口香糖的弹体制备装置 【技术领域】
本发明涉及制备用于口香糖和口香糖基料的弹体的装置和方法。发明背景
弹体是口香糖基体的主要成分之一，因而它也是口香糖制品的主要成分之一。尽管已有某些装置能够连续地生产出口香糖终产品，但是，一般而言口香糖基料通常是与口香糖终产品分开制造的。
典型的口香糖基料包括至少一种弹体、至少一种添加剂、至少一种弹体溶剂、增塑剂和可选的聚合物、蜡、乳化剂和杂色剂、香料、甜味料、酸和抗氧化剂。主要由于弹体很难均匀地熔化分散在其它口香糖基料成分中，所以口香糖基料的制备一般是冗长耗时的批量生产。∑形间歇式叶片混料器通常被用于传统的制备过程。
通常，口香糖成分一般包括水溶性疏松部、水不溶口香糖基料部和非水溶香味料。非水溶口香糖基料通常包括弹体、弹体溶剂、增塑剂、蜡、乳化剂、树脂、脂肪和无机添加剂。水溶料在咀嚼一段时间后与部分香料一起消耗了。口香糖基料部在整个咀嚼过程中一直留在口中。
从商业规模的角度出发，批量制备口香糖的方法长期以来被认为是制备口香糖以及口香糖基料的标准方式。批量制备过程劳动强度大并且生产出密度不一致的口香糖。一旦制成口香糖基料，马上给熔融物料中加入乳化剂如卵鳞脂、软化剂如甘油或韦宋油(wesson oil)、玉米糖浆和疏松剂如糖或糖醇。随后，在持续混合而直到获得均匀物质的同时，加入香料如食用油质香精和/或喷干香料、甜味料(和/或酸)。随后，冷却口香糖物质并随后进行碾压、刻痕并包装成终产品。
在单独制备口香糖基料的情况下，通常熔融口香糖基料批料在混合后被倒入涂覆或带衬的平底盘中，或者被泵送到其它设置如容槽或填充器中，接着被挤压或注塑成型，随后使其冷却固化，随后就可用于口香糖了。
人们已经做了各种尝试来简化并缩短口香糖基料和口香糖制备所需的时间以及尝试着制备出其商业许可性能得到提高的口香糖基料和口香糖制品。例如，授予迪加帝等人的专利US5135760、授予赖司科等人的专利US5045325、授予克拉玛等人的专利US4555407中披露了用连续式挤压机制备口香糖终产品。
另外，现有技术中还有一些用连续式挤压机连续制备口香糖的方法。例如，在授予宋等人的专利US5419919、US5486366中披露了这样的方法。
这些专利所述的口香糖基料连续生产工艺和口香糖终产品连续生产工艺采用了连续式挤压机如双螺杆式挤压机。这些挤压机可以是共同转动地、反向转动的、相互啮合的或切向的双螺杆式挤压机，这取决于要求和所涉及装置的用途。那些挤压机一般具有几个分别加入成分的供料入口。可被用于制备口香糖基料和/或口香糖终产品的连续式挤压机包括日本钢铁厂、莱斯特里茨、瓦纳＆富莱德公司、Buss Mfg.公司、WLS、Togum和贝克帕金斯生产的挤压机。
在挤压机筒内的细长螺杆装有不同类型的部件。虽然不同设备厂商制造不同类型的螺纹件时，但最常见的类型包括输送件、压缩件、反向运输件、匀和件如剪切盘和齿件、捏合盘和捏合段。这些不同类型的部件和其它常用于挤压机且尤其是双螺杆式挤压机的部件在现有技术中是众所周知的并且可以在市场上买到。这些部件通常被专门设计用于所用的特定类型的挤压机。被指定用于相似功能的部件在设计方面是不同的，这取决于其所要用的挤压机的类型。
无论是用批量生产设备或连续挤压机型生产设备来生产口香糖或口香糖基料，以最佳的形式和状态供应这些制品的各种成分都是很重要的。这提高了最终生产的速度和效率。就此而言，象添加剂、弹体、增塑剂、油、蜡等这样的成分通常在被加入批料前或在挤压工序前需要特殊的处理或准备。
在采用连续挤压生产的情况下，准备这些成分尤其重要。被送往连续式挤压机的成分最好是以最佳的尺寸、形状和温度进行输送的，以便易于进行处理、填入和与挤压机内的其它成分的混合。另外，由于各种成分中的某些成分的性能，需要提前准备或预混合它们以便让它们以尽可能最佳的状态被填入挤压机中。
如上所述，口香糖基料的一个重要成分就是弹体部，它包括天然弹体、合成弹体或其组合物。口香糖基料的这个成分之所以重要是因为它赋予不溶体以弹性以便使之能从咀嚼变形中恢复过来。在制备口香糖基料的过程中，被加入基料中以便产生口香糖制品的各种特性的其它成分完全与弹体混合是很重要的，从而整个口香糖基料产品将以均匀状态的形式保持适当弹性。
适用于口香糖基料和口香糖制品的固体弹体包括合成橡胶或弹体如是丁二烯-苯乙烯共聚物、聚异丁烯、异丁烯-异戊二烯共聚物、天然胶或弹体如糖胶树胶、天然橡胶、节路顿胶、巴拉塔树胶、古塔波胶、莱齐胶、卡斯皮胶、索尔瓦胶或其混合物。
为了获得在制品的整个范围内的适当弹性是不变的且制品没有小块和其它不规则体的状态均匀的口香糖基料，需要形成与彼此互容的且尽可能能分散到被加工的材料中的成分。在制备可用的口香糖基料时，必须考虑象水溶成分、热、湿度等这样的因素。
本发明的总目的是提供一种用于生产口香糖制品和口香糖基料产品的改进方法和装置。本发明的一个目的是提供用于在混合前制备口香糖和口香糖基料的某些成分以便改善改进了的最终处理。
本发明的再一个目的是提供一种用于改进口香糖基料的弹体成分性能的方法和装置。本发明的又一个目的是提供一种用于粉碎、制备和填加口香糖基料的弹体成分到尤其是用于连续挤压生产过程的装置中的改进型方法和装置。
根据本发明的以下说明，人们将认识到本发明的这些和其它目的、优点和有益之处。发明概述
本发明提供了一种用于生产口香糖基料和口香糖终产品的改进型装置和方法。采用一种新颖的装置和方法来磨碎口香糖基料产品的弹体成分并用可涂覆的粉末或添加剂来涂覆各碎片并把弹体碎片填入一个口香糖基料加工装置中。就此而言，在采用连续式挤压机的情况下，弹体材料可以在连续稳定的口香糖基料挤压过程中直接被填入挤压机的筒内。
根据本发明，弹体材料或橡胶材料的固体厚片被送入一个切削磨碎机中，它在那里被切碎或粉碎成小颗粒或碎片并略微涂覆上粉末或添加剂。用粉末润滑弹体材料以防止它聚集或粘结成团。橡胶块通过输送装置被堆放在磨碎机的进料斜道中。在进料斜道中使用一个供料轮(一个星型喂料机构)来调整把弹体材料添加到磨碎机中的情况。在磨碎机中，用一把旋转刀具来切碎弹体材料。环绕旋转刀具部地设置一个水冷套来调节温度。橡胶材料的小颗粒或碎片略微涂覆上粉末并被真空送入一个旋风受料器中。橡胶材料被送入一个受到冷却的掺混机中，所述掺混机容放并冷却所述材料。弹体材料随后根据要求从掺混机出来地经过一个筛子，在筛子处，回收多余粉末并使回收粉末返回以便随后用于弹体材料。
至少一个金属探测器和磁性探测器被用于从弹体材料中分离出金属杂质。
材料从筛子中被真空送往供料装置以便进入主挤压机。材料经过另一个旋风受料器并进入失重式供料器。又编程控制供料器地把适量的涂覆弹体碎片送入挤压机的进料口。图面简介
图1是本发明弹体制备装置的示意图。
图2是本发明弹体制备装置的流程图。
图3、3A表示本发明优选的磨碎切割装置。本发明的最佳实施方式
本发明特别适用于制备弹体产品，尤其是被用于口香糖基料和口香糖终产品的橡胶产品。
总体而言，本发明提供一种切削或粉碎橡胶成分以便它被用于口香糖基料或口香糖制品中的装置和方法。与之有关地，人们应该理解的是，本发明可以被用于制备口香糖基料或口香糖终产品的弹体/橡胶成分并且可以与批量生产设备或连续挤压机型生产设备联合使用。
在本发明的优选实施例中并且为了便于描述本发明起见，在此参照其被用于连续式口香糖基料生产设备中的情况来描述本发明。尤其是，对于与连续式口香糖生产设备联合使用的情况来说，本发明有助于和其它成分以及设备的其它组成部分一起使用并填入口香糖基料的弹体成分。
在图1中画出了本发明设备和装置的示意图并且用标记10表示该设备。在图2中画出了表示本发明的基本加工步骤的流程图。在图3、3A中画出了优选的切割磨碎装置。
通常，固态弹体(橡胶)块或厚片12被输送装置14送入磨碎机16中，它们在这里被磨碎成小碎片或颗粒。一个最好是失重(LIW)式的供料机18被用于给磨碎作业添加粉末或添加剂以便略微涂覆并润滑颗粒。
带涂层的小橡胶颗粒或橡胶碎片19通过真空输送装置20被送入旋风受料器22中，小颗粒在这里又被送入受冷却的条带式掺混机24中。一个由计算机控制的电动机操作的旋转阀23被用于调节从受料器22到掺混机24的材料流量。受料器22例如也接受水冷套的冷却以控制弹性颗粒的温度。
小颗粒因重力而从掺混机中落入并穿过一个筛子28和一个金属探测器30。阀26调节进入输送导管27的材料流量。在筛子28中从颗粒中筛分出来的粉末或添加剂被收集在储槽32中。回收粉末随后返回到粉末供料器18的料斗34中以便随后在加工中重新利用。
通过筛子28和金属探测器30的小颗粒随后由真空输送装置36被送入第二旋风受料器38中。在受料器38中的涂覆弹体材料碎片被送入连续式口香糖基料加工用供料装置中。与此有关地，材料被送入一个受控制而允许把体积适当的材料填入主挤压机44的供料道42中的失重式供料器40。一个受电动机/致动器控制的标准阀门46被用于把来自受料器38的批料倒入LIW式供料器40中。
最好用至少一个金属探测和磁探测器30来从弹体材料流中去除杂质。与此有关地，尽管图1只画出了一个金属探测器30，但应该理解的是，在该设备中可以使用几个金属探测器。其它探测器例如也可以被设置成真空输送装置20或阀门46的一部分。
来自输送装置/旋风式受料器20/22和36/38的废气分别通过过滤受料器50、52净化并从系统16中排除出去。经过过滤受料器50、52的空气分别通过鼓风机54、56被排入大气。
根据本发明，固态弹体接受高强度和高剪切力磨碎以将之捏碎并将其粉碎成小碎片或颗粒以便用于制造口香糖。这使得口香糖基料产品具有更一致的密度并且没有小块和其它不规则体。弹性颗粒或橡胶颗粒在其被加入挤压机之前越均匀，终产品越均匀一致。
弹体最好被破裂切碎成直径为0.30英寸-0.50英寸且最好为0.125英寸-0.25英寸的小颗粒。就此而言，弹体材料最好不以细粉末或大团的形式被送入挤压机。
适用于本发明加工中的固态弹体是那些常用于口香糖基料中的材料，其包括合成胶或弹体如丁二烯-苯乙烯共聚物、聚异丁烯、异丁烯-已戊二烯共聚物、天然胶或弹体如糖胶树胶、天然橡胶、节路顿胶、巴拉塔树胶、古塔波胶、莱齐胶、卡斯皮胶、索尔瓦胶或其混合物。其中，丁二烯-苯乙烯共聚物、聚异丁烯、异丁烯-橡胶基质共聚物或其混合物被优选为固态弹体。
本发明所用的添加剂或粉末成分可以是碳酸钙、碳酸锰、滑石粉、磷酸二钙等。粉末/添加剂最好是烈性炸药(atomite)、滑石粉或磷酸二钙。
磨碎机16的细节最好参见图3、3A。磨碎机16包括一个入口斜道60、至少一个供料机械62如星型喂料机构和一个磨碎器械64。星型喂料机构62被用于减缓并调整把弹性块12送入磨碎器械64。一个电动机和控制装置66控制并驱动星型喂料机构。就此而言，尽管在这个优选实施例中只画出了一个星型喂料机构62，但应该理解的是，可以使用至少两个星型喂料机构并且可以采用其它传统的材料供给调节机构。
磨碎器械64包括一把旋转刀70，它在转筒上具有至少一个切削刀刃72并在外壳上具有至少一个固定刀刃74。与此有关地，优选的旋转刀是由位于阿拉巴马州的利兹的Reduction技术公司生产的Mitts&Merrill“knife-hog”。当然，也可以采用其它旋转切碎机构，如可从Fitzpatrick买到的这类机械，只要它们符合本发明的目地和用途就行。一个电动机和控制装置76控制着旋转切削机构64，它把弹体材料块或包切片、分割和切削成小碎片或小颗粒。
一个筛选或栅部件80设置在磨碎切碎机64附近，栅条就设置在旋转刀70下半部的正下方并且其形状能够摩擦和/或使大颗粒保持不动，从而可以让切削刀刃72继续分割或把大颗粒切成片。在栅条上碾压颗粒有助于把颗粒磨碎。栅条孔计量颗粒尺寸，从而只有具有预定尺寸的颗粒和碎片才能漏过它。在磨碎机16中的气流以及冷却环境防止了栅条80的堵塞。
漏过栅条80的橡胶碎片或颗粒穿过真空输送装置20的导管21。作为一个替换实施例，也可以采用螺旋供料机构或输送机构来帮助从磨碎机16中取出筛下物和弹体材料碎片。
一个水冷套90定位在磨碎机16的磨碎切削部周围。用传统水冷系统92(未示出)来冷却水冷套90。利用该冷却系统92，冷却水循环流过水冷套90并返回原处以便随后排出。
输送装置14可以是任何传统装置。一般，弹体或橡胶块12至少有40磅-90磅重并且需要以某种方式被送往磨碎机16输入斜道60的顶口上。如图1所示的输送机械14是一种用于把橡胶厚片或橡胶块从工厂地面送往磨碎机填料位置的方便的优选机构。当然，根据本发明，其它输送或运输装置显然可以被用于帮助把橡胶厚片或橡胶块填入磨碎机中。
粉末供料器18也可以是任何传统类型的，但它最好是单螺杆体积测定式L1W供料器。细粉末或添加剂如烈性炸药、滑石粉或磷酸二钙通过测定体积的供料器18受控制地与弹体或橡胶块或厚片12一起被送入磨碎机16中。
当弹体材料被磨碎器械64粉碎时，粉末被用于涂覆弹体材料，从而各单片碎料没有聚集或粘结成团。粉末也吸收多余的热累积并由此防止了弹体变得太软和不可加工。环绕磨碎器械切削部的水冷套90也将切削部温度保持在某个有助于防止橡胶颗粒粘结或结合成团的范围内。与此有关地，切削刀具70的速度、切削部的低温、定量向切削部中送料、用添加剂涂覆橡胶以及用真空输送装置快速取走材料的组合形式允许弹体材料以最佳的状态被送入批量或连续式口香糖基料生产过程中。
利用传统的磨碎器械的控制装置，可以以预定且可调节的速度把弹体材料送入旋转刀具并且可以把材料切碎成预定大小，这取决于切削刀具的速度和供料速度。高速旋转刀具最好能够具有每小时生产约300磅-350磅弹体材料的生产能力。另外，接触弹体材料的磨碎机16部分最好是由不锈钢制成的。
如上所述，漏过栅条80的涂覆弹性颗粒通过真空输送装置20被送往旋风受料器22。旋风受料器22最好是由不锈钢制成的并且按照传统方式地配有水套以便冷却。
受料器22中的材料通过旋转供料机构23受控制地被送入掺混机24中。掺混机24具有螺旋形条带混料件或螺旋件94，后者受一个电动机和控制器96的控制和操作。掺混机24也通过适当的水循环系统和水冷套(未示出)而接受水冷。掺混机24位于测量混料器中材料重量的测压元件上。当要求把一定数量或批量的弹体材料送往挤压机44(即当料斗38和LIW供料器40中的材料量降到预定程度时)时，给掺混机24上的阀26发出信号并且把掺混机中的一定数量的材料倒入筛子28中以便通过输送装置36将其送入料斗38并随后送入挤压机。
筛子28可以是任何传统形式的。在筛子中，多余粉末/填充材料被从橡胶颗粒和碎片中筛除出去。通过回收机械32回收多余材料以便随后在粉末供料器18中重新使用。弹性颗粒通过输送装置36被送入受料斗38中。
如上所述，本发明的装置包括一个用于从弹性颗粒中去除金属杂质的金属探测器。金属探测器30最好位于筛子出口28附近以便除去任何可能存在于弹体材料中的金属的或磁性的颗粒。
在口香糖加工领域中，测定体积的供料器如失重式供料器40是众所周知的。这些供料器计量出适当的干料或粉末数量，将其送入口香糖或口香糖基料生产装置(如挤压机44或西格玛批量生产锅)中以和被计量送入装置中的其它成分混合。
图1画出了连续式挤压机44。挤压机包括一个筒100和一个电动机及其控制装置102。螺杆式供料机构104设置在筒中并且由电动机操作。口香糖基料的终产品在挤压机端部被排出。
如图1所示，弹性颗粒和碎片被填入进料斜道42中并又被送入筒100的空心内部。可以是液体或固体的口香糖基料的其它成分在弹体材料的下游通过入口108、110被送入。
挤压机44可以是许多过去可被用于连续生产口香糖基料或口香糖终产品的挤压机中的任何一种。这样的挤压机例如可以从日本钢铁厂、莱斯特里茨、瓦纳＆富莱德公司、Buss Mfg.公司、WLS、Togum和贝克帕金斯那里买到。可用于本发明的挤压机最好是共转双螺杆式挤压机。但根据本发明，也可以使用带有其它类型螺旋机械的其它类型的挤压机。
受料斗、掺混机和筛子最好是不锈钢制成的以便清洁整理。接触弹性材料的装置的其它部件也最好是不锈钢制的。
根据本发明，可快速有效地加工并运送生产口香糖基料或口香糖制品所用的弹体材料。弹体材料被磨碎成有某个尺寸的小颗粒和碎片以便更有效地被用于口香糖基料或口香糖终产品的生产过程。
整个弹体加工过程的温度也被控制在预定范围内。这有助于防止弹体材料被加热并因而变得粘稠并聚集成团。这允许颗粒被更高效地送入挤压机中以便进行加工，从而防止弹性材料被加热进而变得粘稠并聚集成团。而且这最终形成了更一致、均匀且没有小块和其它不规则体的口香糖基料产品或口香糖制品。
尽管描述了目前据信是本发明优选实施例的技术内容，但本领域的技术人员将意识到，可以在不偏离本发明精神的前提下对本发明进行修改和变动，本申请人要求保护所有那些落入由后续权利要求书所覆盖和限定的本发明的真正保护范围内的改动和修改方案。