一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法

摘要

本发明公开了一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法，属于废旧橡胶再利用技术领域。该工艺将定量的改性剂加入废胶粉混合，混合物料经螺杆挤出机挤出，挤出过程中废胶粉经加热干燥裂解，废胶粉中的交联键大量断裂。挤出的废胶粉经微波辐射冷却后，活化后的废胶粉和天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶等通用胶种进行并用混炼，制得混炼胶后进行硫化，经测试含活化胶粉的试样和制品性能优异，本工艺简便高效，具有突出的经济效益和社会效益。

权利要求

1.一种轮胎废胶粉活化再利用的方法，其特征在于将加入改性剂的粗胶粉通过螺杆挤出机加热干燥裂解、微波辐射及空气冷却后，和天然橡胶进行并用，在低温开炼机上加入硫化剂、硫化促进剂和硫化活性剂进行混炼，制得混炼胶，实现废胶粉再利用；

具体包括以下步骤：

(1)通过螺杆挤出机的加料装置将加入改性剂对叔丁基苯酚甲醛树脂和高温化学塑解剂的30目废胶粉加入螺杆挤出机，混合物料在挤出机的加料段渐热除去废胶粉中的水分，其加热温度为100±5℃，时间为3min；挤出机的螺杆压缩段的挤压剪切力使废胶粉的硫化键发生大量断裂，压缩段的加热温度为160±5℃，通过加热时间为5min；所述的高温化学塑解剂为五氯硫酚，添加量为胶粉质量的0.88％，废胶粉表面的交联键热裂解效率很高；

(2)废胶粉经挤出机挤出后，边搅拌边进入微波辐射装置，用微波辐射进行活化处理；

微波装置的辐射微波频率为2450赫兹，功率为800W，辐照时间为2min；

(3)对经微波辐射活化处理过的废胶粉进行空气冷却，在0-10℃下边搅拌边冷却

10min；

(4)在低温开炼机上将活化废胶粉薄通8-12次，辊距为0.5～1.0mm，使部分化学键和交联键产生力-化学断裂，使质地更均匀；

(5)然后在低温开炼机上将活化胶粉与其他橡胶共混，得到混合胶料，所述其他橡胶包括天然橡胶；

(6)在低温开炼机上，向混合胶料中依次加入硫化剂硫黄粉、硫化促进剂、硫化活性剂ZnO和硬脂酸进行混炼，促进剂为N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺，得到混炼胶；

上述工艺中各物料的用量质量份配比如下：

说明书

一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法

技术领域

[0001] 本发明涉及废旧橡胶材料回收再利用技术，具体涉及一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法。主要适用于废旧轮胎胎面胶胶粉的活化再利用。

背景技术

[0002] 废旧橡胶材料的数量在废旧高分子材料中仅次于废塑料，其中汽车轮胎全世界年报废量在10亿条以上，我国在5000~6000万条。废旧橡胶的回收利用以废旧轮胎为主，废橡胶的利用有利于保护环境，实现资源的再利用，有利于社会经济的可持续发展。目前在发达国家废旧橡胶的回收利用方面废胶粉已逐步取代了再生胶的生产。

[0003] 将胶粉直接与其他橡胶共混，所得产品的性能都将随胶粉的加入而急剧下降，这主要是胶粉与其他成型加工的高聚物之间的界面结合能力较差所致。因此，界面改性是胶粉应用的关键技术之一。活化胶粉是为了提高胶粉配合物的性能而对其表面进行化学处理的胶粉。目前胶粉的活化改性方法很多，大致分为：接枝方法；互穿聚合物网络(IPN)法；机械力化学法；活气体改性法；聚合物涂层改性；核-壳改性；再生胶脱硫改性及辐射法等。

[0004] 辐射法有微波法和γ射线法，其中微波法是一种非化学的、非机械的一步脱硫改性法，利用微波切断胶粉的硫交联键而不切断碳碳键，使胶粉表面脱硫而改性活化。扬州大学康爱红等人将80目胶粉放入恒温干燥箱中烘干脱水，然后置于微波装置中辐射一定时间后制得活化胶粉，可用于改性沥青的生产；青岛科技大学史新研等人采用常温法，用自主研发的WTPS小型实验室胶粉加工系统，经最初破碎与钢丝骨架分离、破碎至10-30目，再经磨盘碾磨常温粉碎制得80目细度胶粉，该胶粉经超声波和臭氧表面处理，胶粉粒子的表面得到了一定活化；J.I.Kim等人用紫外线对胶粉进行表面改性，同时接枝丙烯酰胺，改性后的胶粉在与HDPE共混时辅以马来酸酐接枝聚丙烯为相容剂，取得较好的增容效果；贾德民等人采用接枝互穿聚合物网络(IPN)法研究了聚丁二烯型聚氨酯预聚物、苯乙烯、二乙烯苯等组成的混合物处理废胶粉，处理后的胶粉和天然橡胶共混，其拉伸强度达到19MPa、断裂伸长率达到640％，性能仅下降5％。

[0005] 扬州大学康爱红等人将活化前后的胶粉粒子表面喷金后，采用Kevex Super Rry能谱仪测试其能谱图对胶粉所含元素含量进行分析，发现胶粉经微波辐射活化后氧含量明显增加、胶粉接触角增大，从而改善了胶粉的吸附性能；另外活化过程中，微波破坏了胶粉分子中的S＝S键、C＝S键，胶粉从原来的网状交联结构部分转变成线形结构，活性得到显著加强；但对辐射前后胶粉进行的蒸馏水接触角测试试验发现，经微波辐射活化后，胶粉的接触角增大，但随着辐射功率增大、时间延长，胶粉的接触角反而又变小，证明微波能量积聚较多时会使已形成的C-O键再一次打断、表面极性下降，说明胶粉的微波辐射活化处理存在最佳时间和功率。

[0006] 西北师范大学(CN1597782)将60-80目废旧橡胶粉用增塑剂溶胀后，用360-900W微波辐照2-5min，使废旧橡胶粉的结构部分由颗粒状变成较光滑的层状，增强了其物理机械性能，用于基质沥青改性取得良好效果；韩国现代自动车株式会社发明(CN1733443)了一种可连续对废旧橡胶粉进行微波处理的装置，利用功率不小于0.5Kw但不大于2Kw的微波，在150℃-250℃温度下，对粒径为80μm-1000μm的废旧橡胶粉辐照处理10-120S，取得较好活化效果；青岛科技大学(CN101157769)在一种氯丁橡胶的制备和改性中将混合处理并研磨好的细度胶粉，在微波发生器中用800-1200W微波辐照5-15min，然后用于制备氯丁橡胶粉，取得一定效果。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于克服已有技术工艺复杂的缺点，提供一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法。该工艺过程和工艺设施简单，胶粉活化效果突出，活化胶粉和其他高聚物的相容性提高，与天然橡胶等高聚物共用后性能明显提高。

[0008] 本发明是以如下技术方案实现的：一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法，其特征在于将加入改性剂的粗胶粉通过螺杆挤出机加热干燥裂解、微波辐射及空气冷却后，和天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶等通用胶种进行并用，在低温开炼机上加入硫化剂、硫化促进剂和硫化活性剂等配合剂进行混炼，制得混炼胶，实现废胶粉再利用；

[0009] 具体包括以下步骤：

[0010] (1)通过螺杆挤出机的加料装置将加入改性剂对叔丁基苯酚甲醛树脂2402#和高温化学塑解剂的10-30目废胶粉加入螺杆挤出机，混合物料在挤出机的加料段加热除去废胶粉中的水分，其加热温度为100±5℃，时间为3min；挤出机的螺杆压缩段的挤压剪切力使废胶粉的硫化键发生大量断裂，压缩段的加热温度为160±5℃，通过加热时间为5min；#
其中改性剂对叔丁基苯酚甲醛树脂2402 的加入可以均衡复合体系中各相的反应能力，使各相的质地基本趋于一致；所述的高温化学塑解剂为五氯硫酚或2，2’-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物，化学塑解剂的添加量为胶粉质量的0.3～0.5％；

[0011] (2)废胶粉经挤出机挤出后，边搅拌边进入微波辐射装置，用微波辐射进行活化处理；微波装置的辐射微波频率为2450Hz，功率为800W，辐照时间为2min；

[0012] (3)对经微波辐射活化处理过的废胶粉进行空气冷却，在0-10℃下边搅拌边冷却10min；

[0013] (4)在低温开炼机上将活化废胶粉薄通8-12次左右，辊距为0.5～1.0mm，使部分化学键和交联键产生力-化学断裂，使质地更均匀；

[0014] (5)然后在低温开炼机上将活化胶粉与其他橡胶共混，得到混合胶料，所述其他橡胶包括天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶等通用胶种；

[0015] (6)在低温开炼机上，向混合胶料中依次加入硫化剂硫黄粉、硫化促进剂、硫化活性剂ZnO和硬脂酸进行混炼，其中促进剂包括准超速、超速促进剂和超超速促进剂，这三大类促进剂包括很多品种，例如二硫化四甲基秋兰姆(TT)，得到混炼胶得到混炼胶。

[0016] 上述工艺中各物料的用量质量份配比如下：

[0017] 30目废轮胎胎面胶粉 25.0份

[0018] 对叔丁基苯酚甲醛树脂(2402#) 3.0份

[0019] 化学塑解剂五氯硫酚 0.22份

[0020] 天然橡胶NR 25.0份

[0021] 硫黄粉S8 1.25份

[0022] 促进剂N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺 0.30份

[0023] 氧化锌ZnO 2.50份

[0024] 硬脂酸 1.50份。

[0025] 本发明的有益效果是：本发明实施步骤简单，生产投资少，尤其是微波辐射工艺准确、可靠、高效，胶粉活化改性的效率高、效果好，废旧橡胶胶粉制得的混炼胶，经测试主要性能优异，本发明工艺可带来突出的经济效益和社会效益，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

[0026] 图1是本发明工艺流程示意图；

[0027] 图2是具体生产流程图。

具体实施方式

[0028] 下面结合实施例进一步阐明本发明的方案及效果。

[0029] 如图1和图2所示，将粒度为30目的废旧橡胶轮胎胎面胶粉25.0kg加入相容剂酚醛树脂3.0kg、化学塑解剂2，2-二苯甲酰胺基苯基二硫化物0.2kg后通过螺杆挤出机(XJ-250)挤出。废胶粉经挤出后，边搅拌边进入微波辐射装置，用微波辐射进行活化处理，微波装置的辐射微波频率为2450Hz，功率为800W，辐照时间为2min。对经微波辐射活化处理过的废胶粉进行空气冷却，在0-10℃下边搅拌边冷却10min。在低温开炼机(XK-160)上将活化废胶粉薄通10次左右，辊距为0.5～1.0mm。然后在低温开炼机上将活化胶粉与天然橡胶共混，得到混合胶料。再在低温开炼机上，向混合胶料中依次加入硫化剂硫黄粉、硫化促进剂、硫化活性剂ZnO、硬脂酸进行混炼，其中促进剂包括准超速、超速促进剂和超超速促进剂，这三大类促进剂包括很多品种，例如二硫化四甲基秋兰姆(TT)，得到混炼胶。

[0030] 将该混炼胶按现有常规技术硫化处理后，测试其胶片性能的结果为：拉伸强度21MPa、断裂伸长率640％，总体性能仅比纯天然橡胶下降3％，该结果表明本废旧橡胶胶粉微波活化再利用工艺简单高效，其活化水平和废旧橡胶胶粉再利用效果明显优于现有活化再利用工艺。