废橡胶细胶粉的应用研究进展

1、专论综论CHINA合成橡胶工业,2006-09-15,29(5):392396SYNTHETICRUBBERINDUSTRY废橡胶细胶粉的应用研究进展刘超锋,张普香,王振宝2(1.郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州450002;2.河南工业大学化学工业职业学院,河南郑州450042)摘要:综述了废橡胶制取的粒径在0.3mm以下的细胶粉在橡胶材料、建材、橡塑共混材料等领域的应用研究进展。分析了细胶粉在这三方面的应用中存在的问题,并提出了建议。关键词:废橡胶;细胶粉;再生胶;综述中图分类号:TQ330156文献标识码:A:-1255)-05材料,、硫制成再生胶,其1中制成胶粉利用最具研究价

2、值。胶粉最初用来生产再生胶,后来随着精细胶粉(FRP)、超细胶粉(UFRP)以及各种改性胶粉的出现,胶粉的应用领域也不断拓宽。目前全球循环利用的再生橡2胶的产量已是新橡胶产量的10%。胶粉生产被视为技术含量高、市场潜力大并具有广阔前景的新兴工业。细胶粉的粒径在0.3mm以下(即47目以上),其中粒径为0.30.075mm(即47200目)的细胶粉称为FRP,粒径在0.075mm以下(即200目以上)的细胶粉称为UFRP。细胶粉的应用研究较为活跃,在橡胶材料领域,细胶粉直接成型或与非再生橡胶并用;在非橡胶工业领域,细胶粉在橡塑共混、建材、高速公路用改性沥青等新材料的开发方面有着广阔的应用前景。1

3、细胶粉在橡胶材料中的应用将FRP添加到橡胶中,可提高橡胶的静态性能和耐疲劳等动态性能。胶粉越细,其性能提高的幅度越大。胶粉的价格只有天然橡胶的1/31/2,将其添加到橡胶中,可因此降低轮胎成本。在轮胎胎面胶中加入10份FRP时,其物理3性能变化不大,但可以降低胎面胶成本。在轮胎配方中将现用的60目胶粉改为流动性好的480目胶粉后,产品外观合格率提高。在轻型载份80目的胶粉,其动态,且由于其生热低,可减少轮胎行驶中的滞后损失,提高轮5胎的使用寿命。在斜交轮胎胎面胶中用80目6轮胎混合胶粉进行试验,其硫化速率略有增加。加入15份80目轮胎混合胶粉,硫化胶的综合物理性能与原胶料的性能接近,可降低胶料

4、成7本。另外,张新惠等研究了80,100,120目等3种FRP的基本性能及其在胎面胶中的应用,结果表明,随着FRP细度的增加,掺用50份FRP后天然橡胶硫化胶的拉伸强度和扯断伸长率均有所提8高。张萍等研究了胶粉的细度对胎面胶加工性能和物理性能的影响,结果是胶粉越细,硫化胶的拉伸性能、压缩生热、耐磨性和耐屈挠性越好,其中以采用冷冻法生产的粒度为80目胶粉制备9的硫化胶的综合性能最好。徐章金等则将常温直接粉碎法生产的80目轮胎胶粉(非活化)与目前通常使用的40目活化胶粉进行对比,并在斜交胎胎冠胶中应用,结果表明,使用80目胶粉,适当增加其用量,胶料的综合物理性能相当,混炼及压出等工艺性能有所改善。

5、此外,为促进废橡胶的利用和弥补三元乙丙橡胶价格高的缺陷,柴晓10丽等采用过氧化物/硫黄并用硫化体系,用热固性酚醛树脂对三元乙丙橡胶胶料进行改性,结果是胶粉粒径越细,硫化胶的性能越好。在用胶粉填充天然橡胶胶料时加入功能性单体长链烷基收稿日期:2005-08-20;修订日期:2006-06-12。作者简介:刘超锋(1969),男,硕士,讲师。发表论文20余篇。第5期刘超锋等1废橡胶细胶粉的应用研究进展393酚制备弹性体材料的研究表明,粒度为60目的胶粉改性的天然橡胶胶料的物理性能最好。高温高压烧结成型技术能将单一胶种的胶粉转化为具有弹性的橡胶制品。如果用于处理多胶种胶粉的混合物,则很难得到使用性能

6、良好的弹性体。而轮胎是天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等的混合物,因此不能采用该成型技术回收利用废12旧轮胎。华南理工大学采用传统的高分子成型设备直接将80目胶粉(质量分数90%以上)的混合物加工成弹性体,通过添加三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯来改善该弹性体的力学性能,特别是扯断伸长率。13段敏等对由汽车V带粉碎制得的氯丁橡胶胶粉在橡胶制品中的应用进行了研究,发现氯丁橡胶胶粉粒径越小,增强效果越好,胶料的拉伸性能越好,越接近未加胶粉的胶料性能;60目以上、用量为60,国外开发了一种对硅橡14胶粉表面进行改性制备弹性体合金的技术。我国将顺丁橡胶、废橡胶粉等与硅橡胶混合后经过硫化制备了3组分互穿聚合物网络

7、弹性15体,80目的FRP制备的弹性体合金的物理性能最优。2细胶粉在建筑材料中的应用11在建筑材料中添加FRP,可生产出防震、防裂以及耐用的新型建筑材料。在油田固井水泥中加入粒径为0.18mm的胎面胶粉,其物理性能明显改善。因此,在抗裂、抗震、抗磨和抗疲劳等特殊16要求的场合,可使用胶粉改性水泥。黄少文等研究了废旧轮胎胶粉的细度(90120目)、掺量对水泥砂浆抗压强度的影响,发现当胶粉掺量小于10%时,对水泥砂浆的早期强度几乎没有影响;当掺量相同时,胶粉越细,砂浆强度越高。何17政等用废旧鞋底胶粒和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物鞋底胶粉(30100目)共混,取代轻质水泥基准砂浆中30%的陶砂,研究胶粒

8、细度对轻质水泥砂浆抗压、抗折强度的影响,其结果是在相同掺量下,胶粉越细,砂浆强度越高,当胶粉达到一定细度后,砂浆强度提高的幅度不大;随着胶粉掺量的增加,砂浆抗压强度呈下降趋势。18吕伟民的研究证实,用细胶粉改性修筑路面用的沥青时,胶粉磨细后改性沥青及沥青混合料的性能良好。FRP改性石油沥青材料的实验表19明,增塑效果好的添加剂,往往会限制改性沥青软化点的提高;而提高改性沥青软化点的添加剂,往往对改性沥青5延度的提高有影响。在选用添加剂时,在保证改性沥青针入度指标的前提下,应尽可能地提高改性沥青的延度和软化点,充分改善基质沥青的低温性能和耐热性能。石洪20波等以辽河石化公司的AH-70型沥青为基

9、质,60目的活化胶粉为改性剂,糠醛抽出油为助剂,合成出了性能达到美国废旧轮胎胶粉改性沥青标准的改性沥青。其中当胶粉用量小于5%时,改性效果不明显,10%20%。,使胶粉与。改性后的沥青与胶粉形成均相混容体系,既保持了沥青原有的力学性质,又赋予了橡胶材料弹性及可塑性,使沥青的黏接性、感21温性和耐久性等得到改善。肖鹏等利用40,60,80目的胶粉对泰州中海的AH-70型和日本加德士的AH-70型道路沥青进行了改性研究。结果表明,粒径为80目的胶粉改性沥青的效果最22好。刘大梁等用硅藻土或硅藻土和废旧轮胎的FRP复合物改性沥青及沥青混合料,发现采用硅藻土和FRP复合物对国产沥青进行改性,效果优于单

10、独用硅藻土改性的沥青,可使沥青及沥青复合物的高温性能得到明显的改善,应用效果良好。23叶智刚等研究了30,40,60,80目的4种粒径的轮胎胶粉对改性沥青性能的影响。结果表明,粒径大的胶粉对沥青的软化点、弹性恢复的改善效果较好,粒径小的胶粉对沥青的延度的提高更为明显,沥青针入度的降低也较小。其机理是胶粉越细,在沥青中越易溶胀,有利于提高沥青的延度和针入度。但胶粉在沥青中的溶胀程度有限,细胶粉在沥青中难以形成骨架结构,使沥青的弹性恢复减弱,并在温度升高时易流动变形。24杨基和等用40,60,80,100目以上的胶粉对海洋低凝环烷基直馏减压石油沥青进行了改性研究。发现单纯用废旧橡胶轮胎粉改性沥青,

11、其低温性能改善不显著,将质量分数为0.05%的醚类表面活性剂加入到胶粉粒径为80目以上、质量分数为15%的胶粉-沥青体系中,在150、394合成橡胶工业第29卷500r/min、30min的搅拌条件下,沥青的低温和高温性能有很大的改善,延度和软化点分别达到41cm和54,符合国家对道路改性沥青的要求。25石洪波等则将基质沥青加热到140150,搅拌加入60目活化胶粉,然后用高剪切乳化机以50007000r/min的剪切速率剪切30min,制备胶粉改性沥青。胶粉改性后的沥青感温性得到很大程度的改善,软化点提高约7,脆点降低810,4延度提高20cm。稀浆封层能够填充路面裂缝,对于改善路面平整度、

12、提高抗滑性能和抗裂性能有很好的作用。然而,由于普通沥青稀浆封层耐用性和黏结性较差,难以满足道路交通的要求,而丁苯胶乳改性乳化沥青作为稀浆封层的材料却可以达到这一目26的,但丁苯胶乳价格较高。翁盛华等用一种阳石屑掺配,验。,其抗滑和耐磨27。廖明义等则将AH-90型沥青加热熔化,分别加入用常温、常温助剂和冷冻法生产的废旧轮胎FRP,在高温高速剪切作用下制备改性沥青。结果表明,用常温助剂法生产的FRP改性沥青,性能明显优于其他方法生产的FRP改性沥青,且具有较高的针入度、良好的低温柔软性,特别是低温延度值远高于其他胶粉改性沥青,而软化点相差不大。用3种方法制备的胶粉改性沥青,以常温助剂法FRP改性

13、的沥青性能最好、分散稳定,常温法次之,冷冻法最差。废胶粉一直受到建筑防水材料生产企业的青睐,它可提高沥青的弹性,扩大沥青的使用温度区间,使沥青防水卷材的性能得到改善,是目前国内最为廉价的弹性体改性材料。以沥青为基料掺以80目的胶粉改性而制得的防水卷材的覆盖油的28效果要优于30目的胶粉。3细胶粉在橡塑共混材料中的应用将FRP添加到树脂中生产的橡塑共混材料,强度高,耐磨性和弹性好。聚丙烯是用量最大的通用树脂之一,但低温冲击强度差,易脆化,耐候性和染色性差,需对其进行增韧改性。对聚丙烯多元增韧改性常用的增韧材料有聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、橡胶类、热塑性弹性体和胶粉等,其中以胶粉改性的材料成本

14、最低。掺入少量29UFRP可以提高聚丙烯的刚度、硬度和耐热性。30丁雪佳等的研究也证实,UFPR作为聚丙烯的成核剂,提高了聚丙烯的抗冲击韧性。而胶粉的粒径对胶粉/聚丙烯体系的缺口冲击强度影响的31实验表明,随着胶粉粒径变小,当胶粉的质量分数为15%时,共混材料的缺口冲击强度呈线性增加,并且当胶粉粒径为100目时,缺口冲击强度增幅达25%;拉伸强度随着胶粉粒径的变小略有32提高。冯予星等用酚醛树脂改性轮胎胎面废胶粉/聚丙烯体系时发现一种含有双键的高分子相容剂。将胶粉用酚醛树脂处理后,包覆高分子相容剂,再与聚丙烯共混,形成强的;同时高分子相容剂还在聚丙烯与胶粉之间建立了适宜的模量过渡,使材料的拉伸

15、强度和扯断伸长率达到较高的水平,可以满足静态使用条件下中低档热塑性弹性体的性能要求。陈珍33明等通过磨盘型力化学反应器制备聚丙烯/胎面胶粉(质量分数高达45%48%)复合材料,然后与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物共混,在不添加增容剂的情况下,获得了综合力学性能和加工性能良好的聚丙烯/胎面胶粉/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的复合材料,其缺口冲2击强度可提高到25.83kJ/m。Shanmugharaja34等用傅里叶变换红外光谱和X射线分析的方法研究了经烯丙胺和高纯度二苯甲酮处理并受紫外线辐射的胶粉,结果表明,胶粉的表面存在三乙二胺。此法改性的胶粉和聚丙烯共混后复合材料的拉伸强度和断面收缩

16、率得到改善。35丁雪佳等采用3种UFRP超细全硫化粉末丙烯酸酯橡胶、超细全硫化粉末丁腈橡胶和超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶增韧尼龙66,对尼龙66共混物的研究结果表明,UFRP的加入使材料的韧性得以提高。对胶粉/聚苯乙烯共混物的物理性能的研究36表明,添加胶粉可改善聚苯乙烯材料的抗冲击性能,且胶粉粒径越小,共混物的冲击强度提高越大,当胶粉粒径为100目时,共混物的冲击强度增幅达27%。胶粉粒径对胶粉/聚苯乙烯共混物的拉伸强度影响较小。未改性的FRP加入废聚苯乙烯类混杂塑料中会引起塑料基体的力学性能大第5期刘超锋等1废橡胶细胶粉的应用研究进展395幅度降低。采用De-link再生剂和丁苯橡胶并37用

17、来改性FRP,所得废聚苯乙烯复合材料的拉伸强度最高;羧基丁苯胶乳、引发剂过氧化苯甲酰和偶联剂A-174并用来改性FRP,所得废聚苯乙烯复合材料的冲击强度最高,比废聚苯乙烯基体的冲击强度有所提高,比未改性复合材料的冲击强度提高了2.5倍。采用轮胎胶粉填充线性低密度聚乙烯的材料38实验表明,在相同的配比下,减小胶粉的粒径可提高材料的拉伸性能,填充100目、5%的轮胎胶粉与填充120目的轮胎胶粉/线型低密度聚乙烯共混体系相比,材料的拉伸强度与扯断伸长率略有下降,而对于填充80目轮胎胶粉的配方而言,材料性能的下降尤为明显。用三元乙丙橡胶、硅油、过氧化二异丙苯对高密度聚乙烯/胶粉(60目)共混物进行改性

18、的研究表明39,性的共混物相比,度提高,。聚乙烯/领域,其孔径分布约10200m,介于微孔材料与普通发泡材料之间。该材料的开孔孔隙有利于4041水或气体等流体的通过。崔毅等将40,60,80目粒径的胶粉分别与聚乙烯共混,用单螺杆挤出法制备开孔材料,研究了样品的力学性能与胶粉粒径的变化规律。结果表明,随着胶粉粒径的减小,泡尺寸变小,样品的拉伸强度和扯断伸长率则增大。其原因在于颗粒大的胶粉在样品加工过程中,两相界面处易形成断裂,诱发泡孔产生,在发泡剂的作用下,使其变成不规则孔,最终导致样品的拉伸强度和扯断伸长率下降。胶粉(80目)/高密度聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物(质量比为50/4225/25)的热

19、塑性弹性体的动态硫化结果显示,加入过氧化二异丙苯后,该弹性体的交联度增加,动态硫化提高了共混物的力学性能。过氧化二异丙苯用量为0.5份时,共混物具有最大的拉伸强度(8.01MPa)和扯断伸长率(225%)。扫描电镜分析表明动态硫化后共混物的界面结合更加紧密,有利于力学性能的提高。胶粉/高密度聚乙烯/乙烯-辛烯共聚物热塑性弹性体具有良好的耐老化性和再加工性,可以循环使用。43李岩等利用等离子体对胶粉进行了表面处理,并将其与聚氯乙烯进行共混,研究了等离子体处理前后胶粉/聚氯乙烯复合材料的结构和性能。结果表明,胶粉经过等离子体改性后,不仅提高了胶粉与聚氯乙烯之间的黏接强度,而且提高了胶粉/聚氯乙烯复

20、合材料的力学性能。采用氧等离子处理2min后,胶粉/聚氯乙烯复合材料具有较好的力学性能。胶粉/聚氯乙烯二元体系和胶粉/聚氯乙烯/氯化聚乙烯三44元体系共混材料的力学性能的研究表明,三元体系的综合性能优于二元体系;胶粉粒径对共混材料的力学性能有较大的影响,胶粉粒径以80100目为最好。4结束语目前,废橡胶制取的细胶粉在橡胶材料中的应用比例偏小,还有再生橡胶的国标准G/T2003代替GB/T,加快该领域的领域是改性道路沥青,但缺乏该领域的相关标准,由于胶粉改性道路沥青的研究周期较长,因此有必要开展协作攻关。橡胶混凝土领域国外研究较多,国内尚处于起步阶段,而将废胶粉用于橡塑共混材料领域也是如此。参考

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