CN115746419B - 包含回收纺织纤维的环保橡胶材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种包含回收纺织纤维的环保橡胶材料，其制备原料主要由纺织纤维、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶和补强剂复合而成。在一种优选的配方中，制备原料主要由5‑15份纺织纤维、35‑55份顺丁橡胶、10‑20份异戊橡胶、4‑20份丁苯橡胶和15‑25份补强剂组成。本发明还公开生产这种材料的方法。本发明将废旧的纺织纤维回收应用于橡胶材料，生产出来的橡胶产品耐磨性优异，其他主要指标没有劣化，为纺织纤维回收以及减少微纤维排放提供了有力的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于材料制造领域，具体涉及橡胶材料的制造。
背景技术
合成纤维在人们日常生活中的消耗非常大。一方面，生产合成纤维的原料绝大多数最终来自于石油——一种不可再生资源。另一发明，合成纤维进入纺织品，则是一种消耗品，在使用期之后即成为生活垃圾或者废弃品，处理不当，会成为沉重的环境负担。如果采用掩埋或者丢弃，因为纺织纤维很难在自然环境中完全降解，尤其是化学纤维，这些部分降解的纤维对土壤、地表水和海洋污染严重，最终会成为人类健康杀手。采用焚烧的方法虽然能回收一部分热能，但是仍会产生有害气体，带来空气污染或者增加环境治理的负担。更何况，这种通过焚烧的处理方法仍是很大的资源浪费。
现有技术需要开发出纺织纤维回收再利用的技术。
发明内容
本发明解决的技术问题之一是，在橡胶生产中尽量消化废旧纺织纤维，避免将其排入环境导致生态负担。
本发明解决的另一技术问题是，提出一种生产方法，以实现上述方面目的。
本发明的第一方面，提出一种包含回收纺织纤维的环保橡胶材料，其制备原料主要由纺织纤维、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶和补强剂复合而成。在一种优选的配方中，制备原料主要由5-15份纺织纤维、35-55份顺丁橡胶、10-20份异戊橡胶、4-20份丁苯橡胶和15-25份补强剂组成。
本发明的第二方面，提出一种制备该环保橡胶材料的方法，包括以下步骤：
1)将纺织纤维与异戊橡胶一起塑炼，静置；
2)将步骤1)后的胶料与顺丁橡胶、丁苯橡胶一起塑炼；
3)将步骤2)后的胶料与助剂和补强剂一起密炼；
4)将步骤3)的胶料进行开炼，出片后静置；
5)向步骤4)静置后的胶片加入硫化剂，用开炼机开炼均匀，晾干；
6)用硫化机硫化步骤5)后的胶片。
通过本发明的配方和方法，所获得的橡胶材料的主要参数可以达到如下指标：
1.硬度：63±2A(GB/T 3903.4-2008)；
2.密度：≤1.18g/cm3(GB/T 533-2008)；
3.DIN耐磨：≤90mm3(GB/T 9867-2008)；
4.抗拉：≥12Mpa(GB/T 3903.22-2008)；
5.延伸率：≥450％(GB/T 3903.22-2008)；
6.撕裂强度：≥13N/mm(GB/T 3903.22-2008)；
7.臭氧:≥4级
经申请人技术人员的长期艰辛研究，成功发明了将废旧的纺织纤维回收应用于橡胶材料的技术，生产出来的橡胶产品耐磨性能达到同行领先水平：DIN耐磨≤90mm3，还为纺织纤维回收以及减少微纤维排放提供了一个有力的解决方案，减少了对于橡胶原材料的使用，为全球环境保护贡献中国智慧。
具体实施方式
本文中，术语“纺织纤维”是指用来制造纺织品的纤维，包括天然纤维和合成纤维。典型的天然纤维包括棉、麻、羊毛、丝绸等，合成纤维的例子有锦纶、涤纶、腈纶、氨纶、维纶、丙纶、氯纶等。本发明优选使用合成纤维或者合成纤维与天然纤维混杂在一起不易分离的混合纺织纤维。至于天然纤维，虽然也适用于本发明，但是由于其来源于可再生资源，机械强度也较低，且易于降解，无环境危害性，可以不单独用于本发明。
在本发明的典型实施方式中，纺织纤维的一个来源是制鞋过程产生的鞋面边角料、不合格产品回收再生产得到的鞋面料，另一个来源是旧鞋回收得到的拆解料。通常经过破碎处理，被加工成长不超过5cm、宽不超过2cm的碎片，也可以是0.1-5mm的颗粒。纺织纤维被污染时最好经过清洗。
本发明的一个优选实施方式是，橡胶材料的主材是顺丁橡胶、异戊橡胶和丁苯橡胶三种材料的复合。将纺织纤维与这三种材料的进行复合，可以获得较高的耐磨性和抗拉强度。
在本发明的另一个实施方式中，用天然橡胶全部或者部分替代异戊橡胶，可以获得基本相同的效果。
在本发明的典型实施方式中，橡胶材料按重量份主要由5-15份纺织纤维、35-55份顺丁橡胶、10-20份异戊橡胶、4-20份丁苯橡胶和15-25份补强剂组成。更优选的方案中，橡胶材料按重量份主要由8-12份纺织纤维、40-50份顺丁橡胶、10-20份异戊橡胶和6-13份丁苯橡胶和15-25份补强剂组成。
适用于本发明的补强剂可以是炭黑、白烟、氧化锌、活性碳酸钙、硅酸盐中的一种或多种。在本发明的橡胶用于制造鞋底时，优选使用白烟作为补强剂，引入量更优选18-23重量份。
可以向本发明的配方中添加适量的助剂，这些助剂包括活化剂、硫化剂、均匀剂、增塑剂、润滑剂、防老化剂、稳定剂。典型的活化剂的例子有氧化钙、氧化镁、氧化锌等，最常用的是氧化锌与硬脂酸的组合。橡胶硫化剂包括元素硫、硒、碲，含硫化合物，过氧化物，醌类化合物，胺类化合物，树脂类化合物，金属氧化物以及异氰酸酯等。用得最普遍的是元素硫和含硫化合物。适用的润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸锌、棕榈酸锌皂、高级脂肪醇、脂肪酸酯、脂肪酰胺、石蜡油、聚乙烯蜡等。以上助剂属于现有技术，本发明中以常规量添加即可。在本发明用于制备鞋底的橡胶材料中，优选向配方中引入活化剂、防老剂、光稳定剂、耐磨剂和硫化剂，它们在橡胶材料中的总含量以质量计不超过10％。
通过下述的方法，可以制备出本发明的橡胶材料，该方法包含以下步骤：
1)将纺织纤维与异戊橡胶一起塑炼，静置；
2)将步骤1)后的胶料与顺丁橡胶、丁苯橡胶一起塑炼；
3)将步骤2)后的胶料与助剂和补强剂一起密炼；
4)将步骤3)后的胶料进行开炼，出片后静置；
5)向步骤4)静置后的胶片加入硫化剂，用开炼机开炼均匀，晾干；
6)用硫化机硫化步骤5)后的胶片。
本发明中，将纺织纤维先与异戊橡胶或者天然橡胶塑炼，然后再与另外两种橡胶塑炼。将纺织纤维先与顺丁和/或丁苯橡胶塑炼，然后与异戊橡胶塑炼，或者将纺织纤维与三种橡胶同时混合、塑炼的方案不被推荐，采用这种方式，更有利于纺织纤维快速融入橡胶之中，这将大大降低与另外两种橡胶塑炼的难度、减少塑炼时长，且最终得到的产品稳定性更好，物理性能更优秀。
步骤1)中，塑炼可以是在开炼机中进行，也可以在密炼机中进行。如果是开炼，机温控制在90-100℃，开炼时间优选控制在700秒，更优选在250-300秒之间；如果是密炼，机温控制在90-140℃，时间优选控制在500秒以内。
在优选的实施方式中，塑炼后将胶料静置10-48小时，优选15-30小时，以消除机械应力。
步骤2)可以是开炼，也可以是密炼。为了尽可能减少物料转运，优选采用密炼，好为下一步直接加入补强剂和其他助剂。在本步骤中，优选控制物料温度在90-100℃。
步骤3)中，加入补强剂和其他助剂后，优选进行多次密炼，每次密炼优选不超过100秒，更优选将补强剂分多次加入，使得补强剂的分布更均匀。
在一种最佳实施方式中，步骤3)分三阶段加入补强剂，每次加入三分之一补强剂，然后塑炼一定时间。三次塑炼的温度分别控制为100-110℃、温度110-115℃和120-125℃。在此之后，继续密炼胶料，中间可以若干次停顿，优选控制机温在130-135℃。
步骤4)中，密炼好的胶料进行开炼，时间可以在150-240秒，然后出片，晾干晾冷，静置存放24小时后备用；
步骤5)中，存放的胶料开炼机加入硫化剂开炼均匀，卷起出片；晾干4小时后裁料备用；
步骤6)中，将步骤5)得到的胶片用硫化机硫化，优选将硫化机温度维持在150-170℃，压力维持在150-160kg/cm2,最终形成产品。
本发明将回收的纺织纤维用于替代部分橡胶原料，所获得的复合橡胶材料，不仅在硬度、密度、DIN耐磨性、抗拉强度、延伸率、撕裂强度和抗臭氧性能等指标方面没有劣化，在耐磨、抗拉强度、撕裂强度方面甚至有些提高。不仅减轻了环境负担，而且降低了原料消耗，还提高了产品性能。本发明获得的橡胶材料尤其适合生产橡胶鞋底。
本发明通过上述工艺，将回收纺织纤维很好地引入到橡胶材料中，替代部分橡胶原料，所得橡胶产品的性能未被劣化。不难理解，本领域人员在获得本文的教导后，完全有可能存在其他工艺来实现本发明的目的。因此，本发明的一个重要特征是通过选定的材料配方实现纺织纤维的再利用，并提高了产品的部分性能。
同样容易理解，本发明的另一贡献，是提出一种工业方法以获得特定配方的橡胶材料。
下面以若干实施例举例说明本发明的方案及技术效果，这些具体实施例不应理解为对本发明总体方案的限制。这些实施例中使用的材料具体如下：
本发明实施例1至3、对比例1至2使用表1中的配方。
表1.实施例1至5的原料组成(以质量份计)
实施例1
S1、将回收的纺织纤维进行预处理：清洗机清洗-过烘干机-破碎机进行破碎处理；
S2、将处理好的纺织纤维10.00份与异戊橡胶16.67份塑炼270秒，机温90℃，塑炼完毕排料，静置24小时；
S3、将S2静置后的材料与顺丁橡胶41.67份、丁苯橡胶11.67份投入密炼机塑炼90秒，机温90℃；
S4、提起重锤倒入氧化锌2.00份、硬脂酸0.50份、防老剂BHT 0.67份、光稳定剂0.67份、台翔防老剂1.67份、耐磨剂2.50份及三分之一的白烟塑炼60秒，温度110℃；
S5、提重锤清扫，再倒入三分之一的20.00份白烟炼60秒，温度115℃；
S6、提重锤清扫，倒入剩余的20.00份白烟炼60秒，温度125℃；
S7、提重锤清扫，放下重锤塑炼，反复三次，时间120秒，温度135℃,塑炼完毕排料；
S8、密炼塑炼好的胶料倒入轮机继续塑炼180秒，卷起出片，挂架晾干，晾冷，然后称好用PE袋包装，静置存放24小时后备用；
S9、存放的胶料开炼机加硫化剂不溶性硫磺1.20份开炼均匀，卷起出片；晾干4小时后裁料备用；
S10、胶料硫化机台温度160℃，压力155KG/CM2，排气三次，硫化时间240秒，得到最终产品，测试结果见表2。
实施例2
S1、将回收的纺织纤维进行预处理：清洗机清洗-过烘干机-破碎机进行破碎处理；
S2、将处理好的纺织纤维10.00份与异戊橡胶13.33份塑炼260秒，机温90℃，塑炼完毕排料，静置24小时；
S3、将S2静置后的材料与顺丁橡胶48.00份、丁苯橡胶7.00份投入密炼机塑炼100秒，机温100℃；
S4、提起重锤倒入氧化锌2.50份、硬脂酸0.67份、防老剂BHT 0.50份、光稳定剂0.83份、台翔防老剂1.92份、耐磨剂2.50份及三分之一的白烟塑炼70秒，温度110℃；
S5、提重锤清扫，再倒入三分之一的白烟炼60秒，温度110℃；
S6、提重锤清扫，倒入剩余的白烟炼60秒，温度120℃；
S7、提重锤清扫，放下重锤塑炼，反复三次，时间130秒，温度135℃，塑炼完毕排料；
S8、密炼塑炼好的胶料倒入轮机继续塑炼200秒，卷起出片，挂架晾干，晾冷，然后称好用PE袋包装，静置存放24小时后备用；
S9、存放的胶料开炼机加硫化剂不溶性硫磺1.20份开炼均匀，卷起出片；晾干4小时后裁料备用；
S10、胶料硫化机台温度150℃，压力170kg/cm2，排气三次，硫化时间240秒。
所得成品经测试，其性能参数见表2。
实施例3
S1、将回收的纺织纤维进行预处理：清洗机清洗-过烘干机-破碎机进行破碎处理；
S2、将处理好的纺织纤维10.00份与异戊橡胶13.33份塑炼280秒，机温100℃，塑炼完毕排料，静置24小时；
S3、将S2静置后的材料与顺丁橡胶43.00份、丁苯橡胶12.00份投入密炼机塑炼100秒，机温90℃；
S4、提起重锤倒入氧化锌3.00份、硬脂酸0.50份、防老剂BHT 0.67份、光稳定剂0.83份、台翔防老剂2.17份、耐磨剂2.50份及三分之一的白烟塑炼70秒，温度100℃；
S5、提重锤清扫，再倒入三分之一的白烟炼70秒，温度115℃；
S6、提重锤清扫，倒入剩余的白烟炼70秒，温度125℃；
S7、提重锤清扫，放下重锤塑炼，反复三次，时间125秒，温度140℃、塑炼完毕排料；
S8、密炼塑炼好的胶料倒入轮机继续塑炼180秒，卷起出片，挂架晾干，晾冷，然后称好用PE袋包装，静置存放24小时后备用；
S9、存放的胶料开炼机加硫化剂不溶性硫磺1.20份开炼均匀，卷起出片；晾干4小时后裁料备用；
S10、胶料硫化机台温度160℃，压力155kg/cm2，排气三次，硫化时间240秒。
所得成品经测试，其性能参数如表2所示：
对比例1
S1、将异戊橡胶16.67份与顺丁橡胶41.67份、丁苯橡胶11.67份投入密炼机塑炼90秒，机温90℃；
S2、提起重锤倒入氧化锌2.00份、硬脂酸0.50份、防老剂BHT 0.67份、光稳定剂0.67份、台翔防老剂1.67份、耐磨剂2.50份及三分之一的白烟塑炼60秒，温度110℃；
S3、提重锤清扫，再倒入三分之一的20.00份白烟炼60秒，温度115℃；
S4、提重锤清扫，倒入剩余的20.00份白烟炼60秒，温度125℃；
S5、提重锤清扫，放下重锤塑炼，反复三次，时间120秒，温度135℃,塑炼完毕排料；
S6、密炼塑炼好的胶料倒入轮机继续塑炼180秒，卷起出片，挂架晾干，晾冷，然后称好用PE袋包装，静置存放24小时后备用；
S7、存放的胶料开炼机加硫化剂不溶性硫磺1.20份开炼均匀，卷起出片；晾干4小时后裁料备用；
S8、胶料硫化机台温度160℃，压力155KG/CM2，排气三次，硫化时间240秒，得到最终产品，测试结果见表2。对比例2
S1、将回收的纺织纤维进行预处理：清洗机清洗-过烘干机-破碎机进行破碎处理；
S2、将纺织纤维10.00份与异戊橡胶16.67份、顺丁橡胶41.67份、丁苯橡胶11.67份投入密炼机塑炼500秒，机温90℃；
S3、提起重锤倒入氧化锌2.00份、硬脂酸0.50份、防老剂BHT 0.67份、光稳定剂0.67份、台翔防老剂1.67份、耐磨剂2.50份及三分之一的白烟塑炼60秒，温度110℃；
S4、提重锤清扫，再倒入三分之一的20.00份白烟炼60秒，温度115℃；
S5、提重锤清扫，倒入剩余的20.00份白烟炼60秒，温度125℃；
S6、提重锤清扫，放下重锤塑炼，反复三次，时间120秒，温度135℃,塑炼完毕排料；
S7、密炼塑炼好的胶料倒入轮机继续塑炼180秒，卷起出片，挂架晾干，晾冷，然后称好用PE袋包装，静置存放24小时后备用；
S8、存放的胶料开炼机加硫化剂不溶性硫磺1.20份开炼均匀，卷起出片；晾干4小时后裁料备用；
S9、胶料硫化机台温度160℃，压力155KG/CM2，排气三次，硫化时间240秒，得到最终产品，测试结果见表2。；
表2.实施例1至3、对比例1至2测试结果：
| 检测项目 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 对比1 | 对比2 |
| 硬度A | 64 | 61 | 63 | 60 | 65 |
| 密度g/cm3 | 1.18 | 1.17 | 1.17 | 1.16 | 1.20 |
| DIN耐磨mm3 | 89 | 86 | 88 | 90 | 100 |
| 抗拉强度Mpa | 12 | 12 | 12 | 10 | 10 |
| 延伸率％ | 451 | 465 | 470 | 400 | 420 |
| 撕裂强度N/mm | 13 | 13.2 | 13.5 | 8 | 11 |
| 臭氧级：4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
注：臭氧测试的条件：温度，40℃；湿度，65％RH；臭氧浓度，50pphm；时间，6h。
对比例1和对比例2是基于实施例1进行的对照实验：对比例1按实例1的配方取消了纺织纤维10份的投入，生产流程和参数保持不变，可见的是表2测试结果中对比例1比起实例1抗拉强度、延伸率、撕裂强度有所下降，不难推出纺织纤维融入橡胶中能起到较好的物性补强作用；对比例2与实例1的配方相同，但在生产流程中取消了纺织纤维与异戊橡胶提前塑炼270秒的流程，而改为纺织纤维与异戊橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶一起塑炼，鉴于材料需要完全塑炼在一起，塑炼时间由原来的90秒延长至500秒，可见的是表2测试结果中对比例2比起实例1耐磨性能、抗拉强度、延伸率、撕裂强度均有较大下降，不难推出该结果是由于纺织纤维未与异戊橡胶提前塑炼而导致最终橡胶成品分子间结合度较差引起的。
Claims (7)
1.一种包含回收纺织纤维的环保橡胶材料，其制备原料包括8-12份回收的纺织纤维、40-50份顺丁橡胶、10-20份异戊橡胶、6-13份丁苯橡胶、18-23份补强剂、 2-4重量份的活化剂、2-3重量份的防老剂和1-2重量份的硫化剂，其中，所述补强剂为白烟，并且制备方法包括以下步骤：
1）将回收的纺织纤维进行预处理：清洗机清洗-过烘干机-破碎机进行破碎处理，然后与异戊橡胶一起塑炼，静置；
2）将步骤1）后的胶料与顺丁橡胶、丁苯橡胶一起塑炼；
3）将步骤2）后的胶料与助剂和补强剂一起密炼；
4）将步骤3）的胶料进行开炼，出片后静置；
5）向步骤4）静置后的胶片加入硫化剂，用开炼机开炼均匀，晾干；
6）用硫化机硫化步骤5）后的胶片。
2.根据权利要求1所述的环保橡胶材料，其中，异戊橡胶部分或者全部被天然橡胶代替。
3.根据权利要求1所述的环保橡胶材料，其中，步骤1）的塑炼是在开炼机中进行。
4.根据权利要求1所述的环保橡胶材料，其中，步骤2）的塑炼是在密炼机中进行，机温控制在90-100℃。
5.根据权利要求1所述的环保橡胶材料，其中，步骤3）中，加入补强剂和其他助剂，进行多次密炼，每次密炼不超过100秒。
6.根据权利要求5所述的环保橡胶材料，其中，步骤3）分三阶段加入补强剂，每次加入三分之一补强剂，然后塑炼，三次塑炼的温度分别控制为100-110℃、温度110-115℃和120-125℃，在此之后，继续密炼胶料。
7.根据权利要求1所述的环保橡胶材料，其中，步骤6）中，将硫化机温度维持在150-170℃，压力维持在150-160kg/cm2。
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