CN103052675B - 用于回收和脱硫橡胶的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于回收和脱硫硫化橡胶的方法，包括以下步骤：在碾磨机中研磨所述橡胶以便将其切成尺寸基本上包括在5至15mm之间的颗粒；将所述颗粒引入长度为螺杆外径64倍或更高的双螺杆共旋转挤出机的初始段中，在所述挤出机内混和所述颗粒，由于所述螺杆在包括在15至300rpm之间的速度下旋转，因此所述挤出机保持在包括在35至350°C之间的温度下；以及获得由脱硫橡胶形成的挤出产物。

Description

用于回收和脱硫橡胶的方法
技术领域
本发明涉及用于回收和脱硫橡胶的方法，所述橡胶具体地由工业生产的废弃物和/或由已达到其使用寿命周期的终点以及源于专用收集中心（specialist collection centre）和/或垃圾填埋点的物品组成。
背景技术
硫化橡胶的分子链典型地由产生硫原子的交联桥，横向地连接它们的化学键连接。因此，硫化橡胶具有类似于热固性聚合物的结构，从而本身不能在生产循环中重复使用。
因此，回收过程必须使由硫产生的化学键断裂成为可能（以在硫化处理之前弹性体材料恢复到原始物理/化学状态以及准备好在生产循环中重复使用的方式）。
已经提出了许多连续和分批的脱硫方法，其中以热、机械、声（超声）、和/或电磁（微波）的形式（有时也使用化学添加剂）提供断裂由硫产生的键所需的能量。
Mohammad Karrabi et al.,"A Study of EPDM Devulcanization in aCo-rotating Twin-screw Extruder",Iranian Polymer Journal16(5),2007,327-335描述了用于在L/D比率为40的双螺杆共旋转挤出机中使特定橡胶（即EPDM）脱硫的方法。该研究关联结果的有效性，仅涉及特定橡胶EPDM的脱硫，仅涉及脱硫试剂的含量，涉及螺杆的旋转速度以及涉及过程温度，而甚至没有提及处理不同性质橡胶的可能性。
US-2009/0082475描述了用于在双螺杆共旋转挤出机中使橡胶脱硫的方法，其中热塑性聚合物必须加入尺寸包括在150微米至5mm之间的橡胶颗粒中，并且所述颗粒必须在L/D比率为24-60，优选32-48的挤出机中处理，螺杆在包括在300至1600rpm之间，优选800至1000rpm之间的速度下旋转。然后用水冷却挤出的脱硫产物。
JP-2002337213描述了用于在L/D比率为52.5的双螺杆挤出机中使橡胶脱硫的方法。
JP-6210633描述了用于在单螺杆挤出机中使橡胶脱硫的方法。
由于其能够处理仅某些类型硫化弹性体材料的特异性，由于每单位产生的脱硫材料的较高能量消耗，由于使用的机械的相关的高度磨损，以及由于它们产生具有非常强烈和刺鼻味道的硫化橡胶（其对重复使用的可能性有很大影响）的事实，已知的方法具有许多缺点。
发明内容
因此，本发明的目的是提供没有上述缺点的方法。
根据本发明，该目的通过用于回收和脱硫硫化橡胶的方法来实现，包括以下步骤：
-在碾磨机中研磨所述橡胶以便将其切成尺寸基本上包括在5至15mm（有可能排除范围的端值）之间的颗粒，
-将所述颗粒引入长度为螺杆外径的64倍或更高的双螺杆共旋转挤出机的初始段中，
-在该挤出机中混合所述颗粒，由于螺杆在包括在15至300rpm（有可能排除该范围的端值）之间的速度下旋转，因此该挤出机保持在包括在35至350°C之间的温度下，以及
-获得由脱硫橡胶形成的挤出产物。
本发明的方法在有待处理的初始材料方面非常灵活，原则上，有可能脱硫所有类型的硫化橡胶或其混合物，像例如，天然橡胶（NR）、丁二烯橡胶（BR）、乙烯丙烯橡胶（EPR）、苯乙烯丁二烯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）、乙烯丙烯二烯单体橡胶（EPDM）、异戊二烯橡胶（IR）、和氯丁二烯橡胶（CR）。
此外，其他物质，如热塑性材料或工艺（process）添加剂，并非必须加入所述橡胶中，并且这导致工艺成本以及与其应用相关的环境影响降低。
可以用于本发明方法中的挤出机是常规类型的，并且配备有例如，装备有混合部件的螺杆，这些混合部件具有减小的外形（如在EP-1136228B1中描述的），并且有可能控制施加在所制造的材料上的剪切应力，从而有可能控制被后者吸收的比能量（specific energy）。
总体上，由于向具有上述粒度的颗粒材料逐步地给予基于挤出机料筒加热的热能和基于由旋转螺杆所施加的剪切应力的机械能，本发明的方法有可能断裂橡胶链之间存在的硫桥而不降解后者。
应当指出的是，硫化橡胶的颗粒可以是规则的和不规则的，只要其最大尺寸，特别是如果涉及球形颗粒时的直径，包括在5至15mm之间，优选10至15mm（有可能排除这些范围的端值）。使用该尺寸颗粒的可能性给予本发明方法重要的技术优点，因为通过在碾磨机或类似的已知装置中研磨而常规进行的其尺寸降低需要大量的能量消耗。举例来说，粒度从15mm降低至5mm需要约0.045kW/kg的比功率，通常第二次进行的随后从5mm降低至粉末需要约0.16kW/kg的比功率。
本发明的方法在能量平衡方面特别有利，因为通过挤出机的主电动机供应至在其中处理的硫化橡胶的机械功率包括在0.1至0.4kW/kg生产的脱硫橡胶之间。相比之下，在双螺杆挤出机中进行的常规方法的相应值为0.6-0.8kW/kg的数量级。
在本发明的优选实施方式中，将水引入位于初始段下游螺杆外径至少48倍距离处的挤出机的至少一段中，此外，通过脱气装置，特别是例如配备有机械阀的抽气口，将挤出机内形成的气体吸出。后者保持挤出机内的恒定超压，并且有可能将在脱硫过程期间形成的气体和/或蒸气排至外部。后者装置的应用有可能减少挤出的最终产物的气味，从而进一步提高其质量，并且提供了基本上无限的重复使用的可能性。
还优选地，挤出机可以具有包括在螺杆外径64至80倍之间的长度，使所述螺杆在包括在15至150rpm之间的速度下旋转。
具体实施方式
从以下非限制性示例性实施方式，可以清楚本发明的另外的优点和特征。
将获自废弃物或已经达到其使用寿命终点的物品的EPDM类型的硫化橡胶的废料，在碾磨机中切碎直至获得尺寸包括在5至15mm之间的颗粒。将这些颗粒装入长度为螺杆直径的64倍的共旋转和互穿（inter-penetrating）型双螺杆挤出机中。使挤出机保持在约270°C的温度下，使螺杆在约150rpm的速度下同向旋转。从挤出机中挤出通过脱硫橡胶形成的产物，在处理期间通过挤出机的主电动机来提供0.25kW/kg的数量级的比机械功率。挤出产物的特征基本上类似于在硫化之前天然橡胶的特征；特别是，其门尼粘度（Mooney viscosity）相对于天然的初始橡胶改变至多±5%。挤出产物可以与天然橡胶混和，并且经受新的硫化循环（有利地以按混合物重量计每100份包括在30至50份之间的量）。
应当清楚的是，在不偏离本发明的原理的情况下，构造的详细情况和实施方式可以与纯粹作为举例描述的那些显著地不同，从而不偏离本发明的范围。

Claims (8)

1.一种用于回收和脱硫硫化橡胶的方法，包括以下步骤：
-在碾磨机中研磨所述橡胶以便将其切成尺寸包括在5至15mm之间的颗粒，
-将所述颗粒引入长度为螺杆外径的高于64倍的双螺杆共旋转挤出机的初始段中，
-在所述挤出机中混合所述颗粒，由于所述螺杆在包括在15至300rpm之间的速度下旋转，因此所述挤出机保持在包括在35至350℃之间的温度下，以及
-获得由脱硫橡胶形成的挤出产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将水引入所述挤出机中位于所述初始段下游所述螺杆外径至少48倍距离处的至少一段中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述挤出机配备有用于排出内部形成的气体和/或蒸气的装置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述螺杆在包括在15至150rpm之间的速度下旋转。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述挤出机具有包括在所述螺杆外径64至80倍之间的长度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，通过所述挤出机的主电动机供应至在其中处理的所述硫化橡胶的机械功率包括在0.1至0.4kW/kg生产的脱硫橡胶之间。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，热塑性材料或工艺添加剂，并非必须在所述硫化橡胶经受所述工艺步骤之前加入所述硫化橡胶中。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，将所述硫化橡胶切成尺寸包括在10至15mm之间的颗粒，不包括尺寸为10mm的颗粒。
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