JP2010512446A - 脱硫ゴムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
に硫黄を不活性にする、硬化ゴムを脱硫する機械的/化学的プロセスと組成物が開示されている。前記プロセスは以下の工程からなる;(1)使用済みゴムを細かく刻んで粉砕する;(2)細かく刻んで粉砕したゴムから金属破片を除去する;(3)細かく刻んだ廃棄ゴムの粒子をさらに粉砕するために2つのローラーの間に投入しながら変性用組成物を加える。変性用組成物は、選択的に硫黄結合を分解し硫黄を不活性にするプロトン供与体;金属酸化物;、のちの再加硫のために高分子間に新たな結合を構成する有機酸;プロトン供与体自体が硫黄に付着する前に硫黄ラジカルがお互いに再付着するのを防ぐ阻害剤;廃棄ゴムがローラー間を滑るのを防ぐ摩擦材の混合物である。
一態様によれば、加硫ゴムが約250℃を超える熱エネルギー、約4×105パスカル(4atm)を超える圧力、マイクロ波エネルギー、超音波エネルギー、機械的せん断力およびこれらの混合からなるグループから選ばれるエネルギー投入の存在下でテレピン溶液に接触する。
一態様によれば、反応混合物に、二酸化炭素、金属酸化物、硫黄ラジカル阻害剤、TBBS、ZMBT、MBT、TMTMおよびこれらの混合物からなる群から選ばれる組成物を提供する。
本発明の他の態様および利点が、本発明の好ましい実施の形態が、本発明を実施するのに予期されたベストモードの分かりやすい説明を通じて明記された以下の詳細な説明から当業者によって徐々に明らかになるであろう。認識されるように本発明は他の異なる実施の形態でも行うことができ、いくつかの詳細は、本発明から解離することなくいくつかの点で改良することができる。したがって、本記載は本質的に例示的なものであり、制限的なものではないとみなされる。
またはエラストマーの粉末粒子または断片の最も好ましい大きさは約0.297mm(50メッシュ)から約10mmの範囲である。硬化(加硫)ゴムまたはエラストマーの敷き詰めた形態の粒子または断片を、敷き詰めた粉末粒子に1つまたは複数の脱硫試薬を液体形状で通過させ、または1つまたは複数の脱硫試薬を沸騰させて、攪拌させることが通常好ましい。脱硫時間は約1分から約60分であることが好ましい。硬化(加硫)ゴムは一部または全部が脱硫される;脱硫の範囲は、たとえば温度や圧力および脱硫時間および/または脱硫容器(反応槽)内の各々の脱硫試薬のタイプ、相対量および濃度の調整に影響される。
硫ゴムを産生するという事実が知られている。明らかに、穏やかな条件下では、本発明で新たに開示されたいずれの脱硫試薬も、ゴムの初めの微細構造を基本的に示し、比較的高分子量を維持できる脱硫ゴムを産生する。脱硫再生ゴムはその結果、元のまたは未使用ゴムと同じ形式の適用で使用することができる。
本実施例では、α−テルピネオールを硬化(加硫)旅客タイヤの長方形の断片の脱硫試薬として用いた。典型的な旅客タイヤは名目上、約35重量%のスチレンブタジエンゴム(SBR)および約18重量%の天然ゴム(NR)を含み、残りはカーボンブラック、フィラー、硫黄を含む。前記の硬化旅客タイヤの長方形の断片のサイズは約60mm×20mmであった。初めに、重量が約38グラムの断片と、約400グラムの脱硫試薬を、直径58mmで容量250mlの容器に投入した。脱硫操作(実験)を、温度約70℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で約240分間行った。この圧力は脱硫操作(実験)を実施した場所の高度のため、すべての実施例において維持された。断片は実験終了時には約36%の脱硫試薬を吸収して手で引っ張ると裂けるようになった。これは硫黄架橋の結合の分解が基本的に終了したことを示している。
本実施例は基本的に実施例1と同一で、硬化(加硫)旅客タイヤの長方形の断片のサイズが30mm×10mmである点が異なっている。初めに、重量が約18グラムの断片と、約400グラムの脱硫試薬を、直径58mmで容量250mlの容器に投入した。脱硫操作(実験)を、温度約70℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で約240分間行った。前記試薬とともに容器内に約25℃で14日間放置した場合、断片はペースト状の塊に変形した。さらに塊中の硫黄含有量を独立認定研究所で分析したところ約0.03重量%であった。これは硬化(加硫)旅客タイヤの長方形の断片中の硫黄架橋の分解が基本的に終了したことを示している。硬化旅客タイヤの硫黄含有量は名目上は1.24重量%である。
本実施例では、実施例1および2と同様に、α−テルピネオールを脱硫試薬として用いた。しかし、硬化(加硫)旅客タイヤは粉末粒子形状であった。実施例1および2に示すとおり、典型的な旅客タイヤは名目上、約35重量%のスチレンブタジエンゴム(SBR)および約18重量%の天然ゴム(NR)を含み、残りはカーボンブラック、フィラー、硫黄を含む。粉末粒子のサイズは約100メッシュ(0.15mm)から約10メッシュ
(2mm)であった。初めは、約5グラムの粉末粒子と約15グラムの脱硫試薬を直径1mmで容量約120mmの試験管に投入した。粉末粒子は試験管の底で積み重なって山の形状になった。一連の脱硫操作(実験)が5種の温度、約16,45,65,96および150℃で行われた。すべて1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力であった。積み重なった山の4ヶ所の時点、約30,60,120および240分での増加率は、16℃でそれぞれ約1.0,1.05,1.08および1.38、45℃でそれぞれ約1.0,1.09,1.20および1.47、65℃でそれぞれ約1.16,1.35,1.44および1.46、96℃でそれぞれ約1.36,1.60,1.68および1.68であった。積み重なった山の4ヶ所の時点、約5,12,18および24分での増加率は、150℃でそれぞれ約1.44,1.88,2.13および2.25であった。積み重なった山の高さの増加率は初めは1と定義する。
本実施例では、均一溶液を構成しているα−テルピネオールとn−ブタノール(1−ブタノール)の混合溶液を脱硫試薬として用いた。最終的に脱硫された硬化(加硫)旅客タイヤは、実施例3と同様に粉末粒子形状であった。初めは、約5グラムの粉末粒子と約15グラムのα−テルピネオールと1−ブタノールの混合溶液である脱硫試薬を直径16mmで長さ約125mmの試験管に投入した。粉末粒子は試験管の底で積み重なって山の形状になった。一連の脱硫操作が約65℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で行われた。該脱硫試薬の濃度は、1−ブタノールが約20,40,60,80および100重量%(または、α−テルピネオールが約80,60,40,20および0重量%と同等)であり、すべて1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で行われた。ある時点での積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。5ヶ所の時点、約20,40,60,80および120分での積み重なった山の増加率は、20重量%でそれぞれ約1.36,1.40,1.42,1.42および1.42、40重量%でそれぞれ約1.31,1.37,1.39,1.39および1.39、60重量%でそれぞれ約1.20,1.24,1.24,1.24および1.24、80重量%でそれぞれ約1.15,1.17,1
.17,1.17および1.17、純粋1−ブタノールを意味する100重量%でそれぞれ約1.16,1.16,1.16,1.16および1.16であった。積み重なった山の高さの増加率は初めは1と定義する。
本実施例は実施例4と同様である。ただし、α−テルピネオールと1−ブタノールの均一溶液の代わりに、α−テルピネオールとプロパノールの均一溶液が脱硫試薬であった。最終的に脱硫された硬化(加硫)旅客タイヤは、実施例3および4と同様に粉末粒子形状であった。一連の脱硫操作が約65℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で行われた。該脱硫試薬の濃度は、プロパノールが約20,30および40重量%(または、α−テルピネオールが約80,70および60重量%と同等)であった。ある時点での積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。4ヶ所の時点、約20,60,100および800分での積み重なった山の増加率は、20重量%でそれぞれ約1.08,1.24,1.29および1.42、30重量%でそれぞれ約1.09,1.17,1.26および1.34、40重量%でそれぞれ1.02,1.07,1.13および1.15であった。
30重量%でそれぞれ26,46,66および81%、40重量%でそれぞれ6,21,37および42%であった。プロパノールの濃度が40重量%を超えるときに観察される若干の積み重なった山の増加は、公知の硬化(加硫)ゴムの物理的膨張に大きく由来すると考えられる。
本実施例では、α−テルピネオールとイソプロパノールの均一溶液を脱硫試薬として用いた。最終的に脱硫された硬化(加硫)旅客タイヤは、実施例4および5と同様に粉末粒子形状であった。一連の脱硫操作が約65℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で行われた。該脱硫試薬(溶液)の濃度は、イソプロパノールが約20,30および40重量%(または、α−テルピネオールが約80,70および60重量%と同等)であった。4ヶ所の時点、約20,60,100および800分での積み重なった山の増加率は、20重量%でそれぞれ約1.04,1.15,1.17および1.17、30重量%でそれぞれ約1.06,1.16,1.16および1.16、40重量%でそれぞれ1.06,1.18,1.18および1.18重量%であった。
本実施例は実施例4に似ており、α−テルピネオールとイソプロパノールの均一溶液に代えて、α−テルピネオールとヘプタンの均一溶液が脱硫試薬であった。一連の脱硫操作が約65℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で行われた。該脱硫試薬(溶液)の濃度は、ヘプタンが約20,30および40重量%(または、α−テルピネオールが約80,70および60重量%と同等)であった。4ヶ所の時点、約20,60,100および800分での積み重なった山の増加率は、10重量%でそれぞれ約1.17,1.28,1.28および1.28、20重量%でそれぞれ約1.08,1.23,1.29および1.29、30重量%でそれぞれ約1.13,1.19,1.25および1.25、40重量%でそれぞれ1.15,1.18,1.24および1.24重量%であった。
本実施例は、脱硫試薬としてα−テルピネオールと1−ブタノールに代えてα−テルピネオールと2−ブタノールを使用した以外は全ての面において実施例4と同一であった。
本実施例は、脱硫される硬化(加硫)ゴムの粉末粒子を含めて、全ての面において実施例4−8と類似している。特有の特徴は、脱硫試薬中の構成成分の溶媒が、最も一般的な
入手できる有機溶媒の1つのエタノールであることである。エタノールを加える効果が実施例4−8で用いられた他の溶媒、たとえば1−ブタノール、プロパノール、イソプロパノール、ヘプタンおよび2−ブタノールなどを加えた場合と同様であるかを測定するために、いつくかの脱硫操作(実験)が約65℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で行われた。結果は実に以下の通りであった;脱硫試薬中のエタノールの濃度が70重量%未満の場合、脱硫可能な程度は脱硫(処理)時間が約20分で約20%から、脱硫(処理)時間が約100分で約50%であった。
本実施例では、脱硫試薬は、α−テルピネオールと有機溶媒との均一溶液に代えて、α−テルピネオールと水の不均一な混合液であった。最終的に脱硫された硬化(加硫)旅客タイヤは、実施例4−9と同様に粉末粒子形状であった。一連の脱硫操作(実験)が約65℃で1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で前記脱硫試薬(混同液)の混合液中の重量比を変えて行われた。該脱硫試薬の混合比は、水が約20,30および40重量%(または、α−テルピネオールが約80,70および60重量%と同等)であった。ある時点での積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。4ヶ所の時点、約20,40,60および80分での積み重なった山の増加率は、20重量%でそれぞれ約1.35,1.46,1.46および1.46、30重量%でそれぞれ約1.33,1.49,1.49、および1.49、40重量%でそれぞれ1.34,1.47,1.47および1.47であった。対応する脱硫の程度は、20重量%でそれぞれ約62,75,75および75%、30重量%でそれぞれ59,79,79および79%、40重量%でそれぞれ61,76,76および76%であった。
本実施例は、脱硫される硬化(加硫)ゴムの粉末粒子を含めて、全ての面において実施例3と類似している。特有の特徴は、脱硫試薬がα−テルピネオールに代えて天然テレピンであることである。天然テレピンは広く入手可能である。脱硫操作(実験)が、5つの温度点に代えて、約96℃の1点で行われた。実施例3と同様に、圧力は1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力に維持された。ある時点での積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。4ヶ所の時点、約20,40,60および80分での積み重なった山の増加率は、それぞれ約1.29,1.56,1.60および1.62であり、対応する変換率はそれぞれ約54,86,90および91%であった。
本実施例は実施例11に類似している。特有の特徴は、脱硫試薬が天然テレピンに代えて合成テレピンであることである。合成テレピンもまた広く入手可能である。2つの脱硫操作(実験)が、約96℃および150℃の2つの温度点で行われた。いずれの温度においても、圧力は1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力に維持された。ある時点での積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。4ヶ所の時点、約20,40,60および80分での積み重なった山の増加率は、約96℃において、それぞれ約1.46,1.48,1.48および1.48であった。対応する変換率はそれぞれ約75,78,78および78%であった。6ヶ所の時点、約2,5,8,11,14および24分での積み重なった山の増加率は、約150℃において、それぞれ約1.35,1.60,1.75,1.95,2.03および2.03であった。対応する変換率は、それぞれ約46,67,76,87,90および90%であった。
本実施例では硬化(加硫)ゴムの粉末粒子を天然テレピンおよび合成テレピンで並行して比較して脱硫した。脱硫操作(実験)が約65℃のみで1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力で行われた。積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。4ヶ所の時点、約20,40,60および80分での積み重なった山の増加率は、天然テレピンでは、それぞれ約1.28,1.37,1.51、および1.54、合成テレピンでは、それぞれ約1.28,1.38,1.43、および1.43であった。変換率は、天然テレピンでは、それぞれ約70,86,100および100%、合成テレピンでは、それぞれ約70,88,96および96%であった。
本実施例では硬化(加硫)イソプレン(iso-perene)ゴムの粉末粒子でサイズが6から10メッシュのものを脱硫するために合成テレピンおよびα−テルピネオールを脱硫剤として用いた。脱硫操作(実験)が、約96℃の1点で行われた。圧力は1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力に維持された。積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。4ヶ所の時点、約20,40,60および80分での積み重なった山の増加率は、合成テレピンでは、それぞれ約1.23,1.32,1.45および1.49、α−テルピネオールでは、それぞれ約1.33,1.42,1.49および1.49であった。対応する変換率は、合成テレピンでは、それぞれ約44,58,74および79%、α−テルピネオールでは、それぞれ約59,71,79および79%であった。
化イソプレンゴムの脱硫効果がα−テルピネオールに比べて若干小さく、特に96℃で初期の段階で小さいことを示している。本実施例の結果を実施例3の結果と比較すると、硬化イソプレンゴムはSBRの豊富な硬化旅客タイヤよりもα−テルピネオールにより脱硫されにくいことが明らかとなった。実施例4から10で明らかとなったように、α−テルピネオールの脱硫試薬としての効果は本質的にα−テルピネオールを含む溶液または混合液である他の試薬を超えていることは注目に値する。
本実施例では硬化(加硫)SBRゴムの粉末粒子でサイズが6から10メッシュのものを脱硫するために合成テレピンおよびα−テルピネオールを脱硫剤として用いた。脱硫操作(実験)が、約96℃の1点で行われた。圧力は1.01×105パスカル(1.0atmまたは14.7lbs/in2)よりやや低い圧力に維持された。積み重なった山の高さと、初めの時点での積み重なった山の高さの割合の観点から、積み重なった山の増加の程度を計算し記録した。4ヶ所の時点、約20,40,60および80分での積み重なった山の増加率は、合成テレピンでは、それぞれ約1.46,1.54,1.54および1.54、α−テルピネオールでは、それぞれ約1.60,1.64,1.64および1.64であった。対応する変換率は、合成テレピンでは、それぞれ約75,85,85および85%、α−テルピネオールでは、それぞれ約90,93,93および93%であった。
Claims (24)
- 加硫ゴムをアルカリ金属の存在しない反応混合物中のテレピン溶液に接触させる工程を含むゴムの脱硫方法。
- 前記テレピン溶液が、
天然テレピン、合成テレピン、松根油、α‐ピネン、β‐ピネン、α‐テルピネオール、β‐テルピネオール、3‐カレン、アネトール、ジペンテン(p-mentha-1,8-diene)、テルペン樹脂、ノポール、ピナン、カンフェン、p‐シメン、アニスアルデヒド、2‐ピナンヒドロペルオキシド、3,7‐ジメチル‐1,6‐オクタジエン、酢酸イソボルニル、抱水テルピン、オシメン、2‐ピナノール、ジヒロドマイセノール(dihydromycenol)、イソボルネオール、α‐テルピネオール、アロオシメン、アロオシメンアルコール、ゲラニオール、2‐メトキシ‐2,6‐ジメチル‐7,8‐エポキシオクタン、カンファー、p‐メンタン‐8‐オール、酢酸α‐テルピニル(α‐terpinyl acetate)、シトラール、シトロネロール、7‐メトキシジヒドロシトロネラル、10‐カンファースルホン酸、p‐メンテン、酢酸p‐メンタン‐8‐イル(p-menthan-8-yl acetate)、シトロネラル、7‐ヒドロキシジヒドロシトロネラル、メントール、メントン、これらのポリマーおよびこれらの混合物、
からなる群から選択される、請求項1記載の方法。 - 前記テレピン溶液が、天然テレピン、合成テレピン、松根油、α‐ピネン、β‐ピネン、α‐テルピネオール、β‐テルピネオール、これらのポリマーおよびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- 前記加硫ゴムが、少なくとも一つまたは複数の完全な加硫ゴムの製品、加硫ゴムの大きい塊、加硫ゴムのブロック、加硫ゴムの粉末、加硫ゴムの断片またはこれらの混合物の形態で提供される、請求項1記載の方法。
- 前記加硫ゴムがゴム粉末の形態である、請求項4記載の方法。
- 前記ゴム粉末の平均粒径が約0.074ミリメートルから約50ミリメートルである、請求項5記載の方法。
- 前記テレピン溶液がさらにテレピン溶液と混合しない溶媒または液体を含む、請求項1記載の方法。
- 前記溶媒が、低級脂肪族アルコール、低級アルカンおよびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項7記載の方法。
- 前記溶媒が、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘプタンおよびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項8記載の方法。
- 前記テレピン溶液と混合しない液体がさらに水を含む、請求項8記載の方法。
- 前記水が沸騰している、請求項8記載の方法。
- 前記ゴムと前記テレピン溶液が約10℃から約180℃の温度で接触している、請求項1記載の方法。
- 前記ゴムと前記テレピン溶液が約4×104パスカルから約4×105パスカルの圧力で
接触している、請求項1記載の方法。 - 反応容器内で前記加硫ゴムが前記テレピン溶液に接触する反応容器を提供する工程と、
前記反応容器内で前記加硫ゴムおよび前記テレピン溶液を攪拌する手段を提供する工程と、
前記加硫ゴムおよび前記テレピン溶液を攪拌する工程とをさらに含む、
請求項1記載の方法。 - 貯蔵タンク内で前記加硫ゴムおよび前記テレピン溶液をインキュベートする工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記加硫ゴムが前記テレピン溶液に、あらかじめ定められた脱硫の程度を引き起こすまでの時間の間接触する、請求項14記載の方法。
- 前記ゴムが前記テレピン溶液に180℃未満の温度で接触する、請求項1記載の方法。
- 前記ゴムが前記テレピン溶液に100℃未満の温度で接触する、請求項1記載の方法。
- 約250℃を超える熱エネルギー、約4×105パスカル(4atm)を超える圧力、マイクロ波エネルギー、超音波エネルギー、機械的せん断力およびこれらの混合からなる群から選択されるエネルギー投入を提供する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記エネルギー投入が、前記脱硫の前に提供される請求項18記載の方法。
- 前記エネルギー投入が、前記脱硫の後に提供される請求項18記載の方法。
- 前記接触の間に前記反応混合物に脱硫触媒を提供する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記接触の間に前記反応混合物に、二酸化炭素、金属酸化物、硫黄ラジカル阻害剤、TBBS、ZMBT、MBT、TMTMおよびこれらの混合物からなる群から選ばれる組成物を提供する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記接触の間に前記反応混合物に高熱性微生物を提供する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
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