CN107759714A - 一种环保型软化剂接枝再生橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型软化剂接枝再生橡胶及其制备方法。使用含酚羟基和不饱和烷基链的植物系油品作为再生橡胶软化剂，通过在废胶粉再生的过程中加入有机过氧化物类引发剂，引发再生橡胶中的双键或三键断裂产生自由基，该自由基与胶粉再生过程中受热氧作用形成的自由基结合，将再生橡胶内游离的软化剂接枝到再生橡胶主链上。使用本发明制备的再生橡胶具有绿色环保，不泛蓝，力学性能好，门尼稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保型软化剂接枝再生橡胶及其制备方法，属于废弃资源回收再利用领域。
背景技术
随着汽车和运输行业的发展，轮胎、胶管、胶带等废橡胶制品的回收与处理已然成为一项重大的环保问题。由于硫化橡胶内含有三维交联结构，使得其不能通过生物降解，水解或者像植物和动物那样腐烂分解，因此更节能、更环保、更适合工业化的废橡胶再生方法的研究也成为了聚合物研究领域的一大热点问题。总结目前报道的废橡胶处理技术包括机械法、热化学法、微波法、超声法以及微生物降解法。但是目前已实现工业化生产，且成本最低，综合效果最好的处理方法是热化学废橡胶再生法。该方法是将粉碎后的胶粉同活化剂、软化剂在高混机中搅匀，再通过高温加热降解，最后通过开炼机或挤出机成型。其中活化剂的作用是促进高温下废橡胶分子键的打开并终止分子键断裂时产生的自由基，防止自由基的重聚。常用的活化剂为二硫代物类化合物。软化剂的作用是辅助活化剂的分散，溶胀分子链，使得活化剂有效浸入胶粉内部，更均匀更快速更有效的实现废橡胶再生。传统的软化剂为芳烃油、煤焦油等。然而2007年欧盟出台的REACH环保法规对多项致癌性，高持久性或毒性物质的含量进行了严格规定。其中就包括芳烃油等含有的多环芳烃。为了符合欧盟REACH环保法规的要求，德国汉胜罗圣泰集团公司对芳烃油进行精细处理，去除芳烃油中含有的大部分多环芳烃，然而复杂的工艺却大大提高了原料成本，且处理后的废气物更是严重的污染源。另一种方法是使用植物油替代传统的煤焦油、芳烃油。目前大多使用大豆油，妥尔油，亚麻油，棕榈油等作为再生软化剂制备的环保再生橡胶，但仍有不足之处。一方面原因是植物油的价格远远高于传统软化剂的价格成本难以接受，另一方面再生橡胶残存大量的游离植物油成分，会严重损害再生橡胶的物理机械性能，且这些小分子易迁出，制备的再生橡胶容易泛蓝，因此使用该类再生橡胶生产的橡胶制品性能也会受到影响。废胶粉的原始配方中已经加入了适量的软化剂，理想的再生方法是实现无油再生，但由于废胶粉再生的过程中软化剂会渗透溶胀到胶粉分子链内部，起到了促进活化剂分散和热量传递的作用，因此使用现有的塑化机进行无油再生，制备不出合格的再生橡胶。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有环保再生胶机械强度低，软化剂易迁出，制品泛蓝，门尼反弹等缺点。提出一种先将废胶粉通过塑化机再生，再通过原位接枝将游离的软化剂接枝到再生橡胶主链上的方法，从而消除过量软化剂对再生橡胶造成的不利影响。
本发明具体技术措施如下，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
一种环保型软化剂接枝再生橡胶及其制备方法，其特征在于：使用含酚羟基和不饱和烷基链的植物系油品作为再生橡胶软化剂，在废胶粉再生过程中加入有机过氧化物类引发剂，引发再生橡胶软化剂中的不饱和双键或三键断裂生成自由基，该自由基与胶粉再生过程中受热氧作用形成的自由基结合，将软化剂接枝至再生橡胶主链上。
进一步优选的是本发明所述的环保型软化剂接枝再生橡胶，其特征在于：所述有机过氧化物类引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢中的一种或几种。
进一步优选的是本发明所述的环保型软化剂接枝再生橡胶，其特征在于：所述含酚羟基和不饱和烷基链的植物系油品为腰果酚、腰果壳液中的一种或几种。
为了得到本发明的软化剂接枝再生橡胶，本发明还提供了一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将20～60目的废胶粉500质量份、不饱和植物系软化剂30～70质量份、活化剂1.5～5.0份、填料20～40质量份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度80～110℃，时间6～10min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度190～270℃，转速40～60转/min，混炼时间10～30min；混炼过程中加入有机过氧化物类引发剂0.5～2.0质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50～70℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5～2mm，时间1～2min，最后5～10mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
进一步优选的是所述的再生橡胶的制备方法，其特征在于：所述有机过氧化物类引发剂在混炼15～25min中时加入。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1)使用通用设备即可进行环保型软化剂接枝再生橡胶的制备，加工方便；
2)使用植物系油品作为再生橡胶软化剂，绿色环保，符合欧盟REACH法规；
3)在进行废橡胶再生的同时，有效利用再生过程中的热量，通过有机过氧类引发剂将软化剂接枝到再生橡胶上；
4)制备的再生橡胶游离软化剂含量少，再生橡胶的物理机械性能得到提高；
5)使用含有酚羟基类软化剂制备的再生橡胶，可以释放出活性氢有效抑制再生橡胶内自由基重组，制备的再生橡胶门尼更稳定。
6)制备的再生橡胶软化剂等小分子物质不易迁出，解决了市场上再生橡胶泛蓝的问题。
7)有机过氧化物类引发剂用量少，接枝效率高，节约生产成本。
附图说明
图1环保软化剂分子式。
图2环保型软化剂接枝再生橡胶制备反应机理。
图3为实施例1和对比实施例制备所得再生橡胶的红外谱图分析。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将30目的废胶粉500质量份、腰果酚70质量份、活化剂2.5质量份、碳酸钙20份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度80℃，时间6min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度200℃，转速40转/min，混炼时间20min；混炼6分钟时，加入过氧化二异丙苯引发剂0.5质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5mm，时间1min，最后5mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
实施例2
一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将30目的废胶粉500质量份、腰果酚70质量份、活化剂2.5质量份、碳酸钙20份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度80℃，时间6min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度200℃，转速40转/min，混炼时间20min；混炼6分钟时，加入过氧化二异丙苯引发剂1质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5mm，时间1min，最后5mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
实施例3
一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将30目的废胶粉500质量份、腰果酚70质量份、活化剂2.5质量份、碳酸钙20份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度80℃，时间6min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度200℃，转速40转/min，混炼时间20min；混炼6分钟时，加入过氧化二异丙苯引发剂1.5质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5mm，时间1min，最后5mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
实施例4
一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将30目的废胶粉500质量份、腰果酚70质量份、活化剂2.5质量份、碳酸钙20份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度80℃，时间6min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度200℃，转速40转/min，混炼时间20min；混炼6分钟时，加入过氧化二异丙苯引发剂2质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5mm，时间1min，最后5mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
实施例5
一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将30目的废胶粉500质量份、腰果壳液70质量份、活化剂2.5质量份、碳酸钙20份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度90℃，时间8min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度210℃，转速40转/min，混炼时间20min；混炼10分钟时，加入异丙苯过氧化氢引发剂1.5质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5mm，时间1min，最后5mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
实施例6
一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将30目的废胶粉500质量份、腰果壳液60质量份、活化剂2质量份、碳酸钙30份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度70℃，时间8min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度190℃，转速50转/min，混炼时间30min；混炼20分钟时，加入过氧化苯甲酰引发剂1.5质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5mm，时间1min，最后5mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
实施例7
无引发剂对比实施例
一种软化剂接枝再生橡胶的制备方法，具体步骤为：
1)以重量份数计，将30目的废胶粉500质量份、腰果酚70质量份、活化剂2.5质量份、碳酸钙20份加入到高速搅拌机里混合均匀；温度80℃，时间6min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度200℃，转速40转/min，混炼时间20min；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5mm，时间1min，最后5mm辊距下片，制得再生橡胶。
实施例1-7之一种环保型软化剂接枝再生橡胶的加工性能和硫化性能，测试结果见表1。
表1
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| ML1+4100℃ | 68 | 71 | 83 | 98 | 76 | 87 | 74 |
| t10/s | 121 | 121 | 122 | 123 | 127 | 131 | 131 |
| t90/s | 470 | 469 | 466 | 468 | 470 | 483 | 474 |
| MH/dN·m | 2.92 | 3.07 | 2.99 | 3.21 | 3.04 | 3.17 | 2.94 |
| ML/dN·m | 0.54 | 0.60 | 0.56 | 0.56 | 0.53 | 0.58 | 0.52 |
| MH-ML/dN·m | 2.38 | 2.47 | 2.43 | 2.65 | 2.51 | 2.59 | 2.42 |
实施例1-7之一种环保型软化剂接枝再生橡胶的拉伸强度、拉断伸长率、溶胶含量、接枝率，测试结果见表2
表2
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 拉伸强度，MPa | 8.50 | 9.34 | 9.41 | 9.59 | 8.87 | 9.21 | 8.31 |
| 拉断伸长率，％ | 325 | 376 | 396 | 384 | 403 | 431 | 330 |
| 溶胶含量，％ | 15.96 | 15.75 | 14.49 | 13.86 | 11.93 | 12.57 | 14.40 |
| 接枝率，％ | 2.92 | 3.07 | 2.99 | 3.21 | 3.04 | 3.17 | 0 |
Claims (5)
1.一种环保型软化剂接枝再生橡胶，其特征在于：使用含酚羟基和不饱和烷基链的植物系油品作为再生橡胶软化剂，在废胶粉再生过程中加入有机过氧化物类引发剂，引发再生橡胶软化剂中的不饱和双键或三键断裂生成自由基，该自由基与胶粉再生过程中受热氧作用形成的自由基结合，将软化剂接枝至再生橡胶主链上。
2.根据权利要求1所述的环保型软化剂接枝再生橡胶，其特征在于：所述有机过氧化物类引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的环保型软化剂接枝再生橡胶，其特征在于：所述含酚羟基和不饱和烷基链的植物系油品为腰果酚、腰果壳液中的一种或几种。
4.一种制备如权利要求1或2所述环保型软化剂接枝再生橡胶的方法，其特征在于，具体步骤为：
1)以重量份数计，将20～60目的废胶粉500质量份、不饱和植物系软化剂30～70质量份、活化剂1.5～5.0份、填料20～40质量份加入到高速搅拌机里混合均匀。温度80～110℃，时间6～10min；
2)将混合均匀的物料加入到密炼机中，温度190～270℃，转速40～60转/min，混炼时间10～30min；混炼过程中加入有机过氧化物类引发剂0.5～2.0质量份；
3)再生胶粉经冷却后排料，排料温度50～70℃；使用开炼机对再生胶粉薄通，辊距0.5～2mm，时间1～2min，最后5～10mm辊距下片，制得环保型软化剂接枝再生橡胶。
5.根据权利要求4所述的再生橡胶的制备方法，其特征在于：所述有机过氧化物类引发剂在混炼15～25min中时加入。
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