CN107022128A - 一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法 - Google Patents

一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，废旧橡胶经破碎分离得到橡胶颗粒置于螺旋给料装置中微波加热、搅拌及超临界CO2溶胀实现部分断硫后经冷却后输送至螺杆挤出粉碎设备粉碎并筛分，然后将其输送至反应釜中，在电磁加热并恒温搅拌条件下受到双氧水的氧化作用得到表面氧化改性胶粉，最后将其与玄武岩纤维、纳米碳化硅按比例置于给料装置中搅拌均匀并预热后共同加入到磨盘型磨粉机中，冷却后得到所需废旧橡胶改性复合材料。本发明制得的材料具有稳定性好、强度等力学性能优异、耐高低温、耐腐蚀等优点，可用于用于军工、民用如防水卷材、道路沥青及特殊要求橡胶制品等领域。

Description

一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶再利用技术领域，具体是一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法。
背景技术
在经济快速发展的今天，人们对于汽车的使用越来越多，大量的废旧轮胎的产生给人类周围的环境带来了严重的危害，因此如何有效的对废旧轮胎回收循环利用将是我们面对的一个世界性的难题。
废旧轮胎回收利用主要是通过将废旧轮胎经破碎设备破碎分离得到橡胶颗粒，然后通过磨粉机磨成胶粉，最后通过物理、化学或生物法方式将对其进行脱硫再生生产得到再生橡胶，将胶粒、胶粉、再生橡胶这三类产品进行应用。这三类产品与生胶(天然橡胶或合成橡胶)相比，由于其中存在三维交联网络结构或脱硫时主链分子被破坏，从而导致其力学性能、与其他物质并用的相容性等性能大大降低，而限制了其应用范围。因此需通过一定的方法来对其各种性能的缺陷进行改性提高，使其接近生胶性能或具备生胶所不具备的特殊性能，从而很大程度上扩大了其应用范围。传统方法直接将胶粒、胶粉进行活化改性将其应用于橡胶制品或改性沥青中，但是还是存在相容性差、稳定性差、不均匀等缺陷，因此急需开发出一种能够集废旧橡胶断硫再生、胶粉活化改性及与其它性能优异材料的复合得到的具备更大应用范围的新型材料的新方法，对于解决资源循环利用和环境保护意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，以解决现有技术基于废旧橡胶采用胶粉方式回收利用过程中产生材料因加工困难而难以直接作为原材料继续使用，同时普通改性胶粉在防水卷材、道路沥青及下游橡胶制品中的应用存在强度低、耐高低温及腐蚀性能、相容性差且稳定性差等问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、采用全自动破碎分离生产线将废旧橡胶破碎分离得到所需橡胶颗粒，然后将其置于螺旋给料装置中微波加热升温搅拌一段时间并以一定速度通入超临界CO2溶胀来实现部分断硫得到溶胀橡胶颗粒；
(2)、将步骤(1)得到的溶胀橡胶颗粒经过冷却装置冷却至一定温度后输送至螺杆挤出粉碎设备粉碎并筛分得到所需胶粉，然后将其输送至反应釜中并按照一定比例加入浓度为30～40％双氧水，经电磁加热维持在一定温度范围内恒温搅拌一段时间后得到表面氧化改性胶粉；
(3)、将步骤(2)得到的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅按照一定比例置于给料装置中搅拌均匀并预热至一定温度后共同加入到磨盘型磨粉机中，在磨盘型磨粉机中经磨盘的旋转对混合物进行螺旋式挤压、环向剪切、拉伸作用，冷却后得到所需废旧橡胶改性复合材料。
所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，破碎得到的橡胶颗粒大小为3～5mm，微波频率为1500～2000MHz，升温至60～70℃，搅拌时间为45～60min，搅拌速度为350～400r/min超临界CO2的通入速度控制在5～10g/min。
所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中橡胶颗粒冷却至1～5℃，胶粉粒径为40-60目，胶粉与双氧水的质量比为10～15：1～3，电磁加热温度为30-60℃，搅拌时间为1～2h。
所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅的质量比为25～35：4～8：5～9，搅拌时间为30-45min，预热温度为70～90℃，磨盘型磨粉机中磨盘的转速控制在100-120r/min，磨盘间的温度控制在105-125℃，混合时间45-60min。
优化的，一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，破碎得到的橡胶颗粒大小为4mm，螺旋给料装置中微波频率为1800MHz，升温至65℃，搅拌时间为48min，搅拌速度为380r/min，超临界CO2的通入速度控制在8g/min。
一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中冷却装置中橡胶颗粒冷却至3℃，所述胶粉粒径为50目；输送至反应釜中的胶粉与双氧水的质量比为12：2，电磁加热温度为45℃，搅拌时间为1.5h。
一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的加入给料装置中的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅的质量比为28：5：7，搅拌时间为38min，预热温度为80℃；磨盘型磨粉机中磨盘的转速控制在110r/min，磨盘间的温度控制在115℃，混合时间50min。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.以超临界CO2的强渗透和溶胀作用替代传统软化剂，加速增大橡胶的交联网络，对橡胶颗粒起到溶胀软化作用并借助于微波极强的穿透能力可迅速对橡胶颗粒实现均匀加热后部分键能弱的C-S和S-S键断裂，实现部分断硫。
2.鉴于部分断硫即部分交联网络结构被破坏从而与未经处理的橡胶颗粒生产胶粉相比更为容易可在相对较低的温度下实现橡胶颗粒破碎成胶粉，该方法与传统磨粉相比更加节能、产品稳定性好且粒径更加均匀。
3.采用双氧水对其氧化实现表面改性，使其表面形成羟基或羧基等基团，后续与玄武岩纤维、纳米碳化硅、基质沥青形成复合材料更加容易结合且相容性和稳定性更好。
4.玄武岩纤维存在耐温性、抗拉强度、与硅酸盐的天然相容性、化学稳定性、抗热振稳定性、介电性能、优良的渗透性能和一定的吸波性能、来源绿色环保且成本低等性能、纳米碳化硅具有耐腐蚀、耐高温等性能，若与表面氧化改性胶粉混合反应形成均匀的复合材料，可用于用于军工、民用如防水卷材、道路沥青及特殊要求橡胶制品等领域。
具体实施方式
一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、采用全自动破碎分离生产线将废旧橡胶破碎分离得到所需橡胶颗粒，然后将其置于螺旋给料装置中微波加热升温搅拌一段时间并以一定速度通入超临界CO2溶胀来实现部分断硫得到溶胀橡胶颗粒；
(2)、将步骤(1)得到的溶胀橡胶颗粒经过冷却装置冷却至一定温度后输送至螺杆挤出粉碎设备粉碎并筛分得到所需胶粉，然后将其输送至反应釜中并按照一定比例加入浓度为30～40％双氧水，经电磁加热维持在一定温度范围内恒温搅拌一段时间后得到表面氧化改性胶粉；
(3)、将步骤(2)得到的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅按照一定比例置于给料装置中搅拌均匀并预热至一定温度后共同加入到磨盘型磨粉机中，在磨盘型磨粉机中经磨盘的旋转对混合物进行螺旋式挤压、环向剪切、拉伸作用，冷却后得到所需废旧橡胶改性复合材料。
步骤(1)中，破碎得到的橡胶颗粒大小为4mm，螺旋给料装置中微波频率为1800MHz，升温至65℃，搅拌时间为48min，搅拌速度为380r/min，超临界CO2的通入速度控制在8g/min。
步骤(2)中冷却装置中橡胶颗粒冷却至3℃，所述胶粉粒径为50目；输送至反应釜中的胶粉与双氧水的质量比为12：2，电磁加热温度为45℃，搅拌时间为1.5h。
步骤(3)中的加入给料装置中的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅的质量比为28：5：7，搅拌时间为38min，预热温度为80℃；磨盘型磨粉机中磨盘的转速控制在110r/min，磨盘间的温度控制在115℃，混合时间50min。
废旧橡胶改性复合材料实施例1-4原料配方列于表1。
实施例1-4之废旧橡胶改性复合材料的表面情况、力学性能、耐高低温及耐腐蚀性能等进行测试，结果见表2所示。
表1 实施例1-4废旧橡胶改性复合材料原料配方单位：质量比
表2 实施例1-4废旧橡胶改性复合材料的表面、力学、耐高低温及耐腐蚀等性能
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
表面情况 凹凸不平 凹凸不平 均匀 均匀
拉伸强度MPa 16 18 26 33
拉断伸长率％ 214 226 365 386
撕裂强度MPa 26 29 53 62
低温柔性 -8℃不断裂 -10℃不断裂 -36℃不断裂 -42℃不断裂
耐高温性 55℃流淌 57℃流淌 98℃不流淌 99℃不流淌
离析 6.2 5.8 0.2 0.1

Claims (7)

1.一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、采用全自动破碎分离生产线将废旧橡胶破碎分离得到所需橡胶颗粒，然后将所需橡胶颗粒置于螺旋给料装置中微波加热升温搅拌一段时间并以一定速度通入超临界CO2溶胀来实现部分断硫得到溶胀橡胶颗粒；
（2）、将步骤（1）得到的溶胀橡胶颗粒经过冷却装置冷却至一定温度后输送至螺杆挤出粉碎设备粉碎并筛分得到所需胶粉，然后将所需胶粉输送至反应釜中并按照一定比例加入浓度为30~40%双氧水，经电磁加热维持在一定温度范围内恒温搅拌一段时间后得到表面氧化改性胶粉；
（3）、将步骤（2）得到的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅按照一定比例置于给料装置中搅拌均匀并预热至一定温度后共同加入到磨盘型磨粉机中，在磨盘型磨粉机中经磨盘的旋转对混合物进行螺旋式挤压、环向剪切、拉伸作用，冷却后得到所需废旧橡胶改性复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，破碎得到的橡胶颗粒大小为3~5mm，螺旋给料装置中微波频率为1500~2000MHz，升温至60~70℃，搅拌时间为45~60min，搅拌速度为350~400r/min，超临界CO2的通入速度控制在5~10g/min。
3.根据权利要求1所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中冷却装置中橡胶颗粒冷却至1~5℃，所述胶粉粒径为40-60目；输送至反应釜中的胶粉与双氧水的质量比为10~15：1~3，电磁加热温度为30-60℃，搅拌时间为1~2h。
4.根据权利要求1所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中的加入给料装置中的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅的质量比为25~35：4~8：5~9，搅拌时间为30-45min，预热温度为70~90℃；磨盘型磨粉机中磨盘的转速控制在100-120r/min，磨盘间的温度控制在105-125℃，混合时间45-60min。
5.根据权利要求2所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，破碎得到的橡胶颗粒大小为4mm，螺旋给料装置中微波频率为1800MHz，升温至65℃，搅拌时间为48min，搅拌速度为380r/min，超临界CO2的通入速度控制在8g/min。
6.根据权利要求3所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中冷却装置中橡胶颗粒冷却至3℃，所述胶粉粒径为50目；输送至反应釜中的胶粉与双氧水的质量比为12：2，电磁加热温度为45℃，搅拌时间为1.5h。
7.根据权利要求4所述的一种废旧橡胶改性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中的加入给料装置中的表面氧化改性胶粉、玄武岩纤维与纳米碳化硅的质量比为28：5：7，搅拌时间为38min，预热温度为80℃；磨盘型磨粉机中磨盘的转速控制在110r/min，磨盘间的温度控制在115℃，混合时间50min。
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