国外挤出法再生废旧橡胶的研究进展

1、专论综述合成橡胶工业,2008-09-15,31(5):406408CHINASYNTHETICRUBBERINDUSTRY陈文青(,510640)摘要:,分析了常规挤出法、挤出机-水除。指出我国废旧橡胶的再生利用应改变单一,发展挤出法再生利用技术。关键词:废旧橡胶;再生橡胶;挤出法;综述中图分类号:TQ335文献标识码:A文章编号:1000-1255(2008)05-0406-03废旧橡胶主要来源于废轮胎、废胶鞋、废胶管和废胶带等橡胶制品,其次来源于橡胶生产过程中的边角料及废品,属于工业固体废物中的一大类别。由于可作为资源化高分子材料,因此它的再生循环利用已引起世界各国的关注。目前我国废旧橡

2、胶的再生利用率较低,约为65%;而发达国家的平均利用率已达到85%以上。我国废旧橡胶再生技术相对落后,途径比较传统、单一。由于废旧橡胶不能自行分解,经受长期日晒雨淋后仍保持原状,因此再生需经过长时间的高温脱硫,产生二次能耗,不仅投入高,而且再生后性能大幅度下降,故废旧橡胶的推广应用不如其他再生资源那样易于接受。而采用掩埋法处理废旧橡胶,不仅占用土地,而且会对周围的空气和水源构成威胁。因此废旧橡胶再生技术的开发和循环利用意义重大。废旧橡胶再生技术根据处理过程可以分为物理再生和化学再生。物理再生主要是在热、超声波以及机械等作用下使硫化胶网络结构破坏降解;化学再生主要是在再生剂的化学作用下进行。在实

3、际应用中,通常是将二者结合使用。挤出机作为连续反应器已广泛应用于高分子聚合、共混物的反应性增容以及聚合物降解、接枝等领域,挤出法也逐步用于废旧橡胶的再生领域。反应性挤出与传统方法相比,在经济性和效率诸方面均具有优势,特别是近年来随着双螺杆挤出机挤出理论和生产技术的迅速发展和日趋完善,反应性加工受到了高分子界同行的高度重视。鉴于国内对挤出法生产再生胶的研究较少,以下主要介绍一些国外对废旧橡胶反应挤出再生技术的研究进展。1概述挤出法再生技术是利用螺杆挤出机的剪切挤压作用,使拌入再生剂的废旧胶粉在热和氧的作用下,于短时间内获得较高塑性的一种机械方法。该方法的特点是设备简单,机械化程度高,可连续生产,

4、脱硫过程不产生废水。再生橡胶用挤出机与橡胶和树脂加工所用挤出机相似,由螺杆和机筒组成,机筒带有夹套,可用蒸汽或油浴加热。挤出法再生工艺的流程是:将胶粉与再生剂按比例混合均匀,在180200下,由供料装置均匀地送入挤出机,在螺杆的剪切挤压作用下得到塑化,然后从出料口排出,再经捏炼、滤胶和精炼等常规操作进行加工。由于硫化胶弹性大,在高温下易使机械磨损,造成螺杆与内套的配合间隙增大,使生产效率下降,因此一般以优质钢材制造挤出机,并经热处理,以延长机器的使用寿命。据报道,此法在美国应用比较普遍,约有1/3再生胶是用此1法生产的。收稿日期:2007-06-26;修订日期:2008-06-29。作者简介:

5、陈文青(1981),男,硕士研究生。已发表论文2篇。第5期陈文青等1国外挤出法再生废旧橡胶的研究进展4072挤出法制备再生胶211常规挤出法常规挤出法有别于微波法、超声波法、化学法和电子辐射法,是一种利用机械剪切应力使硫化橡胶再生的方法,其生产工艺简单,不产生新的污染,易于实现工业化,而且废旧橡胶再生效果较好。2Sutanto等用挤出法对硫化三元乙丙橡胶(EPDM)进行了再生研究。具体工艺是:先将橡胶粉通过漏斗喂进双螺杆挤出机,油,用来润滑原料、;脱硫剂十六胺加热到;角形式安装,把原料推回喂料段,直到形成足够大的压强克服这种推力,此时,混合料才能进入反应段。在反应段,混合料在高剪切速率和高温(

6、230300)下进行脱硫。当双螺杆挤出机在300、100r/min、315kg/h的条件下,对EPDM硫化胶进行脱硫时,得到的脱硫EPDM外表均匀,溶胶分数最高。溶胀测试结果表明,再生胶的交联密度减少了82%。对EPDM再生胶、再生胶与新胶料并用胶以及新胶料进行的硫化特性比较分析(160)表明,没有添加促进剂的再生胶试样转矩增加缓慢,说明只有少量胶料被硫化;添加不同用量硫黄的再生胶试样表现出相似的硫化行为;在硫化的最初几分钟内,添加不同用量硫黄的纯再生胶试样与再生胶/新胶料混合试样的硫化曲线都比纯新胶料陡峭,说明再生胶试样有比较高的硫化速率,这可能是再生胶试样仍然含有活性交联点,使交联速率加快

7、的缘故。,无论再生胶/新胶料()为/50,与纯新胶料、压缩变形逊于后者外,其。212挤出机-水除气法3Matsushita等采用挤出机-水除气法回收废旧橡胶。采用此法,可避免由于生成分解产物导致的再生胶性能下降。这个发明在利用剪切力使交联橡胶再生的同时,引入一种除气载体,它能载带交联橡胶分解产物一起排出,使废旧橡胶得到再生并脱除臭味。整个再生过程包括预热、塑化和捏炼。塑化段最佳剪切强度介于1100MPa。根据交联橡胶的不同,再生过程最佳温度在100520内变化,例如,汽车轮胎交联橡胶再生最佳温度为80360;过氧化物交联橡胶(如EPDM)再生最佳温度为220450。这种改进的挤出机结构见图1。

8、1crosslinkedrubber;2cylinder;3extrusionorifice;4screw;5preheatingzone;6plasticizingzone;7kneadingzone;8pump;9reclaimedrubber;10inlet;11degasificationvent;12water;13watervaporFig1Structureoftwin2screwextruderusedinreclamationofcrosslinkedrubber从图1可以看出交联橡胶粉在挤出机内进行的脱硫再生过程。交联橡胶粉从进料口进入挤出机,在预热段被加热到设定温度,而后

9、被输送至塑化段,在螺杆剪切力作用下其交联键开始发生断裂。进入捏炼段后,交联橡胶在更强的剪切力作用下进一步被塑化,致其大部分交联键断裂,并得到充分混合与分散。此时,水作为除气载体由泵注入捏炼段,在高温下生成的水蒸气载带着交联橡胶的分解产物从排气口逸至机外。最后,充分塑化、质量均匀、几乎不含分解物的再生胶从挤出机头樽口被挤出。用上述挤出机-水除气工艺制备的再生胶外观好,异味明显降低。对此种再生胶进行再硫化成形时,其硫化过程和硫化胶的异味可降至很小或几乎没有的程度。硫化再生胶的拉伸强度和扯断伸长率也能达到较好的水平,例如EPDM再生硫化胶的拉伸强度和扯断伸长率分别达1313MPa和490%;废旧大轮

10、胎(天然橡胶与丁苯408合成橡胶工业第31卷橡胶的质量比为7/3)再生胶的硫化胶的拉伸强度和扯断伸长率分别达1911MPa和480%。213改进螺杆结构4Izumoto等发明了一种通过改进螺杆结构生产再生胶的方法,采用这种方法可解决其他一些方法成本高、产品性能低和生产能力不足的问题。Izumoto等在普通双螺杆挤出机的某一段螺杆上至少安装一对互锁的环形部件,其横截面直径比螺杆横截面直径大。互锁的环形部件封住被处理物质的流道,通过。和捏炼力不同它通过,在剪切力作用下被压碎,如果此时碎块尺寸减小到一定程度,硫化胶在螺杆流道的停留时间变短,导致得到的再生胶性能达不到要求。而采用环形部件的螺杆设计,即

11、使是很细的粉末也不能通过螺杆上装有了环形部件的一段。因此,由于在处理时只允许脱硫的胶料通过,因此得到的再生胶性能很好。将分别采用改进挤出机、密炼机和化学试剂法生产的再生胶的性能进行对比,结果表明,由改进型挤出机制备的再生胶溶胶分数比其他2种方法都高,说明采用改进螺杆结构的挤出机得到的再生胶性能良好。3结束语随着我国橡胶消耗量的逐年上升,废旧橡胶的生成量也将逐年增加。由于我国废旧橡胶利用率较低,导致废旧橡胶对生态环境的危害较为严重,题,、,以,提高废旧橡胶的利用率。参考文献:1董诚春1橡胶资源综合利用M1北京:化学工业出版社,200312SutantoP,PicchioniF,JanssenLP

12、BM,etal1EPDMrubberreclaimfromdevulcanizedEPDMJ1JournalofAppliedPoly2merScience,2006,102:5948-595713MatsushitaM,MouriM,FukumoriK1Methodofreclaimingcrosslinkedrubber,andmoldedarticleofreclaimedrubber:US,6777453B1P12004-08-1714IzumotoR,OhshimaN1Reclaimedrubberandprocessforre2claimingvulcanizedrubber:US

13、,6335377B1P12002-01-011ForeignresearchprogressinreclaiminggroundrubberbyextrusionChenWenqing,HuangChengya(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)Abstract:Theforeignresearchprogressinreclai2minggroundrubberbyextruderwasintroduced1Thetechnicalcharacteristicsandadvantagesofconven2tionalscrewextrusion,extrusionwithwater2pouringsystemandmodifiedscrewextrusionwereanalyzed1Itwaspointedoutthatthesituationw