CN117343390A - 一种利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶及其方法，该方法包括：将焦烧胶加入到密炼机中进行塑炼后得到门尼粘度60～120的胶料，将胶料加入到第一台螺杆挤出机，在150～270℃下反应后对接进入第二台螺杆挤出机内，在5～40℃下冷却得到再生橡胶。本发明利用橡胶撕碎机将硬度高、粘度大的焦烧胶料破碎成小块后，通过连续装置加入到密炼机塑炼后，然后经锥双喂料机压实进入同向双螺杆挤出机内，胶料在挤出机内输送、剪切和混合能力作用下，破坏因早期硫化形成的交联网络，实现废橡胶的解聚，最后经冷却得到高品质再生橡胶。通过对焦烧胶生产工序进行合理的优化配置，得到了杂质少、稳定的高品质再生橡胶，整个生产过程安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及化学材料领域，尤其涉及一种利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶及其制备方法。
背景技术
橡胶是重要的战略物资，但我国由于气候和地理原因自给率低，2022年天然橡胶进口依存度超76％、合成橡胶自给率不到70％，已突破战略警备线。废橡胶循环再利用的健康发展需要更低碳、更环保、更安全的资源化再利用方式，这对于橡胶行业的绿色转型以及“双碳”目标的实现具有重要意义。废橡胶来源主要是报废的轮胎、胶管、胶鞋、工业杂品及橡胶制品生产过程中产生的边角料和废品，以往回收再利用的重点往往在于废橡胶制品，特别是废轮胎的循环再利用，对于焦烧胶的回收利用鲜有报道。
胶料焦烧现象是指胶料在加工和停放过程中，橡胶过早发生交链的早期硫化现象。橡胶在混炼、停放、压延、挤出、成型和硫化等过程中都有可能出现焦烧胶。胶料的焦烧性主要是由胶料配方所决定的，其中主要是受促进剂的影响。如果胶料所用硫化体系的交联诱导期短(焦烧时间短)，则胶料在加促过程中因加工温度较高，冷却效果差，出片厚或停留时间较长，而在加工过程局部或全部开始交联，使胶料局部或全部丧失加工过程所必要的塑性流动性能。
相比传统的达到使用寿命的废橡胶制品，焦烧胶中的橡胶烃和助剂仍相对完好，具有很好的回收再利用价值。部分规模较小的企业根据焦烧的程度选择性的进行处理：(1)已严重焦烧的胶料，性能上表现为硬度、粘度增大，弹性增加，一般可先用破胶机破碎后，再在开炼机上薄通成胶粉，可少量如5～10份添加在一些低档发泡制品中如胶鞋海绵底。(2)轻微焦烧的焦料表现为胶料表面有细硬颗粒，和普通混炼胶相比，硬度、粘度都变化不大，这种焦烧胶可在开炼机上薄通，同时加入少量软化剂及塑解剂。这做填料的方式加入到原有胶料中，引入的其他助剂不可避免引起原有胶料性能的波动，焦烧严重后时即使经过处理的添加量少。大型生产企业为了保证产品稳定性，往往会当作废料卖出处理。因此市场也需要一种将焦烧胶高附加值利用的技术方案。
发明内容
本发明提供了一种利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶及其制备方法，以解决或者至少缓解现有技术中存在的至少一个问题。
本发明提供了一种利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，该方法包括：
将焦烧胶加入到密炼机中进行塑炼后得到门尼粘度60～120的胶料，将所述胶料加入到第一台螺杆挤出机，在150～270℃下反应2～5min后，对接进入第二台螺杆挤出机内，在5～40℃下冷却1～2min得到门尼粘度35～60再生橡胶。
作为本发明一种优选的实施方式，所述焦烧胶为天然橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶中的一种为主体的混炼胶；所述焦烧胶的门尼粘度120～200。
作为本发明一种优选的实施方式，所述焦烧胶经过橡胶撕碎机处理。
作为本发明一种优选的实施方式，所述所述经过橡胶撕碎机处理的焦烧胶的大小为5～30g/个，温度小于120℃。
作为本发明一种优选的实施方式，在密炼机中进行塑炼的时间为300～600s，排料温度为80～130℃，其中，所述密炼机的转子转速为50～100r/min，填充系数为0.5～0.8。
作为本发明一种优选的实施方式，所述将焦烧胶的胶块加入到密炼机中，包括：将焦烧胶的胶块通过连续加料装置定量加入到密炼机中。
作为本发明一种优选的实施方式，将所述胶料加入到第一台螺杆挤出机，包括：将所述胶料通过到锥形双螺杆挤出机连续加入第一台螺杆挤出机内。
作为本发明一种优选的实施方式，所述第一台螺杆挤出机是同向双螺杆挤出机，其中，螺杆的长径比为(32～48):1，螺杆转速为20～80r/min。
作为本发明一种优选的实施方式，所述第二台螺杆挤出机是同向或异向双螺杆挤出机，其中，螺杆的长径比28：1～44：1。
本发明提供了一种利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶，所述高品质再生橡胶由本发明提供的所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法制备而得。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
在明确焦烧胶料的形成机理的基础上，结合再生橡胶行业的技术现状，选择可以通过撕碎机撕碎成一定大小的焦烧胶，满足要求的焦烧胶进入密炼机内，在不引起胶料进一步硫化的条件下使得胶料温度升高，同时使得胶料的粘度进一步下降，均匀受热的胶料连续进入双螺杆挤出机内，在热和剪切作用下有效减少了焦烧胶中硬质颗粒和“核-壳”结构，也避免了高温引起的焦烧料中各组分的降解，尽量保持大分子链的热氧老化断裂，同时控制第二台螺杆挤出机内冷却降温的余热进一步完成断链封端反应，也保证了整个过程的相对低温。
相比以往把焦烧胶添加助剂薄通后当填料使用，不引入其他助剂即可完成焦烧胶料的再生得到的再生橡胶掺用到原胶料中，不仅添加量可以大幅增加，性能下滑更小，产品质量的波动也相应减少。焦烧料中原有的助剂得到充分释放，产品附加值明显提高。同时，相比传统使用废橡胶作为原材料的生产的再生橡胶，焦烧胶的组成更加均匀，使得再生工艺条件和再生胶组成更加稳定，使用此再生胶时无需技术人员频繁调整配方。
通过大量实验和理论计算，发挥了螺杆挤出机几何排布方式灵活多变特点，使物料在流向、流速上形成多重变化，能够对物料构成高效的挤压、破碎、揉捏、压延、拉伸作用。将各个环节有机结合起来，选择能够破碎的焦烧胶作为原料，合理衔接塑炼降低粘度、解聚和冷却的工序，在整体较低的温度条件下，不引入其他原料的同时避免胶料本身氧化破坏，原有的助剂在下游应用时，更加容易分散。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的示例性实施例。本发明提供了示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
将门尼粘度152的载重轮胎胎面焦烧胶加入到橡胶撕碎机中，得到温度80℃每块约5～15g的小胶块，通过连续胶料装置定量加入到密炼机中塑炼600s后得到温度为80℃的门尼粘度120的胶料，再通过锥双挤出机连续加入第一台长径比为32:1的同向双螺杆挤出机内，在200℃下反应2min后，然后对接进入第二台长径比为28:1的异向双螺杆挤出机内，在40℃下冷却1min得到门尼粘度60的再生橡胶。
表1原胶料添加10phr的产物前后性能对比
| 样品编号 | 原配方 | 实施例 |
| 300％定伸/Mpa | 13.7 | 13.3 |
| 扯断强度/Mpa | 27.9 | 27.2 |
| 扯断伸长/％ | 526 | 514 |
| 硬度(邵A) | 67 | 68 |
实施例2
将门尼粘度200的乘用车胎面焦烧胶加入到橡胶撕碎机中，得到温度92℃每块约5～25g的胶块，通过连续胶料装置定量加入到密炼机中塑炼500s后得到温度为90℃的门尼粘度90的胶料，再通过锥双挤出机连续加入第一台长径比为36:1的同向双螺杆挤出机内，在230℃下反应3.5min后，然后对接进入第二台长径比为32:1的异向双螺杆挤出机内，在15℃下冷却1min得到门尼粘度55的再生橡胶。
表2原胶料添加10phr的产物前后性能对比
| 样品编号 | 原配方 | 实施例 |
| 拉伸强度/MPa | 18.9 | 18.6 |
| 断裂伸长率/％ | 421 | 418 |
| 300％定伸强度/MPa | 13.1 | 12.6 |
| 撕裂强度KN/m | 45 | 43 |
| Tanδ(0℃) | 0.592 | 0.587 |
| Tanδ(60℃) | 0.125 | 0.129 |
| 阿克隆磨耗cm3/1.61km | 0.120 | 0.127 |
实施例3
将门尼粘度132的三元乙丙汽车密封条焦烧胶加入到橡胶撕碎机中，得到温度120℃每块约10～30g的小胶块，通过连续胶料装置定量加入到密炼机中塑炼420s后得到温度为110℃的门尼粘度72的胶料，再通过锥双挤出机连续加入第一台长径比为40:1的同向双螺杆挤出机内，在250℃下反应2.5min后，然后对接进入第二台长径比为44:1的同向双螺杆挤出机内，在20℃下冷却1.5min得到门尼粘度47的再生橡胶。
表3原胶料添加10phr的产物前后性能对比
| 原配方 | 实施例 | |
| 拉伸强度/Mpa | 9.5 | 9.4 |
| 扯断伸长率/％ | 521 | 517 |
| 硬度(邵A) | 62 | 62 |
实施例4
将门尼粘度120的丁基胶囊焦烧胶加入到橡胶撕碎机中，得到温度110℃每块约5～30g的小胶块，通过连续胶料装置定量加入到密炼机中塑炼300s后得到温度为130℃的门尼粘度60的胶料，再通过锥双挤出机连续加入第一台长径比为48:1的同向双螺杆挤出机内，在270℃下反应2min后，然后对接进入第二台长径比为40:1的异向双螺杆挤出机内，在5℃下冷却2min得到门尼粘度35的再生橡胶。
表4原胶料添加10phr的产物前后性能对比
| 样品编号 | 原配方 | 实施例 |
| 拉伸强度/MPa | 15.9 | 15.4 |
| 断裂伸长率/％ | 512 | 501 |
实施例5
将门尼粘度180的丁腈橡胶手套焦烧胶加入到橡胶撕碎机中，得到温度100℃每块约15～30g的小胶块，通过连续胶料装置定量加入到密炼机中塑炼550s后得到温度为120℃的门尼粘度70的胶料，再通过锥双挤出机连续加入第一台长径比为42:1的同向双螺杆挤出机内，在150℃下反应5min后，然后对接进入第二台长径比为38:1的异向双螺杆挤出机内，在35℃下冷却2min得到门尼粘度40的再生橡胶。
表5原胶料添加8phr的产物前后性能对比
| 样品编号 | 原配方 | 实施例 |
| 拉伸强度/MPa | 16.9 | 16.3 |
| 断裂伸长率/％ | 490 | 479 |
| 300％定伸强度/MPa | 10.9 | 10.5 |
| 硬度(邵A) | 70 | 70 |
本发明利用橡胶撕碎机将硬度高、粘度大的焦烧胶料破碎成小块后，通过连续装置加入到密炼机塑炼后，然后经锥双喂料机压实进入同向双螺杆挤出机内，胶料在挤出机内输送、剪切和混合能力作用下，破坏因早期硫化形成的交联网络，实现废橡胶的解聚，最后经冷却得到高品质再生橡胶。通过对焦烧胶生产工序进行合理的优化配置，得到了杂质少、稳定的高品质再生橡胶，整个生产过程安全环保。
应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，该方法包括：
将焦烧胶加入到密炼机中进行塑炼后得到门尼粘度60～120的胶料，将所述胶料加入到第一台螺杆挤出机，在150～270℃下反应2～5min后，对接进入第二台螺杆挤出机内，在5～40℃下冷却1～2min得到门尼粘度35～60再生橡胶。
2.根据权利要求1所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，所述焦烧胶为天然橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶中的一种为主体的混炼胶；所述焦烧胶的门尼粘度120～200。
3.根据权利要求1所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，所述焦烧胶经过橡胶撕碎机处理。
4.根据权利要求3所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，所述经过橡胶撕碎机处理的焦烧胶的大小为5～30g/个，温度小于120℃。
5.根据权利要求1所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，在密炼机中进行塑炼的时间为300～600s，排料温度为80～130℃，所述密炼机的转子转速为50～100r/min，填充系数为0.5～0.8。
6.根据权利要求1所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，所述将焦烧胶的胶块加入到密炼机中，包括：将焦烧胶的胶块通过连续加料装置定量加入到密炼机中。
7.根据权利要求1所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，将所述胶料加入到第一台螺杆挤出机，包括：将所述胶料通过到锥形双螺杆挤出机连续加入第一台螺杆挤出机内。
8.根据权利要求1所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，所述第一台螺杆挤出机是同向双螺杆挤出机，其中，螺杆的长径比为32：1～48:1。
9.根据权利要求1～8任一所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法，其特征在于，所述第二台螺杆挤出机是同向或异向双螺杆挤出机，其中，螺杆的长径比28：1～44：1。
10.一种利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶，其特征在于，所述高品质再生橡胶由权利要求1～9任一所述利用焦烧胶制备高品质再生橡胶的方法制备而得。
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| CN202311335316.1A CN117343390A (zh) | 2023-10-16 | 2023-10-16 | 一种利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶及其制备方法 |
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| CN202311335316.1A CN117343390A (zh) | 2023-10-16 | 2023-10-16 | 一种利用焦烧胶制备的高品质再生橡胶及其制备方法 |
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2023
- 2023-10-16 CN CN202311335316.1A patent/CN117343390A/zh active Pending
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