废轮胎胶粉低温低压微波再生研究

废轮胎胶粉低温低压微波再生研究

李绍通 李瑞哲

洛阳和梦科技有限公司

摘要:利用自主研发的多功能橡塑加工设备对废轮胎胶粉进行微波再生,由开炼机对再生橡胶粉进行处理。研究了低温低压条件下,废轮胎胶粉粒径、再生时间、再生温度、软化剂、活化剂对再生橡胶性能的影响。

Abstract:Thewastetirerubberpowderwasregeneratedbymicrowaveusingthemultifunctionalrubberandplasticprocessingequipmentdevelopedbyourselves.The reclaimed rubber powder is treated by the mill.Theeffectsofparticlesize,regenerationtime,regenerationtemperature,softenerandactivatoronthepropertiesof reclaimed rubberwerestudied.

关键词:废轮胎胶粉;再生橡胶;微波再生;低温低压

Keywords:waste tire rubber powder;reclaimed rubber;microwave regeneration;lowtemperatureandpressure

硫化橡胶具有三维网状交联结构,易燃、难降解,废旧硫化橡胶对环境造成了较大危害,生产再生橡胶是废旧硫化橡胶最有效的循环利用方式。

再生橡胶是指废旧硫化橡胶经过切割、粗碎、筛分、细碎、预热、机械与化学处理等物理化学过程,使其从弹性状态变成具有一定塑性和粘性的、能够再硫化加工的橡胶。

再生橡胶的价格约为生胶价格的15-30%,因而有着巨大的市场需求。再生橡胶主要用于生产低档的橡胶制品,也可替代部分生胶生产其他橡胶制品。再生橡胶有良好的塑性,易与生胶和配合助剂混合,添加再生橡胶的混炼胶硫化速度快,耐焦烧性好,制品的收缩性小,耐老化性好等优点。

再生橡胶90%左右的生产工艺是动态脱硫罐脱硫再生,需要进行加热搅拌、清洗、脱水、精炼等工序,设备和工序复杂,投资大,污染大。目前欧美日本等发达经济体已限制有毒化学物质的橡胶制品进出口。

采用新的工艺技术和设备,减小污染物排放,降低设备投资,是目前再生橡胶急需开展的工作。

1、微波再生(脱硫)

[2]

微波再生(脱硫)法是一种非化学、非机械的一步再生法,它是利用微波能量切断S-S键和S-C键,而不切断C-C键,达到再生的目的。因为微波能断键是有选择性的,故用这种方法生产的再生橡胶的性能接近原胶,微波脱硫过程中无须添加任何助剂,因此,基本上无污染。另外,脱硫时所用胶粒可以为6~8mm,因此,机械损耗大量减少,电能也大量减少。微波脱硫时间短,生产效率高,生产成本大幅降低。

微波再生工艺是生产高质量和低成本再生橡胶的最佳方法之一。

微波再生(脱硫)机理:微波场是一个变化频率极高的交变电场,频率为2450MHz的微波,其电场方向每秒钟变化2450百万次,在微波这个变化频率极快的交变电场中,一切极性基团都将迅速改变自己的方向而摆动。但因分子本身的热运动和相邻分子的相互作用及分子的惯性,使极性基团随电场变化的摆动受到阻力和干扰,从而在极性基团和分子之间产生巨大的能量。

硫化橡胶分子间及分子内都存在S-S键和S-C键,硫键存在偶极矩,因而硫化橡胶在电场中都会发生偶极极化;S-S键是偶极矩较大的硫醚键,加之硫化胶中都含有大量炭黑,而炭黑吸收微波的能力很强;因此在微波场中,硫化橡胶分子获得的能量也较大,使含有炭黑的硫化橡胶在微波能的作用下发生S-S键,或部分S-C键断裂,硫化橡胶的网状交联结构被破坏而获得塑性,达到再生目的。

2、国外微波再生(脱硫)生产再生橡胶的概况

[2]

(1)、1987年美国Goodyer公司建立了一座微波脱硫生产再生橡胶的工业化装置,已投入生产。该工艺是在天然橡胶和丁苯橡胶(35:65)并用轮胎胶粒中添加铁粉二苯基二硫代二苯酰亚胺,以增加胶粒的极性,不需要添加再生活化剂,使用微波频率为2450MHz;制得门尼粘度为63,拉伸强度为13.8MPa,拉断伸长率为250%的再生橡胶。

(2)、法国设计出了功率为10.5kW,频率为2450MHz的废橡胶微波脱硫装置,该装置是一个容积为50L的特种钢制成的脱硫室,外部有加热装置可以转动,向脱硫室输入微波的同时,用氮气流驱赶室内的氧气。

(3)、日本专利介绍微波脱硫工艺:165℃脱硫,采用高频电子加热炉日本NE-6210),频率为2450MHz输出功率为600W,加热炉中有V型托架,装有0.6mm胶粉的玻璃管放在V型托架上,玻璃管一端有盖,另一端贴有聚四氟乙烯片,片上打几个针孔。每加热40s切断电源,旋转玻璃管3-4圈,如此间歇加热6~l0min,可以看到浓重的白烟,此时胶粉的温度为160~165℃。调节加热环境的氧化能力,可以控制加热温度,保持胶粉升温平缓。玻璃管中加胶粉100份,氯化亚铁2~3份,促进剂D2份。脱硫后精炼l0min。

3、我国微波脱硫生产再生橡胶

[2][5]

微波再生(脱硫)法生产再生橡胶的工艺在我国尚处在开发研究阶段,至今还没有一套工业化生产装置。

沈阳化工学院的微波脱硫实验是采用不同品种和不同交联程度的废胶进行实验,实验装置由微波发生系统、波导管、控制系统及物料输送和传动系统组成。微波频率为915MHz功率为0~lKW。实验是将不同品种不同粒径的废胶装入圆柱形玻璃管内使之转动,然后启动微波发生装置,并调整功率及时间,得到再生橡胶。

赵树高等运用微波处理再生了填充炭黑和白炭黑的非极性硫化橡腔。

董诚春等采用中型实验设备,运用915MHz,1KW的微波脱硫再生废三元乙丙橡胶密封条,经多次实验,温度180~200℃之间,再生20mm所得再生橡胶性能最好。

王艳秋等对高强力微波辐射工艺进行优化研究,首先对胶粉进行干燥处理,然后选择合适的微波作用时间,功率以及后处理工艺。结果表明,干燥预处理工艺,可大幅提升再生橡胶性能。

试验中发现,微波法再生脱硫技术与传统方法比,有着显著的优点:可以在低温(小于100℃)低压(常压或微负压)条件下再生;节能性好,能量利用率高;脱硫效果好,再生胶质量高;生产敬率高,耗时少;对胶粒的粒径要求不高,发展前景好;对极性强的橡胶尤为适合,特别是一些用传统方法很难以进行,或者脱硫效果不好的胶种,用微波法脱硫则效果很好;污染较小;经济性好。

本文就针对低温低压微波再生生产再生橡胶的关键因素进行了实验和研究。

4、实验部分

4.1原料及试剂

全钢废轮胎胶粉(26-28目,40目,60目),为市售品。

软化剂:工业古马隆、松香、固体无味油、植物软化剂,为市售品。

活化剂:B-480无味高效环保活化剂,安徽金马橡胶助剂有限公司。

硫黄、硬脂酸、氧化锌、促进剂NS,工业级,均为市售品。

4.2仪器设备

多功能橡塑加工设备(5L,微波功率1KW),洛阳和梦科技有限公司。

X(S)K-160开放式炼胶机,无锡市第一橡塑机械有限公司。

QLB-50D∕Q双层电热平板硫化机,无锡市第一橡塑机械有限公司。

GT-AI-7000M型电子拉力试验机,台湾高铁检测仪器有限公司。

4.3实验方法

4.3.1将1350克左右全钢废轮胎胶粉和各种助剂,加入多功能橡塑加工设备中,依据实验方案进行微波再生。

4.3.2将加工处理、计量好的再生胶粉在开炼机(混炼条件辊距小于0.2mm,辊温是45℃~50℃)上,开炼至包辊。

4.3.3再生橡胶母炼胶配方为:再生橡胶100,氧化锌2.5,硬脂酸0.33,促进剂NS0.8,硫黄1.17。

根据国标GB/T13460—2016中的再生橡胶性能测试要求,依次将各种配合剂加入到各种再生橡胶中,进行混炼,将混炼胶硫化,硫化温度145℃,硫化压力10MPa,时间10-15min。

4.3.4硫化测试样品停放24h后,对样品进行各项性能测试,硫化胶的拉伸性能方法按照GB/T528-2009进行测试。

5微波低温低压再生探讨

废轮胎胶粉进行微波低温低压再生生产再生橡胶,影响产品性能的主要因素是再生时间、再生温度、胶粉粒径和软化剂。

5.1再生时间的影响

采用26-28目全钢废轮胎胶粉,不添加软化剂和活化剂,在低压条件(常压到微负压)下,物料温度控制在100-150℃之间,考察合适的微波再生时间对再生橡胶主要性能指标的影响。

不同再生时间硫化再生橡胶的性能如表1所示。

再生时间min

45

20

17

15

13

12

11

拉伸强度,MPa

3.7

3.55

5.93

6.89

7.24

7.50

7.0

伸长率,%

140

205

240

251

237

235

217

由此可得,对在一定温度下26-28目全胎胶粉的微波法再生而言,再生时间为11~15min为宜,再生时间为12~13min最佳。尽管不同的废轮胎废胶粉的组份上有所不同,但对于普通废轮胎(包括子午胎、斜交胎、尼龙胎)的全胶粉而言,它们的最佳再生时间相差并不大。

5.2再生温度的影响

采用26-28目全钢废轮胎胶粉1350克,加入软化剂固体无味油180克,不添加活化剂,在低压条件(常压到微负压)下,再生时间为12~13min,考察合适的微波再生温度对应再生橡胶主要性能指标的影响。

不同再生温度硫化再生橡胶的性能如表2所示。

再生温度℃

60-90

70-93

80-97

90-112

100-120

110-130

120-140

拉伸强度,MPa

10.5

11.2

10.9

10.7

10.6

9.8

9.1

伸长率,%

327

395

373

355

357

347

318

由此可得,对26-28目全胎胶粉的微波法再生而言,在给定再生时间条件下,再生温度为60~120℃为宜,再生温度为70~100℃最佳。尽管不同的废轮胎废胶粉的组份上有所不同,但对于普通废轮胎(包括子午胎、斜交胎、尼龙胎)的全胶粉而言,它们的最佳再生温度是70~100℃。

5.3胶粉粒径的影响

采用全钢废轮胎胶粉1350克,加入软化剂固体无味油200克,不添加活化剂,在低压条件(常压到微负压)下,再生时间为12~13min,再生温度为70~100℃,考察胶粉粒径对应再生橡胶主要性能指标的影响。

不同胶粉粒径的再生橡胶的性能如表3所示。

          胶粉粒径

26-28目

40目

60目

拉伸强度,MPa

12.1

12.7

13.9

伸长率,%

383

391

477

全钢废轮胎胶粉随着粒径变小,再生橡胶的物理机械性能有所提高。

5.4软化剂的影响

采用26-28目全钢废轮胎胶粉1350克,加入软化剂180克,不添加活化剂,在低压条件(常压到微负压)下,再生时间为12~13min,再生温度为70~100℃,考察软化剂对再生橡胶主要性能指标的影响。

不同软化剂对硫化再生橡胶的性能如表4所示。

          软化剂

固体无味油A

固体无味油A+2%古马隆

固体无味油A+2%松香

植物软化剂

拉伸强度,MPa

12.4

12.9

10.3

9.7

伸长率,%

376

402

354

338

软化剂固体无味油、复合软化剂对再生橡胶的主要性能指标的影响很大。

5.5活化剂的影响

采用26-28目全钢废轮胎胶粉1350克,加入软化剂固体无味油A180克+2%古马隆,添加B-480无味高效环保活化剂,在低压条件(常压到微负压)下,再生时间为12~13min,再生温度为70~100℃,考察活化剂对再生橡胶主要性能指标的影响。

不同活化剂加入量对硫化再生橡胶的性能如表5所示。

          活化剂

0

3克

5克

7克

拉伸强度,MPa

12.9

13.1

11.8

10.1

伸长率,%

402

383

371

323

B-480无味高效环保活化剂合适的添加量对低温低压微波再生橡胶的主要性能指标的起到良好的促进作用。

6结论

(1) 采用全钢废轮胎胶粉低温低压微波再生技术生产再生橡胶,针对不同的设备有最佳的再生时间和再生温度。

(2) 采用全钢废轮胎胶粉低温低压微波再生技术生产再生橡胶,可以不添加软化剂和活化剂;不同的软化剂对再生橡胶的性能指标影响很大;加入一定比例的活化剂对再生工艺起到促进作用。

(3) 采用全钢废轮胎胶粉低温低压微波再生技术生产再生橡胶,选择合适胶粉的粒径有利于节能增效。

参考文献:

[1]罗鹏、连永祥.废橡胶微波再生法的实验研究.橡胶工业,1996,43(12)733.

[2]董诚春.微波脱硫法生产再生橡胶.特种橡胶制品,2003,24(5):10.

[3]唐伟强、卢俊杰、谢民.废旧橡胶微波脱硫再生工艺的研究.《材料导报》2007,21(11A)280。

[4]王艳秋、周立雪、谢德伦、寇景、姚亮.环保型高强力再生橡胶微波辐射工艺的研究.《有应用化工》2012,41(12)2085。

作者简介:

李绍通(1966- ),男,河南偃师人,1991年7月毕业于大连理工大学高分子化工专业,主要从事废橡胶再生技术、设备工业化研究。

您可能还会对下面的文章感兴趣: