生的颗粒成形，然后用选定的溶剂连续提取树脂和橡胶。
[0015]
在另一个示例中，texas a&m university开发了一种连续提取方法(j.wagner和d.parma(1988)polymer-plastics technology and engineering
‑“
continuous solvent extraction process for recovery of natural rubber from guayule”27：3，33 5-3)，其通过引用并入本技术，使用甲苯、二甲苯和戊烷/全氯乙烯的共混物作为溶剂，并结合甲醇作为沉淀剂。尽管标记为“连续”方法，但该方法仅使用连续提取，从提取的银胶菊中沉淀橡胶是分批进行的。
[0016]
如上所述，银胶菊通常含有大量的树脂，树脂的量通常等于银胶菊灌木中所含橡胶的量。
[0017]
例如，clark的美国专利no.2,618,670的全部公开内容以引用方式纳入本技术。clark的专利描述了如何通过使用甲乙酮/水共沸混合物作为提取介质，从银胶菊含橡胶材料中提取银胶菊树脂。另一个示例是kay的美国专利4,684,715，该专利的全部公开内容以引用方式纳入本技术。kay公开了通过使用由极性和非极性溶剂共混物组成的单相溶剂体系提取树脂和橡胶。
[0018]
因此，一直需要一种更高效和有效的系统和方法，用于从诸如银胶菊灌木的非三叶胶来源中获得橡胶，这将产生优异的天然橡胶质量和可用性。理想的是，该系统和方法以最少的步骤促进橡胶的分离和橡胶与树脂的分离。


技术实现要素：

[0019]
依照本公开，已经令人惊讶地发现了一种用于从非橡胶树来源(诸如银胶菊灌木)获得橡胶的更高效和有效的系统和方法，这将产生优异的天然橡胶质量和可用性，并且有利于以最少的步骤沉淀和提取天然橡胶。
[0020]
与任何工业过程一样，如果可以减少或简化工艺步骤的数量，则可以降低成本。在
从提取过程中分离银胶菊时，提取银胶菊(连续或分批)，然后在单独的过程中用非溶剂分批处理得到的混合油以分离橡胶。然后可以将橡胶与溶剂分离、稳定并干燥。根据溶剂的组成，回收的银胶菊的百分比和残留的树脂量将发生变化。在本发明的挤出工艺中，橡胶的沉淀和脱树脂同时发生，溶剂从被稳定和干燥的橡胶中分离出来。因此，在一个工艺步骤中，混合油被转化为准备用于配混的成品橡胶产品。
[0021]
在本发明的一个实施例中，天然橡胶混合油处理方法包括在挤出机中混合天然橡胶混合油和至少一种溶剂共混物的步骤。在挤出机中从银胶菊中去除树脂和溶剂，并将橡胶保留在挤出机中。天然橡胶混合油的浓缩可以是从银胶菊植物中“提取的”，该混合油通常含有低于5％的橡胶，或者更优选地，可以通过去除溶剂来浓缩，以增加每单位体积所含橡胶的量。至少一种溶剂共混物被构造为沉淀天然橡胶并去除在沉淀的天然橡胶中发现的树脂。有利的是，已经发现可以从天然橡胶混合油中获得更多的天然橡胶，这与使用胶乳的现有方法相反，在现有方法中，在处理过程中更多的橡胶倾向于被工厂保留。
[0022]
至少一种溶剂共混物可包括第一极性溶剂和第二非极性溶剂。第一极性溶剂用于沉淀天然橡胶，第二非极性溶剂用于溶胀所得的沉淀橡胶。溶剂共混物实现不同的溶解度参数，使得橡胶在溶剂相中不混溶，并且使得溶胀被小心地控制。
[0023]
特别地，溶剂共混物可以由极性和非极性溶剂的混合物组成，其中非极性溶剂由烃类溶剂组成，烃类溶剂选自由具有5至9个碳原子的烷烃、具有5至10个碳原子的环烷烃、具有6至12个碳原子的芳族化合物或烷基取代的芳族化合物、含有6至12个碳原子的氯芳烃、具有5至10个碳原子的氯环烷烃、含有2至8个碳的氯烷烃及其组合的组成的群组，并且该极性溶剂选自由具有1至8个碳原子的醇、具有3至8个碳原子的酯、具有3至8个碳原子的酮、具有2至8个碳原子的醚及其组合组成的群组，并且其中该溶剂共混物能够从混合油中沉淀银胶菊并去除树脂。
[0024]
在另一个实施例中，银胶菊橡胶混合油处理方法包括沿着挤出机的长度方向将银胶菊橡胶混合油和一系列溶剂共混物混合，以沉淀银胶菊橡胶并去除在沉淀的银胶菊橡胶中发现的树脂。该系列溶剂共混物包括构造成沉淀银胶菊橡胶的第一极性溶剂和构造成溶胀所得沉淀的银胶菊橡胶的第二非极性溶剂。溶剂共混物实现不同的溶解度参数，使得沉淀的橡胶在溶剂相中不混溶，并且使得溶胀被小心地控制。该系列溶剂共混物包括第一极性溶剂和第二非极性溶剂的不同共混物，该些共混物在不同位置引入，并且具有的第一极性溶剂和第二非极性溶剂的比例不同。
[0025]
在另一个实施例中，天然橡胶混合油处理系统包括具有至少一个过滤器的挤出机。可以使用多个过滤器，因为溶剂共混物可以沿着挤出机长度变化，并且后续提取更多的树脂。例如，至少一个过滤器可以包括第一机械过滤器、第二机械过滤器和第三机械过滤器。挤出机具有第一末端和第二末端，以及至少一个螺杆。尽管可以使用单螺杆，但是在某些实施例中可以优选双螺杆挤出机。挤出机还具有位于第一末端和第二末端之间的多个处理区。多个处理区包括沉淀区、第一洗涤区和任选的第二洗涤区。沉淀区被构造为接收天然橡胶混合油和第一溶剂共混物，并将天然橡胶混合油沉淀为沉淀物。第一洗涤区与沉淀区连通，并被构造为接收沉淀物和第二溶剂共混物。第二洗涤区与第一洗涤区连通，并被构造为接收沉淀物和第三溶剂共混物。第一机械过滤器与沉淀区连通，并被构造为从沉淀区中的沉淀物去除第一溶剂共混物的至少一部分。第二机械过滤器与第一洗涤区连通，并被构
造为从第一洗涤区中的沉淀物中去除第二溶剂共混物的至少一部分。第三机械过滤器与第二洗涤区连通，并被构造为在第二洗涤区中从沉淀物中去除第三溶剂共混物的至少一部分。
[0026]
在另一个实施例中，银胶菊橡胶处理方法包括在挤出机的沉淀区中混合银胶菊混合油和第一溶剂共混物以形成沉淀物的步骤。然后使用第一机械过滤器去除沉淀区中的第一溶剂共混物的一部分。然后在第一洗涤区用第二溶剂共混物洗涤沉淀物。然后使用第二机械过滤器在第一洗涤区去除第二溶剂共混物的一部分。然后在第二洗涤区用第三溶剂共混物洗涤沉淀物。然后使用第三机械过滤器在第二洗涤区去除第三溶剂共混物的一部分。然后在第三机械过滤器下游的位置对挤出机施加真空，以去除任何残余量的第一溶剂共混物、第二溶剂共混物和第三溶剂共混物。然后通过挤出机的第二末端挤出沉淀物以提供银胶菊橡胶。可以在最后的洗涤区之后和施加真空之前加入聚合物稳定剂。
[0027]
在一个示例性实施例中，本公开包括使用螺杆挤出机和溶剂共混物从银胶菊混合油制备银胶菊天然橡胶以去除树脂的方法。该方法包括将天然橡胶混合油浓缩至约10％或更高的橡胶含量，在挤出机的沉淀区将浓缩的混合油与极性/非极性溶剂共混物(例如乙醇/环戊烷)混合。银胶菊天然橡胶溶于环戊烷，不溶于乙醇。用乙醇将银胶菊混合油沉淀为银胶菊天然橡胶。环戊烷用于溶胀所得的银胶菊天然橡胶，以使其更柔软并增加其与挤出机的机械相互作用，从而更有效地提取树脂。在沉淀区之后，通过机械过滤器将树脂与大部分溶剂一起去除。在橡胶离开挤出机用于最终用途之前，真空用于将总挥发物减少到小于1％。
[0028]
有利地，选择极性溶剂与非极性溶剂的比率，使得沉淀物足够软以被处理(即，树脂被提取)，但不会软到使其溶解在溶剂中或被推动通过机械过滤器。因此，在乙醇/环戊烷混合物的情况下，溶剂共混物的环戊烷部分足够高，以引起所需量的溶胀，但是挤出机条件使得溶胀的橡胶不会通过过滤器被推出。可能影响所需质量溶胀比的变量是机械过滤器的类型、螺杆速度、螺杆螺纹深度、螺杆螺纹长度、机筒段温度和螺杆与机筒之间的距离。应该注意的是，不仅仅是加入到挤出机中的溶剂共混物的质量溶胀比控制挤出机中橡胶的性能，而是橡胶在挤出机中经历的特定溶剂组合物的质量溶胀比。例如，在从凝固区移动到洗涤区时，来自凝固区的一些溶剂将被转移到洗涤区，并提高橡胶在洗涤区中经受的溶剂共混物的质量溶胀比值。
[0029]
已经令人惊讶地发现，环戊烷的重量分数必须为约0％至约50％，更特别地为约20％至约30％，最特别地为此目的为约25％。随着溶剂共混物中环戊烷含量的增加而以非线性关系增加的质量溶胀比也在约1.09和约3.00之间，更特别地在约1.47和约1.69之间，最特别地为约1.5。在特定实施例中，通过75％乙醇与25％环戊烷的比率获得该质量溶胀比。无论在该方法中选择何种极性/非极性溶剂混合物，这些溶胀比都是适用的，但是极性溶剂与非极性溶剂的比率将根据所选择的溶剂共混物而不同。这通过图3与图4的比较来说明，其中比较了极性和非极性溶剂的不同组合的msr值。在示例1中还描述了如何确定msr的说明。
[0030]
应当注意，尽管sauty在美国专利申请公开no.2018/0230243引入了质量溶胀比，并讨论了质量溶胀比对胶乳凝固和提取的重要性，sauty使用的胶乳中的水使得计算真实的质量溶胀比变得困难。由于在sauty的申请案中使用的极性溶剂可溶于胶乳中所含的水，
并且存在于该过程中的水将因此吸收至少一些极性溶剂，故难以确定凝固胶乳遇到的极性/非极性溶剂的实际比例。sauty指出，对于含有45％水的胶乳，所指定的条件是“最佳的”，并且预计如果胶乳浓度降低，则纯化银胶菊所需的溶剂比例可能会改变。因此，凝固/洗涤银胶菊胶乳所需的目标质量溶胀比将不同于沉淀/洗涤本文所述的银胶菊混合油所需的质量溶胀比。
[0031]
此外，还控制处理过程中的挤出机温度，以使沉淀物通过过滤器的损失最小化。应当理解，该温度是机筒温度而不是溶剂温度。例如，可以通过每个区域中的挤出机机筒的热电偶来确定机筒温度。还应当理解，较低的温度使得沉淀物不太可能被无意中推动通过过滤器。
[0032]
本领域普通技术人员可以根据需要在挤出过程中为挤出机选择合适的温度或温度范围。在某些实施例中，天然橡胶混合油可以在沉淀区中在低于环境温度的温度下处理，特别是在约0℃和约8℃之间，最特别是约4℃。在另一个示例中，沉淀物可以在第一洗涤区中在低于环境温度的温度下处理，特别是在约0℃和8℃之间，最特别的是在约4℃。应该理解的是，在这些位置低于环境温度既有利于挥发性溶剂共混物的使用，也有助于防止天然橡胶混合油不希望地通过过滤器而排出。
[0033]
在另一个示例中，天然橡胶混合油可以在约100℃至约200℃，最特别是约150℃的第二洗涤区中处理。应该理解的是，在第二洗涤区的位置，挤出机的内容物处于压力下，因此挥发性溶剂共混物可以在这些温度下处理。
[0034]
极性溶剂与非极性溶剂的比率也沿着挤出机的长度改变，以优化树脂的处理和去除。例如，在乙醇/环戊烷的情况下，在沉淀区，乙醇与环戊烷的比率可以是75/25，以促进沉淀并允许一些树脂被溶剂去除，在第一洗涤区，乙醇与环戊烷的比率可以是50/50，以去除额外的树脂并保持适当的溶胀，并且在第二洗涤区，乙醇与环戊烷的比率可以是95/5，以便完成树脂的去除，同时保持最小的溶胀以防止橡胶的过度软化或溶解，否则这将导致橡胶通过过滤器的损失。极性溶剂浓度在后续的洗涤区中增加，在任何洗涤步骤中任何后续使用的溶剂共混物的msr将等于或小于在较早的洗涤步骤中或在沉淀区中使用的msr。
附图说明
[0035]
通过下面的详细描述，特别是当根据本文所述的附图考虑时，本公开的上述以及其它优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
[0036]
图1是根据本公开的一个实施例的用于去除银胶菊树脂和将银胶菊混合油沉淀到天然橡胶中的挤出机系统的示意图；
[0037]
图2是描述根据本公开的一个实施例的用于去除银胶菊树脂和将银胶菊混合油沉淀到天然橡胶中的方法的流程图；
[0038]
图3是作为环戊烷/乙醇共混物中乙醇的重量百分比的函数的质量溶胀比的关系图；和
[0039]
图4是作为几种极性/己烷溶剂共混物的重量百分比的函数的质量溶胀比的关系图。
具体实施方式
[0040]
下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或使用。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。关于所公开的方法，所给出的步骤的顺序本质上是示例性的，因此，除非另外公开，否则不是必需的或关键的。
[0041]
本文所用的术语“混合油”是指含有天然橡胶和烃类溶剂而没有任何添加的水的溶液或混合物。术语“混合油”也不同于“胶乳”，胶乳涉及含有天然橡胶和水的乳液或混合物。
[0042]
本公开包括用于在挤出机102中去除树脂和沉淀天然橡胶的系统100和方法200。在非限制性示例中，天然橡胶可以是银胶菊橡胶；然而，本领域技术人员可以根据需要选择其它类型的天然橡胶。此外，本公开涉及在挤出机102中应用溶剂共混物的意想不到的和令人惊讶地发现的临界条件来沉淀和洗涤溶剂，以在处理过程中有效地和高效地去除银胶菊树脂。
[0043]
在特定的实施例中，加入到挤出机102中的银胶菊混合油104的浓度可以通过去除溶剂来增加，以增加每单位体积的橡胶量。例如，通过从原料银胶菊混合油中去除溶剂，可以将银胶菊混合油104的浓度提高到约10％或更高的橡胶含量。
[0044]
参考图1，根据本公开的实施例的系统100包括挤出机102，挤出机102可以在挤出机102的入口106处接收银胶菊混合油104。挤出机102可具有第一末端108和第二末端110，以及至少一个螺杆112。
[0045]
russell nichols、richard senn和farokh kheradi在advances in polymer technology,vol.3,n 1,p 41-49,1983的“direct extrusion of polymer latex emulsions”中描述了挤出、凝固和脱挥发操作的示例性描述，包括用于胶乳工艺的典型挤出机构造，该文献全部公开内容以引用方式纳入本技术。johnson的美国专利no.4,198,265公开了一种用于弹性体在有机溶剂中的溶液的脱挥发的挤出机工艺，该专利的全部公开内容以引用方式纳入本技术。
[0046]
特别地，继续参考图1，挤出机102可具有设置在第一末端108和第二末端110之间的多个处理区。挤出机102的多个处理区可以包括沉淀区114、第一洗涤区116和第二洗涤区118，在沉淀区114中处理银胶菊混合油104以形成沉淀物。
[0047]
沉淀区114、第一洗涤区116和第二洗涤区118中的每一个还可以具有相关联的过滤器120、122、124。尽管可以使用各种类型的过滤器，但是机械过滤器对于本技术特别有用。示例性的机械过滤器120、122、124在skidmore的美国专利no.4,110,843，以及russell nichols、richard senn和farokh kheradi在advances in polymer technology,vol.3,n 1,p 41-49,1983的“direct extrusion of polymer latex emulsions”中进行描述，这些专利的全部公开内容以引用方式纳入本技术。例如，机械过滤器120、122、124可以是小型双螺杆挤出机，该些挤出机可以被构造为用作过量溶剂的出口，但也可以被构造为迫使夹带的固体返回到挤出机102的主机筒中。本领域的普通技术人员还可以根据需要使用本公开范围内的其它合适类型的过滤器。
[0048]
挤出机102还可以具有设置在处理区之后的至少一个端口126、128、130。额外的成分，诸如抗氧化剂132，可以通过端口126、128、130注入挤出机102中。或者，可以从端口126、128、130抽真空134、136，以进一步提取溶剂并干燥由银胶菊混合油104形成的沉淀物。
[0049]
在某些实施例中，如图1所示，可以通过入口106将银胶菊混合油104与第一溶剂共混物138一起引入沉淀区114。第一溶剂共混物138被构造为沉淀银胶菊混合油104以形成沉淀物，以去除天然存在于银胶菊混合油104中的树脂，并在所得沉淀物中引起溶胀，以便于在挤出机102中处理沉淀物。第二溶剂共混物140和第三溶剂共混物142分别通过第一洗涤区116和第二洗涤区118的端口144、146引入。
[0050]
特别地，溶剂共混物138、140、142可以由极性和非极性溶剂的混合物组成，其中非极性溶剂由烃类溶剂组成，烃类溶剂选自由具有5至9个碳原子的烷烃、具有5至10个碳原子的环烷烃、具有6至12个碳原子的芳族化合物或烷基取代的芳族化合物、含有6至12个碳原子的氯芳烃、具有5至10个碳原子的氯环烷烃、含有2至8个碳的氯烷烃及其组合的组成的群组，并且该极性溶剂选自由具有1至8个碳原子的醇、具有3至8个碳原子的酯、具有3至8个碳原子的酮、具有2至8个碳原子的醚及其组合组成的群组，并且其中该溶剂共混物能够从混合油中沉淀银胶菊并去除树脂。
[0051]
第一溶剂共混物138、第二溶剂共混物140和第三溶剂共混物142可进一步构造成从由银胶菊混合油104的沉淀产生的沉淀物中去除残留树脂，同时还将沉淀物的溶胀保持在有利于其处理的水平。第一溶剂共混物138、第二溶剂共混物140和第三溶剂共混物142还可以防止沉淀物通过机械过滤器120、122、126从挤出机102过度软化和意外去除。
[0052]
在特定示例中，第一溶剂共混物138、第二溶剂共混物140和第三溶剂共混物142可包括各种预定比例的乙醇和环戊烷的混合物。然而，其它类型的溶剂和共混物也被考虑并被认为在本公开的范围内。用于该方法的溶剂共混物的其它示例在图4中示出，其中可以看到溶剂组成对msr的影响。
[0053]
然而，无论选择哪种极性/非极性溶剂体系，在某些实施例中也考虑了至少两种具有不同极性溶剂与非极性溶剂比例的不同溶剂共混物。任何洗涤区的溶剂共混物可包括提供的银胶菊橡胶质量溶胀比低于沉淀区114中的质量溶胀比的溶剂共混物。同样，任何后续洗涤区的银胶菊橡胶质量溶胀比可以等于或低于先前洗涤区中的银胶菊质量溶胀比。本领域普通技术人员可以根据需要选择用于第一溶剂共混物138、第二溶剂共混物140和第三溶剂共混物142和其它共混物/挤出机构造的另外合适的溶剂组合物。
[0054]
已经令人惊讶地发现，使用乙醇和环戊烷的特定组合有效地从包含在银胶菊混合油104中的橡胶中去除树脂。溶剂共混物组合物的临界条件显示于下表1中，表1参照图1进行描述。应当理解，表1中提供的细节是非限制性的，并且仅作为特定挤出机类型的最佳操作范围的示例而提供。本领域的普通技术人员理解，实际的最佳操作范围将是为沉淀和树脂去除工艺所选择的特定挤出机102的函数。
[0055]
表1：溶剂共混物组合物的临界条件
[0056][0057]
使用如图1所示构造的配备有三个机械过滤器、两个真空排气口和模面切粒机的30mm双螺杆非啮合挤出机来制备上述样品中的材料。在所有试验中使用样品i中制备的相同混合油。挤出条件列于表i中。
[0058]
如本文所用，术语“提取效率”是指通过提取去除的树脂与总树脂含量的比率。对于表1中的示例，模型银胶菊混合油中的初始树脂含量为总固体的约50重量％。
[0059]
不受任何特定理论的束缚，应当理解银胶菊天然橡胶可溶于环戊烷而不溶于乙醇。存在其中银胶菊天然橡胶是可溶的乙醇/环戊烷共混物，以及其中银胶菊天然橡胶是不溶的共混物。
[0060]
在特定的实施例中，如表1所示，第一溶剂共混物138在乙醇中的环戊烷重量分数可为约0％至约50％之间，更特别地，在乙醇中的环戊烷重量分数可为约15％至约35％之间，并且最特别地，在乙醇中的环戊烷的重量分数可以为25％。
[0061]
在进一步的示例中，第二溶剂共混物140在乙醇中的环戊烷重量分数可为约25％和约75％之间，更特别地，在乙醇中的环戊烷重量分数可为约40％和约60％之间，并且最特别地，环戊烷的重量分数可以是约50％。
[0062]
在另外的示例中，第三溶剂共混物142在乙醇中的环戊烷重量分数可为约0％和约10％之间，更特别地，在乙醇中的环戊烷重量分数可为约3％和约7％之间，并且最特别地，环戊烷的重量分数可为5％。然而，本领域的普通技术人员可以根据需要为第一溶剂共混物138、第二溶剂共混物140和第三溶剂共混物142中的每一种选择环戊烷在乙醇中的其它合适的重量分数。
[0063]
此外，继续参考图1，在某些实施例中，可以在低于环境温度的温度下在沉淀区114中处理银胶菊混合油104。在某些示例中，处理在约0℃至约8℃之间，更特别地，约2℃至约6℃之间，最特别地，约4℃的温度下完成。在另一个示例中，沉淀物可以在第一洗涤区116中在约0℃至8℃之间，更特别是约2℃至约6℃之间，且最特别地在约4℃下处理。
[0064]
在另一个示例中，可以在第二洗涤区118中在约100℃和约200℃之间，更特别地在约125℃和约175℃之间，最特别地在约150℃下处理沉淀物。
[0065]
还应当理解，当质量溶胀比增加时，材料的硬度和粘度降低，从而影响材料在挤出机102中的机械相互作用。涉及乙醇和环戊烷的溶剂共混物的各种质量溶胀比显示在下表2中，并进一步表示在图3所示的图中。
[0066]
表2：质量溶胀比
[0067]
[0068]
[0069][0070]
为了实现从沉淀物中有效地提取树脂，沉淀物应当足够软，使得挤出机102的螺杆的机械作用引起大范围的表面更新以用于有效的质量传递。然而，如果沉淀物太软，则机械过滤器120、122、124不能将沉淀物保留在挤出机机筒中。特别地，质量溶胀比具有约1.00的最小值和约5.00的最大值。已经确定，在沉淀区114处，质量溶胀比在约1.00和约3.00之间，更特别地，在约1.47和约1.69之间，最特别地，约为1.5是理想的。例如，通过约75％乙醇与约25％环戊烷的比例可以获得1.5的质量溶胀比。
[0071]
在操作中，如图2所示，本公开的银胶菊橡胶处理方法200包括第一步骤202，其中，银胶菊混合油104可以在挤出机102的第一末端108与第一溶剂共混物138混合。第一溶剂共混物138可构造成沉淀银胶菊混合油104以形成沉淀物。有利地，第一溶剂共混物138还被构造为提取天然存在于银胶菊混合油104中的树脂的至少一部分。
[0072]
得到的沉淀物和第一溶剂共混物138的混合物然后沿着挤出机102的长度通过沉淀区114前进到第一机械过滤器120。然后在步骤204中，通过第一机械过滤器120从挤出机102中去除第一溶剂共混物138的至少一部分，第一溶剂共混物138现在含有从银胶菊混合油104中提取的树脂。
[0073]
然后，沉淀物和残余量的第一溶剂共混物138通过挤出机102前进到第一洗涤区116。在步骤206中，在第一洗涤区116中用第二溶剂共混物140混合并由此“洗涤”沉淀物。应该理解的是，挤出机102内的螺杆的机械动作与溶胀的沉淀物相互作用，起到在洗涤期间进一步搅拌或破碎沉淀物的作用。还控制挤出机螺杆的速度，以优化该阶段中的机械搅拌。沉淀物的这种机械搅拌甚至有利于进一步去除沉淀物中的任何残留树脂，并允许残留树脂被第二溶剂共混物140提取。
[0074]
得到的沉淀物和第二溶剂共混物140的混合物然后沿着挤出机102的长度通过第一洗涤区116前进到第二机械过滤器122。然后在步骤208中，通过第二机械过滤器122从挤出机102中去除第二溶剂共混物140的至少一部分，第二溶剂共混物140现在含有从沉淀物中提取的树脂。
[0075]
然后，沉淀物和残余量的第二溶剂共混物140通过挤出机102前进到第二洗涤区118。在步骤210中，在第二洗涤区118中用第三溶剂共混物142混合并由此“洗涤”沉淀物。与步骤206的洗涤一样，应当理解的是，挤出机102内的螺杆的机械动作与溶胀的沉淀物相互作用，起到在步骤210的洗涤期间进一步搅拌沉淀物的作用。还控制挤出机螺杆的速度，以优化该阶段中的机械搅拌。沉淀物的这种机械搅拌甚至有利于进一步去除沉淀物中的任何残留树脂，并允许残留树脂被第三溶剂共混物142提取。
[0076]
得到的沉淀物和第三溶剂共混物142的混合物然后沿着挤出机102的长度通过第二洗涤区域118前进到第三机械过滤器124。然后，在步骤212中，通过第三机械过滤器124从挤出机102中去除第三溶剂共混物142的至少一部分，第三溶剂共混物142现在含有从沉淀物中提取的树脂。
[0077]
在这一阶段，应当理解的是，沉淀物基本上不含在银胶菊混合油104中天然存在的树脂，例如，如上表1中的示例4和5所示。
[0078]
在步骤214，用于改变或调节所得沉淀物的性质的其它成分，诸如作为非限制性示例的抗氧化剂，任选地被注入到挤出机102中，这些性质也在上表1中示出。
[0079]
在步骤216，真空134、136可被施加到挤出机102，以便在步骤218中，在通过模面切粒机挤出之前，提取剩余的溶剂并进一步干燥沉淀物。然后可以将沉淀物或天然橡胶输送到例如流化空气床中，以完成去除溶剂。
[0080]
在进一步的实施例中，如下文详述的示例1和2中所讨论的，可以有利地制备具有较高天然橡胶含量的浓缩银胶菊混合油。
[0081]
示例1：测量银胶菊质量溶胀比
[0082]
将银胶菊橡胶(200mg)浸入单一溶剂或溶剂共混物(20ml)中，并在温和搅拌下溶胀24小时。后续将溶胀橡胶从溶剂中去除，并用吸水纸去除溶胀橡胶表面上的过量溶剂。记录溶胀橡胶的重量。通过将溶胀的橡胶重量除以初始干重来计算质量溶胀比。
[0083]
示例2：模型银胶菊混合油的制备
[0084]
为了产生用于加入到沉淀区114中的模型浓缩的银胶菊橡胶，使用用质量当量的环戊烷溶胀的固体银胶菊橡胶(190磅)制备30wt％的银胶菊混合油(15wt％的不含树脂的纯化银胶菊橡胶，15wt％松脂)。在300加仑的混合罐中，加入环戊烷(510磅)和变性乙醇(186.7磅)并充分混合。将所得溶剂混合物的一部分(190磅)加入到松脂(190磅)中，搅拌混合物直至均匀。然后将溶胀的银胶菊橡胶和稀释的松脂加入到300加仑的混合罐中，并搅拌直到橡胶完全溶解。在银胶菊混合油中橡胶的量与树脂的量的比较示于下表3中。
[0085]
表3：混合油固体。
[0086][0087]
有利地，本公开的系统100和方法200对于从非三叶胶来源(诸如银胶菊灌木)中提取橡胶更加高效和有效。这产生了优越的天然橡胶质量和可用性。
[0088]
尽管为了说明本发明的目的，已经示出了某些代表性实施例和细节，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变，本公开的范围在所附权利要求中进一步描述。