DE69329245T2

DE69329245T2 - Kontinuierliche devulkanisierung von vulkanisierten elastomeren durch ultraschall

Info

Publication number: DE69329245T2
Application number: DE69329245T
Authority: DE
Inventors: Avraam Isayev; Chen Jianhua
Original assignee: University of Akron
Current assignee: University of Akron
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2013-06-17
Also published as: CA2137923A1; EP0647240A1; WO1994000497A1; DK0647240T3; EP0647240B1; CN1042432C; CN1098421A; JPH08501258A; AU668581B2; US5258413A; AU4636793A; BR9306597A; DE69329245D1; EP0647240A4; CA2137923C; NZ254379A; ES2151512T3; JP3504947B2; ATE195458T1; GR3034860T3

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Recycling von vulkanisierten Elastomeren und wärmeausgehärteten Kunststoffen. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein kontinuierliches Ultraschallverfahren zum Brechen der Kohlenstoff- Schwefel (C-S)-, Schwefel-Schwefel (S-S)- und, wenn erwünscht, der Kohlenstoff-Kohlenstoff (C-C)-Bindungen in einem vulkanisierten Elastomer.

Hintergrund der Erfindung

Es wird gegenwärtig geschätzt, daß jährlich 200.000.000 gebrauchte Reifen anfallen. Nachdem die nutzbare Lebensdauer dieser Reifen abgelaufen ist, werden sie üblicherweise auf Mülldeponien abgeladen, aber häufig werden sie auf freies Land und in Seen und Flüsse geworfen, da die gebrauchten Reifen keinen Wert haben und es tatsächlich Geld kostet, sich ihrer auf geeignete Weise zu entledigen.
In der Vergangenheit war es auf Mülldeponien und in Zurückgewinnungsanlagen möglich, die Reifen zu verbrennen und das Metall zurückzugewinnen, oder sie bei einer Landauffüllung abzukippen. Mit dem steigenden öffentlichen Bewußtsein für Ökologie und den Zustand der Umwelt streben jedoch sowohl die Umweltschutzbehörden der Bundesstaaten als auch die Umweltschutzbehörde der Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika die Beseitigung dieser Form von Luft- und Landverschmutzung an.
Das herkömmlichste traditionelle Verfahren zur Handhabung von Abfallmaterialien bestand in dem einfachen Abkippen des Abfalls auf bestimmten Landflächen, wodurch große und oft gefährliche Müllhalden entstanden, auf welchen häufig Feuer ausbrechen und ein Ablaufen in Wasserquellen bzw. das Grundwasser üblich ist.
Diese Müllhalden sind nicht nur Schandflecken, sie stellen Umweltgefahren sowohl für die Luft als auch für das Wasser dar. Da Müllhalden oder Landauffüllungen oft die billigste kurzfristige Art der Handhabung von Abfallmaterial gewesen sind, hat es nicht geringe Konsequenzen, daß das Land, welches für diesen Zweck genutzt werden, schnell zu Neige geht. Dies gilt insbesondere für die hoch urbanisierten Flächen der industrialisierten Länder. Dieses traditionelle Verfahren der Entsorgung von Abfall gestattet keine Rückgewinnung von Materialien.
Ein besonderes Problem besteht in der Entsorgung von Produkten auf Gummibasis wie zum Beispiel Autoreifen, Schläuchen und Riemen, die alle aus Naturkautschuk oder synthetischem Gummi bestehen, der mit anderen Materialien wie zum Beispiel Metallriemen und Faserschnüren verstärkt ist. Diese Produkte sind sehr wenig von Nutzen, wenn sie ihre ursprüngliche und/oder primäre Aufgabe erfüllt haben und werden deshalb im allgemeinen weggeworfen. Es ist bekannt, daß eine bestimmte Anzahl von Reifen genutzt wird, um Stützmauern, Bootschutzvorrichtungen und ähnliche Dinge zu bauen, bei denen Witterungsbeständigkeit erwünscht ist. Eine viel größere Anzahl von Reifen, Riemen und Schläuchen wird jedoch einfach weggeworfen und wird zu Schandflecken und Brutplätzen von Insekten und anderen Plagen. Eingraben ist besonders unwirksam, da diese Materialien der Zersetzung widerstehen und dazu neigen, ihren Weg an die Oberfläche zu finden.
Es sind viele Vorschläge zur Behandlung von Abfallmaterialien gemacht worden, um die die Bestandteile bildenden Produkte wiederzugewinnen. Einige von diesen beinhalteten das Abbrennen des nicht erwünschten Materials, um an die feuerbeständigen Reste oder die Metall-Unterstruktur zu gelangen. Während dies eine Lösung zu sein scheint, bleibt die Tatsache unberücksichtigt, daß viel nützliches Material beim Verbrennen verbraucht werden würde, daß der Abfallverbrennungsprozeß selbst nicht energieeffizient sein würde und gefährliche Nebenprodukte in die Atmosphäre entlassen könnte. Außerdem wird das Problem·außer Acht gelassen, was mit den Aschen geschehen soll.
Andere Versuche zur Materialzurückgewinnung enthielten die Zerkleinerung des Abfallmaterials in kleinere Stücke und die dann folgende zwangsweise Entfernung der gewünschten Bestandteile. Dies kann eine sehr schwierige Aufgabe sein, wenn man die Zurückgewinnung von Material aus so etwas wie einem Reifen in Betracht zieht, welcher derart hergestellt ist, daß er ohne Funktionsverlust viel falschem Gebrauch widersteht. Selbst die Zerlegung eines Reifens in kleinere Stücke würde die Wiedergewinnung von dessen Metall-, Faser- und Gummiprodukten nicht verbessern. Außerdem würde bei der Zerlegung des Reifens in kleinere Stücke eine große Menge an Energie verbraucht werden. Weitere Versuche beinhalteten den Gebrauch von Chemikalien, um die Materialien in ihre Bestandteile zu zerlegen. Diese Verfahren erzeugen jedoch chemische Schlämme und Rückstände, welche nicht nur eine Belästigung darstellen, wenn es nicht möglich ist, sie zu entsorgen, sondern einige chemische Behandlungen sind sowohl für das menschliche Leben als auch die Umwelt gefährlich.
Zusätzliche Versuche waren mit der extensiven Anwendung der Tieftemperaturtechnik verbunden, um die Temperatur des Produkts auf einen Wert unterhalb der Glasumwandlungstemperatur von dessen Bestandteilen herabzusetzen. Das Produkt wird dann bei dieser gesenkten Temperatur ausreichend gebrochen, um eine ausreichende Freigabe der Bestandteile zu verursachen, um die Trennung zu bewirken. Dieses ist jedoch ein energieintensives Verfahren.
Die Anwendung von Ultraschallwellen in dem Verfahren zur Devulkanisierung von Gummi ist das jüngste Gebiet. In der Tat hat die traditionelle Denkart auf dem Gebiet darauf hingewiesen, daß Gummi durch Ultraschalltechnik eher vulkanisiert als devulkanisiert wird. Okada und Hirano veröffentlichten in Meiji Gomu Kasei, 9(1), 14-21 (1987), daß die Ultraschallvulkanisierung von Gummi erreicht wurde, und demonstrierten dieses Verfahren im Labor.
Außerdem wurde die Anwendung von Ultraschall zur Aktivierung von Klebstoffen auf Gummibasis in Kauch. Rezina, (5), 31-2 (1983) diskutiert, wo das Verbinden von Gummistreifen beschrieben wurde. Es wurde festgestellt, daß die dynamische Festigkeit der verbundenen Gummistreifen mit steigender Ultraschallaktivierungszeit zunahm.
Überdies wurde das Ultraschallschweißen von Verbundpolymeren in Svar. Proizvod., (7), 42-3 (1982) diskutiert, wo festgestellt wurde, daß das Ultraschallschweißen von rußgefülltem Gummi über die Vernetzung zwischen Gummi und den Rußmolekülen verläuft.
Die Vulkanisierung von Gummi und die Vernetzung von Polymeren durch Ultraschall sind in DE 22 16 594, veröffentlicht am 26.10.72, auf der Basis des japanischen Prioritätsdokuments JP 71-20736 vom 6.4.71, ausgearbeitet, wobei Ethylen-Propylen- Gummi oder Mischungen aus Polybutadiengummi und Naturkautschuk oder Polymere, z. B. Polyethylen enthaltende Vulkanisierungsmittel oder Vernetzungsmittel, durch Ultraschallwellen (500 kHz) in einem kaltes Wasser oder Silikonöl enthaltenden Bad vulkanisiert bzw. vernetzt werden.
Die Anwendung einer kontinuierlichen Ultrahochfrequenz-Vulkanisierung bei Gummi hoher Polarität, wie zum Beispiel Chloropren- Gummi oder Butadien-Nitril-Gummi, ist in Rubber World, 162(2), 59-63 (1970) beschrieben.
Die einzige Anwendung von Ultraschallwellen in einem Devulkanisierungsmodus ist in JP 62121741 (1987) beschrieben. Es wurde ein diskontinuierliches Verfahren beschrieben, bei welchem vulkanisiertes Gummi durch Devulkanisierung mittels Ultraschallwellenbestrahlung bei 10 kHz bis 1 MHz rückgewonnen wurde. Das diskontinuierliche Verfahren erforderte 20 Minuten unter Nut zung von 50 kHz-Ultraschallwellen bei 500 Watt. Es wurde festgestellt, daß das Verfahren Kohlenstoff-Schwefel-Bindungen und Schwefel-Schwefel-Bindungen, aber keine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aufbricht.
Die Devulkanisierung von Schwefel-vulkanisierten Elastomeren, die polare Gruppen enthalten, durch Mikrowellenbestrahlung, welche ausreichend ist, um Kohlenstoff-Schwefel- und Schwefel- Schwefel-Bindungen aufzubrechen, aber kein nennenswertes Brechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen erzielt, wird in US 4,104,205 diskutiert. Das resultierende Produkt kann mit neuen Gummibestandteilen gemischt werden und mit ähnlichen Eigenschaften zu neuen Zusammensetzungen erneut vulkanisiert werden. Es gibt keine Lehre darüber, ob der Druck kritisch ist, und das Patent lehrt die Anwendung von Mikrowellen zur Bearbeitung des polare Gruppen enthaltenden vulkanisierten Gummis.
Ein diskontinuierliches Verfahren für die Zurückgewinnung von Abfallgummi aus alten Kraftfahrzeugreifen oder von Kunststoffen hohen Molekulargewichts durch Reduktion zu einer Lösung oder einer feinen Suspension ist in US 3,725,314 offenbart. Das Wasser wird in einen flüssigen Kohlenwasserstoff eingetaucht und mit einem Ultraschall-Schwingungselement in Eingriff gebracht, das bei 10-40 kHz mit einer Intensität von mehr als 100 W/cm² arbeitet. Das Verfahren kann in einem Trog ausgeführt werden, in welchem das Material zwischen gegenüberliegenden einstellbaren Elementen hindurchläuft, welche den Abfall zwischen sich zusammendrücken. Das Verfahren ist ein auf Lösungsmittel basierender Extraktionsprozeß und benötigt fünf Minuten oder mehr, um die Auflösung des Gummis zu erzielen, oder daß sich nun sehr feine Gummiteilchen von einheitlicher Größe gleichmäßig in der Mischung in Suspension halten. Es existiert weder eine Lehre zur Kritikalität des Drucks in der Reaktion, noch ist irgendeine Lehre hinsichtlich der Art und Weise vorhanden, wie dieses Verfahren in ein kontinuierliches Verfahren umzuwandeln ist.

Zusammenfassung der Offenbarung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Ultraschallverfahren zum Brechen der Kohlenstoff-Schwefel (C-S)-, Schwefel-Schwefel (S-S)-, und wenn gewünscht, Kohlenstoff-Kohlenstoff (C-C)-Bindungen in einem vulkanisierten Elastomer. Es ist gut bekannt, daß vulkanisierte Elastomere, die ein dreidimensionales chemisches Netzwerk haben, unter der Wirkung von Wärme und/oder Druck nicht fließen können. Dies stellt ein enormes Problem beim Recycling von gebrauchten Reifen und anderen elastomeren Produkten dar. Es wurde unerwartet gefunden, daß das dreidimensionale Netzwerk von vulkanisiertem Elastomer unter der Anwendung von bestimmten Pegeln von Ultraschallamplituden in Gegenwart von Druck und wahlweise Wärme ziemlich schnell aufgebrochen werden kann. Infolgedessen wird auf eine sehr willkommene Weise mit Ultraschall behandelter vulkanisierter Gummi bei Vorhandensein von Druck und wahlweise Wärme weich, wodurch es möglich wird, dieses Material erneut zu verarbeiten und auf ähnliche Weise wie bei nichtvulkanisierten Elastomeren zu formen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren für die Devulkanisierung von vulkanisierten Elastomeren, d. h. von Elastomeren, welche eine Kohlenstoff-Schwefel (C-S)-, oder Schwefel-Schwefel (S-S)-Bindung haben, und für die Entnetzung von vernetzten Elastomeren unter Nutzung von Ultraschall, Druck und wahlweise Wärme bereitzustellen. Das Devulkanisierungs- oder Entnetzungsverfahren wird in der Größenordnung von Sekunden oder weniger bewirkt.
Bei der Ausführung des Verfahrens ist die Vorrichtung, zum Beispiel ein Extruder, mit einem Werkzeug ausgerüstet, das eine Ausgangsbohrung hat, welche mit einem Ultraschallhorn besetzt ist. Die Vorrichtung kann eine Vielzahl von Werkzeugen mit Ausgangsbohrungen haben, wobei das Werkzeug entlang einer Längsachse des Extruders, schräg zu dieser Achse oder quer zu der Achse, positioniert ist.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden bei Betrachtung der Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Ansprüche klar ersichtlich.

Aussage der Erfindung

Diese Erfindung verwendet einen Reaktor, welcher die Devulkanisierung oder Entnetzung der vulkanisierten oder vernetzten Elastomere unter Nutzung von Ultraschall, Druck und wahlweise Wärme bewirkt. Der Reaktor, typischerweise ein Extruder, ist mit einem Werkzeug ausgerüstet, welches mit einem Ultraschallhorn besetzt ist. Das Ultraschallhorn ist im allgemeinen außerhalb des Werkzeugs positioniert und befindet sich entlang einer Längsachse der Ausgangsbohrung des Werkzeugs. Es können mehrere Werkzeuge an dem Extruder vorhanden sein, wobei deren Positionierung kolinear zur Längsachse des Extruders, schräg zu dieser Achse oder quer zu der Achse erfolgen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Ultraschallhorn innerhalb des Werkzeugs positioniert, um den Betrag der oxidativen Degradation zu minimieren, welche während der Devulkanisierung auftritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen körperliche Form annehmen, wobei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in der Beschreibung im Detail beschrieben wird und in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht wird, welche einen Teil von dieser bilden, in denen:
die Fig. 1 eine geschnittene Ansicht des Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist,
die Fig. 2 eine auseinandergezogene Schnittansicht des Werkzeugs eines Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist, wobei das Werkzeug bei diesem Ausführungsbeispiel eine er ste Werkzeugeingangsbohrung und eine zweite Werkzeugausgangsbohrung hat,
die Fig. 3 eine auseinandergezogene Schnittansicht des Werkzeugs eines Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist, wobei das Werkzeug bei diesem Ausführungsbeispiel nur eine erste Werkzeugeingangsbohrung hat,
die Fig. 4 eine auseinandergezogene Schnittansicht einer alternativen Bauform des Werkzeugs eines Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist, die eine Längswerkzeug/Horn-Kombination und eine Radialwerkzeug/Horn-Kombination zeigt, wobei jedes Werkzeug eine erste Werkzeugeingangsbohrung und eine zweite Werkzeugausgangsbohrung hat,
die Fig. 5 eine auseinandergezogene Schnittansicht einer alternativen Bauform des Werkzeugs eines Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist, die eine Längswerkzeug/ Horn- Kombination und eine Schrägwerkzeug/Horn-Kombination zeigt, wobei jedes Werkzeug eine erste Werkzeugeingangsbohrung und eine zweite Werkzeugausgangsbohrung hat,
die Fig. 6 eine auseinandergezogene Schnittansicht einer alternativen Bauform des Werkzeugs eines Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist, die eine Längswerkzeug/ Horn- Kombination, eine Radialwerkzeug/Horn-Kombination und eine Schrägwerkzeug/Horn-Kombination zeigt, wobei jedes Werkzeug eine erste Werkzeugeingangsbohrung und eine zweite Werkzeugausgangsbohrung hat,
die Fig. 7 eine auseinandergezogene Schnittansicht einer alternativen Bauform des Werkzeugs eines Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist, die eine Längswerkzeug/ Horn- Kombination, eine Radialwerkzeug/Horn-Kombination und eine Schrägwerkzeug/Horn-Kombination zeigt, wobei jedes Werkzeug nur eine erste Werkzeugeingangsbohrung hat,
die Fig. 8 eine Schnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des Ultraschallreaktors entlang seiner Längsachse ist, die eine Vielzahl von Radialwerkzeug/Horn-Kombinationen um den Umfang des Reaktors mit einer Längswerkzeug/Horn-Kombination zeigt, wobei det Reaktor mit keinem Werkzeug ausgerüstet ist,
die Fig. 9 eine grafische Darstellung der Viskosität im Verhältnis zur Schergeschwindigkeit für vulkanisiertes hydriertes Nitrilgummi ist, das durch den Extruder geschoben und mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Drücken bei einer Trommeltemperatur von 200ºC und einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,5 mm devulkanisiert wird, gemessen bei 71ºC und einer Ultraschallwellen-Amplitude von 96 um; (1) 5 Umdrehungen/min 4,14 MPa (600 psi); (2) 15 Umdrehungen/min 8,27 MPa (1.200 psi); (3) 25 Umdrehungen/min 12,41 MPa (1.800 psi) und (4) ungehärtetes (nichtvulkanisiertes) hydriertes Nitrilgummi,
die Fig. 10 eine grafische Darstellung der Viskosität im Verhältnis zur Schergeschwindigkeit für vulkanisiertes hydriertes Nitrilgummi ist, das durch den Extruder geschoben und mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Drücken bei einer Trommeltemperatur von 200ºC und einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,5 mm devulkanisiert wird, gemessen bei 71ºC und einer Ultraschallwellen-Amplitude von 82 um; (1) 5 Umdrehungen/min 4,14 MPa (600 psi); (2) 10 Umdrehungen/min 4,83 MPa (700 psi); (3) 15 Umdrehungen/min 7,24 MPa (1.050 psi) und (4) ungehärtetes (nichtvulkanisiertes) hydriertes Nitrilgummi,
die Fig. 11 eine grafische Darstellung der Viskosität im Verhältnis zur Schergeschwindigkeit für vulkanisiertes hydriertes Nitrilgummi ist, das durch den Extruder geschoben und mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Drücken bei einer Trommeltemperatur von 200ºC und einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,5 mm devulkanisiert wird, gemessen bei 71ºC und einer Ultraschallwellen-Amplitude von 37 um; (1) 1 Umdrehung/min 3,79 MPa (550 psi); (2) 5 Umdrehungen/min 8,27 MPa (1.200 psi) und (3) ungehärtetes (nichtvulkanisiertes) hydriertes Nitrilgummi,
die Fig. 12 eine grafische Darstellung der Viskosität im Verhältnis zur Schergeschwindigkeit für ein vulkanisiertes Fluorelastomer ist, das durch den Extruder geschoben und mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Drücken bei einer Trommeltemperatur von 175ºC und einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,5 mm devulkanisiert wird, gemessen bei 71ºC und einer Ultraschallwellen-Amplitude von 96 um; (1) 2 Umdrehungen/min 3,79 MPa (550 psi); (2) 4 Umdrehungen/min 4,14 MPa (600 psi); (3) 6 Umdrehungen/min 4,83 MPa (700 psi) und (4) ungehärtetem (nichtvulkanisiertem) Fluorelastomer,
die Fig. 13 eine grafische Darstellung der Viskosität im Verhältnis zur Schergeschwindigkeit für einen vulkanisierten LKW- oder PKW-Reifenprofilmantel auf der Basis von SBR/NR-Gummi (Styrol-Butadien-Gummi/Naturkautschuk) ist, der durch den Extruder geschoben und mit verschiedenen Geschwindigkeiten, Drücken und Ultraschallamplituden bei einer Trommeltemperatur von 100ºC und einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,5 mm devulkanisiert wird, gemessen bei 71ºC; (1) 2 Umdrehungen/min 2,41 MPa (350 psi), 96 um; (2) 2 Umdrehungen/min 3,45 MPa (500 psi), 82 um; (3) 5 Umdrehungen/min 2,76 MPa (400 psi); (4) 5 Umdrehungen/min. 4,14 MPa (600 psi), 82 um und (5) 8 Umdrehungen/min. 3,45 MPa (500 psi), 96 um,
die Fig. 14 eine Vertikalschnittansicht oder eine Horizontalschnittansicht, wobei beide bei der veranschaulichten Vorrichtung anwendbar sind, eines inneren Ultraschallhorns ist, das in einer Ultraschallwerkzeug-Befestigung enthalten ist, wobei die Eingangs- und Ausgangsbohrungen je nach Wunsch auswechselbar sind,
die Fig. 15 eine grafische Darstellung der Viskosität im Verhältnis zur Schergeschwindigkeit für ein original nichtvulkanisiertes SBR-Gummi (Styrol-Butadien-Gummi) ist (1); SBR- Gummi, welches vulkanisiert wurde und nachfolgend durch den Extruder geschoben und unter Nutzung von sowohl der Außen-Ultraschallwerkzeug-Bauform gemäß Fig. 1 (3) und der Innen-Ultraschallwerkzeug-Bauform gemäß Fig. 14 (2) bei einer Trommeltemperatur von 120ºC, einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,5 mm devulkanisiert wird, gemessen bei 71ºC; einer Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit von 30 Umdrehungen/min und einer Ultraschallwellenamplitude von 80 um bei 20 kHz,
die Fig. 16 eine grafische Darstellung von Spannungs-Dehnungs-Kurven für original nichtvulkanisiertes SBR-Gummi (Styrol-Butadien-Gummi) ist (1); SBR-Gummi, welcher vulkanisiert wurde und nachfolgend durch den Extruder geschoben und unter Nutzung von sowohl der Außen-Ultraschallwerkzeug-Bauform gemäß Fig. 1 (3) und der Innen-Ultraschallwerkzeug-Bauform gemäß Fig. 14 (2) bei einer Trommeltemperatur von 120ºC, einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,5 mm devulkanisiert wird, gemessen bei 71ºC; einer Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit von 20 Umdrehungen/min und einer Ultraschallwellenamplitude von 80 um bei 20 kHz,
die Fig. 17 eine grafische Darstellung von Speichermodul (G'), Verlustmodul (G"), Absolutwert der dynamischen Viskosität (π*) und tan δ von entnetzten Ethylenvinylazetat-Schaumplatten ist, unter Nutzung der Innen-Ultraschallwerkzeug-Bauform gemäß Fig. 14 bei einer Trommeltemperatur von 120ºC, einem Spalt (c = 1b-1p) von 0,625 mm, einer Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit von 2 Umdrehungen/min und einer Ultraschallwellenamplitude von 105 um bei 20 kHz
die Fig. 18 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer alternativen Gestaltung im Querschnitt ist, die eine nicht gerundete Ultraschallhorn/Werkzeug-Bauform veranschaulicht, bei welcher ein Ultraschallhorn zwischen den Wänden eines Werkzeugs in Ebenen parallel zu der Längsachse des Reaktors positioniert ist, und
die Fig. 19 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer alternativen Gestaltung im Querschnitt ist, die eine nicht gerundete Ultraschallhorn/Werkzeug-Bauform veranschaulicht, bei welcher zwei Ultraschallhörner zwischen den Wänden eines Werkzeugs in Ebenen parallel zu der Längsachse des Reaktors positioniert sind.

Detaillierte Liste der Bestandteile

Teilnummer Beschreibung
10 Ultraschallgenerator
12 Energieumwandler
13 Booster
14 Stromrichter
15 Horn
16 Werkzeug
17 Befestigungslöcher
18 Befestigungsklammer
19 Adapterschenkel
20 Reaktor
21 Druckmesser
22 Trommel
24 Trichter
25 Antrieb
26 Reaktorschnecke
27 Spiralrippen an der Welle
28 Motor (nicht gezeigt)
36 Reaktorausgangsbohrung
37 Werkzeugausgangsbohrung
38 Werkzeugeingangsbohrung
39 Endpunkt des Werkzeugs
42 Heizmantel
44 Längswerkzeug/Horn-Kombination
46 Radialwerkzeug/Horn-Kombination
48 Schrägwerkzeug/Horn-Kombination
50 Innenwerkzeug/Horn-Kombination
52 Dichtung
54 Werkzeughohlraum
56 Werkzeugheiz- und/oder -kühlwicklungen
58 Werkzeugwand
60 Devulkanisierungszoneneingang
62 Devulkanisierungszonenausgang
c Spalt zwischen dem Ausgangspunkt der Werkzeugeingangsbohrung und der Spitze des Horns
de Werkzeugausgangsbohrungsdurchmesser
dh Hornquerschnittsdurchmesser
di Werkzeugeingangsbohrungsdurchmesser
dr Reaktorausgangsbohrungsdurchmesser
h Höhe zwischen Ultraschallhörnern
lb Werkzeugausgangsbohrungs-Tiefe
lp Tiefe der Einführung des Ultraschallhornabschnitts, gemessen vom Endpunkt des Werkzeugs

Detaillierte Offenbarung der Erfindung

Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die nur zu Zwecken der Veranschaulichung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung dienen und nicht zu dem Zweck, diese einzuschränken, die Figuren zeigen die effektive Anwendung von Ultraschall zur kontinuierlichen Devulkanisierung von Gummi.
Es ist gut bekannt, daß vulkanisierte Elastomere, die ein dreidimensionales chemisches Netzwerk haben, nicht unter der Wirkung von Wärme und/oder Druck fließen können. Genau aus diesem Grund hat bisher keine Literatur die Anwendung eines Extruders beschrieben, um einen vulkanisierten Gummi weiter zu bearbeiten. Diese physikalische Eigenschaft hat die Anwendung der Extrudertechnologie bei dem großen Problem des Recyclings von gebrauchten Reifen und anderen vulkanisierten elastomeren Produkten verhindert.
Es ist jedoch gefunden worden, daß durch die Anwendung·von bestimmten Pegeln von Ultraschallamplituden bei Vorhandensein von Druck und wahlweise Wärme das dreidimensionale Netzwerk von vulkanisierten Elastomeren ausgebrochen werden kann. Infolgedessen wird mit Ultraschall behandeltes vulkanisiertes Gummi in sehr wünschenswerter Weise weich, wodurch es möglich wird, dieses Material erneut zu bearbeiten und auf eine Weise ähnlich der bei nichtvulkanisierten Elastomeren zu formen.
Fig. 1 ist eine halbschematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reaktors (z. B. eines Extruders) oder einer beliebigen Einrichtung 20, welche vulkanisiertes Gummi transportieren kann, während gleichzeitig Druck auf ihn ausgeübt wird, verbunden mit einer Ultraschallwerkzeug-Baugruppe 10. Wie gezeigt ist, besteht die Werkzeugbaugruppe 10 aus einem Energieumwandlerabschnitt 12, welcher einen Stromrichter 14 und einen Booster 13 enthält, verbunden mit einem Hornabschnitt 15, wobei die Baugruppe durch eine Befestigungsklammer 18 gehalten ist und mittels eines Adapterabschnitts 19 an dem Reaktor 20 angebracht ist. Der Reaktor 20 enthält eine Trommel 22, wird durch einen Trichter 24 versorgt, wobei die Schnecke 26 innerhalb des Trommelabschnitts durch einen Antrieb 25 angetrieben wird, mit Energie versorgt durch einen Motor 28 (nicht gezeigt). Der Hornabschnitt 15 enthält einen Werkzeugabschnitt 16, durch welchen das devulkanisierte Elastomer, das extrudiert wird, bei einem mittels eines Druckmessers 21 gezeigten Drucks hindurchgedrückt wird.
Zusätzlich ist in Fig. 1 ein Ultraschallgenerator 10 des Ultraschallwerkzeugs gemäß der Erfindung gezeigt, der durch die Befestigungsklammer 18 mittels Adapterschenkeln 19 an dem Reaktor 20 beweglich befestigt ist. Wie in Fig. 2 deutlicher gezeigt ist, ist der Hornabschnitt 15 des Ultraschallwerkzeugs gezeigt, wie er bis zu einer Tiefe lp in das Werkzeug 16 mit der Ausgangsbohrungstiefe lb eindringt. Die Distanz zwischen lp und lb ist eine kritische Größe für die effektive Durchführung des Devulkanisierungsverfahrens, und die Differenz zwischen dem Wert von lp, der Horneindringtiefe, subtrahiert von lb, der Ausgangsbohrungstiefe, definiert einen Spalt c, durch welchen die Gummiteilchen extrudiert werden. Wenn dieser Spalt (lb-lp) größer als die Gummiteilchengröße ist, werden einige Teilchen des vulkanisierten Gummis durchfließen, ohne devulkanisiert zu werden. Wenn andererseits der Spalt zu klein ist, kann der in der Reaktorausgangsbohrung erzeugte Druck ansteigen und zu einer Unfähigkeit zur Einleitung des Betriebs des Ultraschallreaktors führen. Es gibt einen optimalen Spalt, welcher von der Größe der Gummiteilchen und/oder der Dicke der Gummischnitzel und der Ultraschallamplitude abhängt, innerhalb von welchen optimalen Bedingungen Devulkanisierung erzielt werden kann. Insbesondere können optimale Devulkanisierungsbedingungen erzielt werden, wenn der Spalt zwischen 0,2-0,8 mm beträgt, aber geringere und größere Spalte werden in Betracht gezogen.
Überdies ist der Hornquerschnittsdurchmesser dh gegenüber dem Werkzeugeingangsbohrungsdurchmesser di kritisch. Wenn der Hornquerschnittsdurchmesser dh geringer als der Werkzeugeingangsbohrungsdurchmesser di ist, dann können die Teilchen aus vulkanisiertem Elastomer den Werkzeugausgangsbohrungsdurchmesser de ohne eine signifikante Devulkanisierung passieren. In einem bevorzugten Modus liegt das Verhältnis so vor, daß der Durchmesser der Reaktorausgangsbohrung dr nahezu ungefähr dem Werkzeugeingangsbohrungsdurchmesser di entspricht. Außerdem ist der Ultraschallhorndurchmesser dh größer als die Werkzeugeingangsbohrung di, aber noch kleiner als die Werkzeugausgangsbohrung de.
Es wird angenommen, daß die durch die Ultraschallwellen bei Vorhandensein von Druck und wahlweise Wärme übertragene Energie, auf das vulkanisierte Gummi einwirkend, für die schnelle Devulkanisierung verantwortlich ist. Folglich sind sowohl die Wellenfrequenz als auch die Amplitude wichtige Verfahrensparameter.
Während bisher ein Werkzeug beschrieben worden ist, das zwei deutlich verschiedene Bohrungsdurchmesser de und di hat, ist die Erfindung nicht auf ein solches begrenzt. Da der Schlüsselparameter die Beziehung zwischen dem Horndurchmesser dh und der Werkzeugeingangsbohrung di ist, besteht keine Notwendigkeit, einen zweiten Ausgangsbohrungsdurchmesser de zu haben. Fig. 3 veranschaulicht dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Während ein Ultraschallreaktor bisher im allgemeinen so beschrieben worden ist, daß er hauptsächlich ein einzelnes Werkzeug mit einem in dieses eingefügten einzelnen Horn enthält, gibt es keinen Grund, die Erfindung darauf zu beschränken. Wie in Fig. 4-7 gezeigt ist, werden Mehrfachkombinationen von Werkzeug-Bauformen, sowohl hinsichtlich der Positionierung als auch der Anzahl von Werkzeug/Horn-Kombinationen in Betracht gezogen. Der Schlüsselparameter besteht darin, daß alle Horn/Werkzeug- Kombinationen koaxial zu der Längsebene der Devulkanisierungszone sind. Bezüglich der zusätzlichen Werkzeug/Horn-Kombinationen, welche rund um eine Reaktorausgangsbohrung positioniert sind, gibt es keine andere Begrenzung in der oberen Anzahl dieser Kombinationen, als daß es eine natürliche Begrenzung durch den verfügbaren Raum gibt. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, kann der Reaktor mit Längswerkzeug/Horn-Kombinationen 44 und Radialwerkzeug/Horn-Kombinationen 46 ausgerüstet sein. Fig. 5 veranschaulicht die Möglichkeit, Längswerkzeug/Horn-Kombinationen 44 mit Schrägwerkzeug/Horn-Kombinationen 48 zu vereinigen. Fig. 6 zeigt eine Werkzeug-Bauform, bei welcher eine Längswerkzeug/Horn-Bauform 44 zusammen mit einer Radialwerkzeug/Horn- Bauform 46 und einer Schrägwerkzeug/Horn-Kombination 48 positioniert ist. Fig. 7 veranschaulicht die Fähigkeit, die Erfindung mit einem Werkzeug auszuführen, das nur eine Werkzeugeingangsbohrung di hat.
Auf eine Weise ähnlich wie bei dem Verhältnis zwischen den in Fig. 2 und 3 gezeigten Werkzeugen, gibt es, wenn mehrere Werkzeuge benutzt werden, wie zum Beispiel gemäß Fig. 4-7, keine Notwendigkeit bei den Werkzeugen, daß die Werkzeuge zwei ver schiedene Bohrungsdurchmesser haben. Wie bei der Bauform mit einem einzelnen Werkzeug ist keine Notwendigkeit für einen zweiten Ausgangsbohrungs-Durchmesser de vorhanden, da der Schlüsselparameter das Verhältnis zwischen dem Horndurchmesser dh und der Werkzeugeingangsbohrung di ist. Fig. 7 veranschaulicht dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, und da der Durchmesser der Reaktorausgangsbohrung dr nahezu auf den Werkzeugeingangsbohrungs-Durchmesser di abgestimmt ist, gibt es in einigen Fällen für Reaktoren, welche speziell für diesen Zweck gestaltet worden sind, keine Notwendigkeit für ein an einer Ausgangsbohrung angebrachtes Werkzeug. Diese Anordnung ist in Fig. 8 gezeigt. Bei dieser Anordnung befindet sich eine Vielzahl von Radialwerkzeug/Horn-Kombinationen 46 an der Außenfläche des Umfangs der Längsachse des Reaktors 20. Wie bei den vorhergehenden Anordnungen ist der Spalt zwischen der Außenfläche der Reaktorausgangsbohrung und der Spitze des Ultraschallhorns in einer Distanz positioniert, welche experimentell maximiert wird. Typischerweise ist der Spalt zwischen 0,2 mm-0,8 mm, obgleich sowohl größere als auch kleinere Spalte unter geeigneten Bedingungen möglich sind. Anders als in den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, gibt es keine absolute Notwendigkeit, eine Werkzeug/Horn-Kombination in der Reaktorausgangsbohrung zu positionieren, und bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Längswerkzeug/Horn-Kombination optional.
Bei der Auswahl der Wellenfrequenz und der Amplitude ist ein beträchtlicher Spielraum möglich, und wie im vorhergehenden vorgeschlagen, werden die optimalen Bedingungen für ein bestimmtes Polymer am besten durch mit dem Gummi, an dem Interesse besteht, durchgeführte experimentelle Versuche bestimmt. Innerhalb solcher Betrachtungen ist jedoch festgestellt worden, daß die Frequenz der Wellen im Ultraschallbereich sein sollte, d. h. mindestens 15 Kilohertz, und ein Bereich von ungefähr 15 kHz bis 50 kHz zu bevorzugen ist. Die Amplitude der Welle kann bis zu einer Amplitude von mindestens ungefähr 10 Mikron bis ungefähr 200 Mikron variiert werden, wobei wiederum die am besten für eine bestimmte Anwendung geeignete genaue Amplitude und Frequenz einfach durch Experimentieren bestimmt werden können.
Die exakte Anordnung des Befestigungspunktes der Befestigungsklammer 18 und die Länge der Adapterschenkel 19 im Verhältnis zu dem Horn 15 ist wichtig. Es ist festgestellt worden, daß die Tiefe, bis zu welcher die Spitze des Horns 15 in die Ausgangsbohrung de eingeführt wird, durch die Devulkanisierungscharakteristiken der Zusammensetzung und insbesondere von ihrer Fähigkeit zur Ausbreitung von Ultraschallenergie bestimmt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Distanz, welche die Spitze des Ultraschallhorns 15 und den Endpunkt der Eingangsbohrung di trennt, ungefähr 0,2-0,8 mm, aber größere und kleinere Spalte sind möglich.
Der Reaktor ist von einem Heizmantel 42 umgeben, welcher von elektrischen Heizelementen oder Wärmeübertragungsmedien des gemäß Stand der Technik gut bekannten Typs abhängig sein kann. Der Zweck des Mantels besteht darin, den Druck innerhalb des Reaktors herabzusetzen, der durch die vulkanisierten elastomeren Teilchen erzeugt wird, welche zu der Reaktorausgangsbohrung dr geschoben werden. In einem nicht erwärmten Modus wird der Reaktordruck an der Extruderausgangsbohrung dr übermäßig hoch, was zu einer Überlastung des Ultraschallwellengenerators führt.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel, dem am meisten zu bevorzugenden, den Erfindern bis jetzt bekannten und in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel, veranschaulicht die Ultraschallhorn/Werkzeug-Kombination 50, daß das Ultraschallhorn 10, anders als bei der anfangs in Fig. 1 gezeigten Bauform, im Inneren des Werkzeugs 16 positioniert ist. Vulkanisiertes Material wird in das Werkzeug 16 durch den Reaktorbohrungsausgang 36 mit dem Ausgangsbohrungs-Durchmesser dr und in die Werkzeugeingangsbohrung 38 vom Durchmesser di zugeführt. Der Ultraschallgenerator 10, der den Energieumwandler 12 mit den Komponenten Stromrichter 14 und Booster 13 und das Horn 15 enthält, ist quer zu der Längsachse der Reaktors 20 angeordnet. Das vulkanisierte Material wird aufgrund des durch die Reaktorschnecke 26 innerhalb des Reaktors 20 erzeugten Vorwärtsdrucks unter Druck durch den inneren Werkzeughohlraum 54 in Richtung auf die Werkzeugausgangsbohrung 37 bewegt. Eine Bewegung des vulkanisierten Materials in Richtung auf das Stromrichter-Ende 14 des Ultraschallgenerators wird durch die Dichtung 52 verhindert, welche abdichtend den Fluß des Materials verhindert. Das Dichtungsmaterial kann von beliebiger Zusammensetzung sein, welche eine druckdichte Abdichtung bewirkt, und besteht oft aus Teflon. Der Werkzeugdruck wird über einen Druckmesser 21 gemessen. Das Werkzeug wird in Abhängigkeit von dem Material, das zu devulkanisieren ist, oder dem Material, das zu entnetzen ist, wahlweise erwärmt und/oder gekühlt. Während die Anordnung des Ultraschallhorns quer zu der Längsachse des Reaktors gezeigt ist, ist es in gleicher Weise möglich, das Ultraschallhorn in schrägen Winkeln zu der Längsachse des Reaktors zu positionieren.
Wenn sich das vulkanisierte Material der Spitze des Horns 15 annähert, fließt das Material aufgrund der Tatsache, daß der Durchmesser des Horns dh größer als der Durchmesser der Werkzeugausgangsbohrung de ist, in den Weg der durch das Horn erzeugten Ultraschallwellen. Die innenliegende Anordnung des Horns innerhalb des Werkzeugs erlaubt, daß die Devulkanisierung in einer Umgebung stattfindet, welche nicht dem atmosphärischen Sauerstoff ausgesetzt ist, wodurch der Betrag der Produktdegradation minimiert wird, welche andernfalls, zum Beispiel bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, auftreten kann.
Wie vorhergehend im Zusammenhang mit Fig. 1 diskutiert wurde, liegt der Spalt c, bevorzugt zwischen der Spitze des Horns 15 und dem Beginn der Werkzeugausgangsbohrung 37 zwischen 0,2- 0,8 mm, aber größere und kleinere Spalte sind möglich. Der Spalt ist notwendigerweise eine Funktion der Geschwindigkeit der Reaktorschnecke mit dem dazugehörigen erzeugten Druck. Zusätzlich wird der Hornquerschnittsdurchmesser dh vorzugsweise größer als die Werkzeugausgangsbohrung de sein. Bei dieser Bauform wäre es erforderlich, daß die Teilchen des vulkanisierten Elastomers unter ausreichendem Druck durch die Werkzeugausgangsbohrung und in den Ultraschallwellenweg gehen, um Devulkanisierung sicherzustellen.
Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf Fig. 14 beschrieben worden ist, wird in Betracht gezogen, daß, wenn sich das Ultraschallhorn im Inneren des Werkzeugs befindet, die Bezeichnungen der Werkzeugeingangs- und Werkzeugausgangsbohrungen ausgetauscht werden können, und daß es in gleicher Weise möglich ist, die Devulkanisierungsreaktion zu betreiben, wenn das vulkanisierte Material von dem Reaktor 20' (analog dem Reaktor 20) durch die Werkzeugausgangsbohrung 37 zugeführt wird und durch die Werkzeugeingangsbohrung 38 der Fig. 14 austritt.
In Fig. 18 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des Ultraschallhorn/Werkzeugs gezeigt, wobei ein nicht kreisförmiges Ultraschallhorn 10 entlang von Ebenen parallel zu der Längsachse des Reaktors 20 positioniert ist. Das Ultraschallhorn ist um eine Höhe h von dessen gegenüberliegender Werkzeugwand beabstandet. Um die Devulkanisierungs- und/oder Entnetzungsreaktion zu bewirken, wird aus den vorhergehenden Diskussionen deutlich, daß ähnliche wie die auf die Definition des Spalts c einwirkenden Zwangsbedingungen auf entsprechende Weise bei der Höhe h anwendbar sind. Im allgemeinen wird der Betrag der Höhe im wesentlichen der vorhergehend für c Definierte sein, wodurch gestattet wird, daß Material durch das Eintreten durch den Devulkanisierungszoneneingang und das Austreten durch den Devulkanisierungszonenausgang mittels des parallel beabstandeten Ultraschallhorns bearbeitet wird.
In Fig. 19 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des Ultraschallhorn/Werkzeugs gezeigt, bei welchem zwei nicht kreisförmige Ultraschallhörner 10 entlang von Ebenen parallel zu der Längsachse des Reaktors 20 angeordnet sind. Die Ultraschallhörner sind um eine Höhe h von deren gegenüberliegenden Flächen beabstandet. Um die Devulkanisierungs- und/oder Entnetzungsreaktion zu bewirken, wird aus den vorhergehenden Diskussionen deutlich, daß ähnliche wie die auf die Definition des Spalts c einwirkenden Zwangsbedingungen auf entsprechende Weise auf die Höhe h anwendbar sind. Im allgemeinen wird der Betrag der Höhe im wesentlichen das Zweifache des Betrags für den Spalt sein, wodurch gestattet wird, daß zusätzliches Material durch das Eintreten durch den Devulkanisierungszoneneingang und das Austreten durch den Devulkanisierungszonenausgang mittels der parallel-beabstandeten Ultraschallhörner bearbeitet wird.

Beispiele

Proben von hydriertem Nitrilgummi (HNBR), der 50 Teile Ruß, 25 Teile Bleicherde und verschiedene andere Zusätze (z. B. Fachleuten bekannte Beschleuniger, Antioxidationsmittel und Vulkanisierungsmittel) enthält, und Fluorkohlenstoffpolymer (FCP), das 30 Teile Siliziumdioxid und verschiedene andere Fachleuten bekannte Zusätze enthält, wurden unter Nutzung eines Formpreßverfahrens vulkanisiert. Die Bestandteile wurden formgepreßt und zu Platten vulkanisiert. Insbesondere kamen die folgenden Bedingungen zu Anwendung.
HNBR 177ºC, 350ºF für 5 Minuten bei 250 PSIG, 1,72 MPa
FCP 177ºC, 350ºF für 5 Minuten bei 250 PSIG, 1,72 MPa, gefolgt von 232ºC, 450ºF für 10 Stunden in einem Ofen
Die vulkanisierten Platten wurden nachfolgend in Stücke oder Stränge von ungefähr nomineller Größe (15 mm x 5 mm · 3 mm) geschnitten und die Stücke wurden in den Trichter eines Einzoll- Einschneckenextruders für die Bearbeitung von thermoplastischen Kunststoffen bei verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten gegeben, die in den folgenden Beispielen detailliert dargestellt sind, und unter Druck durch einen 0,5 mm-Werkzeugspalt extrudiert, wobei ein Ultraschallhorn von 12,7 mm Durchmesser bei 20 kHz und verschiedenen Wellenamplituden betrieben wurde. Während bei den folgenden Beispielen in erster Linie Stücke von vulkanisiertem Gummi verwendet wurden, ist auch der Gebrauch von längeren oder kürzeren Strängen und/oder Teilchen in Betracht gezogen.
Nachdem die vulkanisierten Elastomere durch den erwärmten Extruder gegangen waren, der bei 200ºC und 175ºC für HNBR bzw. FCP arbeitete, wurden die devulkanisierten Elastomere gesammelt und analysiert. Zur Durchführung der Analyse wurde durch Formpressen bei Raumtemperatur für 10 Minuten bei ungefähr 1,72 MPa, 250 psig eine Probe aus dem gesammelten Material hergestellt. Es wurden die Viskositätscharakteristiken der devulkanisierten Massen gemessen.
Die Messungen der Viskosität im Verhältnis zur Schergeschwindigkeit wurden bei 71ºC unter Nutzung eines modifizierten Mehrfach-Geschwindigkeits-Mooney-Rheometers (Monsanto) vorgenommen.

Beispiel 1

Eine Reihe von Devulkanisierungsläufen wurde an hydriertem Nitrilgummigemisch durchgeführt. Stücke dieses Materials wurden in den Extruder gegeben, der bei einer Trommeltemperatur von 200ºC und einem Werkzeugspalt von 0,5 mm und einer Ultraschallwellenamplitude von 96 um bei 20 kHz arbeitete. Die Extruderschnecke wurde bei Geschwindigkeiten von (1) 5 Umdrehungen/min. (2) 15 Umdrehungen/min und (3) 25 Umdrehungen/min betrieben. Die durch den Extruder erzeugten Drücke waren 600 psi 4,14 MPa, 1.200 psi 8,27 MPa bzw. 1.800 psi 12,41 MPa. Zu Vergleichszwecken wurde eine nichtvulkanisierte hydrierte Nitrilgummimasse (4) getestet. Die Resultate sind in Fig. 9 als eine Reihe von Plots in einer grafischen Darstellung des Protokolls der Viskosität (π) im Verhältnis zu dem Protokoll der Schergeschwindigkeit (γ) grafisch dargestellt.
Wie in Fig. 9 zu sehen ist, veranschaulicht die Referenzmasse (4) einen Basis-Vergleichsfall des original nichtvulkanisierten Materials. Bei der Betrachtung der Kurven für die Gemische (1), (2) und (3) ist offensichtlich, daß die Anwendung der Ultraschallwellen mit der Amplitude 96 um die Materialien völlig devulkanisiert hat. Überdies ist aus der Figur die Tatsache ersichtlich, daß gilt, je niedriger die Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit, desto größer der Grad des Brechens der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Dies ist in der abgesenkten Position der Kurven in Beziehung zu dem Basis-Vergleichsfall (4) gezeigt. Die Anwendung von Ultraschall hat nicht nur das Material devulkanisiert, sondern auch das Molekulargewicht des Elastomers herabgesetzt, was das Brechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungen innerhalb der Polymerkette anzeigt.
Je geringer die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecke, welche sich als eine längere Verweilzeit des Elastomers in dem Ultraschallfeld auswirkt, desto größer ist der Grad der Depolymerisation.

Beispiel 2

Zur Prüfung der Wirkung der Ultraschallwellenamplitude wurde eine Reihe von Läufen bei einer herabgesetzten Amplitude von 82 um für Schneckengeschwindigkeiten von (1) 5 Umdrehungen/min 4,14 MPa (600 psi); (2) 10 Umdrehungen/min 4,83 MPa (700 psi) und (3) 15 Umdrehungen/min 7,24 MPa (1.050 psi) vorgenommen. Die Proben wurden auf eine Weise analog dem Beispiel 1 hergestellt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wurde ein ähnlicher Satz von Daten erzielt, welcher die Wirksamkeit der Ultraschallbehandlung bei einer herabgesetzten Amplitude anzeigt.

Beispiel 3

Die Ultraschallwellenamplitude wurde ferner in einer Reihe von Läufen auf 37 um herabgesetzt, die in Fig. 11 für Schneckengeschwindigkeiten von (1) 1 Umdrehung/min 3,79 MPa (550 psi) und (2) 5 Umdrehungen/min 8,27 MPa (1.200 psi) aufgezeichnet sind, und auf eine Weise ähnlich der im Beispiel 1 angewandten Weise erzeugt werden. Wie in der Grafik veranschaulicht ist, zeigen die Daten auf deutliche Weise, daß sich niedrigere Wellenamplituden, gekoppelt mit längeren Verweilzeiten, auf zusammenwirkende Weise derart beeinflussen, daß nicht nur die Devulkanisation, sondern auch eine signifikante Depolymerisation des Elastomers ermöglicht werden, wie sich bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1 Umdrehung/min zeigt.

Beispiel 4

Eine Reihe von Devulkanisierungs·läufen wurden an einer Fluorkohlenstoff-Elastomermasse durchgeführt. Stücke dieses Materials wurden dem Extruder zugeführt, der bei einer Trommeltemperatur von 175ºC und einem Werkzeugspalt von 0,5 mm und einer Ultraschallwellenamplitude von 96 um bei 20 kHz arbeitete. Die Extruderschnecke wurde bei Geschwindigkeiten von (1) 2 Umdrehungen/min. (2) 4 Umdrehungen/min und (3) 6 Umdrehungen/min betrieben. Die durch den Extruder erzeugten Drücke waren 550 psi 3,79 MPa, 600 psi 4,14 MPa bzw. 700 psi 4,83 MPa. Zu Vergleichszwecken wurde eine nichtvulkanisierter Fluorkohlenstoff- Elastomermasse (4) getestet. Die Resultate sind in Fig. 12 als eine Reihe von Plots in einer grafischen Darstellung des Protokolls der Viskosität (π) im Verhältnis zu dem Protokoll der Schergeschwindigkeit (γ) grafisch dargestellt.
Wie in der Figur zu sehen ist, veranschaulicht die Referenzmasse (4) einen Basis-Vergleichsfall, wenn das Material nicht vulkanisiert ist. Bei der Betrachtung der Kurven für die Massen (1), (2) und (3) ist offensichtlich, daß die Anwendung der Ultraschallwellen mit der Amplitude 96 um die. Materialien völlig devulkanisiert hat. Überdies ist aus der Figur die Tatsache ersichtlich, daß gilt, je niedriger die Schneckenumdrehungsge schwindigkeit, desto größer der Grad des Brechens der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Dies zeigt sich in der abgesenkten Position der Kurve, betrachtet für eine Schneckengeschwindigkeit von 2 Umdrehungen/min in Beziehung zu dem Basis-Vergleichsfall (4). Die Anwendung von Ultraschall hat nicht nur das Material devulkanisiert, sondern auch das Molekulargewicht des Elastomers herabgesetzt, was das Brechen von Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bindungen innerhalb der Polymerkette anzeigt.
Je geringer die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecke, welche sich als eine längere Verweilzeit des Elastomers in dem Ultraschallfeld auswirkt, desto ist größer der Grad der Depolymerisation.

Beispiel 5

Zur Prüfung der Wirksamkeit des Verfahren auf einen PKW-Profilreifen-Verbund wurde eine Probe aus vulkanisiertem Gummi auf der Basis eines Styrol-Butadien-Gummi/Naturkautschuk-Verbundes von Rondy Inc., Akron, Ohio erhalten. Die Teilchengröße des Materials war nominell 0,1-0,05". Stücke dieses vulkanisierten Materials wurden dem Extruder zugeführt, der bei einer Trommeltemperatur von 100ºC und einem Werkzeugspalt von 0,5 mm und Ultraschallwellenamplituden von 96 um und 82 um bei 20 kHz arbeitete. Die Extruderschnecke wurde bei verschiedenen Geschwindigkeiten von 2 Umdrehungen/min. 5 Umdrehungen/ min und 8 Umdrehungen/min bei verschiedenen Drücken betrieben. Wie durch die Tatsache offensichtlich wird, daß diese Materialien überhaupt Fließkurven aufweisen (Fig. 13), macht dies stark deutlich, daß eine Devulkanisierung aufgetreten ist, da das original vulkanisierte Material auf SBR/NR-Basis überhaupt nicht fließt. Auf der Basis der vorhergehenden Figuren wird erwartet, daß auch in gleichem Umfang ein Brechen der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung aufgetreten ist.

Beispiel 6

Eine Probe Styrol-Butadien-Gummi (SBR), die Vulkanisierungsmittel enthielt, wurde bei 170ºC für 12 Minuten in einer Formpreß- Presse bei ungefähr 1,72 MPa 250 psig vulkanisiert und in eine Form gebracht, die innere Abmessungen von 20 · 20 · 0,3 cm³ hat. Die hergestellten Platten wurden in Stücke geschnitten, welche in einen Einschneckenextruder mit einer Außen(Fig. 1)- und einer Innen(Fig. 14)-Ultraschallhorn/Werkzeug-Bauform zugeführt wurden. Die Reaktortrommeltemperatur betrug 120ºC bei einer Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit von 30 Umdrehungen/min. Der Werkzeugspalt betrug 0,5 mm und die Ultraschallwellen hatten 80 um bei 20 kHz. Es wurde ein Ultraschallhorndurchmesser von 12,7 mm genutzt und der Eingangsdurchmesser in die Devulkanisierungszone war 19 mm. Der äußere Durchmesser für das Extrudat war 6,35 mm. Während des Durchgangs durch den Spalt wurde das vulkanisierte SBR devulkanisiert, gesammelt und analysiert.
Die Viskosität des devulkanisierten SBR-Gummis, erzielt unter Nutzung der Außen- und Innenwerkzeuge, wie auch die Viskosität des original unvulkanisierten SBR-Gummis wurden unter Nutzung eines modifizierten Mooney-Rheometers (Monsanto) gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 15 als eine Reihe von Plots des Protokolls der Viskosität im Verhältnis zu dem Protokoll der Schergeschwindigkeit gezeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist die Viskosität des devulkanisierten SBR-Gummis, die mit Innen-Werkzeug-Anordnung erzielt wurde, höher als die, die mit der Außen- Anordnung erzielt wurde. Dies zeigt, daß gleichzeitig mit der Devulkanisierungsreaktion eine geringere Degradation stattfindet.
Das devulkanisierte SBR-Gummi wurde nachfolgend mit Vulkanisierungsmitteln gemischt und erneut in einer Formpreß-Presse bei den gleichen Bedingungen wie bei der ersten Vulkanisierung vulkanisiert. Es wurden Gummiplatten hergestellt, welche anschließend für die Spannungs-Dehnungs-Messungen in Streifen geschnitten wurden. Diese Messungen wurden unter Nutzung eines Monsanto-Tensiometers ausgeführt. Fig. 16 zeigt die Spannungs-Dehnungs-Kurven für das original vulkanisierte SBR-Gummi und das erneut vulkanisierte SBR-Gummi, welches zuvor in sowohl der Außen- als auch der Innen-Hornwerkzeug-Bauform devulkanisiert wurde. Es ist deutlich zu sehen, daß das in der Innen- Horn/Werkzeug-Anordnung devulkanisierte und dann nachfolgend erneut vulkanisierte SBR-Gummi die besseren Spannungs-Dehnungs- Charakteristiken als das SBR-Gummi hat, welches in der Außen- Horn/Werkzeug-Anordnung devulkanisiert und dann nachfolgend erneut vulkanisiert worden war.

Beispiel 7

Von der Monarch Rubber Company gelieferte vernetzte Ethylenvinylazetat-Schaumplatten (Evalite 35) wurden in Stränge geschnitten und einem Einschneckenextruder mit Ultraschallwerkzeugbefestigung zugeführt. Eine Trommel- und Werkzeugtemperatur wurde bei 200ºC aufrechterhalten. Es wurde eine Schneckenrotation von 2 Umdrehungen/min mit einem Werkzeugspalt von 0,625 mm und einer Ultraschallwellenamplitude von 105 um bei 20 kHz genutzt, es kam ein Ultraschallhorn von 12,7 mm Durchmesser zur Anwendung. Der Eingangsdurchmesser in der Entnetzungszone war 19 mm und der Ausgangsdurchmesser für das Extrudat war 6,35 mm. Das gesammelte entnetzte Material war bei Raumtemperatur ein fester Stoff. Dieses entnetzte Material wurde in Platten von Abmessungen 15 · 10 · 0,2 cm³ bei einer Temperatur von 175ºC unter Anwendung einer Vorheizzeit von 5 min und einer Haltezeit von 5 min bei 31,03 MPa 4.500 psig formgepreßt. Die Fähigkeit des entnetzten Materials zur Formung ist ein starkes Anzeichen dafür, daß das Material fließen kann. Aus diesen Platten wurden für rheologische Untersuchungen mit Hilfe eines mechanischen Rheometrix-Spektrometers Scheiben von 2 cm Durchmesser gestanzt. Bei einer Temperatur von 125ºC wurden verschiedene Frequenzen und eine konstante Amplitude (3%) benutzt. Wie in Fig. 17 gezeigt ist, zeigte das entnetzte Material ein rheologisches Verhalten, daß für fließfähige thermoplastische Kunststoffe typisch ist, wie durch den Speichermodul (G'), Verlustmodul (G"), Absolutwert der dynamischen Viskosität (π*) und tan δ des entnetzten Materials gezeigt ist.

Diskussion

Wie aus Fig. 9-13 und 15-17 deutlich wird, tritt die Devulkanisierung von Gummi und die Entnetzung von vernetzten Polymeren schnell und in quantitativ auf. In allen Fällen zeigten die Vergleiche der für das nichtvulkanisierte Material erzeugten Kurve mit der aus Material, welches bearbeitet (devulkanisiert) worden ist, erzeugten Kurve, daß die Kurven entsprechend dem bearbeiteten Material niemals den nichtvulkanisierten Standard überschritten. Das Auftreten der herabgesetzten Positionierung der Kurven in den Figuren in Beziehung zu dem nichtvulkanisierten Standard erfolgt aufgrund der Möglichkeit des zusätzlichen Aufbrechens der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen indem Polymer, wenn es erwünscht ist. Die Menge des Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungs-Aufbruchs ist einsteuerbarer Parameter und hängt von den Faktoren Druck und insbesondere der Verweilzeit ab, welche das Material in der Devulkanisierungszone verbleibt. Die Devulkanisierung tritt sehr schnell auf, typischerweise innerhalb von 0,1-10 Sekunden.
Das devulkanisierte Gummi kann vom polaren oder nichtpolaren Typ sein. Einige repräsentative Typen von polarem Gummi, welche innerhalb des Bereichs dieser Erfindung betrachtet werden, sind Chloropren- und Nitrilgummi, wobei keine Einschränkung auf irgendeine im einzelnen genannte Auflistung vorgesehen ist. Einige repräsentative Typen von nichtpolarem Gummi, welche innerhalb des Bereichs dieser Erfindung betrachtet werden, sind Styrol-Butadien-Gummi (SBR), Naturkautschuk, Ethylen-Propylen- Gummi, Butadiengummi, Isoprengummi, Butylgummi, Silikongummi und Fluorkarbongummi, wobei wiederum keine Einschränkung auf eine im einzelnen genannte Auflistung vorgesehen ist.
Während die Diskussion zu Beginn auf die kontinuierliche Devulkanisierung von Gummi gerichtet war, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Innerhalb des Bereichs dieser Erfindung liegt die Anwendung von Ultraschallwellen auf das Brechen von dreidimensionalen vernetzten polymeren Netzwerken in warmausgehärteten Werkstoffen. Einige repräsentative Systeme, ohne eine Einschränkung auf die im einzelnen aufgeführten Beispiele darzustellen, schließen ein Polyurethane, Epoxid-/Phenolharze, Epoxidharze, gesättigte Polyesterharze, ungesättigte Polyesterharze, Phenol/Formaldehydharze usw.
Während die Figuren und die sich daraus ergebende Diskussion insbesondere die Anwendung eines Extruders zur Bewegung des original vulkanisierten Materials zu der Extruderausgangsbohrung zum Mittelpunkt hatte, gibt es keinen Grund, die Erfindung darauf zu beschränken. Tatsächlich bestehen die einzigen grundlegenden Anforderungen für den Extruderabschnitt des Reaktors darin, daß er befähigt ist, Material unter Druck in Richtung auf die Reaktorausgangsbohrung und in eine aufnehmende Werkzeugeingangsbohrung zu bewegen. Optional sollte der Reaktor erwärmbar sein. Die Erwärmung des Reaktors ergibt eine Tendenz zur Absenkung des an der Ausgangsbohrung des Reaktors erzeugten Innendrucks und zur Reduzierung des Energieverbrauchs des Motors.
In seinem einfachsten Betriebsmodus ist der Reaktor an seiner Ausgangsbohrung mit einem Werkzeug ausgestattet, das eine Eingangsbohrung und eine Ausgangsbohrung hat. Es besteht jedoch kein Grund, die Erfindung darauf zu beschränken. Es wird in Betracht gezogen und befindet sich innerhalb des Bereichs der Erfindung, mehrere Werkzeugeingangs- und -ausgangsbohrungen anzuwenden, die von einer gemeinsamen Werkzeugaufnahmebohrung ausgehen. Wenn die Anwendung auf diese Weise erfolgt, wird es möglich, den Durchsatz (Menge von devulkanisiertem Material, gesammelt in einer Zeiteinheit) auf signifikante Weise zu erhöhen. Eine der einfachsten Methoden, um dies zu gewährleisten, besteht in der Schaffung zusätzlicher Ausgangsbohrungen, die radial rund um das Werkzeug positioniert sind. Es ist jedoch innerhalb des Bereichs der Erfindung in Betracht zu ziehen, daß anders positionierte Werkzeuge und Hörner möglich sind. Das Schlüsselelement ist die Ausrichtung der Längsachse des Ultra schallhorns mit der Achse der Ausgangsbohrung des Reaktors und/oder der Eingangsbohrung des Werkzeugs.
Während in der Beschreibung dieser Anmeldung der Begriff Werkzeug benutzt worden ist, um einen separaten Bestandteil der Vorrichtung zu bezeichnen, gibt es keine Notwendigkeit, das Konzept als solches darauf zu beschränken. Tatsächlich ist es gut möglich, daß eine Vorrichtung konstruiert werden kann, welche ein Werkzeug in der körperlichen Einheit selbst enthält, ohne daß die Notwendigkeit eines separaten Bauteils vorhanden ist. Zur Erleichterung der Reinigung und der routinemäßigen Wartung wird jedoch erwartet, daß das Werkzeug typischerweise eine separate Einheit ist, die an der Ausgangsbohrung des Reaktors angebracht ist.
Es ist auch möglich und liegt innerhalb des Bereichs der Erfindung, den am Extruder angebrachten Werkzeugabschnitt wegzulassen. Bei dieser Bauform besteht der Schlüsselparameter darin, daß der Durchmesser des Horns größer als der Durchmesser der Ausgangsbohrung des Reaktors ist. Die Werkzeuganordnung wird bei dieser Anmeldung typischerweise zur Vereinfachung der Anpassung existierender Ausrüstung (d. h. Extruder) genutzt.
Während die Bauform des Werkzeugs und/oder der Reaktorausgangsbohrung im allgemeinen als zylindrisch oder sphärisch in der Form bezeichnet worden ist, ist kein Grund vorhanden, die Erfindung darauf zu beschränken. Es ist möglich, mit der Erfindung andere geometrisch geformte Werkzeug- und/oder Reaktorausgangsbohrungsformen zu gebrauchen. Es wird in Betracht gezogen, daß in der Anwendung ohne Einschränkung auf effektive Weise von anderen geometrischen Formen wie zum Beispiel rechteckigen Schlitze, ovalen Schlitze usw. Gebrauch gemacht werden kann. Es liegt außerdem innerhalb des Bereichs der Erfindung, daß die Werkzeug- und/oder Reaktorausgangsbohrung konstante Abmessungen oder variierende Abmessungen hat. Die Anfangsabmessungen eines rechteckigen Schlitzes können zum Beispiel im wesentlichen auf der Eingangsseite größer sein als sie es auf der Ausgangsseite sind. Es wird überdies innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung in Betracht gezogen, daß unregelmäßig geformte Ausgangsbohrungen angepaßt werden können. Der kritische Parameter besteht darin, daß die Oberfläche des Horns ausreichend ist, um befähigt zu sein, über der Ausgangsbohrungsform positioniert zu werden, ob nun die Ausgangsbohrung die des Reaktors oder die des Werkzeugs ist.
Die wirksame Devulkanisierung des Gummis erfordert eine sorgfältige Analyse des Werkzeugeingangsbohrungsdurchmessers, des Werkzeugausgangsbohrungsdurchmessers und des Ultraschallhorndurchmessers. Ein kritischer Punkt, um das Material auf effektive Weise zu devulkanisieren, besteht darin, daß der Horndurchmesser größer als die Werkzeugeingangsbohrung, jedoch kleiner als die Werkzeugausgangsbohrung ist. Diese Anordnung gestattet, daß das Werkzeug bis ·zu einer Tiefe in die Werkzeugausgangsbohrung eingeführt wird, welche auf wirksame Weise das Material devulkanisiert, jedoch gleichzeitig keinen übermäßigen Betrag an Druck innerhalb des Werkzeugs des Reaktors erzeugt, wodurch ein Stoppen der Hornschwingungen verursacht wird.
Während in Übereinstimmung mit den Patentstatuten ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel und ein bester Modus präsentiert worden sind, ist der Geltungsbereich der Erfindung nicht auf diese beschränkt, sondern ist eher an dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu ermessen.

Claims

1. Ultraschallreaktor, umfassend einen Reaktor(20) mit mindestens einer Reaktorausgangsbohrung (36), der zur kontinuierlichen Zuführung vulkanisierter oder vernetzter elastomerer Teilchen unter Druck zu der Reaktorausgangsbohrung (36) befähigt ist,

gekennzeichnet durch

mindestens ein Ultraschallhorn (15) für jede Reaktorausgangsbohrung (36),

mindestens ein Befestigungsmittel (18) für die Befestigung jedes Ultraschallhorns (15) an dem Reaktor (20) und in einer linearen Beziehung mit einer Längsachse der mindestens einen Reaktorausgangsbohrung (36), und

einen Ultraschallwellengenerator (10) an einem Ende jedes Ultraschallhorns (15), wobei ein Durchmesser des Wellengenerators größer ist als der Durchmesser der Reaktorausgangsbohrung, wobei eine Spitze des Ultraschallwellengenerators zusätzlich in einen Spaltabstand (c) angeordnet ist, gemessen entlang der Längsachse der Reaktorausgangsbohrung, der ausreichend ist, um Devulkanisierung oder Entnetzen der Elastomerteilchen herbeizuführen.

2. Ultraschallreaktor nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Reaktorausgangsbohrung (36) weiterhin umfaßt:

mindestens ein Werkzeug (16) mit einer Werkzeugeingangsbohrung (38) und einer Werkzeugausgangsbohrung (37), wobei die Werkzeugeingangsbohrung (38) einen kleineren Durchmesser als die Werkzeugausgangsbohrung (37) aufweist, wobei das Werkzeug so an dem Reaktor angebracht ist, daß der Durchtritt der vulkanisierten elastomeren Teilchen aus der Reaktorausgangsbohrung (36) in die Werkzeugeingangsbohrung (38) gestattet wird, und worin ein Durchmesser (dh) des Wellengenerators größer ist als der Durchmesser (di) der Werkzeugeingangsbohrung und kleiner ist als der Durchmesser (de) der Werkzeugausgangsbohrung, und worin weiterhin

eine Spitze des Ultraschallwellengenerators in dem Spaltabstand (c) angeordnet ist, der gemessen ist entlang der Längsachse der Werkzeugausgangsbohrung (37) zwischen einer ein Ende der Werkzeugeingangsbohrung (38) begrenzenden Querebene und einer die Spitze des Ultraschallwellengenerators (10) begrenzenden Querebene, wobei der Spaltabstand (c) ausreichend ist, um Devulkanisierung oder Entnetzen des Elastomers herbeizuführen.

3. Ultraschallreaktor nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Reaktorausgangsbohrung (36) weiterhin umfaßt:

mindestens ein Werkzeug (16) in nicht-längsgerichteter Ausfluchtung (46, 48) mit einer Längsachse des Reaktors, das eine Werkzeugeingangsbohrung (38) und eine Werkzeugausgangsbohrung (37) besitzt, wobei die Werkzeugeingangsbohrung (38) im Durchmesser kleiner ist als die Werkzeugausgangsbohrung (37), wobei das Werkzeug so an dem Reaktor angebracht ist, daß der Durchtritt der vulkanisierten elastomeren Teilchen aus der Reaktorausgangsbohrung (36) in die Werkzeugeingangsbohrung (38) gestattet wird, und worin

ein Durchmesser (dh) des Wellengenerators größer ist als der Durchmesser (di) der Werkzeugeingangsbohrung und kleiner ist als der Durchmesser (de) der Werkzeugausgangsbohrung, und worin weiterhin

4. Ultraschallreaktor nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Reaktorausgangsbohrung (36) weiterhin umfaßt:

mindestens ein Werkzeug (16) mit einer Werkzeugeingangsbohrung, einer Werkzeugausgangsbohrung und einem inneren, die Werkzeugeingangs- und -ausgangsbohrungen verbindenden Werkzeughohlraum (54), wobei das Werkzeug so an dem Reaktor angebracht ist, daß der Durchtritt der vulkanisierten elastomeren Teilchen aus der Reaktorausgangsbohrung in die Werkzeugeingangsbohrung gestattet wird, und worin ein Durchmesser (dh) des Wellengenerators größer ist als der Durchmesser der Werkzeugeingangsbohrung, und worin weiterhin

eine Spitze des Ultraschallwellengenerators in einem Spaltabstand (c) angeordnet ist, der gemessen ist entlang der Längsachse der Werkzeugausgangsbohrung zwischen einer ein Ende der Ultraschallwellengeneratorspitze begrenzenden Querebene und einer den·Beginn der Werkzeugeingangsbohrung begrenzenden Querebene, wobei der Spaltabstand ausreichend ist, um Devulkanisierung oder Entnetzen der Elastomerteilchen herbeizuführen.

5. Ultraschallreaktor nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Reaktorausgangsbohrung weiterhin umfaßt:

eine Werkzeugkammer mit zwei parallel beabstandeten Werkzeugwänden (58), die an dem Reaktor (20) und an einer Werkzeugausgangswand angebracht sind, mindestens eine Ultraschallwellengenerätorfläche (15) mit mindestens einem Ultraschallhorn (10) in einer parallel beabstandeten Anordnung mit einer dritten Werkzeugwand (58), wobei sowohl die Wellengeneratorfläche (15) als auch die dritte Wand (58) in assoziativem Kontakt mit den beiden parallel beabstandeten Werkzeugwänden und der Werkzeugausgangswand stehen, wodurch ein Kanal (60) gebildet wird, durch welchen elastomere Teilchen zugeführt und durch eine Ausgangsbohrung in einer Ausgangswand ausgegeben werden können,

mindestens einem Abstandsmittel für die Anbringung des Ultraschallhorns an der Werkzeugwand und die Ermöglichung variabler Positionierung der mindestens einen Ultraschallwellengeneratorfläche in einer linearen Beziehung zu einer Längsachse der Reaktoraüsgangsbohrung, wodurch ein Spaltabstand (c), gemessen zwischen·der Wellengeneratorfläche (15) und dritter Wand (58), erzeugt wird, der ausreichend ist, um Devulkanisierung des Elastomers herbeizuführen.

6. Ultraschallreaktor nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 oder 5, worin der Spaltabstand 0,2 bis 0,8 mm beträgt.

7. Ultraschallreaktor nach Anspruch 5, worin die dritte Wand (58) der Werkzeugkammer eine Ultraschallwellengeneratorfläche ist.

8. Ultraschallreaktor nach Anspruch 7, worin der Spaltabstand 0,2 bis 1,6 mm beträgt.

9. Kontinuierliches Verfahren für das Recycling von vulkanisierten elastomeren Teilchen oder vernetzten warmausgehärteten Polymeren, umfassend die Schritte:

Zuführen vulkanisierter oder vernetzter elastomerer Teilchen in eine unter Druck gesetzte Zone, und Ultraschallbehandeln der Elastomeren in der Zone mit einer Ultraschallwelle, die koaxial mit der Zone für eine Zeit von etwa 0,1 Sekunden bis etwa 10 Sekunden übertragen wird, um Brechen mindestens einer kovalenten Bindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, Kohlenstoff-Schwefel-Bindung und einer Schwefel-Schwefel-Bindung, herbeizuführen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin ein Druck von etwa 0,7 bar bis etwa 689 bar zur Anwendung kommt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, worin der Druck von etwa 27,5 bar bis etwa 103,5 bar beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, worin eine Temperatur von etwa 25ºC bis etwa 300ºC zur Anwendung kommt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, worin eine Amplitude der Ultraschallwelle von etwa 10 um bis etwa 200 um beträgt.