專利名稱：一種連續(xù)制備活化膠粉的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種廢舊橡膠活化改性的新方法，尤其涉及一種利用雙螺桿擠出機表面脫硫改性廢膠粉的新方法及工藝，屬于廢舊橡膠循環(huán)再利用領域。
背景技術(shù)：
我國是橡膠第一消耗大國，同時也是世界最大的廢橡膠產(chǎn)生國。2009年，我國廢舊輪胎產(chǎn)生量2. 33億條，重量約達860萬噸。雖然我國廢舊輪胎綜合利用工作取得了一定成效，但與當前社會經(jīng)濟發(fā)展要求不相適應，帶來的資源和環(huán)境問題日益突出。因此，加快推進廢舊輪胎綜合利用，降低橡膠資源對外依存度，防治環(huán)境污染，提升廢輪胎綜合利用水平，已十分緊迫。我國已掌握了世界先進的膠粉制造技術(shù)，但膠粉未經(jīng)處理摻入到膠料中會使膠料的物理機械性能下降嚴重，限制了膠粉在橡膠中的應用。因此，膠粉必須進行活化處理，以提高膠粉的表面活性。目前對膠粉活化改性的方法主要有化學機械法、物理輻射改性法及脫硫改性法等。化學機械法中的高速攪拌法是我國目前普遍采用的方法，(廢輪胎回收加工利用， 董誠春，化學工業(yè)出版社，2008. 8 :49-50.)其配方大致是硫磺、促進劑、活化劑及軟化劑， 設備是高速攪拌機，轉(zhuǎn)速為800 1400r/min，攪拌IOmin左右，排料后冷卻裝袋。利用此方法得到的活化膠粉，其表面均勻地附著一層各種助劑，從而使活化膠粉與基質(zhì)膠料界面處的交聯(lián)密度增加。應用于輪胎后，使其動態(tài)性能提高，使用壽命提高10%。但是，利用此方法生產(chǎn)過程主要依靠表面摩擦生熱及氧化斷鏈后表面改性，所得活化膠粉可溶部分分子量下降嚴重。此外，高速攪拌法依然存在著不密閉，高溫排料污染大，以及操作不連續(xù)的缺點。輻射改性中的微波脫硫法是將廢膠粉輸送到用玻璃或陶瓷制作的管道中，通過控制微波電磁能量，迅速升溫至260-350°C，以此選擇性打斷S-S鍵、C-S鍵，而保留主鏈 C-C鍵不被破壞以達到脫硫目的。青島科技大學的趙樹高(非極性硫化橡膠微波脫硫的研究[J].橡膠工業(yè)1996,46 292 ；硫化橡膠微波脫硫機理的再討論[J].特種橡膠制品 2004,25(6) 35.)分別以填充炭黑和白炭黑的非極性硫化膠為例，考察了加熱方式、炭黑品種以及物料形態(tài)對脫硫條件的要求及相應的脫硫效果。CN200910035658.5公布了一種輪胎廢膠粉活化再利用的新方法，其采用螺桿擠出機對附有一定改性劑的膠粉進行加熱，然后采用微波對其脫硫，冷卻后既可得活化膠粉。脫硫改性法中最新開發(fā)的一種生物表面脫硫技術(shù)，在美國專利(US5677354、 US5891926)中，改性工藝是將膠粉與水溶液中的嗜硫微生物(如紅球菌、氧化硫硫桿菌等) 及營養(yǎng)物在常溫常壓下一起混合，經(jīng)過一定時間，便可得脫硫膠粉。北京化工大學的趙素合等人(CN200710098537. 6 一種廢舊橡膠的生物脫硫方法、CN200910076289. 4 一種利用微生物再生廢橡膠的方法)也對利用微生物脫硫廢膠粉進行了細致的研究。利用此種方法具有操作條件溫和，操作費用低，設備要求簡單的優(yōu)點，但是一方面由于微生物容易受橡膠內(nèi)填料等影響中毒死亡，另外微生物很難進入橡膠基體內(nèi)部，導致脫硫深度僅有幾μ m。此外，利用微生物脫硫還有需要大面積場地和過長操作時間的缺點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不密閉、污染大、不連續(xù)的缺點，提供一種連續(xù)制備脫硫活化膠粉的新方法及工藝，利用雙螺桿擠出機對廢膠粉進行表面脫硫活化改性。本發(fā)明的目的是通過以下流程來實現(xiàn)的將廢舊膠粉與再生劑于高速攪拌機內(nèi)在 30°C 120°C預處理IOmin 600min后，加入雙螺桿擠出機，通過控制雙螺桿不同區(qū)段的溫度在120°C 300°C，壓力在0 lOMpa，在擠出機螺桿的作用下，反應1 15min后從螺桿擠出機口模擠出，經(jīng)冷卻裝置于0 35°C將其在Imin 20min冷卻到80°C以下，即可得到所制備的表面脫硫活化膠粉。制備活化膠粉的所用廢舊膠粉可以是輪胎胎面或胎體廢膠粉，輪胎內(nèi)胎廢橡膠， 廢膠鞋，廢乙丙橡膠，或廢丁基膠中的一種。上述方法中所用廢膠粉粒徑范圍最好在0. 1 10mm。上述方法中所用再生劑為軟化劑和活化劑混合物軟化劑最好為煤焦油、松焦油、妥爾油、環(huán)烷油、雙戊烯、油酸或松香或幾者的混合物，活化劑最好為芳烴二硫化物、多烷基苯酚硫化物、苯基硫醇或正丁胺或幾者的混合物；廢膠粉與軟化劑、活化劑的比例以 100 2 20 0. 5 5 為宜。本發(fā)明采用雙螺桿擠出機作為膠粉活化改性設備，可連續(xù)化生產(chǎn)，大大簡化了分批供料，升溫，脫硫，卸料，冷卻，裝袋等單獨的操作步驟；通過雙螺桿擠出機的特殊設計使煙氣污染大大減少，改善了工廠的工作環(huán)境，也避免了由于摩擦生熱或氧化導致的活化膠粉性能下降；生產(chǎn)效率高，整個脫硫改性時間不足lOmin，大大提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明占地面積小、成本低，在普通的車間就可完成脫硫改性過程，且利用雙螺桿擠出機完成整個活化改性過程，能耗低，經(jīng)濟效益顯著，具有廣闊的應用及工業(yè)化前景。本發(fā)明利用雙螺桿擠出機在密閉環(huán)境下，通過溫度場和壓力場的變化，短時間內(nèi)使廢膠粉表面脫硫改性，得到的表面脫硫活化膠粉性能優(yōu)異。如輪胎胎面活化膠粉，按硫化橡膠粉行業(yè)標準配方(GBT 19208-2008)，拉伸強度由18Mpa提高到^Mpa，扯斷生產(chǎn)率由 520%提高到650%，動態(tài)力學性能亦得到不同程度改善。此外，活化膠粉摻用比例可由現(xiàn)在的5 10份提高到15 25份。因此，本發(fā)明具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的市場應用前景。下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的描述。
具體實施例方式實施例1 采用2mm粒徑的廢輪胎胎面膠粉100份，加入妥爾油6份、松香4份、 雙戊烯2份、二硫化物烷基苯酚(活化劑420) 1份為再生劑，溫度控制在80°C，于高速攪拌機(轉(zhuǎn)速lOOOr/min)內(nèi)混合攪拌15min。然后通過供料裝置將其加入雙螺桿擠出機(D = 50mm, L/D = 30，四個加熱區(qū)段。)，螺桿轉(zhuǎn)速為150r/min。使各加熱區(qū)段的溫度分別設定為 130°C、180°C、15(TC、10(rC，與之對應的壓力分別達到 0. 2MPa、l. OMPaU. 5MPa、3. OMPa0 反應5min后由螺桿擠出機口模擠出，然后經(jīng)水冷卻裝置于25°C冷卻IOmin后至40°C即可得活化膠粉。其性能如下門尼粘度59，拉伸強度25. 8Mpa，斷裂伸長率580%，撕裂強度36. 9KN/m,磨耗量 0. 20cm3/1. 61km,壓縮疲勞溫升 18°C。原始膠料性能門尼粘度79. 2，拉伸強度30. 5Mpa，斷裂伸長率675. 8%，撕裂強度 43. 16KN/m，磨耗量 0. 22cm3/16. 1km，壓縮疲勞溫升 17°C。實施例2 采用Imm粒徑的廢輪胎胎面膠粉100份，加入松焦油6份、環(huán)烷油4份、 苯基硫醇0. 5份、正丁胺1份為再生劑，溫度控制在70°C，于高速攪拌機(轉(zhuǎn)速1200r/min) 內(nèi)混合攪拌50min。然后通過供料裝置將其加入雙螺桿擠出機(D = 45mm, L/D = 25，三個加熱區(qū)段)。螺桿轉(zhuǎn)速為180r/min。使各加熱區(qū)段的溫度分別設定為160°C、220°C、180°C， 與之對應的壓力分別達到1. OMPa,2. 6MPa、6. 8MPa。反應:3min后由螺桿擠出機口模擠出，經(jīng)水冷卻裝置于20°C冷卻5min至60°C后即可得活化膠粉。其性能如下門尼粘度64，拉伸強度27. 2Mpa，斷裂伸長率610%，撕裂強度37. 2KN/m，磨耗量0. 21cm3/l. 61km，壓縮疲勞溫升 17°C。原始膠料性能門尼粘度79. 2，拉伸強度30. 5Mpa，斷裂伸長率675. 8%，撕裂強度 43. 16KN/m，磨耗量 0. 22cm3/16. 1km，壓縮疲勞溫升 17°C。實施例3 采用Imm的廢輪胎內(nèi)胎丁基膠100份，加入雙戊烯4份、古馬隆6份、 多烷基芳烴二硫化物(活化劑901)1份為再生劑，溫度控制在120°C，于高速攪拌機(轉(zhuǎn)速 1500r/min)內(nèi)混合攪拌30min。然后通過供料裝置將其加入雙螺桿擠出機(D = 40mm, L/ D = 40，五個加熱區(qū)段)。螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min。使各加熱區(qū)段的溫度分別設定為200°C、 250 "C >280 "C、180 °C、140 °C，與之對應的壓力分別達到 OMPa, 1. 8MPa、4. OMPa, 5. 9MPa、 8. 5MPa。反應9min后由螺桿擠出機口模擠出，經(jīng)水冷卻裝置于15°C冷卻^iin至80°C后即可得活化膠粉。其性能如下門尼粘度45，拉伸強度ll.SMpa，斷裂伸長率580%，撕裂強度 36KN/m，丙酮抽出物10. 3%，氣體阻隔系數(shù)1. 23。原始膠料性能門尼粘度52，拉伸強度14. 5Mpa,斷裂伸長率720 %，撕裂強度 41KN/m，氣體阻隔系數(shù)1.27。實施例4 采用3mm粒徑的廢乙丙膠粉100份，加入妥爾油6份、環(huán)烷油6份、油酸 3份、二烯丙基二硫化物1份為再生劑，溫度控制在40°C，于高速攪拌機(轉(zhuǎn)速1200r/min) 內(nèi)混合攪拌20min。然后通過供料裝置將其加入雙螺桿擠出機(D = 50mm, L/D = 40，四個加熱區(qū)段)。螺桿轉(zhuǎn)速為160r/min。使各加熱區(qū)段的溫度分別設定為160°C、250°C、300°C、 180°C，與之對應的壓力分別達到0. 8MPa、2. 4MPa、6. 5MPa、7. 6MPa。反應^iin后由螺桿擠出機口模擠出，經(jīng)冷卻裝置于35°C冷卻IOmin至70°C后即可得活化膠粉。其性能如下門尼粘度60，拉伸強度9. 8Mpa，斷裂伸長率280%，撕裂強度32. 5KN/m。原始膠料性能門尼粘度70，拉伸強度12. 5Mpa,斷裂伸長率320. 8%，撕裂強度 35.6KN/m。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)制備活化膠粉的方法，其特征是將廢舊膠粉與再生劑于攪拌機內(nèi)在 30°C 120°C預處理IOmin 600min后，加入雙螺桿擠出機，通過控制雙螺桿不同區(qū)段的溫度在120°C 300°C，壓力在0 lOMpa，在擠出機螺桿的作用下，反應1 15min后從螺桿擠出機口模擠出，經(jīng)冷卻裝置于0 35°C將其在Imin 20min冷卻到80°C以下，即可得到所制備的表面脫硫活化膠粉。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征是所用廢舊膠粉為輪胎胎面或胎體廢膠粉、輪胎內(nèi)胎廢橡膠、廢膠鞋、廢乙丙橡膠，廢丁基膠中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是所用廢膠粉粒徑范圍在0.1 10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是所用再生劑包括軟化劑和活化劑軟化劑是煤焦油、松焦油、妥爾油、環(huán)烷油、雙戊烯、油酸、松香一種或幾者的混合物，活化劑是芳烴二硫化物、多烷基苯酚硫化物、苯基硫醇、正丁胺一種或幾者的混合物；廢膠粉與軟化劑、活化劑的質(zhì)量比為100 O 20) (0.5 5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)制備活化膠粉的方法，屬廢舊橡膠循環(huán)再利用領域。所述制備方法是利用雙螺桿擠出機，將經(jīng)預處理的廢膠粉，于一定溫度、壓力、剪切作用下，短時間內(nèi)破壞膠粉表面的三維交聯(lián)網(wǎng)絡，從而增加膠粉的表面活性。所用設備為雙螺桿擠出機，其工藝流程簡單，具有節(jié)能、環(huán)保、連續(xù)的優(yōu)點。
文檔編號B29B9/06GK102501331SQ20111034529
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者任冬云, 劉英杰, 史金煒, 張立群, 李光曙, 李曉林, 王士軍 申請人:北京化工大學, 江蘇強維橡塑科技有限公司