CN105802269A - 一种废旧轮胎的再生利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废旧轮胎的再生利用方法，属于再生资源利用技术领域。包括有如下步骤：将废旧轮胎橡胶粉碎，再加入进行重质馏分油和助剂混合后进行微波处理，再通过离子注入机注碳处理，再与纤维粉、填料、粘合剂等材料混合后，挤出、压模，制备得到木塑材料。本发明提供的木塑材料利用了废旧轮胎作为原料，具有机械强度高，耐磨性能好的优点。拉伸强度可达15 MPa以上，摩损率在2.2×105mm3/m以下。

Description

一种废旧轮胎的再生利用方法
技术领域
本发明涉及一种废旧轮胎的再生利用方法，属于再生资源利用技术领域。
背景技术
随着汽车工业的发展，越来越多的废旧轮胎形成的“黑色污染”正在威胁着全人类的生存环境。据统计，全世界每年约有15亿条轮胎报废，仅美国每年就产生近三亿条的废旧轮胎，经过几十年的累积美国的废旧轮胎多达三十亿条。中国是世界上第三大轮胎生产国，2000年轮胎产量超过1亿条，仅次于美国和日本，每年生成的废旧轮胎达4000万条。由于废旧轮胎回收处理的难度远远大于其它固体废弃物，如何将其回收利用、变废为宝各国都处在探索阶段，处理的方法也不尽相同：除加拿大等少数国家用作燃料外，回收废旧橡胶的方法主要是制成胶粉的机械方法。国外对废旧轮胎的处理主要为轮胎翻新、破碎利用、高温裂解炼油燃
烧发电等，美国裂解处理废旧轮胎主要是利用高温裂解工艺对废旧轮胎进行裂解，通过该工艺处理废旧轮胎后，剩余的炭渣难以进行加工使用，从而作为燃料燃烧，造成了浪费，降低了企业的经济效益。近几年，国内的低温裂解技术得到了快速发展，轮胎出油率显著提高却无法解决运行过程中的环保和产品的深加工问题。虽然这些设备厂家的设备出口国外，但是其主要集中于东南亚地区，这些地区从而出现了大量的低温裂解产油厂家。
CN104194420A公开了一种废旧轮胎热解生产低灰低硫碳黑的方法与装置，可生产灰分低于1%、硫含量在0.1%以下的碳黑产品。技术方案为将轮胎热解生成的含油燃气进行二次热解，热解过程中通入氢气脱除碳黑中的硫，进而实现低灰低硫碳黑的生产。所发明的碳黑制备装置主要由轮胎热解室和油气碳化室组成，轮胎热解室由外层加热区和内层轮胎热解区组成；油气碳化室，内部设有气固分离装置，挡板下部为油碳化区，上部为燃气燃烧区。由于轮胎热解生成的气态油无需冷凝，直接热解碳化，且利用轮胎热解燃气对油碳化进行直接加热，制备碳黑的同时实现了脱硫过程。CN105602265A公开了一种废旧轮胎橡胶粉改性沥青，原料按重量份数计包括：基质沥青45-55份，废旧轮胎橡胶粉18-28份，聚乙烯蜡3-6份，3-(十二烷氧基)-2-羟基丙基-N-乙酸基-N,N-二甲基氯化铵8-11份，松焦油4-7份，二烯丙基二硫化物2-5份，环状一硫化物1-3份，改性剂5-8份；所述改性剂原料组分按重量份数计由如下原料组成：十二烷基磷酸酯23-27份，硬脂酸13-21份，木质素磺酸钠5-10份，丁基胺1-3份，双咪唑啉3-7份。CN105348602A公开了一种废旧轮胎复合橡胶地板及其制备方法，将废旧轮胎进行胶粉制作后，再将其与其他原料进行组合搭配形成填料，使得原料相互之间的作用增强废旧轮胎的活性，再结合废旧轮胎薄片的制备，将薄片以上下两层的方式进行固化机中固化成型，并结合高温无氧环境下的处理，进而降低了灰分的含量，提高橡胶地板的光滑度和耐磨性。
木塑材料通常是以木材边料、植物秸秆等原料，再通过加入PVC、PP、PE等塑料，挤出、定型而得的装饰材料。其适合于钻、刨、钉、锯、贴合等木材加工方式，实现了“木塑代木”，保护了有限的森林资源，减少了“白色污染”，是国家重点推广项目。木塑材料可以应用于包装、园林、运输、建筑、车船内饰等领域。
因此，需要开发一种采用废旧轮胎作为原料的木塑材料。
发明内容
本发明的目的是：对废旧轮胎进行回收利用，将其作为原料应用于木塑材料的生产中。
技术方案是：
一种废旧轮胎的再生利用方法，包括如下步骤：
第1步，将废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的重质馏分油4～10份加热到90～130℃后，再加入橡胶粉85～90份、助剂1～2份，混合均匀；
第3步，对第2步中得到的混合物在微波辐照下处理；
第4步，对第3步得到的橡胶用离子注入机注入C（碳）离子，得到改性橡胶；
第5步，按重量份计，将植物纤维粉60～70份、聚丙烯腈基碳纤维1～5份、硅酸铝纤维3～5份、聚苯乙烯10～15份、聚丁二酸丁二醇酯2～6份、改性橡胶15～25份、阿拉伯半乳聚糖2～6份、三氧化二铝2～3份、改性二氧化硅5～10份、滑石粉1～3份、硅藻土1～3份、硬脂酸钙2～3份、亚磷酸钠1～2份、聚酯蜡2～3份、石蜡6～12份投入混匀机进行混匀；
第6步，第5步所得混合物加入挤出机中进行挤出、再造粒；
第7步，将第6步所得颗粒经模具压模成型，冷却、牵引、切割。
所述的废旧轮胎是由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到。
所述重质馏分油为常压渣油、催化裂化澄清油或润滑油中的一种。
所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中的任意比例混合物。
所述的第3步中，微波频率是1500～1800MHz，加热时间控制在10～20min，混合物的温度控制在140～160℃。
所述的第4步中，C离子用量为橡胶粉重量的5～10%，离子能量为20～30keV；束流密度范围是0.5～0.8mA/cm2；采用的离子源是纯度为98%以上的石墨。
所述的第5步中，混匀机的操作温度在90～110℃，操作转速120～180rpm，混匀时间30～60分钟。
所述的第6步中，挤出机的挤出温度为170～200℃，螺杆转速为30～50rpm。
所述的第7步中，压模成型的温度为230～240℃，压力为10～15Mpa。
所述的第5步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7，加入羟基硅油40g，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
有益效果
本发明提供的木塑材料利用了废旧轮胎作为原料，具有机械强度高，耐磨性能好的优点。拉伸强度可达15MPa以上，摩损率在2.2×105mm3/m以下。
具体实施方式
实施例1
第1步，将由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到的废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的润滑油4份加热到90℃后，再加入橡胶粉85份、助剂1份，混合均匀，所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中等重量比混合物；
第3步，对第2步中得到的混合物在微波辐照下处理，微波频率是1500MHz，加热时间控制在10min，混合物的温度控制在140℃；
第4步，对第3步得到的橡胶用离子注入机注入C（碳）离子，得到改性橡胶，C离子用量为橡胶粉重量的5%，离子能量为20keV；束流密度范围是0.5mA/cm2；采用的离子源是纯度为98%以上的石墨；
第5步，按重量份计，将植物纤维粉60份、聚丙烯腈基碳纤维份、硅酸铝纤维3份、聚苯乙烯10份、聚丁二酸丁二醇酯2份、改性橡胶15份、阿拉伯半乳聚糖2份、三氧化二铝2份、改性二氧化硅5份、滑石粉1份、硅藻土1份、硬脂酸钙2份、亚磷酸钠1份、聚酯蜡2份、石蜡6份投入混匀机进行混匀，混匀机的操作温度在90℃，操作转速120rpm，混匀时间30分钟；
第6步，第5步所得混合物加入挤出机中进行挤出，挤出机的挤出温度为170℃，螺杆转速为30rpm，再进行造粒；
第7步，将第6步所得颗粒经模具压模成型，压模成型的温度为230℃，压力为10Mpa，冷却、牵引、切割。
所述的第5步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7，加入羟基硅油40g，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
实施例2
第1步，将由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到的废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的润滑油10份加热到130℃后，再加入橡胶粉90份、助剂2份，混合均匀，所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中等重量比混合物；
第3步，对第2步中得到的混合物在微波辐照下处理，微波频率是1800MHz，加热时间控制在20min，混合物的温度控制在160℃；
第4步，对第3步得到的橡胶用离子注入机注入C（碳）离子，得到改性橡胶，C离子用量为橡胶粉重量的10%，离子能量为30keV；束流密度范围是0.8mA/cm2；采用的离子源是纯度为98%以上的石墨；
第5步，按重量份计，将植物纤维粉70份、聚丙烯腈基碳纤维5份、硅酸铝纤维5份、聚苯乙烯15份、聚丁二酸丁二醇酯6份、改性橡胶25份、阿拉伯半乳聚糖6份、三氧化二铝3份、改性二氧化硅10份、滑石粉3份、硅藻土3份、硬脂酸钙3份、亚磷酸钠2份、聚酯蜡3份、石蜡12份投入混匀机进行混匀，混匀机的操作温度在110℃，操作转速180rpm，混匀时间60分钟；
第6步，第5步所得混合物加入挤出机中进行挤出，挤出机的挤出温度为200℃，螺杆转速为50rpm，再进行造粒；
第7步，将第6步所得颗粒经模具压模成型，压模成型的温度为240℃，压力为15Mpa，冷却、牵引、切割。
所述的第5步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7，加入羟基硅油40g，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
实施例3
第1步，将由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到的废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的润滑油5份加热到110℃后，再加入橡胶粉86份、助剂2份，混合均匀，所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中等重量比混合物；
第3步，对第2步中得到的混合物在微波辐照下处理，微波频率是1600MHz，加热时间控制在15min，混合物的温度控制在150℃；
第4步，对第3步得到的橡胶用离子注入机注入C（碳）离子，得到改性橡胶，C离子用量为橡胶粉重量的8%，离子能量为25keV；束流密度范围是0.6mA/cm2；采用的离子源是纯度为98%以上的石墨；
第5步，按重量份计，将植物纤维粉65份、聚丙烯腈基碳纤维3份、硅酸铝纤维4份、聚苯乙烯12份、聚丁二酸丁二醇酯3份、改性橡胶20份、阿拉伯半乳聚糖5份、三氧化二铝3份、改性二氧化硅8份、滑石粉2份、硅藻土2份、硬脂酸钙3份、亚磷酸钠2份、聚酯蜡2份、石蜡8份投入混匀机进行混匀，混匀机的操作温度在100℃，操作转速150rpm，混匀时间50分钟；
第6步，第5步所得混合物加入挤出机中进行挤出，挤出机的挤出温度为180℃，螺杆转速为40rpm，再进行造粒；
第7步，将第6步所得颗粒经模具压模成型，压模成型的温度为235℃，压力为12Mpa，冷却、牵引、切割。
所述的第5步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7，加入羟基硅油40g，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
对照例1
与实施例3的区别在于：橡胶未经过微波辐射处理。
第1步，将由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到的废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的润滑油5份加热到110℃后，再加入橡胶粉86份、助剂2份，混合均匀，所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中等重量比混合物；
第3步，对第2步得到的橡胶用离子注入机注入C（碳）离子，得到改性橡胶，C离子用量为橡胶粉重量的8%，离子能量为25keV；束流密度范围是0.6mA/cm2；采用的离子源是纯度为98%以上的石墨；
第4步，按重量份计，将植物纤维粉65份、聚丙烯腈基碳纤维3份、硅酸铝纤维4份、聚苯乙烯12份、聚丁二酸丁二醇酯3份、改性橡胶20份、阿拉伯半乳聚糖5份、三氧化二铝3份、改性二氧化硅8份、滑石粉2份、硅藻土2份、硬脂酸钙3份、亚磷酸钠2份、聚酯蜡2份、石蜡8份投入混匀机进行混匀，混匀机的操作温度在100℃，操作转速150rpm，混匀时间50分钟；
第5步，第4步所得混合物加入挤出机中进行挤出，挤出机的挤出温度为180℃，螺杆转速为40rpm，再进行造粒；
第6步，将第5步所得颗粒经模具压模成型，压模成型的温度为235℃，压力为12Mpa，冷却、牵引、切割。
所述的第4步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7，加入羟基硅油40g，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
对照例2
与实施例3的区别在于：二氧化硅未经过改性处理，其中的羟基硅油是放在第5步中加入。
第1步，将由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到的废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的润滑油5份加热到110℃后，再加入橡胶粉86份、助剂2份，混合均匀，所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中等重量比混合物；
第3步，对第2步中得到的混合物在微波辐照下处理，微波频率是1600MHz，加热时间控制在15min，混合物的温度控制在150℃；
第4步，对第3步得到的橡胶用离子注入机注入C（碳）离子，得到改性橡胶，C离子用量为橡胶粉重量的8%，离子能量为25keV；束流密度范围是0.6mA/cm2；采用的离子源是纯度为98%以上的石墨；
第5步，按重量份计，将植物纤维粉65份、聚丙烯腈基碳纤维3份、硅酸铝纤维4份、聚苯乙烯12份、聚丁二酸丁二醇酯3份、改性橡胶20份、阿拉伯半乳聚糖5份、三氧化二铝3份、改性二氧化硅8份、羟基硅油4份、滑石粉2份、硅藻土2份、硬脂酸钙3份、亚磷酸钠2份、聚酯蜡2份、石蜡8份投入混匀机进行混匀，混匀机的操作温度在100℃，操作转速150rpm，混匀时间50分钟；
第6步，第5步所得混合物加入挤出机中进行挤出，挤出机的挤出温度为180℃，螺杆转速为40rpm，再进行造粒；
第7步，将第6步所得颗粒经模具压模成型，压模成型的温度为235℃，压力为12Mpa，冷却、牵引、切割。
所述的第5步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
对照例3
与实施例3的区别在于：橡胶用未经过离子注入机注C处理。
第1步，将由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到的废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的润滑油5份加热到110℃后，再加入橡胶粉86份、助剂2份，混合均匀，所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中等重量比混合物；
第3步，对第2步中得到的混合物在微波辐照下处理，微波频率是1600MHz，加热时间控制在15min，混合物的温度控制在150℃；
第4步，按重量份计，将植物纤维粉65份、聚丙烯腈基碳纤维3份、硅酸铝纤维4份、聚苯乙烯12份、聚丁二酸丁二醇酯3份、第3步得到的改性橡胶20份、阿拉伯半乳聚糖5份、三氧化二铝3份、改性二氧化硅8份、滑石粉2份、硅藻土2份、硬脂酸钙3份、亚磷酸钠2份、聚酯蜡2份、石蜡8份投入混匀机进行混匀，混匀机的操作温度在100℃，操作转速150rpm，混匀时间50分钟；
第5步，第4步所得混合物加入挤出机中进行挤出，挤出机的挤出温度为180℃，螺杆转速为40rpm，再进行造粒；
第6步，将第5步所得颗粒经模具压模成型，压模成型的温度为235℃，压力为12Mpa，冷却、牵引、切割。
所述的第4步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7，加入羟基硅油40g，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
将上述实施例和对照例制得的木塑材料进行摩擦性能、机械性能试验。
从上表可以看出，本发明可以通过对废旧轮胎进行处理后得到机械性能优异的木塑材料，具有强度高、热变形温度高、耐磨损的优点。实施例3相对于对照例1来说通过橡胶经过微波辐射处理，可以有效地提高木塑材料的拉伸强度；实施例3相对于对照例2来说，通过对橡胶进行C离子注入，可以提高拉伸模量；实施例3相对于对照例3来说，通过对二氧化硅进行改性，可以提高材料的耐磨损性能。

Claims (10)

1.一种废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，将废旧轮胎橡胶粉碎至200～400目，作为橡胶粉；
第2步，按重量份计，将的重质馏分油约4～10份加热到约90～130℃后，再加入橡胶粉约85～90份、助剂1～2份，混合均匀；
第3步，对第2步中得到的混合物在微波辐照下处理；
第4步，对第3步得到的橡胶用离子注入机注入C（碳）离子，得到改性橡胶；
第5步，按重量份计，将植物纤维粉60～70份、聚丙烯腈基碳纤维1～5份、硅酸铝纤维3～5份、聚苯乙烯10～15份、聚丁二酸丁二醇酯2～6份、改性橡胶15～25份、阿拉伯半乳聚糖2～6份、三氧化二铝2～3份、改性二氧化硅5～10份、滑石粉1～3份、硅藻土1～3份、硬脂酸钙2～3份、亚磷酸钠1～2份、聚酯蜡2～3份、石蜡6～12份投入混匀机进行混匀；
第6步，第5步所得混合物加入挤出机中进行挤出、再造粒；
第7步，将第6步所得颗粒经模具压模成型，冷却、牵引、切割。
2.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述的废旧轮胎是由顺丁橡胶作为主要原料而制备得到。
3.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述重质馏分油为常压渣油、催化裂化澄清油或润滑油中的一种。
4.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述助剂为硫磺、二巯基苯并噻唑、多烷基苯酚二硫化物、三乙烯四胺、秋兰姆二硫化物、次磺酰胺中的任意比例混合物。
5.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述的第3步中，微波频率是1500～1800MHz，加热时间控制在10～20min，混合物的温度控制在140～160℃。
6.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述的第4步中，C离子用量为橡胶粉重量的5～10%，离子能量为20～30keV；束流密度范围是0.5～0.8mA/cm2；采用的离子源是纯度为98%以上的石墨。
7.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述的第5步中，混匀机的操作温度在90～110℃，操作转速120～180rpm，混匀时间30～60分钟。
8.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述的第6步中，挤出机的挤出温度为170～200℃，螺杆转速为30～50rpm。
9.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述的第7步中，压模成型的温度为230～240℃，压力为10～15Mpa。
10.根据权利要求1所述的废旧轮胎的再生利用方法，其特征在于，所述的第5步中，改性二氧化硅的制备方法是：在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水，在30℃下搅拌30min，升温至85℃，滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5，陈化20min，加12wt%硫酸调整pH至4.7，加入羟基硅油40g，搅拌1h后，陈化1.5h，过滤，滤饼经水洗至水中无SO4 2-，再用乙醇洗涤后除去水分，干燥得改性二氧化硅。
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