CN102604153A - 超临界co2辅助制备再生橡胶方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超临界CO2辅助制备再生橡胶方法及装置，通过将超临界CO2通入带有剪切啮合装置的腔室中，利用超临界流体的渗透及溶涨作用，在挤压、剪切作用下协助脱硫剂扩散进废旧胶粉内部，使废旧胶粉的交联网络断裂，实现废旧胶粉的再生利用。利用此方法可大大缩短再生软化剂渗透进胶粉内部的时间，缩短再生脱硫时间，并且加工过程中的温度、超临界CO2压力、剪切强度均可独立调节，利用此方法可制备不同种类及不同性能的废旧胶粉的再生胶，具有材料适应性强、环保、制品质量稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶循环应用领域，废旧橡胶粉再生加工利用的一种高效、环保、安全再生方法及其实现装置。
背景技术
目前废旧橡胶制品尤其是汽车轮胎的不断增加，对环境造成了严重的威胁，随着环境污染的日益加剧、能源的匮乏和公众对环境及可持续发展的不断关注，世界各国都在积极寻找橡胶原料来源及其代用材料。因此，废旧橡胶制品尤其是废旧轮胎的回收利用，已经成为橡胶工业中非常重要的课题之一，而橡胶再生逐步成为废旧橡胶制品回收的重要途径。
废旧橡胶的再生是指利用物理或化学方法使橡胶交联网状结构还原为线型状态，即硫-硫(S-S)键被重新打开，而尽可能不破坏碳-碳(C-C)键，使橡胶具有可重新加工性，并保持或恢复橡胶的原始物性。经过多年的发展橡胶的再生方法大体上可以分为三类：物理再生方法、化学再生方法、生物再生方法，以及这些方法的组合。物理再生方法是利用外加能量，如力、热-力、冷-力、微波、超声波、射线等的物理再生方法；化学再生方法是利用化学助剂，如有机二硫化物、硫纯等的再生方法；利用噬硫细菌的作用将橡胶粒子表面的硫键断裂的生物再生方法。物理再生方法存在能耗大、效率低、再利用效果差等缺点；化学再生方法存在环境污染严重、容易产生有毒气体，操作危险。生物再生的方法也只是处于研究阶段，并未实现工业化的生产。
JP2000095895公开了一种利用亲核试剂对硫化胶进行再生的方法，该发明将硫化橡胶在超临界CO2中与亲核试剂混合后加热，使其再生。但该方法存在橡胶再生不完全，温度高、能耗大、得到的再生胶分子量小，再利用性能差等缺点。
CN101503525B公开了一种通过向高压釜中加入干冰的方法来实现超临界条件，在此条件下进行辅助渗透和脱硫，具有低能耗、低成本等优点。此发明只是利用了超临界CO2辅助渗透和扩散，而剪切作用是在高压釜外进行的，而非超临界CO2条件下施加剪切。
CAN142：412727公开了一种超临界二氧化碳条件下，用去交联试剂二苯基二硫化物(DD)浸入异戊橡胶中使橡胶再生的方法。该方法也是仅利用了超临界CO2的溶涨、渗透和扩散。反应过程中也未施加剪切作用，速度慢，再生废旧橡胶的解聚不完全。
发明内容
一种超临界CO2辅助制备再生胶的方法，将超临界CO2充入填充有胶粉的腔室，利用所述超临界CO2的渗透、溶胀及快速释压条件下的膨胀作用，以及所述腔室内的剪切啮合元件的挤压、剪切及摩擦作用，实现再生脱硫剂和其它助剂在胶粉内部的快速渗透，使得硫化网络被脱硫解聚，实现废旧胶粉的再生，制备得到再生橡胶。
所述剪切啮合元件是螺杆、转子、啮合块中的一种或它们的组合。
未加软化剂、脱硫剂的胶粉在所述腔室中加入脱硫剂和其它助剂、或使用预混了脱硫剂和其它助剂的胶粉。
所述胶粉是未加脱硫剂和其它助剂的胶粉，脱硫剂存在于腔室中。
所述脱硫剂是有机二硫化物类脱硫剂。
还要对所述腔室进行加热。
使用压力传感器对所述腔室进行压力检测。
使用快速释压阀对所述腔室快速释压，使得硫化橡胶膨胀。
所述快速释压阀释放压力的速率是可调节的。
所述剪切啮合元件是同向或异向旋转的。
所述剪切啮合元件可进行组合和更换。
所述剪切啮合元件的转动速度可调节。
先充入超临界CO2，保压一定时间后，使用剪切啮合元件进行挤压、剪切及摩擦。
在充入超临界CO2时使用剪切啮合元件进行挤压、剪切及摩擦。
可对所述腔室内的温度进行调节。
可调节挤压、剪切、啮合、膨胀作用过程中的参数及重复操作次数。
一种实现上述方法的装置，所述装置包括可承受压力的所述腔室、在所述腔室内的所述剪切啮合元件、和超临界流体输送装置，在充入超临界CO2后对所述腔室密闭，使用所述剪切啮合元件进行挤压、剪切及摩擦操作。
所述剪切啮合元件是同向或异向旋转的。
所述剪切啮合元件是具有多种结构形式的剪切元件块。
所述剪切啮合元件是螺杆、转子、啮合块中的一种或它们的组合。
还包括对所述腔室进行加热的加热元件。
还包括测定温度的热电偶。
可根据不同要求对所述剪切啮合元件进行组合及更换，实现不同形式的剪切，满足不同废旧胶粉种类及再生胶不同性能的要求。
可对剪切啮合元件的转动速度进行调节。
还包括对所述腔室快速释压的快速释压阀。
其中所述释压阀释压速率是可调节的。
还包括检测所述腔室内压力的压力传感器。
还包括对所述腔室的温度进行控制的温度控制装置。
还包括对所述腔室的压力进行控制的压力控制装置。
还包括根据胶粉种类及再生胶性能要求，调节挤压、剪切、啮合、膨胀作用过程中的参数及重复操作的装置。
本发明的目的是为了解决上述方法和设备的不足而提供的一种高效、环保的再生胶制备方法。利用超临界CO2的渗透和扩散能力协助分散脱硫剂等助剂，利用压力的快速释放使胶粉粒子膨胀。将膨胀后的胶粉粒子进一步在超临界CO2作用下，施加剪切作用，进一步加快各种助剂在废旧胶粉内部的渗透和扩散，在压力、温度、剪切、及脱硫剂的协同作用下，打开橡胶的双硫键，实现废旧橡胶的脱硫再生。
其优点在于：
(1)在超临界CO2的作用下，可协助脱硫剂等助剂渗透到废旧胶粉内部，提高其渗透扩散速率。
(2)经过快速释压、膨胀及剪切元件的剪切作用，进一步加快脱硫剂等助剂在胶粉内部的渗透扩散，硫化网络破坏，实现废旧胶粉的再生。
(3)可以通过调节腔室温度、超临界CO2压力、剪切元件的剪切速率、剪切元件的构型、反复剪切及释压的次数来调节再生胶的脱硫效果，调控制备性能不同的再生胶。
(4)适应范围广，该装置除了可以采用超临界CO2外，还可以采用其他超临界流体，可以采用不同的工艺参数，和剪切元件的构型来适应多种硫化橡胶及热塑性弹性体的脱硫再生，如天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、顺丁橡胶(BR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、丁基橡胶(IIR)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、三元乙丙橡胶(EPDM、EPM)、热塑性弹性体(TPE、TPU、TPV)、聚丁二烯(PB)、聚异丁烯(PIB)、聚酯橡胶、异戊二烯-丁二烯共聚物、丙烯酸弹性体、硅橡胶(Q)、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚硫橡胶(T)等，以及上述橡胶及弹性体的混合物等。
附图说明
图1为本发明一实施例——超临界CO2辅助废旧胶粉脱硫装置的结构示意图；
图2为啮合元件结构示意图，但不仅限于此种结构及组合。
具体实施方式
已在其内放置有软化剂、脱硫剂的高压剪切腔室7内放入一定量的废旧胶粉，也可是在高压剪切腔室7内放入预混了软化剂、脱硫剂等助剂的废旧胶粉，在一定的温度、超临界CO2压力、剪切速率作用下废旧胶粉在剪切元件10间反复进行挤压、啮合、剪切，而后通过快速释压阀12可以获得一定的压力释放速率，胶粉膨胀，获得再生橡胶；或在一定的温度、超临界CO2压力、剪切速率作用下废旧胶粉在剪切元件10间反复进行挤压、啮合、剪切，而后通过快速释压阀12可以获得一定的压力释放速率，胶粉膨胀，超临界CO2的压力释放完毕后，继续向高压剪切腔室7内通入一定压力的CO2，进一步在剪切元件10的作用下挤压、啮合、剪切，反复重复此过程直至获得再生橡胶。根据具体的废旧胶粉种类及对再生胶的性能要求，调节此过程的时间、挤压、剪切、啮合、膨胀作用过程中的参数及重复操作的次数。最后得到所需要求的再生橡胶。
1为超临界CO2恒压输送系统，可以调节不同的超临界CO2压力，可以通过阀13向高压剪切腔室7内供应恒定压力的超临界CO2。
2为转速控制器，可以调节剪切元件的转速。
3为密封圈，保证高压剪切腔室7内的压力不会损失。
4为转轴，其上带有反向螺纹，防止物料进入轴的缝隙内。
5为压力传感器，通过显示器8可以显示高压剪切腔室7内的压力及释放的速率。
6为热电偶，通过温度控制器9可以显示和控制加热器11提供的高压剪切腔室7内的温度。
7为对开式高压剪切腔室(或称为料筒)，可以打开取料和放料。
10为剪切元件，可以根据不同的物料要求，更换不同构型的剪切元件。
12为快速释压阀。
Claims (30)
1.一种超临界CO2辅助制备再生胶的方法，其特征在于将超临界CO2充入填充有胶粉的腔室，利用所述超临界CO2的渗透、溶胀及快速释压条件下的膨胀作用，以及所述腔室内的剪切啮合元件的挤压、剪切及摩擦作用，实现再生脱硫剂和其它助剂在胶粉内部的快速渗透，使得硫化网络被脱硫解聚，实现废旧胶粉的再生，制备得到再生橡胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述剪切啮合元件是螺杆、转子、啮合块中的一种或它们的组合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于未加软化剂、脱硫剂的胶粉在所述腔室中加入脱硫剂和其它助剂、或使用预混了脱硫剂和其它助剂的胶粉。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述胶粉是未加脱硫剂和其它助剂的胶粉，脱硫剂存在于腔室中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于所述脱硫剂是二硫化物类脱硫剂。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于对所述腔室进行加热。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于使用压力传感器对所述腔室进行压力检测。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于使用快速释压阀对所述腔室快速释压。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于利用所述快速释压阀释放压力的速率是可调节的。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于所述剪切啮合元件是同向或异向旋转的。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于所述剪切啮合元件可进行组合和更换。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于所述剪切啮合元件的转动速度可调节。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于先充入超临界CO2，保压一定时间后，使用剪切啮合元件进行挤压、剪切及摩擦。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于在充入超临界CO2时使用剪切啮合元件进行挤压、剪切及摩擦。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于在可对所述腔室内的温度进行调节。
16.根据权利要求1-15任一项所述的方法，其特征在于可调节挤压、剪切、啮合、膨胀作用过程中的参数及重复操作次数。
17.一种实现权力要求1-16所述方法的装置，其特征在于所述装置包括可承受压力的所述腔室、在所述腔室内的所述剪切啮合元件、和超临界流体输送装置，在充入超临界CO2后对所述腔室密闭，使用所述剪切啮合元件进行挤压、剪切及摩擦操作。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于所述剪切啮合元件是同向或异向旋转的。
19.根据权力要求17-18任一项所述的装置，其特征在于所述剪切啮合元件是具有多种结构形式的剪切元件块。
20.根据权利要求17-19任一项所述的装置，其特征在于所述剪切啮合元件是螺杆、转子、啮合块中的一种或它们的组合。
21.根据权利要求17-20任一项所述的装置，其特征在于还包括对所述腔室进行加热的加热元件。
22.根据权利要求17-21任一项所述的装置，其特征在于还包括测定温度的热电偶。
23.根据权力要求17-22任一项所述装置，其特征在于可根据不同要求对所述剪切啮合元件进行组合及更换，实现不同形式的剪切，满足不同废旧胶粉种类及再生胶不同性能的要求。
24.根据权力要求17-23任一项所述装置，其特征在于可对剪切啮合元件的转动速度进行调节。
25.根据权力要求17-24任一项所述装置，其特征在于还包括对所述腔室快速释压的快速释压阀。
26.根据权力要求17-25任一项所述装置，其特征在于其中所述释压阀释压速率是可调节的。
27.根据权力要求17-26任一项所述装置，其特征在于还包括检测所述腔室内压力的压力传感器。
28.根据权力要求17-27任一项所述装置，其特征在于还包括对所述腔室的温度进行控制的温度控制装置。
29.根据权力要求17-28任一项所述装置，其特征在于还包括对所述腔室的压力进行控制的压力控制装置。
30.根据权利要求17-29任一项所述装置，其特征在于还包括根据胶粉种类及再生胶性能要求，调节挤压、剪切、啮合、膨胀作用过程中的参数及重复操作的装置。
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