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橡胶的环保再生和还原橡胶的生产

发表时间:2008-04-18 09:11
本文简要介绍了一种在常温常压下,通过机械化学加工生产再生胶(还原橡胶)的方法。可实现胶料的循环、反复利用,该方法能耗少、无污染、效率高和掺用比例高,且再生还原的胶料强度为原混炼胶强度的65%~85%左右,可无需添加硫化剂而直接模压成制品。
   关键词:再生胶;橡胶再生剂;橡胶断硫剂;混炼胶;循环利用;胶粉;环境保护;还原橡胶;循环经济
1.      前言
循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心,以“减量化、再利用、资源化”为原则,以“低消耗、低排放、高效率”为基本特征,符合可持续发展理念的经济增长方式。根据这一原则,废旧橡胶作为一种再生资源应列入“循环经济”的范畴。
废橡胶有较高的利用价值,把它制成还原橡胶、再生胶、胶粉可全部或部分取代生胶,对生胶资源相对匮乏和不足的我国,意义十分重大。
我国橡胶工业的迅速发展是必然趋势,废橡胶的生成量也必将逐年上升。橡胶的环保再利用就成为我们橡胶工作者的一项长期任务,必须认真对待,共同努力使废橡胶再利用成为知识经济时期循环再生科学的一个分支。
2. 废弃橡胶资源近况
    近几年全世界每年的生胶消耗量约2 000万t左右,生产的橡胶制品存4 000万t上下,其中一半以上是轮胎。据相关资料统计,全世界的轮胎废弃量每年约l 800万t。近几年我国全年生胶消耗量为350万t左右。橡胶制品产量约为生胶消耗量的2倍,废橡胶的产生量约为橡胶制品产量的40%~50%,即每年在280万t以上,其中,废弃轮胎1 50万~l 80万t,而橡胶厂的边角余料及废品也在100万t左右。这些边角余料属于未经使用的新硫化橡胶,其使用价值更高。随着橡胶工业的快速发展,废硫化橡胶资源也会与日俱增,循环利用和无废胶工厂在今天得以实现。
3. 目前再生胶生产现状
    传统再生胶行业已有130多年的历史。近年来,我国再生胶生产也有较大的发展,如今已超过年产50万t的规模。众所周知,再生胶的生产方法通常是根据脱硫方法来分类。国外有以脱硫时的温度分类的,l 0 0℃以上为高温法,l00℃以下为低温法。目前国内工业化再生方法主要有油法、水油法、快速脱硫法、螺杆脱硫法和动态脱硫法等。油法和水油法都是废橡胶颗粒与催化剂混合后在脱硫罐内通过电加热或油加热至l70℃以上,并保持6 h左右。由于是采用高温长时间氧化裂解以及利用大量油类(以煤焦油、松焦油和妥尔油为主)膨润硫化橡胶,因此再生胶明显降解,其物理性能较差而限制了使用范围。再生胶的拉伸强度一般不超过10 MPa,而同种原料胶拉伸强度在20 MPa左右。因此它只能做廉价填充材料使用。并且由于油法和水油法能耗高、污染严重、生产效率低,现在正在被逐步淘汰。动态脱硫是近几年发展起来的新技术,它克服了油法在生产中出现的一些问题,减轻了部分污染,产品质量和生产效率也得到了相应提高。但是仍不可避免地存在着能耗高、污染和产品性能不足等缺点。
    我国再生胶行业没有环保补贴,由于属于传统行业,上马容易,竞争激烈,因为生产成本高,利润甚微,再加上要治理“三废”的污染,使再生胶企业雪上加霜。
4. 还原橡胶生产
    为区别于传统意义和市场上的再生胶,暂且把本文介绍的再生胶称之为还原橡胶,其具体意义后述。
4.1 还原橡胶的生产简介
    硫化橡胶的再生实质是利用物理(热和机械作用)与化学(氧化反应和化学物质取代反应)的裂解作用,使其达到具备可塑性的目的。但是传统意义上的再生胶,利用的是高温氧化反应,它不仅仅破坏橡胶分子间的交联键,连橡胶大分子也被降解了。
    而还原橡胶的生产,是利用化学物质的取代反应使橡胶分子间交联键断裂而无损于橡胶大分子,并且由于是常温生产,大大减少氧对橡胶的破坏作用,采用断裂交联键的方法恢复橡胶的塑性,同时增进与生胶的相容性而成为一种混炼胶料。
4.2 还原橡胶的工艺流程
    还原橡胶的生产工艺流程如图l所示。
RV橡胶再生剂(断硫剂) →
废硫化胶
清洗
粗碎
再生还原 ←
成品
检验
入库
软化剂或生胶或混炼胶
图1   还原橡胶的生产工艺流程
4.3 还原橡胶工艺参数的确定
    本实验所用的设备和原料为:XK l60开炼机,25 t电加热平板硫化机, 2500N材料拉力机;RV-NR/BR/NBR橡胶再生剂(断硫剂)为河北瑞威科技盛大福彩生产;松焦油、沥青、软化重油、硬脂酸等为市售。
4.3.1 再生还原条件确定
    软化剂、再生剂(断硫剂)的用量不同,还原橡胶的性能也不同;不同的反应时间、温度条件也影响还原橡胶的性能指标。
    不同条件下的检验结果如表l所示。  
表1   不同条件下还原橡胶性能检验结果


指标
标准
A1
A3
A5
A6
A7
A8
拉伸强度≥/MPa
8.4
6.9
8.6
9.6
9.8
11.3
8.3
伸长率≥/%
400
300
375
445
385
470
465


    其中,A5、A7的性能和实验条件为最好,确定了还原橡胶的基本配方和反应条件:
    胶粉:软化剂:再生剂(断硫剂)=100:(3~8):(2~5):
    反应温度:辊温40~70℃;  
    反应时间:10~15 min。
4.3.2 原材料确定
    采用不同的软化剂、胶粉目数、所制得的还原橡胶的性能也不同,检验结果如表2所示。
表2   不同软化剂、胶粉目数和还原橡胶性能检验结果


指标
标准
B1
B2
B4
B5
B6
B7
拉伸强度≥/MPa
8.4
7.7
8.1
9.5
9.6
9.2
8.9
伸长率≥/%
400
470
405
310
435
400
415


    其中,B5、B6的条件及性能最适宜,因此原料确定为:
    胶粉:胶粉4 0目、硫化胶边:  
软化剂:石蜡油、松焦油。
4.3.3 操作条件确定
    (1)辊距的确定
    辊距与还原橡胶性能的关系如表3所示。   
表3   辊距与还原橡胶性能的关系


辊距/mm
拉伸强度≥/MPa
扯断伸长率≥/%
0.3以下
9.5
470
0.5
8.8
400
1.0
6.9
380


    (2)薄通剪切次数的影响
    还原橡胶薄通次数与其性能的关系见表4。   
表4   薄通次数与还原橡胶性能的关系


薄通次数
拉伸强度≥/MPa
扯断伸长率≥/%
20
8.3
410
25
9.0
430
30
10.3
470
35
9.8
480
40
9.2
485


由以上2组实验可以看出,辊距及辊筒剪切对还原橡胶的性能影响很大,辊距越小,薄通次数增加,橡胶的可塑性增加,但拉伸强度会降低。从中优选:辊距在0.3mm以下;薄通次数以30次为宜。
4.3.4 还原橡胶的质量检验
    还原橡胶的质量检验指标如表5所示。
表5   还原橡胶质量检验指标指标


指标
还原橡胶检测值
再生胶执行标准
水份≤/%
1.0
1.2
灰份≤/%
10.0
15.0
丙酮抽出物≤/%
20.0
28.0
拉伸强度≥/MPa
10.3
8.3
扯断伸长率≥/%
450
400


    各项性能指标均达到或超过再生胶执行的检验标准。
5. 还原橡胶与再生胶的区别
   (1)还原橡胶是真正意义上的再生,它的加工制造过程对橡胶大分子主键影响甚小,因此其各项性能指标均高于传统意义上的再生胶。它可以达到原胶料性能的60%~80%,扩大了使用比例量,使应用领域更广,使用价值更高。
   (2)还原橡胶的再生过程没有“脱硫”,其组成中仍然保持着硫化体系,因而该再生胶料可以不必再加入任何硫化剂和促进剂便可以直接进行硫化模制操作。从这个意义上讲,它不再只是一种填充用料,而是一种混炼后的胶料。也就是之所以把它称之为还原橡胶的原因。还原到了混炼胶状态。
   (3)还原橡胶最突出的特点是它经硫化模制而成的制品或边角余料,无需再添加再生断硫剂便可通过开炼机再一次还原成混炼胶。
   (4)还原橡胶再生工艺加工时间短、生产效率高。
   (5)还原橡胶再生工艺是一种完全没有空气和水的污染的清洁工艺,符合环保要求。
6. 还原橡胶的应用
   (1)还原橡胶可以直接与好的有胶料按比例进行掺用,在保证质量的前提下,降低生产成本。实验结果如表6所示。
表6   还原橡胶的掺用试验结果



定伸强力300%/MPa
拉伸强度≥/MPa
扯断伸长率≥/%
邵氏硬度
比重
1#
8.3
15.3
515
66
1.190
2#
9.0
17.8
535
66
1.180
3#
9.7
18
608
66
1.150
4#
10.0
18.6
660
66
1.140


   
其中1#为100%还原橡胶的性能,2#为还原橡胶与好的胶料50/50掺用;3#为还原橡胶与好的胶料30/70掺用;4#为还原橡胶与好的胶料10/90掺用。
通过实验数据表明,还原橡胶可以拓宽其使用范围,加大其用量比例。
(2)还原橡胶适用于轮胎胎面翻新、轮胎垫带、汽车胶带、橡胶玩具、输送带、胶鞋鞋底、卡车挡泥带、实心轮胎、0型圈、热水瓶塞、医药瓶塞、连接阀、防水材料、减震胶垫、橡胶轴套、汽车轮胎、自行车胎、工程车胎、模压制品、橡胶球、橡胶文具、橡皮擦、橡胶管、橡胶防撞材等。
(3)不同的品种的RV橡胶再生剂(断硫剂)分别适用于EPDM、NBR、CR、IIR、IR。
7. 结论
    该方法精巧,简便,无毒,无大能耗,无繁重劳动强度并且在常温常压下完成。
RV橡胶再生剂(断硫剂)的应用将使每个橡胶制品工厂实现无废料的梦想,我们的地球将可能不再受到堆积如山的废弃橡胶黑色污染的困扰。
    废弃硫化橡胶的环保再生和循环利用满足了21世纪对环境保护的要求,使其沿着为可循环型、可持续发展的经济模式,真正实现了无废水、无废气、无污染的环保型生产,从而真正实现橡胶的循环经济。


文章分类: 技术信息
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