利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法

摘要

本发明提供了一种利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，涉及热塑性弹性体领域技术领域。本发明的利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，一方面将废旧橡胶回收再加工成改性胶粉，使得废旧资源得到了很好的优化配置问题，保护了生态环境，另一方面，本发明以加工的废旧胶粉为主料，辅以天然植物纤维，如：蔗渣纤维、黄马纤维等各种橡胶性能增强剂制备的热塑性弹性体材料，具有硬度大、拉伸强度大、伸长率高、耐热性能高的良好性能，保证了热塑性弹性体材料应用于电线电缆时安全性，延长了电线电缆的使用寿命。

权利要求

1.利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

①改性胶粉制备：将废旧橡胶切割后重量范围为400-450g小块，超声清洗处理3-5min；

再通过粉碎机进行粉碎，过200目筛，得到胶粉；将硫磺粉、硅烷偶联剂Si69、聚乙二醇和十八烷醇按重量比5:2:50:10比例混合以喷雾形式加入到废胶粉中，加入量为废胶粉重量的

20％-25％，先置于红外灯下照射20-30min，然后废胶粉放到球磨机依次再加入白炭黑共混后球磨5-10min，转速1000r/min，再将球磨好的废胶粉放入冷阴极荧光灯照射箱中30-

50min,照射同时箱中通入氮气和氧气，使得箱中氮气和氧气体积比例维持在2:1，将照射好的胶粉与硬脂酸和硬脂酸锌按照比例5:3:2比例混合搅拌均匀，微波处理20-30min，处理温度控制为110-130℃，将胶粉取出用去离子水充分洗涤，入置于冷却装置内冷却至30-40℃，即得改性胶粉；

②热塑性弹性体材料制备：将改性胶粉，于电热恒温鼓风干燥箱中80℃烘干至恒重，待用；按重量份数，将30-50份有机硅树脂，15-20份改性环氧树脂、4-6份L—半胱氨酸混合2-

5min，混合温度控制为140-160℃，再加入5-8份蔗渣纤维、3-5份黄麻纤维、1-3份碳纤维、

10-15份硅灰石、5-7份改性蒙脱土、1.5-3.5份硅酸钙，混合5-7min，混合温度控制在160-

170℃，得到混料A；再称取100-150份改性胶粉和15-30份环烷油、6-9份柠檬酸酯置于高速搅拌装置中，搅拌1-1.5小时，控制转速1500-2000r/min，得到混料B；最后将混料A和混料B放入高混机，混合5-10min，混合温度为165-180℃，得到混合物，将混合物装入密闭容器中室温存放1周；将混合物倒入双螺杆挤出机料斗中，挤出，冷却造粒，干燥，即得热塑性弹性体材料。

2.根据权利要求1所述的利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，其特征在于：步骤①中冷阴极荧光灯光质为白蓝光质，白蓝光质比例为40％和60％。

3.根据权利要求1所述的利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，其特征在于：所述的步骤②双螺杆挤出机温度从输送区、熔融区和均化区以及挤出模头温度分别控制范围为180-200℃、170-210℃、200-220℃和160-180℃。

4.根据权利要求3所述的利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，其特征在于：所述的步骤②双螺杆挤出机温度从输送区、熔融区和均化区分别为190℃、180℃、210℃和170℃。

说明书

利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及热塑性弹性体领域技术领域，特别地，涉及一种利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法。

背景技术

[0002] 我国属于橡胶资源十分匮乏的国家，国内40％以上的合成橡胶与75％以上的天然橡胶依赖进口，同时我国也是世界上废旧橡胶产量最大的国家，每年产生的废旧橡胶复合材料接近5000kt，而回收利用率仅为50％左右，不及西方国家的30％，我国还有很多地方，对废旧橡胶采取填埋、焚烧等简单处理方法，或随意丢弃，造成“黑色污染”。废旧橡胶是有毒、有害的固体废弃物，而且其抗热性、抗降解性很强，埋入地下100年不会降解，从而造成严重的环境污染和极大的资源浪费。如何做好废旧橡胶的回收再利用工作，使我国从橡胶消费第一大国走向橡胶资源循环利用强国是迫切需要解决的问题。

[0003] 电线电缆制造业作为支撑国民经济发展、社会民生的重要行业，是目前电工电器行业中产值比重最大行业之一，无论是产业规模还是产品种类都多且大，电线电缆产品广泛应用于经济发展、社会民生的各个部门，是现代经济和社会正常运转的基础保障。近些年电线电缆行业出于环保、高效、节能、经济等因素考虑，积极探索诸多高分子材料在电线电缆中的应用，热塑性弹性材料作为备受重视的电缆工业材料，以出众的加工性能、力学性能以及良好的电能性与耐受性得到了广泛应用。

[0004] 但热塑性弹性体材料的耐热性不如橡胶，随着温度上升而物性下降幅度较大，因而适用范围受到限制。热塑性弹性体材料是电线电缆外层主要起保护作用的部件，主要包括金属类、塑料类与弹性体类，塑料类最为常见，弹性体是当前热点，而电线电缆产品较常用于户外场合，长时间经历风吹曝晒，温度长期处于较高状态，则其压缩形变、弹性回复等物性会显著下降，缩短使用寿命。

发明内容

[0005] 本发明目的在于提供一种利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，以解决废旧橡胶回收再加工及热塑性材料不耐高温的技术问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，包括以下步骤：

[0007] ①改性胶粉制备：将废旧橡胶切割后重量范围为400-450g小块，超声清洗处理3-5min；再通过粉碎机进行粉碎，过200目筛，得到胶粉；将硫磺粉、硅烷偶联剂Si69、聚乙二醇和十八烷醇按重量比5:2:50:10比例混合以喷雾形式加入到废胶粉中，加入量为废胶粉重量的20％-25％，先置于红外灯下照射20-30min，然后废胶粉放到球磨机依次再加入白炭黑共混后球磨5-10min，转速1000r/min，再将球磨好的废胶粉放入冷阴极荧光灯照射箱中30-
50min,照射同时箱中通入氮气和氧气，使得箱中氮气和氧气体积比例维持在2:1，将照射好的胶粉与硬脂酸和硬脂酸锌按照比例5:3:2比例混合搅拌均匀，微波处理20-30min，处理温度控制为110-130℃，将胶粉取出用去离子水充分洗涤，入置于冷却装置内冷却至30-40℃，即得改性胶粉；

[0008] ②热塑性材料制备：将改性胶粉，于电热恒温鼓风干燥箱中80℃烘干至恒重，待用；按重量份数，将30-50份有机硅树脂，15-20份改性环氧树脂、4-6份L—半胱氨酸混合2-5min，混合温度控制为140-160℃，再加入5-8份蔗渣纤维、3-5份黄麻纤维、1-3份碳纤维、
10-15份硅灰石、5-7份改性蒙脱土、1.5-3.5份硅酸钙，混合5-7min，混合温度控制在160-
170℃，得到混料A；再称取100-150份改性胶粉和15-30份环烷油、6-9份柠檬酸酯置于高速搅拌装置中，搅拌1-1.5小时，控制转速1500-2000r/min，得到混料B；最后将混料A和混料B放入高混机，混合5-10min，混合温度为165-180℃，得到混合物，将混合物装入密闭容器中室温存放1周；将混合物倒入双螺杆挤出机料斗中，挤出，冷却造粒，干燥，即得本发明的热塑性材料；

[0009] 进一步，所述的步骤①中冷阴极荧光灯光质为白蓝光质，白蓝光质比例为40％和60％。

[0010] 进一步，所述的步骤②双螺杆挤出机温度从输送区、熔融区和均化区以及挤出模头温度分别控制范围为180-200℃、170-210℃、200-220℃和160-180℃。

[0011] 优选地，所述的步骤②双螺杆挤出机温度从输送区、熔融区和均化区分别为190℃、180℃、210℃和170℃。

[0012] 本发明具有以下有益效果：

[0013] 1、本发明的利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，一方面将废旧橡胶回收再加工成改性胶粉，使得废旧资源得到了很好的优化配置问题，保护了生态环境，另一方面，本发明以加工的废旧胶粉为主料，辅以天然植物纤维，如：蔗渣纤维、黄马纤维等各种橡胶性能增强剂制备的热塑性弹性体材料，具有硬度大、拉伸强度大、伸长率高、耐热性能高的良好性能，保证了热塑性弹性体材料应用于电线电缆时安全性，延长了电线电缆的使用寿命。

[0014] 2、本发明利用废旧橡胶制备改性胶粉时采用了红外线照射和冷阴极荧光灯配合对混合了硫磺粉、硅烷偶联剂Si69、聚乙二醇和十八烷醇的废胶粉，通过初步红外灯照射，使得物料内部均匀受热，加上用聚乙二醇和十八烷醇混合作为接枝单体一是单体通过引发在胶粉表面接枝，形成一层聚合物包覆膜，使得硫磺粉与废旧胶粉在偶联剂的作用下更稳定的结合在一起成为的硫化胶粉，表面覆膜，增加了胶粉的耐磨性，而且使得硫化胶粉结晶度更高，不易造成分子间的断裂使得硫化胶粉的聚合度更高，通过红外处理后的硫化胶粉再加入白炭黑，白炭黑是多孔性物质，硫化胶粉进入白炭黑中的孔隙中，保持硫化胶粉完整性的同时，韧性增加，不易断裂，再给予白蓝光质比例为40％和60％冷阴极荧光灯照射，使得胶粉与白炭黑孔隙之间结合更紧密，相容性更好。

[0015] 3、本发明制备热塑性弹性体材料工艺，依据胶粉以及树脂的特点，将胶粉分批与不同的树脂、不同添加剂和不同反应温度下混合反应，使得熔融改性胶粉和混合树脂在高温下相互浸渍越完全。解决了传统胶粉同时与所有物质相融合反应以致于反应不完全导致的弹性体材料性能不稳定的问题。当物料经过双螺杆挤出机，温度从输送区、熔融区和均化区分别为190℃、180℃、210℃和170℃，再各个区域温度下，增加了改性胶粉与混合树脂的反应完全性，使得改性胶粉通过三个区域后，四周完全被混合树脂分子链包覆，胶粉在树脂海相中容易混合均匀，增强了混合树脂和胶粉的界面粘合，使得混合树脂在胶粉之间均匀分布，溶胀性能增加，使得制备完成的热塑性弹性体材料各种性能提高。

[0016] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

[0017] 以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

[0018] 实施例1

[0019] 利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，包括以下步骤：

[0020] ①改性胶粉制备：将废旧橡胶切割后重量范围为400g小块，超声清洗处理3min；再通过粉碎机进行粉碎，过200目筛，得到胶粉；将硫磺粉、硅烷偶联剂Si69、聚乙二醇和十八烷醇按重量比5:2:50:10比例混合以喷雾形式加入到废胶粉中，加入量为废胶粉重量的20％，先置于红外灯下照射20min，然后废胶粉放到球磨机依次再加入白炭黑共混后球磨
5min，转速1000r/min，再将球磨好的废胶粉放入冷阴极荧光灯照射箱中30min,照射同时箱中通入氮气和氧气，使得箱中氮气和氧气体积比例维持在2:1，将照射好的胶粉与硬脂酸和硬脂酸锌按照比例5:3:2比例混合搅拌均匀，微波处理20min，处理温度控制为110℃，将胶粉取出用去离子水充分洗涤，入置于冷却装置内冷却至30℃，即得改性胶粉；所述的冷阴极荧光灯光质为白蓝光质，白蓝光质比例为40％和60％；

[0021] ②热塑性材料制备：将改性胶粉，于电热恒温鼓风干燥箱中80℃烘干至恒重，待用；按重量份数，将30份有机硅树脂，15份改性环氧树脂、4份L—半胱氨酸混合2min，混合温度控制为140℃，再加入5份蔗渣纤维、3份黄麻纤维、1份碳纤维、10份硅灰石、5份改性蒙脱土、1.5份硅酸钙，混合5min，混合温度控制在160℃，得到混料A；再称取100份改性胶粉和15份环烷油、6份柠檬酸酯置于高速搅拌装置中，搅拌1小时，控制转速1500r/min，得到混料B；最后将混料A和混料B放入高混机，混合5min，混合温度为165℃，得到混合物，将混合物装入密闭容器中室温存放1周；将混合物倒入双螺杆挤出机料斗中，挤出，冷却造粒，干燥，即得本发明的热塑性材料；所述的双螺杆挤出机温度从输送区、熔融区和均化区以及挤出模头温度分别为180℃、170℃、200℃和160℃。

[0022] 实施例2

[0023] 利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，包括以下步骤：

[0024] ①改性胶粉制备：将废旧橡胶切割后重量范围为450g小块，超声清洗处理5min；再通过粉碎机进行粉碎，过200目筛，得到胶粉；将硫磺粉、硅烷偶联剂Si69、聚乙二醇和十八烷醇按重量比5:2:50:10比例混合以喷雾形式加入到废胶粉中，加入量为废胶粉重量的25％，先置于红外灯下照射30min，然后废胶粉放到球磨机依次再加入白炭黑共混后球磨
10min，转速1000r/min，再将球磨好的废胶粉放入冷阴极荧光灯照射箱中50min,照射同时箱中通入氮气和氧气，使得箱中氮气和氧气体积比例维持在2:1，将照射好的胶粉与硬脂酸和硬脂酸锌按照比例5:3:2比例混合搅拌均匀，微波处理30min，处理温度控制为130℃，将胶粉取出用去离子水充分洗涤，入置于冷却装置内冷却至40℃，即得改性胶粉；所述的冷阴极荧光灯光质为白蓝光质，白蓝光质比例为40％和60％；

[0025] ②热塑性材料制备：将改性胶粉，于电热恒温鼓风干燥箱中80℃烘干至恒重，待用；按重量份数，将50份有机硅树脂，20份改性环氧树脂、6份L—半胱氨酸混合5min，混合温度控制为160℃，再加入8份蔗渣纤维、5份黄麻纤维、3份碳纤维、15份硅灰石、7份改性蒙脱土、3.5份硅酸钙，混合7min，混合温度控制在170℃，得到混料A；再称取150份改性胶粉和30份环烷油、9份柠檬酸酯置于高速搅拌装置中，搅拌1.5小时，控制转速2000r/min，得到混料B；最后将混料A和混料B放入高混机，混合10min，混合温度为180℃，得到混合物，将混合物装入密闭容器中室温存放1周；将混合物倒入双螺杆挤出机料斗中，挤出，冷却造粒，干燥，即得本发明的热塑性材料；所述的②双螺杆挤出机温度从输送区、熔融区和均化区以及挤出模头温度分别为200℃、210℃、220℃和180℃。

[0026] 实施例3

[0027] 利用废旧橡胶加工热塑性弹性体材料的方法，包括以下步骤：

[0028] ①改性胶粉制备：将废旧橡胶切割后重量范围为425g小块，超声清洗处理4min；再通过粉碎机进行粉碎，过200目筛，得到胶粉；将硫磺粉、硅烷偶联剂Si69、聚乙二醇和十八烷醇按重量比5:2:50:10比例混合以喷雾形式加入到废胶粉中，加入量为废胶粉重量的23％，先置于红外灯下照射25min，然后废胶粉放到球磨机依次再加入白炭黑共混后球磨
8min，转速1000r/min，再将球磨好的废胶粉放入冷阴极荧光灯照射箱中40min,照射同时箱中通入氮气和氧气，使得箱中氮气和氧气体积比例维持在2:1，将照射好的胶粉与硬脂酸和硬脂酸锌按照比例5:3:2比例混合搅拌均匀，微波处理25min，处理温度控制为120℃，将胶粉取出用去离子水充分洗涤，入置于冷却装置内冷却至35℃，即得改性胶粉；所述的冷阴极荧光灯光质为白蓝光质，白蓝光质比例为40％和60％；

[0029] ②热塑性材料制备：将改性胶粉，于电热恒温鼓风干燥箱中80℃烘干至恒重，待用；按重量份数，将40份有机硅树脂，18份改性环氧树脂、5份L—半胱氨酸混合3min，混合温度控制为150℃，再加入7.5份蔗渣纤维、4份黄麻纤维、2份碳纤维、12份硅灰石、6份改性蒙脱土、2.5份硅酸钙，混合6min，混合温度控制在165℃，得到混料A；再称取120份改性胶粉和18份环烷油、8份柠檬酸酯置于高速搅拌装置中，搅拌1.2小时，控制转速1800r/min，得到混料B；最后将混料A和混料B放入高混机，混合8min，混合温度为175℃，得到混合物，将混合物装入密闭容器中室温存放1周；将混合物倒入双螺杆挤出机料斗中，挤出，冷却造粒，干燥，即得本发明的热塑性材料；所述的双螺杆挤出机温度从输送区、熔融区和均化区分别为190℃、180℃、210℃和170℃。

[0030] 试验例

[0031] 不同的挤出温度对热塑性材料性能影响：

[0032] ⑴拉伸测试：按照GB/T1040-92进行测试。

[0033] ⑵硬度测试：按照GB/T531.1-2008进行测试。

[0034] ⑶融指测试：按照GB/T3682-2000进行测试。

[0035] ⑷耐热性测试：测定室温压缩变形率与200℃压缩永久变形率

[0036] 测定结果如表1所示

[0037] 表1不同的挤出温度对热塑性材料主要性能影响

[0038]

[0039]

[0040] 由表1明显可知，本发明实施例1-实施例3(上面三行)制备的热塑性材料各方面性能较好，尤其是实施例3制备的热塑性弹性体材料硬度大、拉伸强度大、伸长率高、室温及200℃压缩永久变形率低。

[0041] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。