CN101870169B - 一种废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料的制备方法。其特点是废旧轮胎胶粉20-40重量份和聚乙烯100重量份加入力化学反应器(ZL95111258.9)中，在室温下进行碾磨处理，使废旧轮胎胶粉(WTR)部分脱硫和表面活化，同时实现WTR与聚乙烯(PE)的高效混合，获得混合均匀、平均粒径为10-100μm的WTR/PE复合粉体。再将该复合粉体加入密炼机后依次加入发泡剂1-5重量份、交联剂1-3重量份、抗氧剂0.5-2重量份、氧化锌0.5-4重量份和润滑剂0.5-2重量份进行熔融混合，获得废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料混合料，然后在平板硫化仪中进行模压发泡成型，获得废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料。该发泡材料具有绿色环保、能耗低、生产效率高、生产成本相对低廉的优点。

Description

一种废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料的制备方法，属于高分子共混材料的制备领域。

背景技术

随着汽车工业的迅速发展，废旧轮胎的处理已成为当今社会的一大难题。目前废旧轮胎的处理主要有三种方法：燃烧、填埋及再循环利用。其中再循环利用是解决废旧轮胎问题的最环保、最有效的方法。由于废旧轮胎胶是橡胶经硫化后的三维交联聚合物，不能实现熔融加工，更谈不上作为基体与其他热塑性材料共混加工。废旧轮胎胶中含有大量的弹性体、炭黑、氧化锌、硬脂酸、硫化剂、操作油等物质。大多数轮胎胶含有天然橡胶和丁苯橡胶，如与热塑性塑料共混会产生热力学不相容。Sekhar和Kormer已合作开发出一种促进剂混合物，简称D-link脱硫试剂(Rubber World，216卷2期，32-37页，1997年)能够改善废旧轮胎胶粉的熔体加工性，然而由于该脱硫试剂属于专利保护产品(EP0690091A1)，价格昂贵，因此该类回收方法很难在大规模的工业化生产中推广应用。

聚烯烃泡沫由于具有轻质、耐化学试剂及良好的耐老化性能、减震性能和隔热隔声性能而广泛用于包装、纺织及汽车工业。但是聚烯烃泡沫由于硬度低导致产品易变形，物理性能差在泡沫弹性体市场不具备竞争优势。为了进一步改善聚烯烃的物理性能。其中聚合物共混是一种获得优良综合性能的行之有效的方法。如果将废旧轮胎橡胶胶粉用于与热塑性塑共混制备发泡材料，不仅可以改善热塑性发泡材料的韧性和回弹性，同时为有效回收利用废旧轮胎胶粉开辟了一条新途径。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足而提供一种废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料的制备方法，其特点是采用力化学反应器(ZL95111258.9)对废旧轮胎胶粉进行脱硫，同时对胶粉和聚乙烯料进行有效的表面活化处理；并添加适量的发泡剂、润滑剂等经密炼机进行熔融共混，模压成型，获得综合性能优异的废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料的份数除特殊说明外，均为重量份数。

废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料的制备方法包括以下步骤：

1.废旧轮胎胶粉的干燥

将平均粒径为100-250μm的废旧轮胎胶粉薄层平铺在鼓风烘箱中，于温度60-100℃，干燥0.5-2h。

2.固相混料

将干燥后的废旧轮胎胶粉20-40份与聚乙烯粒料100份加入力化学反应器中，在室温下进行固相剪切共混，产生的热量由反应器夹套中的冷却循环水带走，两磨盘的静压力由螺旋加压系统控制在12000～22000kN，转速30～150rpm，物料经碾磨后由磨盘边沿出料，完成一次循环；再将得到的产物再次加入力化学反应器中，经多次循环碾磨后获得混合均匀的粉末状复合物，平均粒径为10-100μm，备用。

3.热塑加工

将上述混合均匀的物料与1-5份发泡剂、1-3份交联剂，0.5-2份抗氧剂，0.5-4份氧化锌，0.5-2份润滑剂一同加入布拉本德塑化仪中进行熔融共混，混炼温度为120-150℃，转子转速为30-60rpm，时间为6-15min。

4.模压发泡

将上述热塑加工后的共混料15份置入模具中发泡；压力5-10MPa，温度160-190℃，时间5-15min。模腔中的样块在泄压瞬间膨胀形成泡孔结构，室温下冷却，制得泡孔结构各异的废旧轮胎胶粉/聚乙烯泡沫材料。

聚乙烯为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或回收废旧聚乙烯中的任一种。

交联剂为过氧化二异丙苯、双(叔丁过氧基)二异丙苯或2，5-二甲基2，5-双(叔丁过氧基)己烷中的任一种。

润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸镁中的任一种。

发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠或碳酸氢钙中的任一种。

废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料制备方法制备得到的废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料。

废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料用于竞技体育用缓冲垫、保温材料、隔声降噪材料领域。

性能测试

1.废旧轮胎胶粉/聚乙烯共混固相剪切共混前后的电镜分析结果

图2A为未经力化学固相剪切共混处理的WTR/LDPE(40/100)共混材料的扫描电镜照片。由图分析可知，WTR与LDPE基体间的界面结合较差，出现明显的相分离，WTR粒子作为分散相在其中的微区尺寸约为200μm。

图2B为经力化学固相剪切共混处理30次后所制备的WTR/LDPE(40/100)共混材料的透射电镜照片，结果表明WTR作为分散相(图中黑色区域)精细地分散在LDPE基体中，微区尺寸显著减小，约为30-100nm，证实了固相力化学处理方法可实现WTR在LDPE中的纳米尺度分散，这是该共混体系力学性能提高的重要原因。

2.碾磨次数对废旧轮胎胶粉/聚乙烯共混材料应力-应变行为的影响

图3结果表明随固相剪切碾磨次数的增加，废旧轮胎胶粉/聚乙烯共混材料的力学性能逐渐改善，材料由脆性材料逐渐转变为韧性材料，断裂伸长率和拉伸强度均有显著提高，断裂伸长率由未经碾磨的10％提高到碾磨30次后的150％，拉伸强度由未经碾磨的5.0MPa提高到碾磨30次后的8.2MPa。

3.废旧轮胎胶粉/聚乙烯共混固相剪切共混前后材料发泡的电镜图

经固相共混处理的废旧轮胎胶粉/聚乙烯的发泡材料的发泡结构为开孔结构，泡孔均匀，据扫描电镜结果统计发现其泡孔尺寸在14.7-78.4μm之间，平均泡孔尺寸为38.5μm，详见图4A、B所示；而未经固相共混的常规方法混合的废旧轮胎胶粉/聚乙烯的发泡材料的泡孔结构显著分布不均，泡孔分布宽，其泡孔尺寸在5.6-130.1μm之间，部分区域明显未发泡成功，详见图4C、D所示，表明未经本发明固相共混处理的共混体系混合效果差，相容性差，无实用价值。

4.表1为本发明获得的发泡材料的泡孔尺寸统计和力学性能测试数据，测试数据结果表明，在相同材料配方条件下，经固相共混处理的废旧轮胎胶粉/聚乙烯的发泡材料的耐回弹性和压缩永久变形均优于未经本发明方法处理的发泡制品，发泡密度也较低。

本发明具有如下优点：

(1)经过部分脱硫的胶粉能够在很大程度上恢复橡胶的加工塑性，有利于橡胶的循环利用；在碾磨过程中，WTR可实现在聚乙烯基体中纳米尺度分散，有效改善二者界面相互作用和相容性。

(2)本方法在实施过程中不添加有机溶剂，也不会产生废水、废气和废渣，对环境友好。

(3)制备工艺简单，生产成本低廉，应用范围广，有很好实施前景。

附图说明

图1废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料制备的工艺流程图

1.废旧轮胎胶粉2.聚乙烯3.固相剪切共混4.各种助剂5.机械共混6.模压发泡7.冷却成型8.WTR/PE 发泡材料性能测试

图2废旧轮胎胶粉/聚乙烯固相剪切共混前后的电镜分析图

A：传统加工方法获得的废旧轮胎胶粉/聚乙烯材料电镜图

B：经固相剪切共混获得的废旧轮胎胶粉/聚乙烯材料电镜图

图3碾磨次数对废旧轮胎胶粉/聚乙烯材料应力-应变影响曲线图(a：0次，b：5次，c：10次，d：30次)

图4废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料的扫描电镜分析图

A、B：废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料经固相共混处理的泡孔结构

C、D：废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料未经固相共混处理的泡孔结构

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

(1)废旧轮胎胶粉的干燥

将平均粒径为100μm的废旧轮胎胶粉薄层平铺在鼓风烘箱中，于温度100℃干燥0.5h；

(2)固相混料

将干燥后的废旧轮胎胶粉20份与回收低密度聚乙烯粒料100份，加入力化学反应器中进行固相共混剪切，两磨盘的静压力控制在12000kN，转速150rpm，经20次碾磨循环后形成混合均匀的粉末状复合物，备用；

(3)热塑加工

将混合均匀的上述物料与碳酸氢钠1份、抗氧剂1010 1份、过氧化二异丙苯2份、氧化锌2份和硬脂酸锌1份加入布拉本德塑化仪中进行熔融共混，混炼温度150℃，转子转速30rpm，时间6min；

(4)模压发泡

经热塑加工后的共混料15份置入模具中发泡。压力控制在10MPa，温度190℃，时间15min。模腔中的样块在泄压瞬间膨胀，泡孔结构形成，室温下冷却，制得废旧轮胎胶粉/聚乙烯泡沫材料。

实施例2

(1)废旧轮胎胶粉的干燥

将平均粒径为180μm的废旧轮胎胶粉薄层平铺在鼓风烘箱中，于温度60℃干燥2h；

(2)固相混料

将干燥后的废旧轮胎胶粉30份与高密度聚乙烯粒料100份，加入力化学反应器中进行固相共混剪切，两磨盘的静压力控制在18000kN，转速80rpm，经20次碾磨循环后形成混合均匀的粉末状复合物，备用；

(3)热塑加工

将混合均匀的上述物料与碳酸氢钙2份、抗氧剂10102份、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷1份、氧化锌1份和硬脂酸钙1份加入布拉本德塑化仪中进行熔融共混，混炼温度120℃，转子转速50rpm，时间8min；

(4)模压发泡

经热塑加工后的共混料15份置入模具中发泡。压力控制在8MPa，温度160℃，时间15min。模腔中的样块在泄压瞬间膨胀，泡孔结构形成，室温下冷却，制得废旧轮胎胶粉/聚乙烯泡沫材料。

实施例3

(1)废旧轮胎胶粉的干燥

将平均粒径为250μm的废旧轮胎胶粉薄层平铺在鼓风烘箱中，于温度80℃干燥1h；

(2)固相混料

将干燥后的废旧轮胎胶粉40份与低密度聚乙烯粒料100份，加入力化学反应器中进行固相共混剪切，两磨盘的静压力控制在22000kN，转速30rpm，经20次碾磨循环后形成混合均匀的粉末状复合物，备用；

(3)热塑加工

将混合均匀的上述物料与偶氮二甲酰胺5份、过氧化二异丙苯2份、氧化锌4份、硬脂酸1.5份、抗氧剂10102份加入布拉本德塑化仪中进行熔融共混，混炼温度135℃，转子转速50rpm，时间10min；

(4)模压发泡

将热塑加工后的共混料15份置入模具中发泡。压力控制在8MPa，温度175℃，时间15min。模腔中的样块在泄压瞬间膨胀，泡孔结构形成，室温下冷却，制得废旧轮胎胶粉/聚乙烯泡沫材料。

对比实例

(1)废旧轮胎胶粉的干燥

将平均粒径为250μm的废旧轮胎胶粉薄层平铺在鼓风烘箱中，于温度80℃干燥1h；

(2)固相混料

将干燥后的废旧轮胎胶粉40份与低密度聚乙烯粒料100份，手工混合均匀，备用；

(3)热塑加工

将混合均匀的上述物料与偶氮二甲酰胺5份、过氧化二异丙苯2份、氧化锌4份、硬脂酸1.5份、抗氧剂1010 2份加入布拉本德塑化仪中进行熔融共混，混炼温度135℃，转子转速50rpm，时间10min；

(4)模压发泡

将热塑加工后的共混料15份置入模具中发泡。压力控制在8MPa，温度175℃，时间15min。模腔中的样块在泄压瞬间膨胀，泡孔结构形成，室温下冷却，制得废旧轮胎胶粉/聚乙烯泡沫材料。

实施例3与对比实施例的泡孔结构和材料性能如表1所示。

表1废旧轮胎胶粉/聚乙烯发泡材料实施例性能比较

Claims (6)

1.一种废旧轮胎胶粉和聚乙烯发泡材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)废旧轮胎胶粉的干燥

将平均粒径为100-250μm的废旧轮胎胶粉薄层平铺在烘箱中，于温度60-100℃，干燥0.5-2h；

(2)固相混料

将干燥后的废旧轮胎胶粉20-40重量份与聚乙烯粒料100重量份加入力化学反应器中，在室温下进行固相剪切共混，产生的热量由反应器夹套中的冷却循环水带走，两磨盘的静压力由螺旋加压系统控制为12000～22000kN，转速30～150rpm，物料经碾磨后由磨盘边沿出料，完成一次循环；再将得到的产物加入力化学反应器中，经多次循环碾磨，获得混合均匀的粉末状复合物，平均粒径为10-100μm，备用；

(3)热塑加工

将上述混合均匀的物料与1-5重量份发泡剂、1-3重量份交联剂，0.5-2重量份抗氧剂1010，0.5-4重量份氧化锌和0.5-2重量份润滑剂加入布拉本德塑化仪中进行熔融共混，混炼温度为120-150℃，转子转速为30-60rpm，时间为6-15min；

(4)模压发泡

将上述热塑加工后的共混料15重量份置入模具中发泡；压力5-10MPa，温度160-190℃，时间5-15min，模腔中的样块在泄压瞬间膨胀形成泡孔结构，室温下冷却，制得泡孔结构各异的废旧轮胎胶粉/聚乙烯泡沫材料，

其中，交联剂为过氧化二异丙苯，双(叔丁过氧基)二异丙苯或2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷中的任一种。

2.如权利要求1所述废旧轮胎胶粉和聚乙烯发泡材料的制备方法，其特征在于聚乙烯为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或回收废旧聚乙烯中的任一种。

3.如权利要求1所述废旧轮胎胶粉和聚乙烯发泡材料的制备方法，其特征在于润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸镁中的任一种。

4.如权利要求1所述废旧轮胎胶粉和聚乙烯发泡材料的制备方法，其特征在于发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠或碳酸氢钙中的任一种。

5.如权利要求1-4之一所述废旧轮胎胶粉和聚乙烯发泡材料制备方法制备得到的废旧轮胎胶粉和聚乙烯发泡材料。

6.如权利要求5所述废旧轮胎胶粉和聚乙烯发泡材料用于竞技体育用缓冲垫、保温材料和隔声降噪材料领域。 

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