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      橡膠再生還原助劑RV2的應(yīng)用研究

      2015-07-28 13:54:42馬瑞剛馬亦驍
      橡膠科技 2015年8期
      關(guān)鍵詞:塑化擠出機(jī)膠粉

      馬瑞剛,馬亦驍

      (河北瑞威科技有限公司,河北 石家莊 050031)

      隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展,廢橡膠的回收和循環(huán)利用已受到各國環(huán)保組織和橡膠行業(yè)的廣泛關(guān)注。我國廢橡膠利用的主要方式是制成膠粉和再生橡膠,歐美國家主要是將廢橡膠直接燃燒獲取熱能和制成膠粉。將膠粉直接加入橡膠中,膠粉與橡膠的界面結(jié)合力較弱,導(dǎo)致膠料的物理性能下降。目前,我國再生橡膠主要采用動態(tài)脫硫罐生產(chǎn),這種生產(chǎn)方式對環(huán)境污染嚴(yán)重。

      橡膠再生還原助劑(簡稱橡膠再生劑)RV2是由幾種高活性的化學(xué)物質(zhì)和內(nèi)外潤滑劑以及金屬皂類混合物(含有稀土元素)組成,無毒,環(huán)保。本工作采用橡膠再生劑RV2將膠粉還原為未硫化膠,即將廢硫化膠的S—S和S—C鍵打開,打斷硫化膠的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而不引起大分子鏈斷裂,以實(shí)現(xiàn)廢橡膠的重復(fù)使用。這是因為橡膠再生劑RV2對交聯(lián)鍵斷裂有很高的選擇性,在硫化膠再生還原過程中不打斷或較少打斷橡膠分子主鏈的C—C鍵,因此再生橡膠具有較好的物理性能,其性能可達(dá)到原橡膠的75%~90%。

      橡膠再生劑RV2再生還原硫化膠的具體機(jī)理是:橡膠再生劑RV2的部分原子與硫化膠中硫原子的孤對電子形成配位鍵,使硫化膠中的S—S和S—C鍵能減弱,在機(jī)械剪切力的作用下,這些交聯(lián)鍵斷裂,而硫化膠交聯(lián)鍵斷裂后的游離基(或自由基)與RV2結(jié)合成穩(wěn)定的物質(zhì),阻止橡膠異構(gòu)化;在再生橡膠硫化時再將硫原子釋放,使硫原子再一次起交聯(lián)作用。橡膠再生劑RV2對于硫化膠和焦燒膠料都有效。橡膠制品廢邊料采用橡膠再生劑RV2制成再生橡膠并與原混煉膠摻用,可實(shí)現(xiàn)橡膠制品的無廢料生產(chǎn)。

      橡膠再生劑RV2還原膠粉的工藝一般是:橡膠再生劑RV2與膠粉或橡膠制品廢邊料在開煉機(jī)(或精煉機(jī))上與少量塑煉膠混煉5~8 min,即可壓成膠片,制成再生橡膠。而利用雙螺桿擠出機(jī)(經(jīng)改進(jìn))在低于100 ℃的溫度下將廢橡膠再生還原的效率遠(yuǎn)高于開煉機(jī)。

      1 實(shí)驗

      1.1 主要原材料

      RV2橡膠再生劑和混合橡膠加工助劑(含松香樹脂和均勻劑等的粉料),河北瑞威科技有限公司產(chǎn)品;輪胎胎面膠粉(30目),東營鑫興橡塑有限公司產(chǎn)品。

      1.2 主要設(shè)備與儀器

      XK-160型開煉機(jī),新鄉(xiāng)市塑料機(jī)械廠有限公司產(chǎn)品;MZ-4010B型無轉(zhuǎn)子硫化儀、MZ-4016B型門尼粘度計、MZ-3012平板硫化機(jī)和PL-2500N型電子拉力機(jī),江都市明珠試驗機(jī)械廠產(chǎn)品;RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)(雙層,4輥,輥速比可調(diào)),河北瑞威科技有限公司產(chǎn)品;橡膠高速攪拌塑化機(jī)和雙階雙螺桿擠出機(jī)(改進(jìn)型),石家莊卓度橡塑設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

      1.3 配方

      (1)天然橡膠(NR)膠粉再生配方

      自制NR膠粉的膠料配方:NR,100;炭黑等填料,60;氧化鋅,4;硬脂酸,2;促進(jìn)劑,1.8;硫黃,2。

      橡膠再生劑RV2再生NR膠粉配方如表1所示。

      表1 橡膠再生劑RV2再生NR膠粉的配方 份

      (2)胎面膠粉再生配方

      橡膠再生劑RV2再生胎面膠粉配方為:胎面膠膠粉,100;橡膠再生劑RV2,2.5;混合橡膠加工助劑,2;芳烴油,3。

      1.4 工藝

      1.4.1 NR膠粉再生

      (1)按配方制備NR硫化膠,然后在開煉機(jī)上將NR硫化膠破碎至30目。

      (2)將NR膠粉和橡膠再生劑RV2等加入高速攪拌塑化機(jī)中攪拌及浸潤,使橡膠再生劑RV2均勻包覆于膠粉表面,再浸入膠粉內(nèi)部,攪拌浸潤溫度分別為50,60,70,80 ℃,攪拌浸潤時間5 min,混合物料排放、冷卻后停放4 h,然后在RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)上(輥距0.2~0.3 mm)上分別混煉3,5,8,10 min(通過機(jī)械剪切力作用使膠粉內(nèi)部繼續(xù)反應(yīng),打開S—S和S—C鍵,使膠粉恢復(fù)活性),出片。

      (3)再生橡膠膠料硫化(直接硫化,不再加硫化劑和促進(jìn)劑)在平板硫化機(jī)上進(jìn)行,硫化條件為150 ℃×10 min。

      1.4.2 胎面膠粉再生

      (1)按配方將各組分依次加入橡膠高速攪拌塑化機(jī),攪拌頻率50 Hz,當(dāng)溫度升至55 ℃左右時降低攪拌頻率,到60 ℃時排料,混合物料冷卻、停放。

      (2)將高速攪拌塑化機(jī)里排放的混合物料投入雙螺桿擠出機(jī)中,然后將雙螺桿擠出機(jī)擠出的物料直接投入單螺桿擠出機(jī)冷卻,最后單螺桿擠出機(jī)擠出膠料。其中,雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒螺桿轉(zhuǎn)速為220 r·min-1,加料斗螺桿轉(zhuǎn)速為15 r·min-1,機(jī)筒7個加熱或冷卻反應(yīng)區(qū)域的溫度均低于100 ℃,實(shí)際溫度分別為56,69,75,75,77,75和40 ℃;單螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒螺桿轉(zhuǎn)速為40 r·min-1。

      (3)將單螺桿擠出機(jī)擠出的膠料在精煉機(jī)(輥溫55 ℃,輥距0.5 mm)上薄通2遍,出片。

      (4)再生橡膠膠料硫化在平板硫化機(jī)上進(jìn)行,硫化溫度為150 ℃。

      1.5 性能測試

      溶脹率測定:將30~50 mg硫化膠試樣置于裝甲苯的稱量瓶中,在30 ℃下浸泡3 d,稱其溶脹平衡后的質(zhì)量(mb);溶脹試樣在常溫條件下干燥至恒質(zhì)量(ma)。試樣溶脹率=[(mb-ma)/ma]×100%。

      其余性能按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測試。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 橡膠再生劑RV2對NR膠粉再生效果的影響

      2.1.1 橡膠再生劑RV2用量

      采用不同用量橡膠再生劑RV2的NR膠粉再生效果如表2所示。從表2可以看出,隨著橡膠再生劑RV2用量增大,NR膠粉再生橡膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率以及溶脹率顯著增大,這說明橡膠再生劑RV2可以打破NR膠粉中的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使硫化膠再生。

      表2 采用不同用量橡膠再生劑RV2的NR膠粉再生橡膠性能

      2.1.2 高速攪拌塑化機(jī)攪拌浸潤溫度

      將NR膠粉和橡膠再生劑RV2等加入高速攪拌塑化機(jī)中,不同攪拌浸潤溫度下NR膠粉的再生效果如表3所示。從表3可以看出:在較高攪拌浸潤溫度(60 ℃)下,再生橡膠的性能較好,這是因為橡膠再生劑RV2更容易浸入膠粉內(nèi)部,有助于提高膠粉的再生效果;但攪拌浸潤溫度過高,達(dá)到70 ℃以上后,膠粉的再生效果降低,這是因為橡膠再生劑RV2部分揮發(fā),因此NR膠粉再生的高速攪拌浸潤溫度為60 ℃較好。

      表3 不同攪拌浸潤溫度下NR膠粉再生橡膠性能

      2.1.3 RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)混煉時間

      NR膠粉和橡膠再生劑RV2等在高速攪拌塑化機(jī)中攪拌及浸潤后,在RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)上混煉,不同混煉時間的NR膠粉再生效果如表4所示。從表4可以看出,隨著混煉時間延長,再生橡膠的硬度和拉伸強(qiáng)度減小,溶脹率增大,這是因為在混煉初期,在機(jī)械剪切力作用下,產(chǎn)生橡膠再生劑RV2斷鏈和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)破裂雙重現(xiàn)象,而隨著混煉時間延長,橡膠再生劑RV2的有效含量遞減,出現(xiàn)橡膠分子主鏈斷裂現(xiàn)象。綜合而言,NR膠粉再生的混煉時間為5 min較好。

      表4 不同混煉時間的NR膠粉再生橡膠性能

      2.2 橡膠再生劑RV2與螺桿擠出機(jī)結(jié)合對胎面膠粉再生效果

      2.2.1 再生橡膠性能

      采用橡膠再生劑RV2與雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)結(jié)合再生胎面膠粉,該再生橡膠性能如表5所示。從表5可以看出,再生橡膠的各項性能符合GB/T 13460—2008《再生橡膠》標(biāo)準(zhǔn)。

      表5 胎面膠粉再生橡膠性能

      2.2.2 胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能

      胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能如表6所示。從表6可以看出,與膠粉相比,再生橡膠/NR并用膠的性能優(yōu)異,這是因為再生橡膠與NR的親和性好。

      表6 胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能

      3 結(jié)論

      (1)采用橡膠再生劑RV2并通過翻煉機(jī)或擠出機(jī)的機(jī)械剪切作用對NR膠粉和胎面膠粉進(jìn)行再生,再生橡膠的物理性能較好,胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠的性能優(yōu)異,膠粉再生效果好。

      (2)采用橡膠再生劑RV2再生還原膠粉工藝簡單、快捷,投資少,無廢水和廢氣產(chǎn)生,是目前環(huán)保的橡膠再生方法。

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