在本体相中用于卤化烯烃衍生的弹性体的系统与方法

在本体相中用于卤化烯烃衍生的弹性体的系统与方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2015年4月30日提交的美国临时申请No.62/155,047的优先权权益，在 本文中通过参考将其引入。

发明领域

本发明的公开内容涉及在本体相中将烯烃衍生的弹性体(例如丁基橡胶)卤化的 系统与方法。在特别的实施方案中，气相卤化剂与本体相弹性体在连续工艺中反应。

发明背景

丁基橡胶一般地是指由包括异烯烃，例如异丁烯和共轭二烯烃，例如异戊二烯在 内的聚合反应混合物合成的共聚物。丁基橡胶常常分类成称为异丁烯-基弹性体的较大组 的聚合物。异丁烯-基弹性体的合成是公知的且描述于许多公布专利，例如美国专利Nos.2, 356,128，4,474,924，4,068,051，7,232,872和7,414,101中，在本文中通过参考将其引入。

异丁烯-基弹性体，例如丁基橡胶含有小百分比的由聚合异戊二烯衍生的不饱和 度。这一不饱和度通常贯穿聚合物链随机分布。结果，异丁烯-基弹性体的反应性，和因此它 们的固化速率显著小于高度不饱和的天然与合成橡胶。在改进异丁烯-基弹性体的固化特 征的努力中，常常将异丁烯-基弹性体卤化。

尽管提出了用于异丁烯-基弹性体的许多卤化工艺，但大多数商业方法在液相中 卤化异丁烯-基弹性体。例如，美国专利No.3,099,644(在本文中通过参考将其引入)教导了 在异丁烯-基弹性体处于溶液中的同时，溴化异丁烯-基弹性体的方法。还在美国专利No.5, 670,582中描述了卤化异丁烯共聚物(在本文中通过参考将其引入)。

尽管进行了商业实践，但提出通过使用本体相丁基橡胶的方法，卤化丁基橡胶的 可能性。例如，美国专利Nos.4,513,116和4,563,506(在本文中通过参考将其引入)教导了 在连续流动装置中，通过使丁基橡胶与溴化剂接触，且丁基橡胶在其本体相中的同时，连续 溴化丁基橡胶的方法。具体地，这一专利教导了连续流动装置可包括能使丁基橡胶变形的 捏合机，挤出机和连续混合器。采用这些连续流动装置，以包括多个反应区，所述反应区包 括其中丁基橡胶与溴化剂接触的第一反应区，和其中溴化反应的副产物从溴化丁基橡胶产 物中释放并从连续流动装置中移除的下游中和区。WO 2015-51885公开了一种系统，其中紧 跟在丁基橡胶淤浆聚合和除去一些或所有稀释剂之后，混合丁基固体与5至10％液体，然后 在捏合机中卤化，并在第二捏合机中用水中和卤化橡胶，同时除去残留的卤化剂和气体副 产物。然而，这一系统仍然在卤化捏合机内包括残留的稀释剂，且无法考虑材料的温度敏感 性和卤化剂的腐蚀性质。

由于仍然继续期望丁基橡胶保持处于本体相内的同时溴化丁基橡胶，因此仍然需 要实现这一目标在技术上有用的方法。

发明概述

本文描述了卤化烯烃-基弹性体的系统，该系统包括第一挤出机，在所述第一挤出 机下游且与所述第一挤出机流体连通的第一捏合机容器，在所述第一捏合机容器下游且与 所述第一捏合机容器流体连通的第二挤出机，在所述第二挤出机下游且与所述第二挤出机 流体连通的第二捏合机容器；和在所述第二捏合机下游且与所述第二捏合机流体连通的第 三挤出机。

本文还描述了烯烃-基弹性体处于本体相内的同时，卤化烯烃-基弹性体的方法， 该方法包括使基本上处于本体相内的烯烃-基弹性体与卤化剂在第一捏合机反应器内反 应，以生产卤化烯烃-基弹性体和卤化反应的副产物，和在第二捏合机反应器内将卤化烯 烃-基弹性体与卤化反应的至少一部分副产物分离。

根据下述说明书和所附权利要求，将更好地理解本发明公开内容的这些和其他特 征，方面和优点。

附图简述

该附图是根据本发明的一个或多个实施方案的系统和方法的示意图。

示意性实施方案的详细说明

现描述本发明的各种具体的实施方案，变体和实施例，其中包括为了理解要求保 护发明的目的而采用的优选实施方案和定义。尽管下述详细说明给出了具体优选的实施方 案，但本领域技术人员要理解，这些实施方案仅仅是例举，且可按照其他方式实践本发明。 为了确定侵权目的，本发明的范围是指任何一个或多个所附的权利要求，其中包括它们的 等价方案，和与所引述的那些相当的要素或限制。任何提到"本发明"可以是指权利要求所 定义的一个或多个发明，但并非所有的发明。

以下描述了目前描述发明可采用的定义。

本文中所使用的术语"弹性体"一般地是指与ASTM D1566定义一致的聚合物，即" 能从大的变形中恢复，且可以是或者已经被改性为在沸腾溶剂中基本上不可溶(但可溶胀) 的状态的材料"。本文中所使用的术语"弹性体"可与术语"橡胶"互换使用。弹性体可具有不 可能通过DSC测量的熔点或者若它可通过DSC测量，则小于40℃，或小于20℃或小于0℃的熔 点。弹性体可具有小于或等于-50℃通过DSC测量的Tg。例举的弹性体的特征可在于分子量 分布(Mw/Mn)小于10，或者小于5，或者小于2.5，例举的粘均分子量范围为200,000一直到2, 000,000，和例举的数均分子量范围为25,000至750,000，这通过凝胶渗透谱法测定。

本文中所使用的术语"烯烃-基弹性体"是指由含烯烃的单体和任选地可与之共聚 的单体的聚合而衍生的弹性体。术语"烯烃-基弹性体"可与术语"烯烃-衍生的弹性体"互换 使用。有用的烯烃包括，但不限于，单烯烃和多烯烃。单烯烃包括，但不限于，正烯烃，例如乙 烯和丙烯，和异烯烃，例如异丁基烯，异丁烯，2-甲基-1-丁烯，3-甲基-1-丁烯，2-甲基-2-丁 烯，1-丁烯，2-丁烯，甲基乙烯基醚，茚，乙烯基三甲基硅烷，己烯和4-甲基-1-戊烯。例举的 多烯烃包括，但不限于，C₄至C₁₄多烯烃单体，例如异戊二烯，丁二烯，2,3-二甲基-1,3-丁二 烯，月桂烯，6,6-二甲基-富勒烯，己二烯，环戊二烯，和戊间二烯，和其他单体(例如烷基苯 乙烯类)，正如在美国专利No.5,506,316中所公开的。在一个或多个实施方案中，烯烃-基弹 性体包括异烯烃-基弹性体，例如异丁烯-基弹性体。为了方便起见，本文中可使用术语"橡 胶"，指代烯烃-基弹性体。

术语"异烯烃-基弹性体"是指(a)由至少一种C₄至C₇异烯烃单体和至少一种多烯烃 单体的聚合而衍生的共聚物，(b)由C₄至C₇异烯烃单体的聚合而衍生的均聚物，和(c)由C₄至 C₇异烯烃和烷基苯乙烯的聚合而衍生的无规共聚物。

"异烯烃-基弹性体"的类型包括"异丁烯-基弹性体"，它是指含至少70mol％来自 异丁烯的重复单元的弹性体。这些聚合物可以被描述为C₄异单烯烃衍生的单元，例如异丁 烯衍生的单元，和至少一种其他可聚合单元的无规共聚物。在特别的实施方案中，异丁烯- 基弹性体可包括至少70mol％异丁烯衍生的单元。通过使92至99.5wt％异丁烯与0.5至 8wt％异戊二烯反应，或在再一个实施方案中，通过使95至99.5wt％异丁烯与0.5wt％至 5.0wt％异戊二烯反应，获得可用于本发明的异丁烯-基丁基橡胶聚合物的一个实施方案。 在其他实施方案中，异丁烯-基弹性体包括共聚物，该共聚物包含至少80％，更备选地至少 86.5wt％异丁烯单元和约5％至约20wt％烷基苯乙烯单元。在一个实施方案中，这些聚合物 可以是由C₄至C₇烯烃和烷基苯乙烯的聚合衍生的含约5％至约14wt％烷基苯乙烯的无规弹 性体共聚物。聚(异丁烯-共-对烷基苯乙烯)聚合物也称为IMSM聚合物。仍然其他的异丁烯- 基弹性体包括含异烯烃和两种多烯烃的三元聚合物，其中在聚合之前该多烯烃具有不同的 主链结构。这些三元聚合物包括C₄至C₈异烯烃衍生的单元，C₄至C₁₄多烯烃衍生的单元和烷基 苯乙烯衍生的单元的嵌段和无规这两种三元聚合物。可由异丁烯，异戊二烯和烷基苯乙烯 (优选甲基苯乙烯)单体形成一种这样的三元聚合物。可以由异丁烯，环戊二烯和烷基苯乙 烯单体聚合另一种合适的三元聚合物。这些三元聚合物可在阳离子聚合条件下获得。

异丁烯-基弹性体的非限制性具体实例包括聚(异丁烯)，丁基橡胶(异戊二烯-异 丁烯橡胶，"IIR")，支化("星形-支化")的丁基橡胶，星形-支化的聚异丁烯橡胶，异戊二烯- 异丁烯-苯乙烯的嵌段三元聚合物，异丁烯和对甲基苯乙烯的无规共聚物，异丁烯、异戊二 烯和对甲基苯乙烯的无规三元聚合物，及其混合物。

可使用术语"丁基橡胶"指代异烯烃和多烯烃的某些共聚物。对于这些共聚物来 说，异烯烃衍生的含量范围，在一个实施方案中可以是70至99.5wt％全部单体衍生的单元， 和在另一个实施方案中为85至99.5wt％。在共聚物中全部多烯烃衍生的含量在一个实施方 案中可以以混合物的30至0.5wt％，和在另一个实施方案中以混合物的15至0.5wt％的范围 存在。在再一个实施方案中，12至0.5wt％的聚合物是多烯烃衍生的单元。在再一个实施方 案中，8至0.5wt％的聚合物是多烯烃衍生的单元。本文中对于本发明的目的来说，多烯烃是 指具有两个或更多个双键的任何单体。在一个或多个实施方案中，多烯烃是含两个共轭双 键的任何单体，且可以是脂族或芳族单体。本文中所使用的且除非另外说明，当描述本发明 的工艺时，术语"丁基橡胶"和"异丁烯基弹性体"可互换使用，因为本领域技术人员会意识 到本发明的实践同样可应用到所有异丁烯-基弹性体上，尽管大多数商业方法生产最常见 地理解为丁基橡胶的产品。

术语"塑化液体"是指能溶胀或软化本文描述的弹性体的烃液体或油。塑化液体所 需地没有显著地与本文描述的弹性体或卤化剂反应。在一个或多个实施方案中，塑化液体 可包括化学式为C_xH_y的烃液体，其中x为4至20，和y为12至42，例如己烷，异己烷，戊烷，异戊 烷，丁烷，异丁烷，和环己烷。

术语"卤化橡胶"是指本文中定义的任何弹性体，例如通过加成卤素原子，例如氯 和/或溴到弹性体上而改性的烯烃-基弹性体或异丁烯-基弹性体。在相同的上下文中，也可 是指卤化烯烃-基弹性体或卤化异丁烯-基弹性体，或卤化丁基橡胶。

对于弹性体来说，术语"本体相"是指在固相中，在0剪切下在室温下运动粘度范围 为10³至10⁹Pa-sec的弹性体或者与塑化液体共混的弹性体。在本发明的任何实施方案中，在 0剪切下在室温下，本体相弹性体可以或者具有10⁴至10⁹Pa-sec的运动粘度范围。也可使用 术语"本体相"指代含有小于30wt％溶剂和/或稀释剂的聚合物本体。

也可称为"中和剂"的术语"中和化合物"是指为了防止或最小化来自本发明工艺 的反应副产物的非所需的特性，与这些副产物反应或者相互作用的那些化合物。例如，可使 用中和化合物与溴化氢反应或者相互作用。例举的中和化合物包括，但不限于，碱金属和碱 土金属羧酸盐(例如，硬脂酸钙和钠)，氢氧化物(例如氢氧化镁)，氧化物(例如氧化镁)，环 氧化物，环氧化酯例如C₈-C₂₄环氧化酯，环氧化大豆油，和有机酸的无机盐。

也可称为"稳定剂"的术语"稳定化合物"是指为了防止或最小化烯烃-基弹性体可 能经历的非所需的反应或相互作用，可引入到本文描述的烯烃-基弹性体中的那些化合物。 例如，稳定剂可包括抗氧化剂，例如，但不限于，受阻酚，例如丁基化羟基甲苯(BHT)，仲芳族 胺，苯并呋喃酮，和受阻胺光稳定剂(HALS)。其他稳定剂可包括离聚物稳定剂，它是指任何 有机质子供体，例如羧酸(例如脂肪酸，如硬脂酸)，pKa小于9.0的无机酸和有机酸(例如苯 酚，柠檬酸，磷酸单钾，和高氯酸)，和具有酸性官能团的聚合物树脂。仍然其他稳定剂包括 自由基清除剂，其中包括位阻硝酰基醚和位阻硝酰基自由基，例如在WO2008/003605A1中描 述的那些。

可参考附图，描述本发明的实施方案，附图示出了聚合物卤化系统11，其包含第一 挤出机20，在第一挤出机20下游且与第一挤出机20流体连通的第一捏合机容器40，在第一 捏合机容器40下游且与第一捏合机容器40流体连通的第二挤出机60，在第二挤出机60下游 且与第二挤出机60流体连通的第二捏合机容器80，和在第二捏合机80下游且与第二捏合机 80流体连通的第三挤出机100。正如附图中所显示的，系统11的各种组件使用合适的导管相 连接。或者，两个或更多个组件可以彼此直接相连。

在一个或多个实施方案中，第一捏合机容器40和第二捏合机容器80适合于按序加 工本体相烯烃-基弹性体(例如，异丁烯-基橡胶，例如丁基橡胶)。可称为反应器捏合机40的 第一捏合机容器40适合于充当橡胶与卤化剂在其内反应的反应容器。可称为副产物移除捏 合机80的第二捏合机容器80适合于进一步处理在第一捏合机容器40中生产的卤化橡胶和 将反应副产物与卤化橡胶相分离。

如上所述，第一和第二捏合机容器40和80处理本体相烯烃-基弹性体。在一个或多 个实施方案中，本体相烯烃-基弹性体基本上不具有塑化液体，其中基本上不具有是指对本 发明的实践不具有显著影响的塑化液体含量或者小于该含量。在一个或多个实施方案中， 本体相烯烃-基弹性体包括不大于40wt％，在其他实施方案中不大于30wt％，在其他实施方 案中不大于20wt％，在其他实施方案中不大于10wt％，在其他实施方案中不大于5wt％，和 在其他实施方案中不大于3wt％的塑化液体。

可在入口42处通过第一挤出机20进料第一捏合机容器40。在一个或多个实施方案 中，设计第一挤出机20的布局和操作，以实现若干目标。最开始排列并操作第一挤出机20， 将以粒料或团块形式经入口22进料到挤出机20中的橡胶转化成压缩的连续固体物料，所述 压缩的连续固体物料，其在入口42处占据进料第一捏合机容器40的至少一部分导管30的整 个截面积。结果，经导管30进料到第一捏合机容器40中的橡胶在入口42处用于密封第一捏 合机容器40。

在一个或多个实施方案中，操作可配有加热或冷却元件26的第一挤出机20，以改 进该橡胶的温度到在第一捏合机容器40内加工的所需温度。在一个或多个实施方案中，加 热或冷却元件可包括加热/冷却夹套，它典型地围绕捏合机的外部，或者捏合机的内部机 构，例如加热/冷却流体可经其泵送的轴。在一个或多个实施方案中，调节温度以形成橡胶 的内聚物料。在一个或多个实施方案中，第一挤出机20调节橡胶的温度到约20至约200℃， 在其他实施方案中到约40至约150℃，和在其他实施方案中到约50至约80℃的温度。

在一个或多个实施方案中，在足以将橡胶进料到第一捏合机容器40中的速率下， 操作第一挤出机20。在一个或多个实施方案中，在足以维持第一捏合机容器40内橡胶体积 的速率下，操作以下更加详细地描述的与第二挤出机60结合的第一挤出机20。具体地，第一 挤出机20设定橡胶进入第一捏合机容器40内的流量，和第二挤出机60调节离开第一捏合机 容器40的橡胶的流动。在一个或多个实施方案中，在第一捏合机容器40内材料的体积维持 在第一捏合机容器40的总内部体积(即第一捏合机40的体积容量)的约10至约80％，在其他 实施方案中约20至约70％，和在其他实施方案中约30至约50％下。用另一种方式描述，在第 一捏合机容器40内维持约90至约20％，在其他实施方案中约80至约30％，和在其他实施方 案中约70至约50％的孔隙空间。在一个或多个实施方案中，在第一捏合机容器40内橡胶的 停留时间为至少2分钟，在其他实施方案中至少3分钟，在其他实施方案中至少4分钟，和在 其他实施方案中至少5分钟。在这些或其他实施方案中，在第一捏合机容器40内的停留时间 为约3至约15分钟，在其他实施方案中约4至约12分钟，和在其他实施方案中约5至约10分 钟。

本发明的实施方案并不必然受限于构造第一挤出机20。例如，第一挤出机20可以 是螺杆-型挤出机，例如单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。在其他实施方案中，第一挤出机20 可以是环形挤出机或螺杆输送机。在再一个实施方案中，第一挤出机20可包括熔体泵或齿 轮泵。

在一个或多个实施方案中，第一挤出机20可包括一个或多个入口28，它们可用于 引入一种或多种添加剂材料到第一挤出机20中。这种添加剂材料可包括中和化合物，稳定 化合物，或者中和与稳定化合物二者。第一挤出机20也可包括引入塑化液体的一个或多个 入口29。

如上所述，第一捏合机容器40经入口42接收橡胶并经出口44排放卤化橡胶。在一 个或多个实施方案中，第一捏合机容器40包括引入卤化剂(任选地与载体气体一起)到第一 捏合机容器40内的入口47。

卤化剂是氯化剂或溴化剂。卤化剂的实例包括，但不限于，溴，氯，氯化溴，磺酰溴， 1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲，溴化碘苯，次溴酸钠，溴化硫和N-溴琥珀酰亚胺。在一个或 多个实施方案中，与卤化剂结合使用载体。有用的载体气体包括，但不限于，氮气，氩气，二 氧化碳，和基本上或者完全卤化的那些气体(例如，氟-和氯-碳和氢氟-和氢氯-碳)。

如上所述，第一捏合机容器40加工橡胶，同时橡胶经历与卤化剂的反应。在一个或 多个实施方案中，卤化剂是与处于本体相的橡胶反应的气相反应物。根据该系统的优选操 作，在卤化剂和橡胶之间的反应在橡胶表面处发生。

在一个或多个实施方案中，未反应的卤化剂，卤化反应的气态副产物和载体气体 也可在出口49处移除。这些气体中的一种或多种也可经气体回路48循环。在一个或多个实 施方案中，入口47和出口49形成气体回路48的一部分。在一个或多个实施方案中，气体回路 48可包括任选的反应器51，其中非所需的副产物气体被中和和/或其中副产物气体(例如， HBr)转化变回为卤化剂(溴)。

第一捏合机容器40可配有加热和/或冷却元件46，可通过其调节在第一捏合机容 器40内橡胶的温度。在一个或多个实施方案中，加热/冷却元件可包括加热/冷却夹套，它典 型地围绕捏合机的外部，或者捏合机的加热/冷却内部机构，例如加热/冷却流体可经其泵 送的轴。在一个或多个实施方案中，在第一捏合机容器40内橡胶和/或卤化橡胶的温度维持 在约20至约200℃的温度下，在其他实施方案中约40至约150℃，和在其他实施方案中约50 至约80℃。

在一个或多个实施方案中，第一捏合机容器40是密封的容器，密封的容器是指在 增加的压力下或者在真空下可操作的容器。在一个或多个实施方案中，第一捏合机容器40 与压力调节系统52，例如真空泵流体连通以供降低压力或者与压缩机流体连通以供增加第 一捏合机容器40内的压力。或者，若在压力下在管线47中供应卤化剂，则可使用出口压力控 制阀调节第一捏合机容器40的压力。在一个或多个实施方案中在约0.5至约10大气压(50至 1015kPa)的压力下，在其他实施方案中在约0.8至约5大气压(80至510kPa)下，和在其他实 施方案中在约1至约2大气压(100至205kPa)下操作第一捏合机容器40。在一个或多个实施 方案中，维持在第一捏合机容器40内的温度和压力以提供其中技术上有用量的气态卤化剂 维持在气相的环境。例如，在其中卤化剂包括溴的情况下，本领域技术人员会理解在第一捏 合机容器40内的浓度与压力会影响溴的露点，和因此调节第一捏合机容器40内的条件以维 持溴在气态下。同样，在一个或多个实施方案中，维持在第一捏合机容器40内的温度和压 力，以提供技术上有用量的卤化反应的气态副产物在其内维持气相的环境。

为了促进橡胶和卤化剂之间的反应，第一捏合机容器40适合于使橡胶本体变形并 将未反应的橡胶暴露于卤化剂下。用另一种方式描述，在第一捏合机容器40内的橡胶本体 被中断和再取向(reorient)，进而提供固体橡胶本体的更新表面，进而暴露未反应的橡胶 于卤化剂下。

在一个或多个实施方案中，通过在第一捏合机容器40内排列捏合元件，提供在第 一捏合机容器40内卤化反应的加工和促进。在一个或多个实施方案中，这些捏合元件可包 括通常在第一捏合机容器40内以非连续方式从一个或多个旋转轴延伸的凸起的互咬 (intermeshing)阵列。在特别的实施方案中，第一捏合机容器40可包括固定钩和旋转浆。反 应器40可以是单或双轴装置。在其他实施方案中，第一捏合机容器40包括从两个或更多个 轴延伸的互补凸起。在一个或多个实施方案中，第一捏合容器40的捏合元件被改编(adapt) 并操作，以最小化橡胶或卤化橡胶在第一捏合容器40或第一捏合容器40的捏合元件的内表 面上累积。换句话说，捏合元件适合于自清洁。

与第一挤出机20一样，第一捏合机容器40可包括在第一捏合机容器40内可用于引 入塑化液体的一个或多个入口41，和可用于引入添加剂化合物(例如稳定和/或中和化合 物)到橡胶中的一个或多个入口45。

在备选的实施方案中，与第一捏合机容器40内的本体相弹性体一起使用的卤化机 构可以适合于自由基卤化。这可通过维持第一捏合机容器40在合适的温度下来实现，以引 发并维持自由基卤化。在另一个实施方案中，卤化可通过光引发，例如UV来实现，以补充热 引发。在再一个实施方案中，可使用化学自由基引发剂，例如过氧化物，实现自由基卤化。

再者，橡胶经与第二挤出机60流体连通的出口44离开第一捏合机容器40。第二挤 出机60被改编并操作，以实现若干目标。最开始也可称为排放挤出机60的第二挤出机60压 缩并积累从第一捏合机容器40中排放的卤化丁基橡胶产品，以填充第二挤出机60的截面 积，进而对第一捏合机容器40的出口44提供密封。这一密封起到若干目的的作用：a)密封维 持至少一些气态反应物和副产物在第一捏合机容器40内，和b)密封还在系统11的高和低压 元件之间提供闭合。正如以下更加详细地描述的，第二捏合机容器80在比第一捏合机容器 40低的压力下操作。

此外，第二挤出机60与第一挤出机20结合操作，以调节在第一捏合机容器40内的 橡胶量。在一个或多个实施方案中，在第一捏合机容器40内的橡胶维持在稳态下，稳态是指 随着时间流逝维持第一捏合机容器40内的橡胶体积在很小的变化内，一旦体系11达到操作 参数。在一个或多个实施方案中，在第一捏合机容器40内橡胶的体积维持在第一捏合机容 器40内材料总体积的小于10％的体积差内，在其他实施方案中小于5％，和在其他实施方案 中小于1％。

第二挤出机60与第二捏合机容器80流体连通且将卤化橡胶经入口82通过导管70 进料到第二捏合机容器80中。再者，通过卤化橡胶在第二挤出机60内累积和压缩，在入口82 处进料第二捏合机容器80的至少一部分导管70的整个截面积被填充，进而对第二捏合机容 器80的入口82产生密封。

在足以进料卤化橡胶到第二捏合机容器80的速率下操作第二挤出机60且维持第 二捏合机容器80内卤化橡胶的体积在所需的水平下。在一个或多个实施方案中，在足以维 持第二捏合机容器80内卤化橡胶的体积在第二捏合机容器80总内部体积(即第二捏合机容 器80的体积容量)的约10至约80％，在其他实施方案中约20至约70％，和在其他实施方案中 约30至约50％的速率下，操作以下更加详细地描述的与第三挤出机100结合的第二挤出机 60。用另一种方式描述，在第二捏合机容器80内维持约90至约20％，在其他实施方案中约80 至约30％，和在其他实施方案中约70至约50％的孔隙空间。在一个或多个实施方案中，在第 二捏合机容器80内橡胶的停留时间为至少2分钟，在其他实施方案中至少3分钟，在其他实 施方案中至少4分钟，和在其他实施方案中至少5分钟。在这些或其他实施方案中，在第二捏 合机容器80内的停留时间为约3至约15分钟，在其他实施方案中约4至约12分钟，和在其他 实施方案中约5至约10分钟。

本发明的实施方案并不必然受限于第二挤出机60的构造。例如，第二挤出机60可 以是螺杆型挤出机，例如单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。在其他实施方案中，第二挤出机60 可以是环形挤出机或螺杆输送机。在再一个实施方案中，第二挤出机60可包括熔体泵或齿 轮泵。

在一个或多个实施方案中，第二挤出机60可包括一个或多个入口65，以引入添加 剂化合物(例如稳定和/或中和化合物)到第二挤出机60内。此外，第二挤出机60可包括一个 或多个入口66，以将塑化液体引入到第二挤出机60中。

第二捏合机容器80可配有在第二捏合机容器80内的卤化橡胶的温度可经其调节 的加热和/或冷却元件86。在一个或多个实施方案中，加热或冷却元件可包括加热/冷却夹 套，它典型地围绕捏合机的外部，或者捏合机的加热/冷却内部机构，例如加热/冷却流体可 经其泵送的轴。在一个或多个实施方案中，在第二捏合机容器80内卤化橡胶的温度维持在 约20至约200℃的温度下，在其他实施方案中约40至约150℃，和在其他实施方案中约50至 约80℃。

在一个或多个实施方案中，第二捏合机容器80是密封的容器，密封的容器是指在 增加的压力下或者在真空下可操作的容器。在一个或多个实施方案中，第二捏合机容器80 与压力调节系统92，例如真空泵流体连通以供降低压力或者与压缩机流体连通以供增加第 二捏合机容器80内的压力。或者，可通过在压力下引入橡胶并控制橡胶的出口流速，或者通 过在压力下引入气体并借助出口压力控制阀控制内部压力，调节第二捏合机容器80内的压 力。在一个或多个实施方案中，在小于1大气压(100kPa)，在其他实施方案中小于0.5大气压 (50kPa)，在其他实施方案中小于0.1大气压(10kPa)，在其他实施方案中小于0.07大气压 (7kPa)，在其他实施方案中小于0.05大气压(5kPa)，和在其他实施方案中小于0.03大气压 (3kPa)的压力下操作第二捏合机容器80。在一个或多个实施方案中在约0.02至约2大气压 (2至205kPa)，在其他实施方案中约0.03至约1大气压(3至100kPa)，和在其他实施方案中约 0.05至约0.5大气压(5至50kPa)的压力下操作第二捏合机容器80。

在一个或多个实施方案中，维持在第二捏合机容器80内的温度和压力，提供技术 上有用量的卤化反应的气态副产物在其内维持气相的环境。

在一个或多个实施方案中，第二捏合机容器80包括卤化反应的气态副产物，以及 其他转移气体(其中包括前面讨论的任何转移气体，例如氮气，氩气，二氧化碳，氟-和氯-碳 和氢氟-和氢氯-碳)可经其从第二捏合机容器80中移除的出口88。在一个或多个实施方案 中，第二捏合机容器80还包括转移气体，例如氮气可经其注入到第二捏合机容器80内的任 选的气体入口90。这些转移气体可用于促进副产物气体经出口88移除。这些气体中的一种 或多种也可经气体回路91循环。在一个或多个实施方案中，入口90和出口88形成气体回路 91的一部分。在一个或多个实施方案中，气体回路91可包括任选的涤气器93，其中非所需的 副产物气体被清除。在这些或其他实施方案中，气体回路91可包括再生系统93，其中副产物 气体(例如，HBr)转化变回为卤化剂(例如溴)，和再生的卤化剂(例如溴)可导引回到第一捏 合机容器40(未阐述)中。

如上所述，第二捏合机容器80加工卤化橡胶，以便将副产物气体与卤化丁基橡胶 产品相分离。正如本领域技术人员所理解的，这些副产物气体可包括卤化氢，例如溴化氢， 氯化氢，和卤化溶剂或稀释剂。

为了促进副产物气体与卤化丁基橡胶相分离，第二捏合机容器80适合于使卤化橡 胶本体变形并暴露且进而促进与固体卤化橡胶本体一起捕获或夹带的气态材料(例如副产 物气体或在该系统中所使用的挥发性增塑剂/有机物)释放。用另一种方式描述，在第二捏 合机容器80内的卤化橡胶物料被中断且再取向，进而提供本体卤化橡胶物料的更新表面， 进而暴露在本体卤化橡胶内捕获或夹带的气态材料于第二捏合机容器80内的气相下。

在一个或多个实施方案中，通过在第二捏合机容器80内捏合元件的布局，提供在 第二捏合机容器80内副产物气体与卤化橡胶相分离的处理和促进。在一个或多个实施方案 中，这些捏合元件可包括通常在第二捏合机容器80内以非连续方式从一个或多个旋转轴延 伸的凸起的互咬阵列。在特别的实施方案中，第二捏合机容器80可包括固定钩和旋转浆。在 其他实施方案中，第二捏合机容器80包括从两个或更多个轴延伸的互补凸起。在一个或多 个实施方案中，第二捏合机容器80的捏合元件被改编并操作，以最小化卤化丁基橡胶在第 二捏合机容器80或第二捏合机容器80的捏合元件的内表面上累积。换句话说，捏合元件适 合于自清洁。

在任何一个实施方案中，第二捏合机容器80可包括可用于引入一种或多种添加剂 化合物(例如稳定和/或中和化合物)到第二捏合机容器80内的一个或多个入口94。第二捏 合机容器80可包括可用于引入一种或多种塑化液体到第二捏合机80内的一个或多个入口 95。

卤化橡胶经与第三挤出机100流体连通的出口84离开第二捏合机容器80。第三挤 出机100被改编并操作，以实现若干目标。最开始，第三挤出机100压缩并积累从第二捏合机 容器80中排放的卤化橡胶产品，进而填充第三挤出机100的截面积，进而提供第二捏合机容 器80的出口84密封。这一密封起到若干目的的作用。例如，密封维持至少一些气态副产物在 第二捏合机容器80内。密封还在该工艺的高和低压元件之间提供闭合。例如，第二捏合机容 器80在比第三挤出机100低的压力下操作。

第三挤出机100与第二挤出机60结合操作，以调节在第二捏合机容器80内卤化橡 胶的含量。在一个或多个实施方案中，在第二捏合机容器80内的卤化橡胶维持在稳态下，稳 态是指维持第二捏合机容器80内卤化橡胶的体积很小变化。在一个或多个实施方案中，维 持在第二捏合机容器80内卤化橡胶的体积在第二捏合机容器80内材料总体积的小于10％， 在其他实施方案中小于5％，和在其他实施方案中小于1％的体积差下。

本发明的实施方案并不必然受限于第三挤出机100的构造。例如，第三挤出机100 可以是螺杆型挤出机，例如单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。在其他实施方案中，第三挤出机 100可以是环形挤出机或螺杆输送机。在再一个实施方案中，第三挤出机100可包括熔体泵 或齿轮泵。

在任何一个实施方案中，第三挤出机100可包括可用于引入添加剂材料(例如稳定 和/或中和化合物)到第三挤出机100内的一个或多个入口108。此外，第三挤出机100可包括 在第三挤出机100内可用于引入塑化液体到卤化橡胶中的一个或多个入口110。第三挤出机 100也可包括与从第二捏合机容器80中移除气态材料相类似，移除任何挥发性材料的出口。 与第一和第二挤出机20，60一样，第三挤出机100可提供有加热和冷却元件(未阐述)，以维 持卤化弹性体的所需热曲线，当它从第二捏合机容器80中移除并在下游输送时。

为了防止因水和系统内任何卤化物元素或卤化物副产物之间反应导致的系统的 潜在腐蚀，特别地从该系统中排除水的引入。在该系统内存在的任何量的水应当仅仅只是 不大于10,000ppm的污染量。在不多于污染量的水和不存在任何故意引入的水的情况下，所 阐述的系统，从第一挤出机20到从该系统，例如第三挤出机100中移除基本上所有游离的卤 化物或卤化物副产物气体是非水系统。

在一个或多个实施方案中，第三挤出机100进料卤化橡胶到进一步下游的后处理 工艺。在一个或多个实施方案中，下游的后处理可包括卤化弹性体的脱挥发份，干燥，造粒 和/或打包，和本领域已知类型的包装操作。

在实践与异丁烯基弹性体一起公开的卤化系统和方法中，从第三挤出机100中获 得的卤化橡胶含有0.05至5wt％卤素或者0.1至2.75wt％卤素。在任何一个实施方案中，卤 化异丁烯基弹性体可含有92至99.5wt％异丁烯衍生的单体，0.5至8wt％异戊二烯衍生的单 体，和0.05至2.75wt％溴或氯。在所公开方法的任何一个实施方案中，卤化异丁烯基弹性体 包括含有至少80％，更备选地至少86.5wt％异丁烯衍生的单元，约5至20wt％烷基苯乙烯衍 生的单元，和约0.5至2.5wt％卤素的无规共聚物。

通过所公开系统生产的卤化弹性体可在配混的配方中使用，以制造任何多种制 品。例举的实例包括轮胎硫化胶囊，轮胎内衬，轮胎内管，空气帘布筒(air sleeve)，软管和 多层软管内的软管组件。可使用含通过所公开的方法制造的卤化弹性体的组合物制造的其 他有用的物品包括空气弹簧胶囊，密封件(seal)，模塑物品，电缆外壳，和在T_HE V_ANDERBILT R_UBBER H_ANDBOOK,第637-772页(Ohm编辑，R.T.Vanderbilt Company,Inc.1990)中公开的其他 制品。