EA015965B1 - Способ девулканизации резины - Google Patents

Abstract

В изобретении вулканизированную резину подвергают девулканизации путем контактирования вулканизированной резины с жидким скипидаром в реакционной смеси в отсутствие щелочного металла.

Description

Настоящее изобретение относится в целом к композициям и способам девулканизации резины.

Предпосылки создания изобретения

Доказано, что утилизация посредством девулканизации использованных или отбракованных покрышек и других изделий из резины, которые почти всегда изготовлены из вулканизированного каучука, представляет собой исключительно сложную проблему. Причиной, вызывающей эту проблему, служит тот факт, что при вулканизации полимеры или эластомеры в составе каучука сшивают с использованием серы. Получающиеся сшитые каучуки или эластомеры отверждают под действием повышенной температуры, это предотвращает возможность плавления или превращения в другие продукты, например термопластичные полимеры или металлы.

Существует неотложная потребность в утилизации использованных или отбракованных покрышек в неотвержденной, или девулканизированной форме, поскольку сырьем для производства разнообразных видов синтетических каучуков и полимеров являются ископаемые топлива, например нефть, природный газ и уголь. Они также служат источниками энергии для производства и транспортировки природного каучука.

Разработаны разнообразные способы девулканизации с целью выделения каучука из использованных или отбракованных покрышек и других продуктов, изготовленных из резины, и включающих отвержденный, или вулканизированный, каучук или эластомер. Регенерированный каучук можно подвергнуть совместному отверждению или совместной вулканизации со свежеприготовленным каучуком с целью получения новых покрышек или других продуктов из каучука, если можно осуществить крупномасштабный процесс девулканизации без разложения каучука и при относительно низких затратах. Тем не менее, до настоящего времени ни один из способов девулканизации не оказался достаточно выгодным с коммерческой точки зрения для применения в крупном масштабе. Происходит это потому, что каждый из способов девулканизации, разработанный до настоящего времени, требует избыточно высоких затрат на разработку и функционирование; более того, каждый из способов чрезвычайно сложно масштабировать и регулировать, и/или чрезвычайно сложно выделять и очищать девулканизированный каучук высокого качества при минимальном его разложении, что вызвано одной или более из перечисленных ниже причин: (1) функционирование при чрезвычайно высоком давлении; (2) функционирование при очень высокой температуре; (3) необходимость применения исключительно высоких усилий сдвига; (4) необходимость применения дорогих реакторов и механических устройств, например экструдеров и высокоскоростных валковых дробилок; (5) необходимость в подаче специальных видов энергии, например ультразвукового или микроволнового облучения; (6) необходимость подвергать обработке смесь, или композицию, двух или более реагентов, катализаторов и/или промоторов, которые часто являются высокотоксичными; (7) необычно долгие времена, требующиеся даже для частичной девулканизации отвержденного каучука или эластомера; (8) девулканизация происходит только на поверхности подвергающейся регенерации резиновой крошки. Все типичные или хорошо известные способы девулканизации, разработанные до настоящего времени, обладают одним или более из этих восьми основных недостатков, они кратко описаны ниже.

В патенте И8 4104205 описан способ девулканизации вулканизированного серой эластомера, содержащего полярные группы. В этом способе применяют регулируемую дозу микроволновой энергии, составляющую от 915 до 2450 МГц и от 41 до 177 Ватт-часов/фунт, которая достаточна для разрушения практически всех связей углерод-сера и сера-сера, но недостаточна для разрушения существенного количества связей углерод-углерод.

В патенте И8 5284625 описан способ непрерывного воздействия ультразвукового облучения на вулканизированный эластомер или каучук с целью разрушения связей углерод-сера, сера-сера и, если это требуется, связей углерод-углерод в вулканизированном эластомере. Сообщается, что при воздействии определенных уровней ультразвукового облучения определенной амплитуды, необязательно при одновременном воздействии давления и нагревания, вулканизированный эластомер или каучук можно разрушить. Под воздействием описанного способа каучук становится мягким, что позволяет подвергать его повторной обработке и придавать форму способами, аналогичными тем, которые применяют для каучука или эластомера, которые не были подвергнуты предварительному отверждению.

В патенте И8 5602186 описан способ девулканизации отвержденного каучука посредством десульфирования. Способ включает следующие стадии: (1) контактирование крошки из вулканизированного каучука с растворителем и щелочным металлом с получением реакционной смеси; (2) нагревание реакционной смеси в отсутствие кислорода и при перемешивании при температуре, достаточной для того, чтобы протекала реакция щелочного металла с серой в вулканизированном каучуке; (3) поддержание температуры ниже такой, при которой возможно протекание реакции термического крекинга каучука, при этом происходит девулканизация каучукового вулканизата. В указанном патенте показано, что предпочтительно регулировать температуру так, чтобы она была ниже примерно 300°С или ниже температуры начала термического крекинга каучука.

В патенте И8 5891926 описан способ девулканизации отвержденного каучука в девулканизированный каучук, который можно повторно смешать и вулканизировать в полезные каучуковые продукты, и

- 1 015965 выделения девулканизированного каучука из отвержденного каучука. Указанный способ включает следующие стадии: (1) нагревание вулканизированного каучука до температуры, составляющей от примерно 150 до примерно 300°С, при давлении, составляющем по меньшей мере примерно 3,4х10⁶ Па (34,0 атм), в 2-бутаноле с целью девулканизации вулканизированного каучука в девулканизированный с получением смеси твердого вулканизированного каучука, твердого девулканизированного каучука и раствора девулканизированного каучука в 2-бутаноле; (2) отделение раствора девулканизированного каучука от твердого вулканизированного каучука и твердого девулканизированного каучука; (3) охлаждение раствора девулканизированного каучука в 2-бутаноле до температуры, составляющей менее примерно 100°С; и (4) отделение девулканизированного каучука от 2-бутанола.

В патенте и8 6380269 описан способ девулканизации поверхности регенерируемой каучуковой крошки с получением девулканизированной поверхности регенерируемой каучуковой крошки, которая годится для того, чтобы подвергнуть ее повторному компаундированию и повторной вулканизации с получением каучуковых продуктов с высокими потребительскими свойствами. Указанный способ включает следующие стадии: (1) нагревание регенерируемой каучуковой крошки до температуры, составляющей от примерно 150 до примерно 300°С, при давлении, составляющем по меньшей мере примерно 3,4х10⁶ Па (34,0 атм), в присутствии 2-бутанола с целью девулканизации поверхности каучуковой крошки, таким образом получается суспензия регенерируемой каучуковой крошки с девулканизированной поверхностью в 2-бутаноле, причем размер частиц регенерируемой каучуковой крошки составляет от примерно 325 до примерно 20 меш; и (2) отделение регенерируемой каучуковой крошки с девулканизированной поверхностью от 2-бутанола.

В патенте И8 6416705 описан способ и устройство для девулканизации отвержденного или сшитого эластомера или различных видов каучука, включающий следующие стадии: (1) измельчение каучуков до мелких частиц; (2) воздействие на частицы эластомера значительной силы, как, например, в шнековом экструдере или подобном устройстве; (3) ультразвуковое воздействие на частицы, подвергающиеся действию силы, чтобы вызвать девулканизацию. Энергию подают на частицы в направлении, перпендикулярном оси, вдоль которой двигаются частицы, причем энергия источника отражается от части устройства обратно в зону обработки, чтобы достичь максимального использования энергии. В отдельных случаях отражения энергии достигают применением расположенных напротив друг друга вращающихся ультразвуковых источников, которые резонируют в фазе друг к другу. В другом предпочтительном варианте применяют расположенные напротив друг друга настроенные в резонанс источники ультразвука, причем некоторые, но не все такие источники вращаются, а оставшиеся представляют собой пассивные или не вращающиеся источники, их резонансную частоту настраивают в соответствии с частотой вращающихся источников. В одном из устройств пара источников резонирует в фазу из-за линий задержки, расположенных между двумя источниками ультразвука. В другом устройстве масса пассивного источника уравнена с массой активного источника так, чтобы достичь регулировки в фазу, что увеличивает отражение энергии до максимума.

В патенте И8 6479558 описан способ и конечный продукт, в котором вулканизированный твердый измельченный каучук, например вулканизированную каучуковую крошку, подвергают биологической обработке термофильными микроорганизмами, встречающимися в природе, которые выделяют из горячих серных источников, что приводит к разрыву некоторых химических связей. Биологическая обработка каучуковой крошки делает обработанную крошку более подходящей для применения в новых каучуковых составах. В результате в новых каучуковых смесях можно применять каучуковую крошку более крупных размеров и в больших концентрациях.

В патенте И8 6541526 описан механический/химический способ и состав, предназначенные для девулканизации отвержденного каучука, в этом способе макромолекулы сохраняются, а сера становится пассивной при дальнейшей повторной вулканизации. Указанный способ включает следующие стадии: (1) резка и измельчение использованной резины; (2) удаление частиц металла из измельченной резины; (3) добавление модифицирующей композиции в процессе пропускания измельченной перерабатываемой резины через два вальца, которые дополнительно измельчают частицы резины. Модифицирующая композиция представляет собой смесь донора протонов, который селективно разрывает связи серы и пассивирует ее; оксида металла; органической кислоты, которая образует новые связи между макромолекулами с целью дальнейшей повторной вулканизации; ингибитора, который предотвращает повторное прикрепление радикалов серы друг к другу до того момента, когда донор протонов присоединяется к сере; и добавки, повышающей коэффициент трения, которая предотвращает скольжение обрабатываемой резины между вальцами. Частицы подвергают по меньшей мере десяти обработкам вальцами.

В патенте И8 6590042 описан способ регенерации отвержденного с помощью серы, то есть вулканизированного каучука, с использованием следующих стадий: (1) смешивание тонко измельченной крошки вулканизированного каучука внутри специализированного двухшнекового экструдера, способного обеспечить сильное измельчение и одновременно смешивание; (2) прибавление в экструдер ускорителя регенерации; (3) пластифицирование резиновой крошки и ускорителя регенерации в экструдере до тех пор, пока каучуковая крошка не станет девулканизированной. Указанный патент описывает также

- 2 015965 уникальный состав ускорителя регенерации, который включает предпочтительно следующие соединения: ускорители, ТВВ8. ΖΜΒΤ, МВТ и ТМТМ; активаторы, оксид цинка и стеариновую кислоту; а также цинковые соли жирных кислот и серу. Регенерированный каучук подходит для получения высококачественных резиновых продуктов без добавления связующего или для соединения со свежими каучуковыми соединениями с целью получения резиновых изделий, обладающих высокими техническими характеристиками.

В патенте И8 6831109 описан способ, который обеспечивает модификатор для девулканизации отвержденного эластомера и конкретно вулканизированного каучука. Указанный модификатор содержит первое химическое вещество, которое может разлагаться с образованием органического катиона и амина, и дополнительно содержит второе химическое вещество в качестве промотора диссоциации первого химического вещества. Указанный промотор содержит функциональную группу, которая представляет собой акцептор указанного амина.

В патенте И8 6924319 описан способ девулканизации дробленой резиновой крошки из резиновых гранул, в которой серные мостики разрушают и активируют для повторной вулканизации. Указанный способ включает следующие стадии: (1) обработка резиновой крошки с целью набухания структуры каучука на поверхности гранул; (2) смешивание обработанных гранул резины с девулканизирующим составом, механически и химически воздействующим на резиновую крошку, в комбинации миксеров, включающей нагревание и охлаждение. Резиновую крошку и девулканизирующий состав нагревают до температуры 105-150°С и затем немедленно охлаждают. Девулканизирующее соединение получают смешиванием девулканизирующего продукта с вулканизирующим агентом и связующим так, чтобы резиновые гранулы были равномерно покрыты этим составом. Девулканизирующее соединение можно также получить покрытием набухших гранул резины слоями путем смешивания вулканизирующих агентов, например ускорителей, активаторов, вспомогательных веществ, связующих, доноров кислородных радикалов и поглотителей.

В патенте И8 6992116 описан способ, разработка которого основана на неожиданном открытии того факта, что поверхность регенерируемых частиц резиновой крошки можно девулканизировать путем нагревания этих частиц до температуры, составляющей по меньшей мере примерно 150°С, при давлении, составляющем по меньшей мере примерно 3,4х10⁶ Па (34,0 атм), в присутствии 2-бутанола. Также разработка этого способа основана на неожиданном открытии того факта, что такие девулканизированные с поверхности частицы резиновой крошки, имеющей размеры, составляющие от примерно 325 до примерно 20 меш, можно повторно компаундировать и повторно вулканизировать в резиновые продукты с высокими потребительскими свойствами, например покрышки, шланги и ремни электроприводов. Более конкретно, в этом патенте описан способ девулканизации поверхности регенерируемой резиновой крошки с получением девулканизированной на поверхности резиновой крошки, которая подходит для повторного компаундирования и повторной вулканизации в резиновые продукты высокой потребительской ценности. Указанный способ включает следующие стадии: (1) нагревание регенерируемой резиновой крошки до температуры, составляющей от примерно 150 до примерно 300°С при давлении, составляющем по меньшей мере примерно 3,4х10⁶ Па (34,0 атм) в присутствии 2-бутанола с целью девулканизации поверхности резиновой крошки, при этом образуется суспензия девулканизированной с поверхности регенерируемой резиновой крошки в 2-бутаноле, при этом размер частиц регенерируемой резиновой крошки составляет от примерно 325 до примерно 20 меш; (2) отделение девулканизированной с поверхности регенерируемой резиновой крошки от 2-бутанола.

Краткое изложение сущности изобретения

Один из аспектов настоящего изобретения обеспечивает способ девулканизации резины, в котором часть вулканизированной резины контактирует с жидким скипидаром в реакционной смеси в отсутствие щелочного металла.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения жидкий скипидар представляет собой любую одну или более жидкостей, выбранных из группы, включающей: природный скипидар, синтетический скипидар, хвойное масло, альфа-пинен, бета-пинен, альфа-терпинеол, бета-терпинеол, 3-карен, анетол, дипентен (парамента-1,8-диен), терпеновые смолы, нопол, пинан, камфен, паракумол, анизальдегид, гидропероксид 2-пинана, 3,7-диметил-1,6-октадиен, изоборнилацетат, терпингидрат, оцимен, 2пинанол, дигидромирценол, изоборнеол, гамма-терпинеол, аллооцимен, аллооцименовые спирты, гераниол, 2-метокси-2,6-диметил-7,8-эпоксиоктан, камфору, параментан-8-ол, альфа-терпенилацетат, цитраль, цитронеллол, 7-метоксидигидроцитронеллаль, 10-камфорсульфоновую кислоту, параментен, ацетат параментан-8-ила, цитронеллаль, 7-гидроксидигидроцитронеллаль, ментол, ментон, их полимеры, а также их смеси.

В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения жидкий скипидар представляет собой любую одну или более жидкостей, выбранных из группы, включающей природный скипидар, синтетический скипидар, хвойное масло, альфа-пинен, бета-пинен, альфа-терпинеол, бета-терпинеол, гамма-терпенеол, их полимеры, а также их смеси.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения вулканизированную резину можно использо

- 3 015965 вать в виде частиц любых размеров, которые ускоряют контакт с жидким скипидаром. Резину можно использовать в виде крупных кусков, одного или более кусков, или блоков, например крупных фрагментов или кусков покрышек легковых или грузовых автомобилей. Резина может включать целые устройства или предметы, например целые покрышки или листы. В соответствии с предпочтительным аспектом изобретения вулканизированную резину используют в виде крошки вулканизированной резины. В соответствии с предпочтительным аспектом изобретения средний размер частиц резиновой крошки составляет от примерно 0,074 мм до примерно 50 мм.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения жидкий скипидар дополнительно включает растворитель. В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения растворитель выбирают из группы, включающей низшие алифатические спирты, низшие алканы, а также их смеси. В соответствии с предпочтительным аспектом изобретения растворитель выбирают из группы, включающей этанол, пропанол, бутанол, гептан и их смеси.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения резина и жидкий скипидар контактируют при температурах, составляющих от примерно 10 до примерно 180°С. Предпочтительно резина контактирует с жидким скипидаром при температуре, составляющей менее 180°С. Более предпочтительно резина контактирует с жидким скипидаром при температуре, составляющей менее 100°С.

В соответствии с дополнительным аспектом данного изобретения резина и жидкий скипидар контактируют при давлении, составляющем от примерно 4х10⁴ до примерно 4х10⁵ Па. В соответствии с этим аспектом способ осуществляют при давлении, составляющем от примерно 0,4 до примерно 4 атм.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения способ дополнительно включает реакционный сосуд, внутри которого вулканизированный каучук контактирует с жидким скипидаром. В соответствии с этим аспектом обеспечиваются средства перемешивания, при помощи которых перемешивают вулканизированный каучук и жидкий скипидар, содержащиеся в реакторе.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения вулканизированный каучук и жидкий скипидар помещают в сборную емкость, чтобы увеличить время контакта. В соответствии с дополнительным аспектом изобретения степень вулканизации регулируют изменением времени, в течение которого каучук находится в контакте с жидким скипидаром, и/или температуры смеси каучука и жидкого скипидара.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения вулканизированная резина контактирует с неоднородной жидкостью, включающей жидкий скипидар и воду.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения вулканизированный каучук контактирует с жидким скипидаром при условии подачи энергии, выбранной из группы, включающей тепловую энергию выше примерно 250°С, давление, превышающее 4 атмосферы, микроволновую энергию, ультразвуковую энергию, механическую энергию сдвига, а также их сочетания.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения к смеси резины и жидкого скипидара добавляют катализатор девулканизации.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения к реакционной смеси добавляют соединение, выбранное из группы, включающей диоксид углерода, оксиды металлов, ингибиторы радикалов серы, ТВВ8, ΖΜΒΤ, МВТ, ТМТМ и их смеси.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения в реакционную смесь включают термофильные микроорганизмы.

Другие дополнительные аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны для лиц, квалифицированных в данной области техники, из приложенного подробного описания, в котором показаны и описаны особенно предпочтительные варианты настоящего изобретения, просто для иллюстрации наилучших способов осуществления настоящего изобретения. Как будет понятно, изобретение можно осуществить и в других отличающихся предпочтительных вариантах, некоторые его детали можно модифицировать в различных очевидных аспектах, без отклонения от сути изобретения. В соответствии с этим, описание изобретения предназначено для иллюстрации, а не для ограничения сферы действия данного изобретения.

Подробное описание наиболее предпочтительных вариантов изобретения

Не ограничивающие сферу действия данного изобретения представительные примеры известных скипидаров, которые могут подходить для применения в соответствии с настоящим изобретением, описаны в иИшапп'к Епсус1ореФа о£ Ιηάι.ΐ5ΐπ;·ι1 Сйешщру, 6-е, полностью исправленное издание, т. 37, с. 565 (2003) и могут включать природный скипидар, синтетический скипидар, хвойное масло, альфа-пинен, бета-пинен, альфа-терпинеол, бета-терпинеол, 3-карен, анетол, дипентен (парамента-1,8-диен), терпеновые смолы, нопол, пинан, камфен, паракумол, анизальдегид, гидропероксид 2-пинана, 3,7-диметил-1,6октадиен, изоборнилацетат, терпингидрат, оцимен, 2-пинанол, дигидромирценол, изоборнеол, альфатерпинеол, аллооцимен, аллооцименовые спирты, гераниол, 2-метокси-2,6-диметил-7,8-эпоксиоктан, камфору, параментан-8-ол, альфа-терпенилацетат, цитраль, цитронеллол, 7-метоксидигидроцитронеллаль, 10-камфорсульфоновую кислоту, параментен, ацетат параментан-8-ила, цитронеллаль, 7гидроксидигидроцитронеллаль, ментол, ментон, их полимеры, а также их смеси.

- 4 015965

В особенно предпочтительных вариантах настоящего изобретения предпочтительным девулканизирующим реагентом является альфа-терпинеол, природный скипидар, синтетический скипидар или хвойное масло, последние три из перечисленных веществ обогащены альфа-терпинеолом. Наиболее предпочтительным девулканизирующим реагентом является альфа-терпинеол.

Предпочтительно проводить девулканизацию отвержденной (вулканизированной) резины или эластомера при температуре, составляющей от примерно 10 до примерно 180°С. Наиболее предпочтительные температуры девулканизации составляют от примерно 60 до примерно 140°С. Давление, при котором следует проводить девулканизацию, обычно будет находиться в интервале от примерно 4х10⁴ Па (0,4 атм или 5,9 фунт/дюйм²) до примерно 4х10⁵ Па (4,0 атм или 74 фунт/дюйм²). Обычно наиболее предпочтительно осуществлять процесс при давлении, составляющем от примерно 8,0х10⁴ Па (0,8 атм или 2 фунт/дюйм²) до примерно 2,0 х10⁵ Па (2,0 атм или 30 фунт/дюйм²). Обычно является предпочтительным, чтобы вулканизированная или отвержденная резина либо эластомер, подвергающиеся девулканизации, были погружены в один или более из указанных девулканизирующих реагентов в виде набора частиц или кусочков вулканизированного каучука или эластомера, размеры которых составляют от примерно 0,074 мм (200 меш) до примерно 50 мм в реакторе, который содержит один или более из указанных девулканизирующих реагентов; наиболее предпочтительно, чтобы размеры частиц крошки или кусочков отвержденной (вулканизированной) резины или эластомера составляли от примерно 0,297 мм (50 меш) до примерно 10 мм. Обычно предпочтительно, чтобы набор частиц крошки или кусочков отвержденной (вулканизированной) резины или эластомера перемешивались путем пропускания девулканизирующего реагента или реагентов в жидком виде через слой частиц крошки или путем кипячения реагента или реагентов. Предпочтительно, чтобы продолжительность девулканизации составляла от примерно 1 до примерно 60 мин. Отвержденная (вулканизированная) резина или эластомер частично или полностью девулканизируются; степень девулканизации можно регулировать изменением условий девулканизации, например температуры и давления, и продолжительности девулканизации и/или изменением типа, относительного количества и концентрации индивидуального девулканизирующего реагента в сосуде (реакторе) для девулканизации.

Наиболее эффективным реагентом для девулканизации, доступным до настоящего времени для отвержденной (вулканизированной) резины или эластомера, как заявлено, является 2-бутанол. Тем не менее, хорошо известно, что для коммерческой девулканизации отвержденных (вулканизированных) резины или эластомера на крупномасштабной основе требуется большое количество 2-бутанола. Внедренный недавно процесс девулканизации, в котором предпринята попытка снижения требуемого количества 2бутанола, описан в патенте и8 6992116. В этом изобретении снижение требуемого количества 2бутанола на 50% или более достигается путем дополнения 2-бутанола дополнительным реагентом, диоксидом углерода, и поддержанием температуры вулканизации в интервале от примерно 150 до примерно 300°С при давлении, составляющем по меньшей мере примерно 3,4х 10⁶ Па (34,0 атм).

Основой настоящего изобретения служит совершенно неожиданное открытие того факта, что семейство девулканизирующих реагентов, включающее природные и/или синтетические терпинеолы, пинены и скипидары, включающее терпинеолы, пинены и/или их полимеры, необычайно эффективны в девулканизации отвержденных (вулканизированных) резины или эластомера. Эти реагенты являются зелеными, то есть обладают низкой токсичностью, относительно недороги, по сравнению со всеми другими известными девулканизирующими реагентами, включая 2-бутанол и/или его полимеры, и разнообразные растворы или смеси этих реагентов с другими соединениями. Было обнаружено, что любой из указанных девулканизирующих реагентов проникает или диффундирует в частицы или кусочки отвержденных (вулканизированных) резины или эластомера со значительной скоростью, таким образом вызывают набухание частиц или кусочков, причем они постоянно остаются в значительной степени набухшими даже при значительно более мягких условиях, например при атмосферных температуре и давлении, чем те условия, которые требуются в недавно опубликованных изобретениях, касающихся девулканизации отвержденных (вулканизированных) резины или эластомера. Было найдено, что кусок отработанной покрышки с размерами примерно 30х10 мм и примерно 60х20 мм можно растянуть руками после нагревания при примерно 70°С при давлении немного менее 1,01 х 10⁵ Па (1,0 атм или 14,8 фунт/дюйм²) в течение примерно 4 ч в альфа-терпинеоле, одном из обнаруженных в настоящем изобретении девулканизирующих реагентов. Кусочки превращаются в пастообразную массу, если их оставить в реагенте альфатерпинеоле примерно на 2 недели после этого. Согласно анализу, сделанному в независимой сертифицированной лаборатории, общее содержание серы в продукте составляет 0,03 мас.%. Все вышеописанные наблюдения и результаты совместно указывают, что кусочки подвергающихся регенерации использованных покрышек, которые обычно вулканизируют с использованием серы, практически полностью подвергаются девулканизации. Можно легко оценить путем экстраполяции, что кусок или частица отвержденного (вулканизированного) каучука или эластомера любого конечного размера, например резиновая часть обычных покрышек для пассажирских автомобилей, размеры которых составляют примерно 260 мм в ширину, примерно 660 мм (внешний диаметр) и примерно 410 мм (внутренний диаметр), можно девулканизировать, по меньшей мере, частично или даже полностью, если их хранить в одном или более

- 5 015965 из указанных девулканизирующих реагентов в течение периода времени продолжительностью от примерно одной до примерно шести недель при средней температуре, составляющей от примерно 50 до примерно 120°С и при давлении, составляющем примерно 1,01х 10⁵ Па (1,0 атм или 14,8 фунт/дюйм²). Более того, при таком же давлении, но немного более высокой температуре, например примерно 150°С, частицы крошки регенерируемой отвержденной (вулканизированной) резины, полученной из использованных покрышек, имеющие размеры от примерно 100 меш (0,15 мм) до примерно 10 меш (2 мм), практически полностью девулканизировались в течение примерно 12 мин. Действительно, плотность указанных частиц крошки отвержденной (вулканизированной) резины снижалась от примерно 1,05 до примерно 0,90. Величина 1,05 близка к средневзвешенной плотности резиновых частей обычных шин для пассажирских автомобилей, которые включают отвержденный бутадиенстирольный каучук (БСК), природный каучук, сажу и неорганические наполнители. В неотвержденном или девулканизированном состоянии плотность составляет примерно 0,90. Более того, эта плотность соответствует примерным плотностям некоторых видов синтетических каучуков. Стоит упомянуть, что 150°С - это самая низкая температура, о которой сообщалось в недавнем сравнительном изобретении (патент И8 6992116), при этой температуре следует использовать давление, составляющее по меньшей мере 3,4х10⁶ Па (34,0 атм). Известно, что воздействие температуры, превышающей примерно 300°С, будет вызывать деполимеризацию, что приводит к получению девулканизированной резины низкой молекулярной массы, то есть низкого качества. Очевидно, что при мягких условиях любой из реагентов для девулканизации по настоящему изобретению будет приводить к образованию девулканизированного каучука, сохраняющего практически исходную микроструктуру резины; это даст возможность сохранять относительно высокую молекулярную массу каучука. Следовательно, любой из девулканизирующих агентов по настоящему изобретению в первую очередь расщепляет связи сера-сера и/или углерод-сера, а не связи углерод-углерод. Девулканизированный регенерируемый каучук в соответствии с этим можно применять в тех же направлениях, в каких использовали исходную или свежеприготовленную резину.

С использованием любого из девулканизирующих реагентов и способов по настоящему изобретению отвержденные (вулканизированные) резину или эластомер можно девулканизировать простым способом без необходимости применения сосудов (реакторов) высокого давления, микроволн, ультразвуковых волн, катализаторов или дополнительного реагента, например щелочного металла или диоксида углерода.

Предмет изобретения более конкретно включает семейство девулканизирующих реагентов, включающих природные и/или синтетические терпинеолы, пинены, скипидары, содержащие терпинеолы, пинены и/или их полимеры, и различные гомогенные растворы или гетерогенные смеси этих соединений с другими соединениями. Предмет изобретения также более конкретно включает группу способов девулканизации отвержденной (вулканизированной) резины или эластомера в полностью девулканизированный, частично девулканизированный или девулканизированный с поверхности каучук или эластомер, который можно повторно компаундировать и повторно вулканизировать в полезные резиновые продукты с использованием любого из указанных девулканизирующих реагентов. Указанные способы включают охлаждение или нагревание отвержденных (вулканизированных) резины или эластомера до температуры, которая составляет от примерно 5 до примерно 250°С, и при давлении, составляющем по меньшей мере от примерно 1,01х10⁴ Па (0,1 атм) до примерно 1,01х10⁶ Па (10,0 атм).

Примеры

Пример 1.

В данном примере альфа-терпинеол служил девулканизирующим реагентом для прямоугольного куска отвержденной (вулканизированной) покрышки пассажирского автомобиля. Типичная покрышка для пассажирского автомобиля содержит примерно 35 мас.% бутадиенстирольного каучука (БСК) и примерно 18 мас.% природного каучука (ПК); остальная часть включает сажу, наполнители и серу. Размер указанного прямоугольного куска вулканизированной покрышки пассажирского автомобиля составлял 60х20 мм. Сначала загружали кусок покрышки массой 38 г и примерно 400 г девулканизирующего реагента в контейнер диаметром примерно 58 мм и объемом 250 мл. Процесс девулканизации (эксперимент) проводили в течение примерно 240 мин при температуре примерно 70°С и давлении немного меньше 1,01 х 10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²); это давление поддерживали во всех примерах, оно определялось высотой над уровнем моря места проведения экспериментов по девулканизации. Кусок покрышки к завершению эксперимента поглощал примерно 36% девулканизирующего реагента, становился эластичным, так что его можно было растянуть руками, следовательно, разрыв связей в серных мостиках, сшивающих полимер, было практически полным.

Пример 2.

Этот пример практически идентичен примеру 1, за исключением того, что размер прямоугольного куска отвержденной (вулканизированной) покрышки пассажирского автомобиля, подвергнутого девулканизации, составлял примерно 30х10 мм. Вначале кусок покрышки массой примерно 18 г и примерно 400 г указанного девулканизирующего реагента помещали в контейнер диаметром примерно 58 мм и объемом 250 мл. Процесс девулканизации (эксперимент) проводили в течение примерно 240 мин при

- 6 015965 температуре примерно 70°С и давлении немного меньше 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²). Контейнер с реагентом оставляли на 14 дней при температуре 25°С, за это время кусок покрышки превращался в пастообразную массу. Более того, общее содержание серы в массе анализировали в независимой сертифицированной лаборатории, оно составило примерно 0,03 мас.%. Это показывает, что разрыв серных мостиков в куске отвержденной (вулканизированной) покрышки пассажирского автомобиля произошел практически полностью: содержание серы в вулканизированной покрышке пассажирских автомобилей номинально составляет примерно 1,24 мас.%.

Пример 3.

В этом примере, как и в примерах 1 и 2, в качестве девулканизирующего реагента применяли альфа-терпинеол; однако отвержденная (вулканизированная) покрышка для пассажирского автомобиля находилась в виде измельченных частиц. Как указано в примерах 1 и 2, покрышки для пассажирских автомобилей номинально содержат примерно 35 мас.% бутадиенстирольного каучука (БСК) и примерно 18 мас.% природного каучука (ПК); остальная часть включает сажу, наполнители и серу. Размеры измельченных частиц составляли от примерно 100 меш (0,15 мм) до примерно 10 меш (2 мм). Вначале примерно 5 г частиц крошки и примерно 15 г девулканизирующего реагента загружали в пробирку диаметром примерно 16 мм и длиной примерно 125 мм. Эти измельченные частицы образовывали слой на дне пробирки. Серию операций девулканизации (экспериментов) проводили при пяти температурах, составляющих примерно 16, 45, 65, 96 и 150°С, все при давлении немного меньше 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²). Рассчитывали степень расширения слоя, выраженную как отношение высоты слоя при некотором приращении времени к исходной высоте слоя и записывали при каждой температуре. Величины расширения слоя при четырех временах обработки, составляющих примерно 30, 60, 120 и 240 мин от начала опыта, составили примерно 1,0, 1,05, 1,08 и 1,38 соответственно при 16°С; примерно 1,0, 1,09, 1,20 и 1,47 соответственно при 45°С; примерно 1,16, 1,35, 1,44 и 1,46 соответственно при 65°С и примерно 1,36, 1,60, 1,68 и 1,68 соответственно при 96°С. Отношения расширения слоя при выдерживании в течение 5, 12, 18 и 24 мин от начала опыта составляли примерно 1,44, 1,88, 2,13 и 2,25 соответственно при 150°С. Заметим, что начальное отношение расширения слоя по определению составляет 1.

При температурах примерно 16, 45, 65 и 96°С степень девулканизации оценивали из определенной заранее зависимости между отношением расширения слоя и плотностью отвержденной (вулканизированной) резины, подвергнутой девулканизации, измерения проводили при 4 временах обработки, составляющих, как упомянуто выше, примерно 30, 60, 120 и 240 мин от начала опыта. Степени конверсии составили примерно 0, 15, 24 и 87% соответственно при 16°С; примерно 0, 23, 46 и 89% соответственно при 45°С; примерно 69, 94, 97 и 100% соответственно при 65°С и примерно 69, 94, 97 и 100% соответственно при 96°С. При 150°С степени конверсии оценивали для четырех интервалов времени, составляющих примерно 5, 12, 18 и 24 мин от начала опыта, как упомянуто выше; они составили примерно 54, 83, 94 и 99% соответственно.

Результаты подразумевают, что степень девулканизации отвержденной (вулканизированной) резины или эластомера под действием девулканизирующего реагента альфа-терпинеола можно легко варьировать путем изменения температуры и продолжительности процесса девулканизации. Все частично или полностью девулканизированные частицы вулканизированной покрышки для пассажирского автомобиля сохраняли набухшее состояние даже по меньшей мере два дня после обработки, при этом вряд ли изменялось отношение набухания. Это наблюдение показывает, что набухание измельченных частиц не сводится к простому физическому набуханию, вызванному проникновением девулканизирующего реагента альфа-терпинеола в измельченные частицы; другими словами, они действительно подвергаются девулканизации. Наблюдение дополнительно подтверждается тем фактом, что цвет девулканизирующего агента, который вначале полностью прозрачен, становится все более темным и непрозрачным по мере увеличения времени обработки; чем выше температура, тем больше скорость изменения цвета. Изменение цвета объясняется выделением сажи и наполнителей из пор измельченных частиц; размер и число пор увеличивается со временем, что отчетливо подтверждается микроскопическими наблюдениями.

Пример 4.

В данном примере девулканизирующим реагентом была смесь альфа-терпинеола и н-бутанола (1бутанола), образующая гомогенный раствор. Отвержденная (вулканизированная) покрышка для пассажирского автомобиля, которую в конечном счете подвергали девулканизации, находилась в виде измельченных частиц, как и в примере 3. Вначале примерно 5 г измельченных частиц и примерно 15 г девулканизирующего реагента, гомогенного раствора, включающего альфа-терпинеол и 1-бутанол, загружали в пробирку диаметром примерно 16 мм и длиной примерно 125 мм. Эти измельченные частицы образовывали слой на дне пробирки. Проводили серию операций девулканизации при примерно 65 °С и давлении немного ниже 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²) с указанным девулканизирующим реагентом (раствором) различной концентрации, а именно примерно 20, 40, 60, 80 и 100 мас.% 1-бутанола (или эквивалентно, примерно 80, 60, 40, 20 и 0 мас.% альфа-терпинеола), все при давлении примерно 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²). Степень расширения слоя, выраженную как отношение высоты слоя после определенного временного интервала к исходной высоте слоя, определяли и записывали. Отноше

- 7 015965 ния степени расширения слоя при пяти различных временах обработки, составляющих примерно 20, 40, 60, 80 и 120 мин от начала опыта, составляли примерно 1,36, 1,40, 1,42, 1,42 и 1,42 соответственно при 20 мас.%; примерно 1,31, 1,37, 1,39, 1,39 и 1,39 соответственно при 40 мас.%; примерно 1,20, 1,24, 1,24, 1,24 и 1,24 соответственно при 60 мас.%; примерно 1,15, 1,17, 1,17, 1,17 и 1,17 соответственно при 80 мас.% и примерно 1,16, 1,16, 1,16, 1,16 и 1,16 соответственно при 100 мас.%, что соответствует чистому 1бутанолу. Заметим, что отношение увеличения толщины слоя по определению в начале опыта составляет

1.

Степень девулканизации оценивали на основании определенной заранее зависимости между отношением расширения слоя и плотностью отвержденной (вулканизированной) резины, подвергнутой девулканизации, из измерений, проведенных после пяти интервалов времени, составляющих, как упоминалось выше, примерно 20, 40, 60, 80 и 120 мин от начала опыта. Степени девулканизации составляли примерно 85, 94, 94, 94 и 94% соответственно при 20 мас.%; примерно 76, 87, 91, 91 и 91% соответственно при 40 мас.% и примерно 54, 62, 62, 62 и 62% соответственно при 60 мас.%. Небольшое расширение слоя наблюдалось, когда концентрация 1-бутанола превышала примерно 60 мас.%, его можно объяснить в значительной степени хорошо известным физическим набуханием отвержденной (вулканизированной) резины, вызванным проникновением органического растворителя, имеющего относительно небольшой молекулярный размер, например бутанола, пропанола или гексана.

Результаты означают, что отвержденный (вулканизированный) каучук или эластомер можно легко девулканизировать в различной степени с помощью указанного девулканизирующего реагента, гомогенного раствора, включающего альфа-терпинеол и 1-бутанол, путем варьирования концентрации реагента и продолжительности процесса девулканизации. Частично или практически полностью девулканизированные измельченные частицы отвержденной (вулканизированной) покрышки пассажирского автомобиля остаются расширенными даже спустя по меньшей мере два дня после обработки, если концентрация 1-бутанола была менее примерно 80 мас.% (или эквивалентно концентрация альфа-терпинеола составляла более примерно 20 мас.%) без значительного изменения отношения расширения. Это наблюдение показывает, что набухание измельченных частиц не сводится к простому физическому набуханию, вызванному проникновением указанного девулканизирующего реагента в измельченные частицы; другими словами, они действительно подвергаются девулканизации. Наблюдение дополнительно подтверждается тем фактом, что цвет девулканизирующего агента, который вначале полностью прозрачен, становится все более темным и непрозрачным по мере девулканизации. Изменение цвета объясняется выделением сажи и наполнителей из пор измельченных частиц.

Полученные данные показывают, что если указанный девулканизирующий реагент содержит менее примерно 60 мас.% 1-бутанола, чем выше концентрация 1-бутанола, тем ниже скорость девулканизации и, возможно, ниже максимальная достижимая степень девулканизации. Тем не менее, это не обязательно является недостатком, особенно когда достигается только поверхностная или частичная девулканизация. Прибавление 1-бутанола к альфа-терпинеолу могло бы облегчить регулирование степени девулканизации путем снижения ее скорости; улучшать возможность минимизации расхода и/или стоимости девулканизирующего реагента; изменять физические свойства девулканизирующего реагента, что позволит облегчить девулканизацию.

Пример 5.

Данный пример аналогичен примеру 4; однако в качестве девулканизирующего агента применяли гомогенный раствор альфа-терпинеола и пропанола вместо гомогенного раствора альфа-терпинеола и 1бутанола. Отвержденная (вулканизированная) покрышка для пассажирского автомобиля, которую в конечном счете подвергали девулканизации, находилась в виде измельченных частиц, как и в примере 3 и 4. Проводили серию операций девулканизации при примерно 65°С и давлении немного ниже 1,01 х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²) с указанным девулканизирующим реагентом (раствором) различной концентрации, а именно примерно 20, 30 и 40 мас.% пропанола (или эквивалентно, примерно 80, 70 и 60 мас.% альфа-терпинеола. Степень расширения слоя, выраженную как отношение высоты слоя после определенного временного интервала к исходной высоте слоя, определяли и записывали. Отношения степени расширения слоя при четырех различных временах обработки, составляющих примерно 20, 60, 100 и 800 мин от начала опыта, составляли примерно 1,08, 1,24, 1,29 и 1,42 соответственно при 20 мас.%; примерно 1,09, 1,17, 1,26 и 1,34 соответственно при 30 мас.%; примерно 1,02, 1,07, 1,13 и 1,15 соответственно при примерно 40 мас.%.

Степень девулканизации оценивали на основании определенной заранее зависимости между отношением расширения слоя и плотностью отвержденной (вулканизированной) резины, подвергнутой девулканизации, из измерений, проведенных после четырех интервалов времени, составляющих, как упоминалось выше, примерно 20, 60, 100 и 800 мин от начала опыта. Степени девулканизации составляли: примерно 24, 62, 72 и 94% соответственно при 20 мас.%; примерно 26, 46, 66 и 81% соответственно при 30 мас.% и примерно 6, 21, 37 и 42% соответственно при 40 мас.%. Относительно небольшое расширение слоя наблюдалось, когда концентрация пропанола превышала примерно 40 мас.%, его можно объяснить в значительной степени хорошо известным физическим набуханием отвержденной (вулканизированной) резины.

- 8 015965

Полученные данные показывают, что если указанный девулканизирующий реагент содержит менее примерно 40 мас.% пропанола, чем выше концентрация пропанола, тем ниже скорость девулканизации и, возможно, ниже максимальная достижимая степень девулканизации. Сравнение данных из этого примера с данными примера 4 показывает, что воздействие инертного составляющего девулканизационного реагента, который представляет собой гомогенный раствор, 1-бутанола в примере 4 и пропанола в данном примере, на скорость и степень девулканизации качественно аналогично, но существенно различается в количественном отношении. Это дает дополнительную степень свободы для оптимизации операции девулканизации, чтобы она соответствовала своей цели, то есть поверхностной, частичной или полной девулканизации, типу покрышек, размеру и форме отвержденного (вулканизированного) каучука или эластомера, который необходимо девулканизировать, и преобладающим ценам реактивов, входящих в девулканизирующий реагент. Более того, вполне доказано, что в состав девулканизирующего реагента можно включать два или более растворимых составляющих в виде гомогенного раствора.

Пример 6.

В данном примере в качестве девулканизирующего реагента применяли гомогенный раствор альфатерпинеола и изопропанола. Отвержденная (вулканизированная) покрышка для пассажирского автомобиля, которую в конечном счете подвергали девулканизации, находилась в виде измельченных частиц, как и в примерах 4 и 5. Проводили серию операций девулканизации при примерно 65°С и давлении немного ниже 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²) с указанным девулканизирующим реагентом (раствором) различной концентрации, а именно примерно 20, 30 и 40 мас.% изопропанола (или эквивалентно, примерно 80, 70 и 60 мас.% альфа-терпинеола). Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших примерно 20, 60, 100 и 800 мин от начала опыта, составило примерно 1,04, 1,15, 1,17 и 1,17 соответственно при 20 мас.%; примерно 1,06, 1,16, 1,16 и 1,16 соответственно при 30 мас.% и примерно 1,06, 1,18, 1,18 и 1,18 соответственно при 40 мас.%.

Степень девулканизации опять оценивали на основании определенной заранее зависимости между отношением расширения слоя и плотностью отвержденной (вулканизированной) резины, подвергнутой девулканизации, из измерений, проведенных после четырех интервалов времени, составляющих, как упоминалось выше, примерно 20, 60, 100 и 800 мин от начала опыта. Степени девулканизации составляли примерно 12, 42, 46 и 46% соответственно при 20 мас.%; примерно 18, 44, 44 и 44% соответственно при 30 мас.% и примерно 18, 48, 48 и 48% соответственно при 40 мас.%.

Полученные данные показывают, что если концентрация изопропанола в девулканизирующем реагенте составляла от примерно 20 до примерно 40 мас.%, скорость девулканизации и максимальная достижимая степень девулканизации изменялись относительно мало. Эти данные существенно отличаются от полученных в примерах 4 и 5.

Пример 7.

Данный пример аналогичен примеру 4; в качестве девулканизирующего реагента применяли гомогенный раствор альфа-терпинеола и гептана, вместо гомогенного раствора альфа-терпинеола и изопропанола. Проводили серию операций девулканизации при примерно 65°С и давлении немного ниже 1,01 х 10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²) с указанным девулканизирующим реагентом (раствором) различной концентрации, а именно примерно 10, 20, 30 и 40 мас.% гептана (или эквивалентно, примерно 90, 80, 70 и 60 мас.% альфа-терпинеола). Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 60, 100 и 800 мин от начала опыта, составило примерно 1,17, 1,28, 1,28 и 1,28 соответственно при 10 мас.%; примерно 1,08, 1,23, 1,29 и 1,29 соответственно при 20 мас.%; примерно 1,13, 1,19, 1,25 и 1,25 соответственно при 30 мас.% и примерно 1,15, 1,18, 1,24, 1,24 соответственно при 40 мас.%.

Степень девулканизации оценивали на основании определенной заранее зависимости между отношением расширения слоя и плотностью отвержденной (вулканизированной) резины, подвергнутой девулканизации, из измерений, проведенных после четырех интервалов времени, составляющих, как упоминалось выше, примерно 20, 60, 100 и 800 мин от начала опыта. Степени девулканизации составляли примерно 46, 71, 71 и 71% соответственно при 10 мас.%; примерно 24, 60, 72 и 72% соответственно при 20 мас.%; примерно 37, 48, 64 и 64% соответственно при 30 мас.% и примерно 42, 48, 62 и 62% соответственно при 40 мас.%.

Полученные данные также показывают, что пока указанный девулканизирующий реагент содержит менее 40 мас.% гептана, по мере увеличения концентрации гептана немного снижается скорость девулканизации, за исключением начальной стадии, и, возможно, тем ниже максимальная достижимая степень девулканизации.

Сравнение данных этого примера с данными примеров 4 и 5 снова указывает, что воздействие инертного компонента девулканизирующего реагента на скорость и степень девулканизации, полученные в данном примере, качественно аналогичны, но значительно отличаются в количественных показателях от данных, полученных в примерах 4 и 5.

Пример 8.

Данный пример почти идентичен примеру 4 во всех отношениях, за исключением того, что в каче

- 9 015965 стве девулканизирующего реагента использовали гомогенный раствор альфа-терпинеола и 2-бутанола, вместо 1-бутанола.

По-видимому, в некоторых патентах, например, описанных в 14 абзаце, 2-бутанол считают одним из наиболее эффективных, если не самым эффективным девулканизирующим реагентом. Тем не менее, чтобы эта эффективность наглядно проявилась, требуются жесткие условия в отношении давления и температуры, а также некоторые вспомогательные реагенты и/или катализаторы.

Вначале примерно 5 г измельченных частиц и примерно 15 г указанного девулканизирующего реагента, гомогенного раствора, включающего альфа-терпинеол и 2-бутанол, загружали в пробирку диаметром примерно 16 мм и длиной примерно 125 мм. Эти измельченные частицы образовывали слой на дне пробирки. Проводили серию операций девулканизации при примерно 65°С и давлении немного ниже 1,01 х 10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²). Отношение расширения слоя после пяти временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 40, 60, 80 и 120 мин, составило примерно 1,24, 1,29, 1,34, 1,34 и 1,34 соответственно при 20 мас.%; примерно 1,24, 1,29, 1,33, 1,33 и 1,33 соответственно при 40 мас.% и примерно 1,12, 1,23, 1,23, 1,23 и 1,23 соответственно при 60 мас.%. Соответствующие степени девулканизации составляли примерно 62, 72, 81, 81 и 81% соответственно при 20 мас.%; примерно 62, 72, 79, 79 и 79% соответственно при 40 мас.% и примерно 46, 92, 94, 94 и 94% соответственно при 60 мас.%. Незначительное расширение слоя наблюдалось в том случае, когда концентрация 2бутанола превышала примерно 60 мас.%, его можно отнести в значительной степени к хорошо известному набуханию отвержденного (вулканизированного) каучука, вызванному проникновением органического растворителя, молекулы которого имеют относительно небольшие размеры.

Сравнение результатов данного примера с данными, полученными в примерах 4-7, особенно с данными примера 4, показывает, что эффективность раствора, содержащего альфа-терпинеол и 2-бутанол, в девулканизации вулканизированного каучука аналогична эффективности раствора, содержащего альфатерпинеол и 1-бутанол, при любой заданной концентрации. Более того, степень снижения эффективности альфа-терпинеола в девулканизации вулканизированного каучука при грубой оценке практически одинакова при разбавлении любым из использованных разбавителей, то есть 1-бутанолом, 2-бутанолом, пропанолом, изопропанолом и гептаном.

Пример 9.

Данный пример аналогичен примерам 4-8 практически во всех отношениях, включая использование измельченных частиц отвержденного (вулканизированного) каучука, подвергающихся девулканизации. Отличие состояло в том, что в качестве инертного составляющего растворителя для девулканизирующего реагента применяли этанол, который представляет собой один из наиболее распространенных доступных органических растворителей. Проводили серию операций девулканизации при примерно 65°С и давлении немного ниже 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²), чтобы определить, будет ли влияние добавления этанола аналогично добавлению любого другого растворителя, использованного в примерах 4-8, то есть 1-бутанола, пропанола, изопропанола, гептана и 2-бутанола. Результаты показывают, что это предположение подтвердилось; если концентрация этанола в девулканизирующем реагенте была меньше примерно 70 мас.%, степени достигаемой девулканизации менялись от примерно 20%, что достигалось при времени девулканизации (обработки), составляющем примерно 20 мин, до примерно 50%, что достигалось при времени девулканизации (обработки), составляющем примерно 100 мин.

Пример 10.

В данном примере девулканизирующий реагент представлял собой гетерогенную смесь альфатерпинеола и воды, вместо гомогенного раствора альфа-терпинеола в органическом растворителе. Отвержденная (вулканизированная) покрышка от пассажирского автомобиля, которую подвергали девулканизации, находилась в виде измельченных частиц, как и в примерах 4-9. Проводили серию операций девулканизации при примерно 96°С и давлении немного ниже 1,01 х 10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²) с указанным девулканизирующим реагентом (смесью) с различным массовым содержанием компонентов смеси, а именно примерно 20, 30 и 40 мас.% воды (или эквивалентно, примерно 80, 70 и 60 мас.% альфатерпинеола). Рассчитывали и записывали степень расширения слоя, которую определяли как отношение высоты слоя через определенный промежуток времени с начала опыта к исходной высоте слоя. Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 40, 60 и 80, составило примерно 1,35, 1,46, 1,46 и 1,46 соответственно при 20 мас.%; примерно 1,33, 1,49, 1,49 и 1,49 соответственно при 30 мас.% и примерно 1,34, 1,47, 1,47 и 1,47 соответственно при 40 мас.%. Соответствующие степени девулканизации составили примерно 62, 75, 75 и 75% соответственно при 20 мас.%; примерно 59, 79, 79 и 79% соответственно при 30 мас.% и примерно 61, 76, 76 и 76% соответственно при 40 мас.%.

Полученные данные показывают, что если массовые доли воды в девулканизирующем реагенте, который представляет собой гетерогенную смесь, составляли от примерно 20 до примерно 40 мас.%, скорость девулканизации и максимальная достижимая степень девулканизации изменялись относительно мало. Этот результат существенно отличается от тенденции, полученной в примерах 4 и 5, и аналогичен результатам примера 6. Тем не менее, начальные скорости девулканизации, найденные в данном приме

- 10 015965 ре, были значительно выше скоростей, найденных в примере 6. Результаты можно объяснить воздействием интенсивного механического перемешивания реагента и измельченных частиц каучука под действием пузырьков кипящей воды.

Пример 11.

Данный пример аналогичен примеру 3 во многих отношениях, включая использование измельченных частиц отвержденной (вулканизированной) резины, подвергающихся девулканизации. Отличие состоит в том, что в качестве девулканизирующего реагента применяли природный скипидар вместо альфа-терпинеола; скипидар является широкодоступным реагентом. Процесс девулканизации (эксперимент) проводили только при одной температуре, составляющей примерно 96°С, вместо использования пяти различных температур. Как и в примере 3, давление поддерживали немного меньшим чем 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²). Рассчитывали и записывали степень расширения слоя, которую определяли как отношение высоты слоя через определенный промежуток времени с начала опыта к исходной высоте слоя. Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 40, 60 и 80 мин, составило примерно 1,29, 1,56, 1,60 и 1,62 соответственно; соответствующие степени конверсии составили примерно 54, 86, 90 и 91% соответственно.

Сравнение полученных данных с данными, полученными в примере 3, показывает, что природный скипидар, содержащий альфа-терпинеол, лишь ненамного менее эффективен, чем альфа-терпинеол в девулканизации вулканизированной резины. Тем не менее, как показано в примерах 4-10, эффективность альфа-терпинеола в качестве девулканизирующего реагента значительно превышает эффективность всех остальных реагентов, которые представляли собой растворы или смеси, содержащие альфа-терпинеол.

Пример 12.

Данный пример аналогичен примеру 11. Отличие состояло в том, что в качестве девулканизирующего реагента вместо природного применяли синтетический скипидар, который также широкодоступен. Два эксперимента по девулканизации проводили при двух температурах, составляющих примерно 96 и 150°С. При обеих температурах давление оставалось немного меньшим чем 1,01 х 10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²) Рассчитывали и записывали при каждой температуре степень расширения слоя, которую определяли как отношение высоты слоя через определенный промежуток времени с начала опыта к исходной высоте слоя. Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 40, 60 и 80 мин, составило примерно 1,46, 1,48, 1,48 и 1,48 соответственно при 96°С. Соответствующие степени конверсии составили примерно 75, 78, 78 и 78% соответственно. Соотношения расширения слоя после шести периодов времени обработки, которые составили от начала опыта примерно 2, 5, 8, 11, 14 и 24 мин, оказались равными примерно 1,35, 1,60, 1,75, 1,95, 2,03 и 2,03 соответственно при примерно 150°С. Соответствующие степени превращения составили примерно 46, 67, 76, 87, 90 и 90% соответственно.

Сравнение полученных данных с данными, полученными в примере 3, в котором реагентом служил альфа-терпинеол, показывает, что синтетический скипидар, богатый альфа-терпинеолом, немного менее эффективен в качестве девулканизирующего реагента при 96°С, чем альфа-терпинеол, однако они практически одинаково эффективны при примерно 150°С. Более того, сравнение данных из этого и предшествующих примеров доказывает, что синтетический скипидар немного менее эффективен в качестве девулканизирующего реагента при 96°С, чем природный скипидар. Однако природный скипидар начинает кипеть при 150°С, поэтому процесс нельзя продолжать при вышеупомянутом давлении.

Пример 13.

В данном примере измельченные частицы отвержденного (вулканизированного) каучука подвергали девулканизации с помощью природного и синтетического скипидара параллельно. Процесс девулканизации (эксперимент) проводили только при одной температуре, составляющей примерно 65°С, давление поддерживали немного меньшим чем 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²⁾. Рассчитывали и записывали степень расширения слоя, которую определяли как отношение высоты слоя через определенный промежуток времени с начала опыта к исходной высоте слоя. Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 40, 60 и 80 мин, составило примерно 1,28, 1,37, 1,51 и 1,54 соответственно для природного скипидара и примерно 1,28, 1,38, 1,43 и 1,43 соответственно для синтетического скипидара. Соответствующие степени превращения составили примерно 70, 86, 100 и 100% соответственно для природного скипидара и примерно 70, 88, 96 и 96% соответственно в присутствии синтетического скипидара.

Сравнение полученных данных с данными, полученными в примере 3, показывает, что эффективность альфа-терпинеола, природного и синтетического скипидара в качестве девулканизирующего агента при температуре примерно 65°С практически одинакова.

Пример 14.

В данном примере синтетический скипидар и альфа-терпинеол служили в качестве девулканизирующих агентов при девулканизации измельченных частиц отвержденного (вулканизированного) изопренового каучука, размеры частиц которого составляли от 6 до 10 меш. Процесс девулканизации (эксперимент) проводили только при одной температуре, составляющей примерно 96°С. Давление поддер

- 11 015965 живали немного меньшим чем 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²). Рассчитывали и записывали степень расширения слоя, которую определяли как отношение высоты слоя через определенный промежуток времени с начала опыта к исходной высоте слоя. Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 40, 60 и 80 мин, составило примерно 1,23, 1,32, 1,45 и 1,49 соответственно для синтетического скипидара и примерно 1,33, 1,42, 1,49 и 1,49 соответственно для альфа-терпинеола. Соответствующие степени превращения составили примерно 44, 58, 74 и 79% соответственно для синтетического скипидара и примерно 59, 71, 79 и 79% соответственно для альфа-терпинеола.

Сравнение этих двух наборов данных показывает, что синтетический скипидар, богатый альфатерпинеолом, лишь ненамного менее эффективен, чем альфа-терпинеол в девулканизации вулканизированного изопренового каучука при температуре примерно 96°С, особенно на начальной стадии. Сравнение результатов, полученных в данном примере, с данными из примера 3 показывает, что вулканизированный изопрен менее подвержен девулканизации с помощью альфа-терпинеола, чем вулканизированные покрышки пассажирских автомобилей, богатые БСК. Однако, как показано в примерах 4-10, эффективность альфа-терпинеола в качестве девулканизирующего реагента значительно превосходит эффективность любых других реагентов, которые представляют собой растворы или смеси, содержащие альфатерпинеол.

Пример 15.

В данном примере как синтетический скипидар, так и альфа-терпинеол служили в качестве девулканизирующих агентов при девулканизации измельченных частиц отвержденного (вулканизированного) БСК, размеры которого составляли от 6 до 10 меш. Процесс девулканизации (эксперимент) проводили только при одной температуре, составляющей примерно 96°С. Давление поддерживали немного меньшим чем 1,01х10⁵ Па (1,0 атм или 14,7 фунт/дюйм²). Рассчитывали и записывали степень расширения слоя, которую определяли как отношение высоты слоя через определенный промежуток времени с начала опыта к исходной высоте слоя. Отношение расширения слоя после четырех временных интервалов, составивших с момента начала опыта примерно 20, 40, 60 и 80 мин, составило примерно 1,46, 1,54, 1,54 и 1,54 соответственно для синтетического скипидара и примерно 1,60, 1,64, 1,64 и 1,64 соответственно для альфа-терпинеола. Соответствующие степени превращения составили примерно 75, 85, 85 и 85% соответственно для синтетического скипидара и примерно 90, 93, 93 и 93% соответственно для альфатерпинеола.

Сравнение этих двух наборов полученных данных показывает, что синтетический скипидар, богатый альфа-терпинеолом, лишь ненамного менее эффективен в девулканизации вулканизированного БСК при температуре примерно 96°С, чем альфа-терпинеол. Сравнение результатов этого примера с результатами, полученными в примере 3, показывает, что вулканизированный БСК подвергается девулканизации с использованием альфа-терпинеола практически так же, как и вулканизированные покрышки пассажирских автомобилей, богатые БСК.

Следовательно, лица, квалифицированные в данной области техники, оценят выгоды данного изобретения, состоящие в том, что изобретение предоставляет композиции и способы, подходящие для девулканизации резины. Более того, из описания понятно, что форму, в которой изобретение представлено и описано, следует рассматривать как особенно предпочтительные варианты данного изобретения в настоящее время. Разнообразные модификации и изменения возможны для каждой из стадий обработки, что очевидно для лиц, квалифицированных в данной области техники, получающих выгоду из данного изобретения. Предполагается, что изложенная ниже формула изобретения охватывает все такие модификации и изменения, и, следовательно, описание и чертежи следует рассматривать скорее в качестве иллюстрации, а не как ограничение сферы действия данного изобретения. Более того, предполагается, что приложенная формула изобретения будет рассматриваться как включающая альтернативные предпочтительные варианты.

Claims (21)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ девулканизации резины, включающий приведение в контакт вулканизированной резины, содержащей серу и имеющей поперечные серные связи, с жидким скипидаром, причем жидкий скипидар используют в количестве, достаточном для разрушения от 54 до 100% указанных поперечных связей и снижения содержания серы в вулканизированной резине.
2. 2. Способ по п.1, в котором указанный жидкий скипидар выбирают из группы, включающей природный скипидар, синтетический скипидар, хвойное масло, альфа-пинен, бета-пинен, альфа-терпинеол, бета-терпинеол, 3-карен, анетол, дипентен (парамента-1,8-диен), терпеновые смолы, нопол, пинан, камфен, паракумол, анизальдегид, гидропероксид 2-пинана, 3,7-диметил-1,6-октадиен, изоборнилацетат, терпингидрат, оцимен, 2-пинанол, дигидромирценол, изоборнеол, гамма-терпинеол, аллооцимен, аллооцименовые спирты, гераниол, 2-метокси-2,6-диметил-7,8-эпоксиоктан, камфору, параментан-8-ол, альфа-терпенилацетат, цитраль, цитронеллол, 7-метоксидигидроцитронеллаль, 10-камфорсульфоновую кислоту, параментен, ацетат параментан-8-ила, цитронеллаль, 7-гидроксидигидроцитронеллаль, ментол,

   - 12 015965 ментон, их полимеры, а также их смеси.
3. 3. Способ по п.1, в котором указанный жидкий скипидар выбирают из группы, включающей природный скипидар, синтетический скипидар, хвойное масло, альфа-пинен, бета-пинен, альфа-терпинеол, бета-терпинеол, их полимеры, а также их смеси.
4. 4. Способ по п.1, в котором указанную вулканизированную резину используют в виде по крайней мере одного целого предмета из вулканизированной резины, обрезков вулканизированной резины, блоков из вулканизированной резины, крошки вулканизированной резины, куска вулканизированной резины или множества либо смеси перечисленного.
5. 5. Способ по п.4, в котором указанная вулканизированная резина находится в виде резиновой крошки.
6. 6. Способ по п.5, в котором указанная резиновая крошка имеет средний размер частиц, составляющий от примерно 0,074 до примерно 50 мм.
7. 7. Способ по п.1, в котором указанный жидкий скипидар дополнительно включает растворитель или жидкость, не смешивающуюся со скипидаром.
8. 8. Способ по п.7, в котором указанный растворитель выбирают из группы, включающей низшие алифатические спирты, низшие алканы и их смеси.
9. 9. Способ по п.8, в котором указанный растворитель выбирают из группы, включающей этанол, пропанол, бутанол, гептан и их смеси.
10. 10. Способ по п.8, в котором указанная жидкость, которая не смешивается с жидким скипидаром, дополнительно включает воду.
11. 11. Способ по п.8, в котором указанная вода находится в кипящем состоянии.
12. 12. Способ по п.1, в котором указанная резина и указанный жидкий скипидар контактируют при температуре, составляющей от примерно 10 до примерно 180°С.
13. 13. Способ по п.1, в котором указанная резина и указанный жидкий скипидар контактируют при давлении, составляющем от примерно 4х 10⁴ до примерно 4х 10⁵ Па.
14. 14. Способ по п.1, дополнительно включающий использование реакционного сосуда, внутри которого вулканизированная резина контактирует с указанным жидким скипидаром; использование способа перемешивания указанной вулканизированной резины и указанного жидкого скипидара в указанном реакционном сосуде и перемешивание указанной резины и указанного жидкого скипидара.
15. 15. Способ по п.1, дополнительно включающий выдерживание указанной вулканизированной резины с указанным жидким скипидаром в накопительной емкости.
16. 16. Способ по п.14, в котором указанная вулканизированная резина контактирует с указанным жидким скипидаром в течение периода времени, достаточного для того, чтобы осуществить девулканизацию в предварительно заданной степени.
17. 17. Способ по п.1, в котором указанная резина контактирует с указанным жидким скипидаром при температуре, составляющей меньше 180°С.
18. 18. Способ по п.1, в котором указанная резина контактирует с указанным жидким скипидаром при температуре, которая составляет менее 100°С.
19. 19. Способ по п.1, дополнительно включающий нагревание до температуры, превышающей примерно 250°С, либо создание давления, превышающего примерно 4х10⁵ Па (4 атм), либо подачу микроволновой энергии, либо облучение ультразвуком, либо приложение механической силы сдвига или их комбинации.
20. 20. Способ по п.19, в котором указанная подача энергии происходит до осуществления указанного процесса девулканизации.
21. 21. Способ по п.19, в котором указанная подача энергии происходит после осуществления указанного процесса девулканизации.