CN106987021A - 一种表面活化胶粉制备及应用其改性沥青材料的工艺 - Google Patents

一种表面活化胶粉制备及应用其改性沥青材料的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面活化胶粉制备及应用其改性沥青材料的工艺，首先将废橡胶轮胎经切割设备快速切成平整的三部分，然后采用低温超高压水流喷射将其破碎取出金属丝后分离出胶粉，接着将其经硫细菌生物法表面断硫后依次经排水、干燥后得到所需表面活化胶粉，最后将其与经加热熔融、脱水和超临界CO2溶胀的基质沥青加入高速剪切乳化机中进行高速剪切50‑60min，冷却后即得废橡胶表面活化胶粉改性防水卷材用沥青材料。本发明制备的表面活化胶粉因其特有的纯净且表面活性基团易与沥青结合，解决了传统胶粉改性沥青相容性和稳定性差的缺点，应用于高端防水卷材的生产，生产过程简单、绿色环保且成本低，产品性能优异且环保。

Description

一种表面活化胶粉制备及应用其改性沥青材料的工艺
技术领域
本发明涉及橡胶再利用技术领域，具体是一种表面活化胶粉制备及应用其改性沥青材料的工艺。
背景技术
鉴于我国大量的废旧轮胎的产生越来越多，其大量堆积易引起火灾并滋生蚊虫，给人类周围的生活环境带来了严重的破坏，我国处理废旧轮胎主要以生产再生橡胶为主，由于再生橡胶的环保性问题严重限制了其发展，取而代之的生产胶粉已成为各国利用废橡胶的主要手段。沥青作为石油加工的副产物，现阶段已成为公路、机场、建筑等领域中主要铺筑材料和防水材料。目前，胶粉主要应用领域是改性沥青的生产。将废轮胎加工成橡胶粉并掺入沥青中用于修建公路以及生产防水材料，既可以提高沥青的使用性能，又能使废轮胎变废为宝，解决环保问题，一举多得。
然而由于传统机械或化学方法生产的胶粉其存在与钢丝和纤维分离不均匀且其三维空间网络结构被破坏，同时其本身与沥青相容性较差，从而导致与基质沥青直接形成胶粉改性沥青后导致其性能严重下降。与此同时人们采取物理、化学方法对胶粉进行改性后与基质沥青进行改性，这在一定程度上提高了胶粉与基质沥青的相容性和稳定性，但未从根源上解决胶粉中含有纤维和钢丝杂质对胶粉改性沥青的影响，同时改性过程中所导致胶粉本身主链结构的破坏，其力学性能的降低，从而橡胶粉与沥青之间没有形成均匀的体系，结构较为松散，容易发生开裂，影响材料的耐久性。
因此需开发出一整条能够突破实现胶粉与钢丝、纤维的彻底分离且活化改性过程绿色环保且不会破坏橡胶本身力学性能的新方法，用于制备高端表面活化胶粉改性沥青防水卷材。
发明内容
本发明的目的是提供一种表面活化胶粉制备及应用其改性沥青材料的工艺，以解决现有技术基于废橡胶轮胎制备的改性沥青用胶粉存在的相容性差、改性后的沥青力学性能差的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、采用废橡胶轮胎作为原材料，利用橡胶切割设备将废橡胶轮胎切割成两片胎侧胶、一片胎面胶共三个平整的部分；
(2)、采用低温超高压水流喷射步骤(1)切割得到的两片胎侧胶和一片胎面胶表面，在保证两片胎侧胶和一片胎面胶中的金属丝不被破坏的前提下，通过调整水流的压力及喷射角度，将两片胎侧胶和一片胎面胶中的橡胶切割成胶粉，然后取出金属丝并分离出胶粉；
(3)、采用硫细菌，并将硫细菌和步骤(2)得到的胶粉共同输送至一级反应釜中进行搅拌实现初步混合，然后将初步混合后的硫细菌和胶粉输送至二级生物反应器中进行反应一段时间，通过调节二级生物反应器的温度、pH值和连续混合速度，促使二级生物反应器内达到硫细菌最佳生长条件，利用硫细菌消耗破坏胶粉表面的含硫键并形成活性基团，以实现胶粉的表面断硫，最后依次经过排水、干燥后得到所需的表面活化胶粉产品。
所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，低温超高压水流喷射的压力为500-800Mpa，水流速为500-1000m/s，喷射角度须垂直于胎侧胶和胎面胶表面，最后得到的胶粉粒径为50μm～1mm。
所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤(3)采用的硫细菌为光合细菌中的绿色硫细菌与无色硫细菌中的排硫硫杆菌的组合，二者质量比为8.6-10.4：4.5-6.3。
所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤(3)中一级反应釜搅拌时，搅拌速度为200-350r/min，搅拌时间为10-15min。
所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤(3)中，二级生物反应器的温度控制在40-60℃，pH值控制在6.0-8.0，连续混合速度为50-100r/min，反应时间为5-10h。
所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤(3)中，步骤(3)中干燥的温度在75-85℃。
一种应用表面活化胶粉改性沥青材料的工艺，所述沥青材料用于防水卷材，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、将基质沥青置于微波加热罐中加热使得其熔融，然后将熔融的基质沥青脱水后以15-20℃/min的速度至140-160℃，升温的同时向微波加热罐内通入超临界CO2，并将基质沥青缓慢搅拌均匀，促使基质沥青充分溶胀；
(2)、将表面活化胶粉与步骤(1)得到的溶胀的基质沥青共同加入高速搅拌乳化机中，在170-210℃条件下，以4500-6500r/min高速剪切50-60min，冷却后即得表面活化胶粉改性后的防水卷材用沥青材料。
应用表面活化胶粉改性沥青材料的工艺，其特征在于：步骤(1)中，微波加热罐中加热时，微波频率在2000-2500MHz，超临界CO2的通入速度控制在10-15g/min，搅拌速度为300-500r/min。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.与传统的废轮胎经机械破碎分离且磨粉后得到的胶粉相比，本发明采用水射流技术生产步骤减少且节能环保，得到的胶粉粒径较小(50μm～1mm)且与废轮胎中的纤维和金属丝分离的比较彻底，高表面积和无高温破坏橡胶结构，同时该技术生产的过程中将胶粉中可溶于水的有害物质溶解已被去除且产品清洁无污染；
2.鉴于得到的胶粉比较纯净，无需二次清洗即可进行生物法表面断硫，得到的表面活化胶粉其表面存在大量的活性基团易与沥青之间形成均匀、紧密的体系，从而解决了传统胶粉改性沥青相容性和稳定性差的缺点，同时生物法生产表面活化胶粉生产过程和产品都绿色环保；
3.采用超临界CO2的目的为借助于其优异的溶胀、传质和渗透性能，促使基质沥青在其辅助作用下充分溶胀，有利于表面活化胶粉的渗透与其充分接触且相互作用，增强胶粉沥青体系的稳定性；
4.得到的废轮胎表面活化胶粉改性防水卷材用沥青材料无需添加任何化学助剂，具有绿色环保、均一、稳定性高的特点，耐久性好，价格低廉，使用寿命长，经济实用。
附图说明
图1为本发明整体工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种表面活化胶粉制备工艺，包括以下步骤：
(1)、采用废橡胶轮胎作为原材料，利用橡胶切割设备将废橡胶轮胎切割成两片胎侧胶、一片胎面胶共三个平整的部分；
(2)、采用低温超高压水流喷射步骤(1)切割得到的两片胎侧胶和一片胎面胶表面，在保证两片胎侧胶和一片胎面胶中的金属丝不被破坏的前提下，通过调整水流的压力及喷射角度，将两片胎侧胶和一片胎面胶中的橡胶切割成胶粉，然后取出金属丝并分离出胶粉；
(3)、采用硫细菌，并将硫细菌和步骤(2)得到的胶粉共同输送至一级反应釜中进行搅拌实现初步混合，然后将初步混合后的硫细菌和胶粉输送至二级生物反应器中进行反应一段时间，通过调节二级生物反应器的温度、pH值和连续混合速度，促使二级生物反应器内达到硫细菌最佳生长条件，利用硫细菌消耗破坏胶粉表面的含硫键并形成活性基团，以实现胶粉的表面断硫，最后依次经过排水、干燥后得到所需的表面活化胶粉产品。
步骤(2)中，低温超高压水流喷射的压力为500-800Mpa，水流速为500-1000m/s，喷射角度须垂直于胎侧胶和胎面胶表面，最后得到的胶粉粒径为50μm～1mm。
步骤(3)采用的硫细菌为光合细菌中的绿色硫细菌与无色硫细菌中的排硫硫杆菌的组合，二者质量比为8.6-10.4：4.5-6.3。
步骤(3)中一级反应釜搅拌时，搅拌速度为200-350r/min，搅拌时间为10-15min。
步骤(3)中，二级生物反应器的温度控制在40-60℃，pH值控制在6.0-8.0，连续混合速度为50-100r/min，反应时间为5-10h。
步骤(3)中，步骤(3)中干燥的温度在75-85℃。
一种应用表面活化胶粉改性沥青材料的工艺，沥青材料用于防水卷材，包括以下步骤：
(1)、将基质沥青置于微波加热罐中加热使得其熔融，然后将熔融的基质沥青脱水后以15-20℃/min的速度至140-160℃，升温的同时向微波加热罐内通入超临界CO2，并将基质沥青缓慢搅拌均匀，促使基质沥青充分溶胀；
(2)、将表面活化胶粉与步骤(1)得到的溶胀的基质沥青共同加入高速搅拌乳化机中，在170-210℃条件下，以4500-6500r/min高速剪切50-60min，冷却后即得表面活化胶粉改性后的防水卷材用沥青材料。
应用表面活化胶粉改性沥青材料的工艺步骤(1)中，微波加热罐中加热时，微波频率在2000-2500MHz，超临界CO2的通入速度控制在10-15g/min，搅拌速度为300-500r/min。
上述工艺制得的表面活化胶粉防水卷材用沥青材料与传统方法制的的防水卷材用沥青材料，在同样的条件下进行试验，进行指标检测结果如表1：
表1检测结果表
实验结果表明本发明表面活化胶粉防水卷材用沥青材料与传统表面活化胶粉防水卷材用沥青材料在同样条件下，在防水卷材应用诸如耐高低温性能、储存稳定性、表面结构等方面有更优异的性能表现。

Claims (8)

1.一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、采用废橡胶轮胎作为原材料，利用橡胶切割设备将废橡胶轮胎切割成两片胎侧胶、一片胎面胶共三个平整的部分；
（2）、采用低温超高压水流喷射步骤（1）切割得到的两片胎侧胶和一片胎面胶表面，在保证两片胎侧胶和一片胎面胶中的金属丝不被破坏的前提下，通过调整水流的压力及喷射角度，将两片胎侧胶和一片胎面胶中的橡胶切割成胶粉，然后取出金属丝并分离出胶粉；
（3）、采用硫细菌，并将硫细菌和步骤（2）得到的胶粉共同输送至一级反应釜中进行搅拌实现初步混合，然后将初步混合后的硫细菌和胶粉输送至二级生物反应器中进行反应一段时间，通过调节二级生物反应器的温度、pH值和连续混合速度，促使二级生物反应器内达到硫细菌最佳生长条件，利用硫细菌消耗破坏胶粉表面的含硫键并形成活性基团，以实现胶粉的表面断硫，最后依次经过排水、干燥后得到所需的表面活化胶粉产品。
2.根据权利要求1所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤（2）中，低温超高压水流喷射的压力为500-800Mpa，水流速为500-1000m/s，喷射角度须垂直于胎侧胶和胎面胶表面，最后得到的胶粉粒径为50μm~1mm。
3.根据权利要求1所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤（3）采用的硫细菌为光合细菌中的绿色硫细菌与无色硫细菌中的排硫硫杆菌的组合，二者质量比为8.6-10.4：4.5-6.3。
4.根据权利要求1所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤（3）中一级反应釜搅拌时，搅拌速度为200-350r/min，搅拌时间为10-15min。
5.根据权利要求1所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤（3）中，二级生物反应器的温度控制在40-60℃，pH值控制在6.0-8.0，连续混合速度为50-100 r/min，反应时间为5-10h。
6.根据权利要求1所述的一种表面活化胶粉制备工艺，其特征在于：步骤（3）中，步骤（3）中干燥的温度在75-85℃。
7.一种应用权利要求1所述表面活化胶粉改性沥青材料的工艺，所述沥青材料用于防水卷材，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、将基质沥青置于微波加热罐中加热使得其熔融，然后将熔融的基质沥青脱水后以15-20℃/min的速度升温至140-160℃，升温的同时向微波加热罐内通入超临界CO2，并将基质沥青缓慢搅拌均匀，促使基质沥青充分溶胀；
（2）、将表面活化胶粉与步骤（1）得到的溶胀的基质沥青共同加入高速搅拌乳化机中，在170-210℃条件下，以4500-6500r/min高速剪切50-60min，冷却后即得表面活化胶粉改性后的防水卷材用沥青材料。
8.根据权利要求7所述的应用表面活化胶粉改性沥青材料的工艺，其特征在于：步骤（1）中，微波加热罐中加热时，微波频率在2000-2500MHz，超临界CO2的通入速度控制在10-15g/min，搅拌速度为300-500r/min。
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