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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen auf dem Gebiet
des Recycling von Kautschuk. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren zur Umwandlung eines aus Abfällen stammenden Kautschuks
in einen regenerierten Kautschuk.
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Das
Recycling von Elastomeren im Allgemeinen und insbesondere das Recycling
von Kautschuk ist unter sozialen und Umweltgesichtspunkten ein großes Problem.
Da der geringe Fortschritt bei der Herstellung von qualitativ hochwertigen
Kautschukprodukten, die von vulkanisiertem Kautschuk abgeleitet
sind, dazu führte,
dass die von der Industrie geforderte Qualität nicht erreicht wird, verlangt
die gegenwärtige
Lage die Entwicklung neuer Technologien, um die Fähigkeit
zu zeigen, einen sehr anspruchsvollen Markt zu expandieren, indem
man eine große
Zahl von hochwertigen und konkurrenzfähigen Produkten produziert,
die aus Kautschukabfällen
stammen. Dies kann erreicht werden, wenn das zurückgewonnene Elastomer bzw.
der zurückgewonnene
Kautschuk mit denselben herkömmlichen
Verarbeitungsverfahren verarbeitet wird wie das neu hergestellte
Elastomer bzw. der neu hergestellte Kautschuk.
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Es
gibt mehrere größere Märkte, die
heute für
das Recycling von Elastomeren aus Abfällen, von Kautschuk aus Abfällen, Kraftstoff
aus Reifen, gestanzte oder geprägte
Produkte aus Reifenkarkassen, Matten und viele einfache Anwendungen
unter Verwendung von Klebetechniken für die Kautschukteilchen in
Verwendung sind. Diejenigen Fragen, die sich mit regeneriertem Kautschuk
befassen, der aus irgendeiner chemischen Behandlung von vulkanisiertem
Kautschuk stammt, bieten eine vielversprechende Alternative zu dauerhaften
Lösungen.
Verschiedene patentierte Verfahren beanspruchen eine erfolgreiche
chemische partielle Devulkanisation von Kautschukabfällen unter
Verwendung einer chemischen Behandlung, die thermische oder mechanische
Energie oder eine andere Form von Energie, wie Ultraschall, beinhaltet.
Devulkanisation ist definiert als umgekehrte Reaktion der Schwefel-Kohlenstoff-Bindung.
Leider verbieten sich kommerzielle Anwendungen dieser Verfahren
im großen
Maßstab
entweder unter ökonomischen
Gesichtspunkten oder im Hinblick auf die schlechten Eigenschaften
der Produkte, die aus den vorgeschlagenen Verfahren erhalten werden.
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Es
ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Umwandlung eines
aus Abfällen
stammenden Elastomers in ein regeneriertes Elastomer anzugeben.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein regeneriertes
Elastomer mit ähnlichen
Eigenschaften wie ein entsprechendes neu hergestelltes Elastomer
bereitzustellen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Umwandlung eines
aus Abfällen stammenden
Elastomers in ein regeneriertes Elastomer bereitgestellt, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a)
Einführen
des aus Abfällen
stammenden Elastomers in ein Gefäß, das mit
Rühreinrichtungen
ausgestattet ist, wobei das aus Abfällen stammende Elastomer in
Pulverform vorliegt;
- b) Rühren
und Erhitzen des aus Abfällen
stammenden Elastomers, wobei das Erhitzen des aus Abfällen stammenden
Elastomers auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der
sich das Elastomer zu zersetzen beginnt, beschränkt ist;
- c) Einführen
eines Öls
in das Gefäß und Vermischen
des aus Abfällen
stammenden Elastomers mit dem Öl;
und
- d) Abkühlen
des so gebildeten regenerierten Elastomers, wodurch das regenerierte
Elastomer ähnliche
Eigenschaften wie ein entsprechendes neu hergestelltes Elastomer
hat.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Elastomer" bezieht sich auf
ein vernetztes Polymer mit einer Struktur, die ein Netzwerk bildet,
wobei die Ketten des Polymers miteinander verbunden sind. Dieser
Ausdruck wird als breiterer Ausdruck als Kautschuk verwendet, da
Kautschuke in vielen Fällen
auch andere Additive, wie Füllstoffe
und Vulkanisationsmittel, umfassen können.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein regeneriertes Elastomer bereitgestellt,
das durch das Verfahren erhalten wird, das im ersten Aspekt der
Erfindung oder in einer ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben ist.
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Die
Anmelderin hat ganz überraschend
herausgefunden, dass es durch Rühren
und Erhitzen eines aus Abfällen
stammenden Elastomers vor dem vermischen mit einem vorerhitzten Öl möglich ist,
das aus Abfällen
stammende Elastomer in ein regeneriertes Elastomer umzuwandeln und
seine Zersetzung zu vermeiden. Außerdem hat die Anmelderin herausgefunden,
dass bei Verwendung eines solchen Verfahrens das erhaltene regenerierte
Elastomer ein expandiertes und weiches Pulver ist, das nichtklebrig
ist und nicht mastiziert oder unmastiziert ist. Das regenerierte
Elastomer verschmutzt die Hand nicht beim Berühren und gibt ein charakteristisches
samtartiges Gefühl.
Weiterhin hat das regenerierte Elastomer ähnliche Eigenschaften wie ein
entsprechendes neu hergestelltes Elastomer. Bei Experimenten wurden
nachgewiesen, dass das regenerierte Elastomer mit dem entsprechenden
neu hergestellten Elastomer verträglich ist und einen ähnlichen
Polymergehalt hat. In Elastomercompounds könnte das regenerierte Elastomer
also einen Teil des normalerweise verwendeten neu hergestellten
Elastomers ersetzen, ohne die Eigenschaften des Compounds zu beeinträchtigen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann das Gefäß ein Gefäß des Wasserbadtyps sein. Vorzugsweise umfasst
der Kocher eine Mischkammer und eine Heizkammer. Die Rühreinrichtung
umfasst vorzugsweise einen Rotor mit wenigstens einem Rührblatt,
das auf einer zentralen Welle montiert ist. Das Rühren des
aus Abfällen
stammenden Elastomers kann durch Rotierenlassen des Rotors unter
Ausbildung von Scherkräften
erfolgen. Vorzugsweise wird der Rotor mit einer Drehzahl zwischen
150 und 1200 U/min und besonders bevorzugt zwischen 160 und 200
U/min rotieren gelassen. Das aus Abfällen stammende Elastomer kann
in einer Zeit zwischen 30 Sekunden und 20 Minuten, vorzugsweise
zwischen 5 Minuten und 15 Minuten und besonders bevorzugt etwa 10
Minuten in das regenerierte Elastomer umgewandelt werden.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung ist das Gefäß vorzugsweise
ein Mischer und besonders bevorzugt ein thermokinetischer Mischer.
Das aus Abfällen
stammende Elastomer kann durch die Wärme erhitzt werden, die durch
die vom Rühren
produzierte thermokinetische Energie erzeugt wird. Die Rühreinrichtung
umfasst vorzugsweise einen Rotor mit wenigstens einem Rührblatt,
das auf einer zentralen Welle montiert ist. Das Rühren des
aus Abfällen
stammenden Elastomers kann durch Rotierenlassen des Rotors unter
Ausbildung von Scherkräften
erfolgen. Der Rotor kann mit einer Drehzahl zwischen 1500 und 3000
U/min und vorzugsweise zwischen 1800 und 2000 U/min rotieren gelassen
werden. Das aus Abfällen
stammende Elastomer kann in einer Zeit zwischen 30 Sekunden und
5 Minuten, vorzugsweise zwischen 45 Sekunden und 3 Minuten und besonders
bevorzugt etwa 1 Minute in das regenerierte Elastomer umgewandelt
werden.
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Gefäß
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann das Gefäß mit einer Temperatursteuervorrichtung,
die ein Heizsystem umfasst, ausgestattet sein. Die Temperatursteuervorrichtung
kann weiterhin ein Kühlsystem
umfassen.
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Zusätzliche
Schritte
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann das Verfahren weiterhin nach Schritt (b)
und vor Schritt (c) den folgenden Schritt umfassen:
- b') Unterbrechen
des Rührens,
wobei
in Schritt c) wieder mit Rühren
begonnen wird, nachdem das Öl
in das Gefäß eingeführt wurde.
Das Verfahren kann weiterhin auch nach Schritt (c) und vor Schritt
(d) den folgenden Schritt umfassen:
- c') Auswerfen
des regenerierten Elastomers aus dem Gefäß.
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Temperatur
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird das aus Abfällen stammende Elastomer vorzugsweise
auf eine Temperatur t1 zwischen 50 und 200 °C, besonders
bevorzugt zwischen 140 und 170 °C
und ganz besonders bevorzugt auf etwa 160 °C erhitzt.
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Teilchengröße
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann das Pulver eine Teilchengröße von etwa
15 bis etwa 200 mesh, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 120 mesh und
besonders bevorzugt etwa 80 bis 100 mesh haben. Das Pulver kann
auch aus wenigstens 90% Teilchen mit einer Größe von wenigstens 15 mesh und
vorzugsweise wenigstens 30 mesh bestehen. Das Pulver kann weiterhin
aus wenigstens 99% Teilchen mit einer Größe von wenigstens 15 mesh und
vorzugsweise wenigstens 30 mesh bestehen.
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Rühren
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird vorzugsweise gerührt, um zu vermeiden, dass
sich stagnierende Teilchen des Elastomers im Gefäß befinden. Es kann auch gerührt werden,
um das aus Abfällen
stammende Elastomer gleichmäßig zu erhitzen
und dadurch seine Zersetzung zu verhindern. Das Rühren kann
während
Schritt (c) und vorzugsweise auch während Schritt (d) aufrechterhalten
werden.
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Öl
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann das Gewichtsverhältnis von Öl zu aus Abfällen stammendem
Elastomer zwischen 0,03 und 0,2, vorzugsweise zwischen 0,04 und
0,14 und besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,09. Das Öl wird vorzugsweise
vor dem Vermischen vorerhitzt, vorzugsweise auf eine Temperatur
t2, die höher als oder gleich t1 ist. Die Temperatur t2 kann
auch einen Wert zwischen t1 und t1 + 60 °C
und vorzugsweise zwischen t1 + 10 und t1 + 40 °C
haben. Das Öl
kann aus der Gruppe ausgewählt
sein, die aus synthetischem Öl,
Pflanzenöl
und Gemischen davon besteht. Das Öl ist vorzugsweise synthetisches Öl, und besonders
bevorzugt ist es aus der Gruppe ausgewählt, die aus aromatischem Öl, naphthenischem Öl, paraffinischem Öl und Gemischen
davon besteht. Wenn ein paraffinisches Öl verwendet wird, handelt es
sich bei dem aus Abfällen
stammenden Elastomer vorzugsweise um Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk
(EPDM). Wenn ein aromatisches Öl
oder ein naphthenisches Öl
verwendet wird, ist das aus Abfällen
stammende Elastomer vorzugsweise ein Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR).
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Abkühlen
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann das regenerierte Elastomer in Schritt (d)
in ständiger
Bewegung gehalten werden, um eine Zersetzung zu vermeiden. Schritt
(d) wird vorzugsweise unter Verwendung einer Abkühlvorrichtung des Schneckentyps
durchgeführt,
die vorzugsweise eine Temperatursteuervorrichtung umfasst. In Schritt
(d) wird das regenerierte Elastomer vorzugsweise auf eine Temperatur von
unter 120 °C
und besonders bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 90 und 120 °C abgekühlt, um
seine Zersetzung zu verhindern.
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Experimentelle
Bedingungen des Verfahrens
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Das
Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann in Gegenwart von Luft durchgeführt werden.
Das Verfahren kann auch unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden,
und das Inertgas ist vorzugsweise Argon oder Stickstoff. Vorzugsweise
ist die Gasatmosphäre
im Wesentlichen frei von Sauerstoff. Vorzugsweise sind die Gefahren
einer potentiellen Nebenreaktion, wie Oxidation, reduziert.
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Gewonnene
Masse
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung entspricht die am Ende des Verfahrens erhaltene
Menge des regenerierten Elastomers einem Wert zwischen 97,0 und
99,9% und vorzugsweise zwischen 98,5 und 99,5% des kombinierten
Gewichts des aus Abfällen
stammenden Elastomers und des in das Gefäß eingeführten Öls.
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Mastizierung
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In
dem Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung erfolgt vorzugsweise keine Mastizierung des
aus Abfällen
stammenden Elastomers oder des regenerierten Elastomers.
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Kautschuk
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Das
aus Abfällen
stammende Elastomer in dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist
vorzugsweise ein aus Abfällen
stammender Kautschuk.
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Regeneriertes
Elastomer
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Im
zweiten Aspekt der Erfindung liegt das regenerierte Elastomer vorzugsweise
in Pulverform vor, und besonders bevorzugt hat das regenerierte
Elastomer die Erscheinungsform von expandiertem Pulver. Vorzugsweise
ist das regenerierte Elastomer ein unmastiziertes Elastomer. Auch
hält es
vorzugsweise keine Feuchtigkeit zurück. Das regenerierte Elastomer
kann sich samtig anfühlen
und ist vorzugsweise nichtklebrig. Vorzugsweise verschmutzt das
regenerierte Elastomer die Hand nicht beim Berühren. Das regenerierte Elastomer
umfasst vorzugsweise eine Ölmenge
zwischen 3 und 14 Gew.-%, wobei das Öl in dem regenerierten Elastomer
eingekapselt wird. Besonders bevorzugt liegt die Menge des Öls zwischen
5 und 8 Gew.-%. Außerdem
hält das
regenerierte Elastomer vorzugsweise keine Feuchtigkeit zurück. Das
regenerierte Elastomer kann alle erforderlichen Merkmale aufweisen,
die für
die Verarbeitung unter Verwendung der Verfahren des Mischens, Formens,
Extrudierens und Kalandrierens, die in der Kautschukindustrie gewöhnlich verwendet werden,
benötigt
werden. Das regenerierte Elastomer kann in der Zusammensetzung eines
Produkts effektiv sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus einer Dichtung, einem Schlauch und einer Dachhaut besteht. Außerdem kann
das regenerierte Elastomer in der Zusammensetzung von Schläuchen und
Autoreifen effektiv sein.
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Das
regenerierte Elastomer ist vorzugsweise ein regenerierter Kautschuk.
Der regenerierte Kautschuk kann einen Polymergehalt zwischen 10
und 40 Gew.-% und vorzugsweise zwischen 25 und 35 Gew.-% haben.
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Verwendung
des regenerierten Elastomers
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Das
regenerierte Elastomer gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung kann in der Kautschukindustrie verwendet werden.
Vorzugsweise wird das regenerierte Elastomer vor seiner Verwendung
in der Kautschukindustrie durch ein Verfahren vorbereitet, das aus
der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Mischen, Formen, Extrudieren und Kalandrieren besteht.
Das regenerierte Elastomer kann vor seiner Verwendung in der Kautschukindustrie
mit Additiven versetzt werden, die gewöhnlich bei der Herstellung
von nativem Kautschuk verwendet werden. Das regenerierte Elastomer
kann auch in der Zusammensetzung eines Produkts der Autoindustrie verwendet
werden. Die Zusammensetzung umfasst vorzugsweise 1 bis 40 Gew.-%
und besonders bevorzugt 25 bis 35 Gew.-% des regenerierten Elastomers.
Es ist auch möglich,
das regenerierte Elastomer bei der Herstellung eines Schlauchs,
eines Dichtungsrings oder einer Dichtung zu verwenden. Der Schlauch,
der Dichtungsring oder die Dichtung umfassen vorzugsweise 1 bis
40 Gew.-% und besonders bevorzugt 25 bis 35 Gew.-% des regenerierten
Elastomers. Das Elastomer ist vorzugsweise ein Kautschuk.
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Experimenteller
Teil
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Die
folgenden nichteinschränkenden
Vorschriften und Compounds veranschaulichen die Erfindung.
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Allgemeine
Verfahren
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Die
Anmelderin hat regenerierten Kautschuk gemäß zwei Hauptverfahren, Vorschrift
A und B, hergestellt. Vor der Behandlung des aus Abfällen stammenden
Kautschuks gemäß einer
dieser beiden Vorschriften wurden alle unerwünschten Komponenten, die in
dem Pulver enthalten waren (Stahl, Fasern, allgemeiner Schmutz),
entfernt. Die experimentellen Bedingungen, die in der vorliegenden
Arbeit untersucht werden, stehen im Einklang mit den in den Ansprüchen angegebenen
Definitionen.
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Vorschrift
A
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Eine
abgewogene Menge Kautschukabfälle
aus Reifenabfall in Form eines granulierten Pulvers mit einer gegebenen
Größe von 80,
100 oder 120 mesh wurde in ein Gefäß des Wasserbadtyps mit einem
Volumen von 8 US-Gallons eingeführt.
Das Gefäß ist mit
Rühreinrichtungen
ausgestattet, die einen Rotor mit drei Rührblättern umfassen, der auf einer
zentralen Welle montiert ist und Scherkräfte erzeugen kann. Die Rotorblätter waren
in geeigneter Weise gestal tet, und es wird gerührt, um zu vermeiden, dass
sich stagnierende Teilchen des Kautschuks im Gefäß befinden. So wurde das ganze
Kautschukpulver gleichmäßig der
Kombination aus thermischer und mechanischer Energie ausgesetzt.
Die Rotorgeschwindigkeit wurde auf der Grundlage der Menge, des
Typs und der Korngröße des in
das Gefäß eingeführten Kautschukpulvers
und auf einem ausreichenden Niveau, um Scherkräfte zu erzeugen, eingestellt.
Das Pulver wurde 5 Minuten lang erhitzt, bis es eine Temperatur
zwischen 140 °C
und 160 °C
erreichte. Eine strenge Regulierung der Temperatur war während des Verfahrens
notwendig, um eine Beschädigung
des Pulvers in Form einer Zersetzung zu vermeiden. Wenn alle Teilchen
die erforderliche Temperatur erreicht haben, wird ein heißes Öl (aromatisches Öl, naphthenisches Öl oder paraffinisches Öl) mit einer
Temperatur von etwa 190 bis 200 °C
in einem Gewichtsverhältnis
von Öl
zu aus Abfällen
stammendem Kautschuk zwischen 0,05 und 0,12 hinzugefügt. Das
Verhältnis
hängt von
der Natur und der Korngröße des Pulvers
sowie von der Art des ausgewählten Öls und seiner
Temperatur ab. Das Gemisch wurde während eines Zeitraums von etwa
5 Minuten weitergerührt,
um die Beendigung der Reaktion zu ermöglichen. Der regenerierte Kautschuk
wurde aus dem Gefäß ausgeworfen
und abgekühlt.
Vorzugsweise wird der regenerierte Kautschuk während des Abkühlens in
ständiger
Bewegung gehalten, um eine Zersetzung des regenerierten Kautschuks
zu vermeiden. Der regenerierte Kautschuk wurde in einigen Fällen unter
Verwendung einer Abkühlvorrichtung
des Schneckentyp abgekühlt.
Der erhaltene regenerierte Kautschuk war leicht expandiert, nicht ölig, unmastiziert
und nichtklebrig bzw. nichthaftend. Er gibt außerdem ein charakteristisches
samtartiges Gefühl.
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Vorschrift
B
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Eine
abgewogene Menge Kautschukabfälle
aus Reifenabfall in Form eines granulierten Pulvers mit einer gegebenen
Größe von 80,
100 oder 120 mesh wurde in ein Gefäß des Typs thermokinetischer
Mischer mit einem Volumen von 1 Liter eingeführt. Der Mischer ist mit einem
Temperaturregelsystem, das einen Kühlmantel umfasst, und mit Rühreinrichtungen
ausgestattet, die einen Rotor mit Rührblättern umfassen, der auf einer zentralen
Welle montiert ist und Scherkräfte
erzeugen kann. Die durch das Rühren
erzeugte thermokinetische Energie produziert Wärme, und das aus Abfällen stammende
Elastomer wird dadurch erhitzt. Die Rotorblätter waren in geeigneter Weise
gestaltet, und es wird gerührt,
um zu vermeiden, dass sich stagnierende Teilchen des Kautschuks
im Gefäß befinden.
So wurde das ganze Kautschukpulver gleichmäßig der Kombination aus thermischer
und mechanischer Energie ausgesetzt. Die Rotorgeschwindigkeit wurde
auf der Grundlage der Menge, des Typs und der Korngröße des in
das Gefäß eingeführten Kautschukpulvers
und auf einem ausreichenden Niveau, um hohe Scherkräfte zu erzeugen,
eingestellt. Das Pulver wurde 30 Sekunden lang kräftig gerührt, bis
es eine Temperatur zwischen 140 °C
und 160 °C
erreichte. Eine strenge Regulierung der Temperatur war während des
Verfahrens notwendig, um eine Beschädigung des Pulvers in Form
einer Zersetzung zu vermeiden. Wenn alle Teilchen die erforderliche
Temperatur erreicht haben, wird ein heißes Öl (aromatisches Öl, naphthenisches Öl oder paraffinisches Öl) mit einer
Temperatur von etwa 190 bis 200 °C
in einem Gewichtsverhältnis
von Öl
zu aus Abfällen
stammendem Kautschuk zwischen 0,05 und 0,12 hinzugefügt. Das Verhältnis hängt von
der Natur und der Korngröße des Pulvers
sowie von der Art des ausgewählten Öls und seiner
Temperatur ab. Das Gemisch wurde während eines Zeitraums von etwa
30 Sekunden weitergerührt,
um die Beendigung der Reaktion zu ermöglichen. Der regenerierte Kautschuk
wurde aus dem Gefäß ausgeworfen und
abgekühlt.
Vorzugsweise wird der regenerierte Kautschuk während des Abkühlens in
ständiger
Bewegung gehalten, um eine Zersetzung des regenerierten Kautschuks
zu vermeiden. Der regenerierte Kautschuk wurde in einigen Fällen unter
Verwendung einer Abkühlvorrichtung
des Schneckentyp abgekühlt.
Der erhaltene regenerierte Kautschuk war leicht expandiert, nicht ölig, unmastiziert
und nichtklebrig bzw. nichthaftend. Er gibt außerdem ein charakteristisches
samtartiges Gefühl.
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Chemische
und physikalische Eigenschaften des regenerierten Kautschuks Labortests
deckten die Anwesenheit kleiner Mengen von freiem Schwefel in dem
Verfahren des Regenerierens von Kautschuk auf, was belegt, dass
während
der Reaktion unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv
eine Devulkanisation stattgefunden hat.
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Die
Tests, die zum Testen der Recyclingfähigkeit der gemäß dem Verfahren
der Erfindung erhaltenen Kautschukmasse durchgeführt wurden, bestehen darin,
die folgende Zubereitung zu verwenden:
regenerierter
Kautschuk | 100
phr |
Zinkoxid | 4
phr |
Stearinsäure | 2
phr |
Delac®S | 1
phr |
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Ohne
dass Schwefel in das Compound gegeben wird, zeigt ein Rheometertest,
der mit einem ViscoGraph von TechPro bei einer Temperatur von 150 °C durchgeführt wird,
die typische Kurve der Vulkanisation. Dies ist der Beweis dafür, dass
eine gewisse Menge an freiem Schwefel während der chemischen Behandlung der
Kautschukteilchen effektiv freigesetzt wurde. Die Devulkanisation
beinhaltete die Spaltung der C-S- und S-S-Bindungen, die die verschiedenen
Kautschukmoleküle
miteinander verknüpfen.
Der Devulkanisationsvorgang wird vermutlich durch die aufquellende
Wirkung des zu den Kautschukteilchen gegebenen Öls erleichtert.
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Außerdem findet
vermutlich an einigen Stellen auch eine Spaltung der Hauptgerüstketten
statt, da die Grünfestigkeit
und die mechanischen Eigenschaften der regenerierten Masse schlechter
sind als diejenigen eines neu hergestellten Kautschuks desselben
Typs, was sich anhand der Zug-, Dehnungs- und Reißeigenschaften
zeigt.
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Es
wurden weitere Tests durchgeführt,
um die Menge des Ölverlusts
während
des Verfahrens gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung zu bestimmen. Das Gesamtgewicht der Reaktanten,
des aus Abfällen
stammenden Kautschuks und des Öls
wurde mit dem gewicht des Endprodukts, des regenerierten Kautschuks,
verglichen, wenn Vorschrift A verwendet wurde. In einem ersten Experiment
wurde ein aus Abfällen
stammender Goodyear-80-mesh-EPDM 5 Minuten lang erhitzt, bis er
eine Temperatur von 152 °C
erreichte. Dann wurde ein Shellflex-Öl von 199 °C in einem Gewichtsverhältnis von Öl zu aus
Abfällen
stammendem Elastomer von 0,08 hinzugefügt. Die Mischzeit betrug 5
Minuten. Am Ende des Verfahrens wurde das regenerierte EPDM erhalten,
das einen potentiellen Ölverlust
von 0,6 Gew.-% anzeigte.
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In
einem zweiten Experiment wurde ein aus Abfällen stammender ROUSE-120-mesh-EPDM 5 Minuten
lang erhitzt, bis er eine Temperatur von 153 °C erreichte. Dann wurde ein
Shellflex-Öl
von 200 °C
in einem Gewichtsverhältnis
von Öl
zu aus Abfällen
stammendem Elastomer von 0,08 hinzugefügt. Die Mischzeit betrug 5
Minuten. Am Ende des Verfahrens wurde das regenerierte EPDM erhalten,
das einen potentiellen Ölverlust von
0,9 Gew.-% anzeigte.
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In
einem dritten Experiment wurde ein aus Abfällen stammender SIMCO-100-mesh-EPDM 5 Minuten lang
erhitzt, bis er eine Temperatur von 160 °C erreichte. Dann wurde ein
Shellflex-Öl
von 200 °C
in einem Gewichtsverhältnis
von Öl
zu aus Abfällen
stammendem Elastomer von 0,08 hinzugefügt. Die Mischzeit betrug 5
Minuten. Am Ende des Verfahrens wurde das regenerierte EPDM erhalten,
das einen potentiellen Ölverlust von
1,3 Gew.-% anzeigte.
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Physikalische Charakterisierung
und Analyse von Compounds, die regenerierten Kautschuk umfassen
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Die
Verarbeitungsfähigkeiten
und die mechanischen Eigenschaften wurden bewertet, indem man Compounds
auf der Basis des regenerierten Kautschuks gestaltete. Grundcompounds,
die regenerierten Kautschuk und neu hergestellten Kautschuk in verschiedenen
Anteilen umfassen, wurden so gestaltet, wie es unten in Tabelle
1 gezeigt ist. Der regenerierte SBR wurde gemäß Vorschrift A unter Verwendung
von aus Abfällen
stammendem 80-mesh-SBR und Shellflex-Öl als Ausgangsmaterial erhalten. Tabelle
1. Zusammensetzung der Compounds 1 bis 4, die neu hergestellten
SBR und regenerierten SBR umfassen
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Die
Mischoperationen für
die Compounds 1 bis 4 wurden in einem 5-Liter-Banbury-Mischer durchgeführt. Alle
Bestandteile wurden in der oben aufgeführten Reihenfolge auf einer
einstufigen Basis hinzugefügt.
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Die
mechanischen Eigenschaften der gehärteten Compounds wurden mit
einer Zugtestmaschine bewertet. Hantelförmige Proben wurden aus formgepressten
Platten ausgestanzt. Die Härtungsbedingungen
in der Formpresse waren 10 Minuten bei 180 °C. Die Zugeigenschaften und
die Reißfestigkeit
wurden gemessen und mit denjenigen eines Compounds auf der Basis
von neu hergestelltem SBR-Kautschuk
verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 für die Compounds gezeigt, die
25, 50, 75 bzw. 100 phr regenerierten Kautschuk enthalten. Tabelle
2. Mechanische Eigenschaften der Compounds 1 bis 4
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Eine
weitere Untersuchung der Wirkung der unten aufgeführten Parameter
auf die mechanischen Eigenschaften der auf regeneriertem Kautschuk
basierenden Compounds wurde bewertet.
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Die
Ergebnisse sind in den Tabellen 3.1 bis 3.3 aufgeführt.
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Die
Compounds 5 und 6 sind beides Compounds, die neu hergestellten SBR
und regenerierten SBR umfassen. Compound 5 umfasst 25 Gew.-% regenerierten
SBR, und Compound 6 umfasst 30 Gew.-% regenerierten SBR. Der regenerierte
SBR wurde gemäß Vorschrift
A unter Verwendung von aus Abfällen
stammendem 80-mesh-SBR und Shellflex-Öl als Ausgangsmaterial erhalten.
Die Tabellen 4 bis 6 zeigen Ergebnisse, die mit diesen Compounds
in mehreren Tests erhalten wurden. Tabelle
4. Rheometer-191-C-Test für
die Compounds 5 und 6
Tabelle
5. Scorch-121-C-Test für
die Compounds 5 und 6
Tabelle
6. Physikalische Eigenschaften der Compounds 5 und 6
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Gemäß den folgenden
Tabellen sind die Compounds 5 und 6 für die Verwendung im Schlauchbau
annehmbar. Es traten keine Schwierigkeiten auf, als Compounds 5
und 6 auf einen Dorn aufgebracht wurden. Die Oberflächen der
Innen- und Decklage des Schlauchs erschienen glatt und nicht granuliert.
Die Verarbeitung von Compound 5 auf dem Mahlwerk und dem Kalander
wurde mit Erfolg erreicht. Die Compounds waren nicht klebrig und
zerfielen auch nicht zu Krümeln.
Die Oberfläche
dieser Compounds war glatt und zeigte keine Anzeichen von Oberflächendefekten.
Die Oberfläche
war derjenigen eines Standardprodukts ähnlich.
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Die
Compounds 7, 8 und 9 sind Compounds, die neu hergestelltes EPDM
und regeneriertes EPDM umfassen. Compound 7 umfasst 20 Gew.-% regeneriertes
EPDM, Compound 8 umfasst 30 Gew.-% regeneriertes EPDM, und Compound
9 umfasst 40 Gew.-% regeneriertes EPDM. Das regenerierte EPDM wurde
gemäß Vorschrift
A unter Verwendung von aus Abfällen
stammendem 80-mesh-EPDM und Sunpar-2280-Öl als Ausgangsmaterial erhalten.
Die Tabellen 7 bis 9 zeigen Ergebnisse, die mit diesen Compounds
in mehreren Tests erhalten wurden. Tabelle
7. Rheometer-191-C-Test für
die Compounds 7, 8 und 9
Tabelle
8. Scorch-121-C-Test für
die Compounds 7, 8 und 9
Tabelle
9. Physikalische Eigenschaften der Compounds 7, 8 und 9
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Gemäß den folgenden
Tabellen sind die Compounds 7, 8 und 9 für die Verwendung im Schlauchbau annehmbar.
Es traten keine Schwierigkeiten auf, als diese Compounds auf einen
Dorn aufgebracht wurden. Die Oberflächen der Innen- und Decklage
des Schlauchs erschienen glatt und nicht granuliert. Die Verarbeitung
von Compound 8 auf dem Kalander wurde mit Erfolg erreicht, er zeigte
eine gute Haftung auf den Walzen und eine glatte Oberfläche und
nimmt Anti-Haft-Staub auf. Die Oberfläche dieser Compounds war glatt
und zeigte keine Anzeichen von Oberflächendefekten.
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Es
wurden auch Tests durchgeführt,
um zu überprüfen, ob
es notwendig war, Schwefel und Beschleuniger zu EPDM-Compounds,
die neu hergestelltes EPDM und regeneriertes EPDM umfassen, zu geben.
Das regenerierte EPDM wurde gemäß Vorschrift
A unter Verwendung von aus Abfällen
stammendem 80-mesh-EPDM
und Sunpar-2280-Öl
als Ausgangsmaterial erhalten. Die Compounds 10 bis 21 sind EPDM-Compounds,
die 2,4 bis 6,7 Gew.-% regenerierten EPDM-Kautschuk umfassen und einen Polymergehalt
(EPDM) haben, der von 10 bis 30 Gew.-% variiert. Die Compounds 10,
11, 16 und 17 umfassen etwa 2,4 Gew.-% regeneriertes EPDM und haben
einen Polymergehalt von etwa 10 Gew.-%. Die Compounds 12, 13, 14,
18, 19 und 20 umfassen etwa 4,8 Gew.-% regeneriertes EPDM und haben
einen Polymergehalt von etwa 20 Gew.-%. Die Compounds 15 und 21
umfassen etwa 6,7 Gew.-% regeneriertes EPDM und haben einen Polymergehalt von
etwa 30 Gew.-%. Die Compounds 10 bis 15 wurden unter Verwendung
von regeneriertem 100-mesh-EPDM hergestellt, und die Compounds 16
bis 21 wurden unter Verwendung von regeneriertem 120-mesh-EPDM hergestellt.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in den Tabellen 10 bis 15 gezeigt. "Cont" steht für ein Compound,
das nur neu hergestelltes EPDM umfasst und einen Polymergehalt von
etwa 23 Gew.-% hat.
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Neu
hergestelltes EPDM-Kautschukcompound wurde auf einer Zweiwalzenlabormühle von
20 cm × 50
cm zu einem Band verarbeitet, und der regenerierte Kautschuk wurde
hineingemischt. Die Gesamtmahlzeit betrug etwa 10 Minuten. Das neu
hergestellte Material wurde 10-mal durch die Mühle gegeben, wobei die Lücke jeweils
nach zwei Durchgängen
enger gemacht wurde, dann wurde es zu einem Band verarbeitet, und
der regenerierte Material wurde hinzugefügt. Als das regenerierte Material
ausgegeben wurde, wurden zusätzlicher
Schwefel oder Vulkanisationsmittel an diesem Punkt hinzugefügt. Als
alles dispergiert war, wurde der Kautschuk dann zehnmal zusammengerollt
und durch das Mahlwerk gegeben, wobei er im letzten Durchgang in
einer Dicke von ungefähr
100 mil ausgewalzt wurde.
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Rheometer-Spuren
wurden auf einem ODR (oscillating disk rheometer) bei 150 °C erhalten,
und Testplatten wurden bei (t
80 + 5 Minuten
bei 150 °C)
gehärtet.
Nach 24 Stunden wurden Proben ausgestanzt und getestet, wobei man
eine Instron-Zugtestmaschine verwendete. Tabelle
10. Zusammensetzung der Compounds 10 bis 15, die regeneriertes 100-mesh-EPDM
umfassen
Tabelle
11. Rheometerdaten bei 150 °C
für die
Compounds 10 bis 15
Tabelle
12. Vulkanisateigenschaften für
die bei 150 °C
gehärteten
Compounds 10 bis 15
Tabelle
13. Zusammensetzung der Compounds 16 bis 21, die regeneriertes 120-mesh-EPDM
umfassen
Tabelle
14. Rheometerdaten bei 150 °C
für die
Compounds 16 bis 21
Tabelle
15 Vulkanisateigenschaften für
die bei 150 °C
gehärteten
Compounds 16 bis 21
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Aus
den Tabellen 10 bis 12 geht hervor, dass es, wenn der Polymergehalt
etwa 10 Gew.-% betrug (Compound 10), nur eine geringe Viskositätsänderung,
einen leichten Abfall des maximalen Drehmoments und eine geringere
Härtungsgeschwindigkeit
gab. Es gab jedoch eine Reduktion in der Scorch-Sicherheit. Wenn zusätzlicher
Schwefel hinzugefügt
wurde, nahm das maximale Drehmoment zu, die Härtungsgeschwindigkeit und die
Scorch-Sicherheit nahmen ab (Compound 11).
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Mit
der Zugabe des regenerierten Kautschuks selbst, Compound 10, nahm
die Härte
leicht zu; der Modul, die Zugfestigkeit und die Reißfestigkeit
nahmen zu, während
die Dehnung abnahm, aber noch annehmbar war. Nach der Zugabe von
Schwefel bei Compound 11 nahmen die Härte und der Modul weiter zu,
und die Zugfestigkeit änderte
sich wenig, die Dehnung nahm weiter ab und wurde dann kleiner als
der gewünschte Wert,
und die Reißfestigkeit
nahm ab. Die Scorch-Zeit
nahm weiter ab, wie auch die Härtungsgeschwindigkeit, die
aber in allen Fällen
geringer war als bei dem neu hergestellten Compound.
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Wenn
der Polymergehalt auf 20 Gew.-% erhöht wurde (Compound 12), nahmen
die Viskosität
und das maximale Drehmoment zu, die Scorch-Sicherheit nahm ab, und
die Härtungsgeschwindigkeit
wurde geringer (Compound 12 vs. 10). Die Unterschiede in den Eigenschaftswerten
waren geringfügig
außer
bei der Härte. Die
Dehnung wurde jedoch geringfügig
geringer als gewünscht,
doch die Reißfestigkeit
blieb gut. Zusätzlicher Schwefel
ergab nur kleinere Änderungen,
abgesehen von der Dehnung und Reißfestigkeit (Compound 13 vs. 12).
Die Zugabe von Schwefel und Beschleuniger ergab kleinere Änderungen
(Compound 14 vs. 13), außer dass
die Reißfestigkeit
wieder höher
wurde. Compound 14 hatte auch die höchste Viskosität und das
höchste Rheometer-Drehmoment.
Eine Erhöhung
der Menge auf 30 Gew.-% (Compound 15) änderte wenig, außer dass
die Dehnung reduziert und die Härte
erhöht
wurde. Die Dehnung ist jetzt weit unterhalb des gewünschten Niveaus.
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In
den Tabellen 13 bis 15 sind die Trends sowohl der rheologischen
als auch der physikalischen Eigenschaften mehr oder weniger dieselben
wie die Ergebnisse der Tabellen 10 bis 12, obwohl die Scorch-Zeit nicht
so weit abnahm, und die Härtungszeit
ein wenig kürzer
war. Die Eigenschaftswerte waren ganz ähnlich. Der Modul war geringfügig geringer,
und die Dehnung war höher.
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Im
Hinblick auf die Ergebnisse der Tabellen 10 bis 15 scheint es nicht
unbedingt notwendig zu sein, zusätzlichen
Schwefel und Beschleuniger zu den Compounds zu geben, die neu hergestelltes
EPDM und regeneriertes EPDM umfassen. Wenn diese Komponenten hinzugefügt werden,
gibt es eine Reduktion in der Scorch-Sicherheit und Dehnung. Auch wenn nichts
anderes als das regenerierte Material hinzugefügt wird, scheinen die Eigenschaftswerte
ausreichend zu sein. Der Unterschied zwischen dem Fall, dass nichts
hinzugefügt
wurde, und zusätzlichen
Vulkanisationsmitteln ist nicht so groß. In Gegenwart von regeneriertem 120-mesh-Material scheinen
die Eigenschaften geringfügig
besser zu sein als bei dem 100-mesh-Material, d.h. die Dehnung und
die Reißfestigkeit
sind besser. Das regenerierte EPDM ließ sich gut in das neu hergestellte EPDM
einmischen, und es wurde auch gut ausgewalzt. Nach der Härtung war
die Oberfläche
des regene rierten EPDM glänzend
und unterschied sich nicht von der des neu hergestellten Materials.
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Die
Compounds 22 und 23 sind SBR-Kautschuke, die neu hergestellten SBR
und regenerierten SBR umfassen. Compound A, das als Referenz verwendet
wird, umfasst 173,89 phr eines neu hergestellten SBR. Compound 22
umfasst 173,89 phr eines neu hergestellten SBR, 45 phr eines regenerierten
SBR und 10 phr Ruß.
Compound 23 umfasst 173,89 phr eines neu hergestellten SBR, 45 phr
eines regenerierten SBR und 20 phr Ruß. Der regenerierte SBR wurde
nach dem Verfahren gemäß Vorschrift
A erhalten. Der regenerierte SBR wurde unter Verwendung von aus
Abfällen
stammendem 80-mesh-SBR und naphthenischem Öl erhalten. Die mit diesen
Compounds durchgeführten
Tests sind in Tabelle 16 gezeigt. Tabelle
16. Tests mit den Compounds 22 und 23
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Die
Härtungseigenschaften
für Compound
22 sind denjenigen von Compound A sehr ähnlich. Compound 22 scheint
sogar etwas schneller auszuhärten,
aber mit derselben Scorch-Sicherheit. Bei niedrigeren Temperaturen
werden die Härtungsunterschiede
verstärkt.
Bei 166 °C
beträgt
das Tc (80) von Compound 22 5,41 Minuten, während das von Compound A 7,5
Minuten beträgt.
Die Viskosität
von Compound 22 ist sehr interessant, und es sollte sich im Extruder
gut verarbeiten lassen. Die physikalischen Eigenschaften zeigten, dass
Compound 22 eine genauso gute Leistungsfähigkeit zeigen sollte wie ein
neu hergestelltes SBR, da es ähnliche
Eigenschaften hat wie SBR. Während
der Experimente wurde bewiesen, dass das regenerierte Elastomer
mit dem entsprechenden neu hergestellten Elastomer verträglich ist
und einen ähnlichen
Polymerwert hat. In Elastomercompounds könnte das regenerierte Elastomer
also einen Teil des normalerweise verwendeten neu hergestellten
Elastomers ersetzen, ohne die Eigenschaften des Compounds zu beeinträchtigen. Schließlich beweist
dies die Effizienz des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.