廢輪胎膠粉低溫低壓微波再生研究

李紹通 李瑞哲

洛陽和夢科技有限公司

摘要：利用自主研發的多功能橡塑加工設備對廢輪胎膠粉進行微波再生，由開煉機對再生橡膠粉進行處理。研究了低溫低壓條件下，廢輪胎膠粉粒徑、再生時間、再生溫度、軟化劑、活化劑對再生橡膠性能的影響。

Abstract：Thewastetirerubberpowderwasregeneratedbymicrowaveusingthemultifunctionalrubberandplasticprocessingequipmentdevelopedbyourselves.The reclaimed?rubber powder is treated by the mill.Theeffectsofparticlesize,regenerationtime,regenerationtemperature,softenerandactivatoronthepropertiesof?reclaimed rubberwerestudied.

關鍵詞：廢輪胎膠粉；再生橡膠；微波再生；低溫低壓

Keywords：waste?tire rubber powder；reclaimed rubber；microwave regeneration；lowtemperatureandpressure

硫化橡膠具有三維網狀交聯結構，易燃、難降解，廢舊硫化橡膠對環境造成了較大危害，生產再生橡膠是廢舊硫化橡膠最有效的循環利用方式。

再生橡膠是指廢舊硫化橡膠經過切割、粗碎、篩分、細碎、預熱、機械與化學處理等物理化學過程，使其從彈性狀態變成具有一定塑性和粘性的、能夠再硫化加工的橡膠。

再生橡膠的價格約為生膠價格的15-30%，因而有著巨大的市場需求。再生橡膠主要用于生產低檔的橡膠制品，也可替代部分生膠生產其他橡膠制品。再生橡膠有良好的塑性，易與生膠和配合助劑混合，添加再生橡膠的混煉膠硫化速度快，耐焦燒性好，制品的收縮性小，耐老化性好等優點。

再生橡膠90%左右的生產工藝是動態脫硫罐脫硫再生，需要進行加熱攪拌、清洗、脫水、精煉等工序，設備和工序復雜，投資大，污染大。目前歐美日本等發達經濟體已限制有毒化學物質的橡膠制品進出口。

采用新的工藝技術和設備，減小污染物排放，降低設備投資，是目前再生橡膠急需開展的工作。

1、微波再生（脫硫）

［2］

微波再生（脫硫）法是一種非化學、非機械的一步再生法，它是利用微波能量切斷S-S鍵和S-C鍵，而不切斷C-C鍵，達到再生的目的。因為微波能斷鍵是有選擇性的，故用這種方法生產的再生橡膠的性能接近原膠，微波脫硫過程中無須添加任何助劑，因此，基本上無污染。另外，脫硫時所用膠?？梢詾?～8mm，因此，機械損耗大量減少，電能也大量減少。微波脫硫時間短，生產效率高，生產成本大幅降低。

微波再生工藝是生產高質量和低成本再生橡膠的最佳方法之一。

微波再生（脫硫）機理：微波場是一個變化頻率極高的交變電場，頻率為2450MHz的微波，其電場方向每秒鐘變化2450百萬次，在微波這個變化頻率極快的交變電場中，一切極性基團都將迅速改變自己的方向而擺動。但因分子本身的熱運動和相鄰分子的相互作用及分子的慣性，使極性基團隨電場變化的擺動受到阻力和干擾，從而在極性基團和分子之間產生巨大的能量。

硫化橡膠分子間及分子內都存在S-S鍵和S-C鍵，硫鍵存在偶極矩，因而硫化橡膠在電場中都會發生偶極極化；S-S鍵是偶極矩較大的硫醚鍵，加之硫化膠中都含有大量炭黑，而炭黑吸收微波的能力很強；因此在微波場中，硫化橡膠分子獲得的能量也較大，使含有炭黑的硫化橡膠在微波能的作用下發生S-S鍵，或部分S-C鍵斷裂，硫化橡膠的網狀交聯結構被破壞而獲得塑性，達到再生目的。

2、國外微波再生（脫硫）生產再生橡膠的概況

［2］

（1）、1987年美國Goodyer公司建立了一座微波脫硫生產再生橡膠的工業化裝置，已投入生產。該工藝是在天然橡膠和丁苯橡膠(35:65)并用輪胎膠粒中添加鐵粉二苯基二硫代二苯酰亞胺，以增加膠粒的極性，不需要添加再生活化劑，使用微波頻率為2450MHz；制得門尼粘度為63，拉伸強度為13.8MPa，拉斷伸長率為250%的再生橡膠。

（2）、法國設計出了功率為10.5kW，頻率為2450MHz的廢橡膠微波脫硫裝置，該裝置是一個容積為50L的特種鋼制成的脫硫室，外部有加熱裝置可以轉動，向脫硫室輸入微波的同時，用氮氣流驅趕室內的氧氣。

（3）、日本專利介紹微波脫硫工藝：165℃脫硫，采用高頻電子加熱爐日本NE-6210)，頻率為2450MHz輸出功率為600W，加熱爐中有V型托架，裝有0.6mm膠粉的玻璃管放在V型托架上，玻璃管一端有蓋，另一端貼有聚四氟乙烯片，片上打幾個針孔。每加熱40s切斷電源，旋轉玻璃管3-4圈，如此間歇加熱6～l0min，可以看到濃重的白煙，此時膠粉的溫度為160～165℃。調節加熱環境的氧化能力，可以控制加熱溫度，保持膠粉升溫平緩。玻璃管中加膠粉100份，氯化亞鐵2～3份，促進劑D2份。脫硫后精煉l0min。

3、我國微波脫硫生產再生橡膠

［2］［5］

微波再生（脫硫）法生產再生橡膠的工藝在我國尚處在開發研究階段，至今還沒有一套工業化生產裝置。

沈陽化工學院的微波脫硫實驗是采用不同品種和不同交聯程度的廢膠進行實驗，實驗裝置由微波發生系統、波導管、控制系統及物料輸送和傳動系統組成。微波頻率為915MHz功率為0～lKW。實驗是將不同品種不同粒徑的廢膠裝入圓柱形玻璃管內使之轉動，然后啟動微波發生裝置，并調整功率及時間，得到再生橡膠。

趙樹高等運用微波處理再生了填充炭黑和白炭黑的非極性硫化橡腔。

董誠春等采用中型實驗設備，運用915MHz，1KW的微波脫硫再生廢三元乙丙橡膠密封條，經多次實驗，溫度180~200℃之間，再生20mm所得再生橡膠性能最好。

王艷秋等對高強力微波輻射工藝進行優化研究，首先對膠粉進行干燥處理，然后選擇合適的微波作用時間，功率以及后處理工藝。結果表明，干燥預處理工藝，可大幅提升再生橡膠性能。

試驗中發現，微波法再生脫硫技術與傳統方法比，有著顯著的優點：可以在低溫（小于100℃）低壓（常壓或微負壓）條件下再生；節能性好，能量利用率高；脫硫效果好，再生膠質量高；生產敬率高，耗時少；對膠粒的粒徑要求不高，發展前景好；對極性強的橡膠尤為適合，特別是一些用傳統方法很難以進行，或者脫硫效果不好的膠種，用微波法脫硫則效果很好；污染較??；經濟性好。

本文就針對低溫低壓微波再生生產再生橡膠的關鍵因素進行了實驗和研究。

4、實驗部分

4.1原料及試劑

全鋼廢輪胎膠粉(26-28目，40目，60目)，為市售品。

軟化劑：工業古馬隆、松香、固體無味油、植物軟化劑，為市售品。

活化劑：B-480無味高效環?；罨瘎?，安徽金馬橡膠助劑有限公司。

硫黃、硬脂酸、氧化鋅、促進劑NS，工業級，均為市售品。

4.2儀器設備

多功能橡塑加工設備（5L，微波功率1KW）,洛陽和夢科技有限公司。

X(S)K-160開放式煉膠機，無錫市第一橡塑機械有限公司。

QLB-50D∕Q雙層電熱平板硫化機，無錫市第一橡塑機械有限公司。

GT-AI-7000M型電子拉力試驗機，臺灣高鐵檢測儀器有限公司。

4.3實驗方法

4.3.1將1350克左右全鋼廢輪胎膠粉和各種助劑，加入多功能橡塑加工設備中，依據實驗方案進行微波再生。

4.3.2將加工處理、計量好的再生膠粉在開煉機（混煉條件輥距小于0.2mm，輥溫是45℃～50℃）上，開煉至包輥。

4.3.3再生橡膠母煉膠配方為：再生橡膠100，氧化鋅2.5，硬脂酸0.33，促進劑NS0.8，硫黃1.17。

根據國標GB/T13460—2016中的再生橡膠性能測試要求，依次將各種配合劑加入到各種再生橡膠中，進行混煉，將混煉膠硫化，硫化溫度145℃，硫化壓力10MPa，時間10-15min。

4.3.4硫化測試樣品停放24h后，對樣品進行各項性能測試，硫化膠的拉伸性能方法按照GB/T528-2009進行測試。

5微波低溫低壓再生探討

廢輪胎膠粉進行微波低溫低壓再生生產再生橡膠，影響產品性能的主要因素是再生時間、再生溫度、膠粉粒徑和軟化劑。

5.1再生時間的影響

采用26-28目全鋼廢輪胎膠粉，不添加軟化劑和活化劑，在低壓條件（常壓到微負壓）下，物料溫度控制在100-150℃之間，考察合適的微波再生時間對再生橡膠主要性能指標的影響。

不同再生時間硫化再生橡膠的性能如表1所示。

由此可得，對在一定溫度下26-28目全胎膠粉的微波法再生而言，再生時間為11～15min為宜，再生時間為12～13min最佳。盡管不同的廢輪胎廢膠粉的組份上有所不同，但對于普通廢輪胎（包括子午胎、斜交胎、尼龍胎）的全膠粉而言，它們的最佳再生時間相差并不大。

5.2再生溫度的影響

采用26-28目全鋼廢輪胎膠粉1350克，加入軟化劑固體無味油180克，不添加活化劑，在低壓條件（常壓到微負壓）下，再生時間為12～13min，考察合適的微波再生溫度對應再生橡膠主要性能指標的影響。

不同再生溫度硫化再生橡膠的性能如表2所示。

由此可得，對26-28目全胎膠粉的微波法再生而言，在給定再生時間條件下，再生溫度為60～120℃為宜，再生溫度為70～100℃最佳。盡管不同的廢輪胎廢膠粉的組份上有所不同，但對于普通廢輪胎（包括子午胎、斜交胎、尼龍胎）的全膠粉而言，它們的最佳再生溫度是70～100℃。

5.3膠粉粒徑的影響

采用全鋼廢輪胎膠粉1350克，加入軟化劑固體無味油200克，不添加活化劑，在低壓條件（常壓到微負壓）下，再生時間為12～13min，再生溫度為70～100℃，考察膠粉粒徑對應再生橡膠主要性能指標的影響。

不同膠粉粒徑的再生橡膠的性能如表3所示。

全鋼廢輪胎膠粉隨著粒徑變小，再生橡膠的物理機械性能有所提高。

5.4軟化劑的影響

采用26-28目全鋼廢輪胎膠粉1350克，加入軟化劑180克，不添加活化劑，在低壓條件（常壓到微負壓）下，再生時間為12～13min，再生溫度為70～100℃，考察軟化劑對再生橡膠主要性能指標的影響。

不同軟化劑對硫化再生橡膠的性能如表4所示。

軟化劑固體無味油、復合軟化劑對再生橡膠的主要性能指標的影響很大。

5.5活化劑的影響

采用26-28目全鋼廢輪胎膠粉1350克，加入軟化劑固體無味油A180克+2%古馬隆，添加B-480無味高效環?；罨瘎?，在低壓條件（常壓到微負壓）下，再生時間為12～13min，再生溫度為70～100℃，考察活化劑對再生橡膠主要性能指標的影響。

不同活化劑加入量對硫化再生橡膠的性能如表5所示。

B-480無味高效環?；罨瘎┖线m的添加量對低溫低壓微波再生橡膠的主要性能指標的起到良好的促進作用。

6結論

(1) 采用全鋼廢輪胎膠粉低溫低壓微波再生技術生產再生橡膠，針對不同的設備有最佳的再生時間和再生溫度。

(2) 采用全鋼廢輪胎膠粉低溫低壓微波再生技術生產再生橡膠，可以不添加軟化劑和活化劑；不同的軟化劑對再生橡膠的性能指標影響很大；加入一定比例的活化劑對再生工藝起到促進作用。

(3) 采用全鋼廢輪胎膠粉低溫低壓微波再生技術生產再生橡膠，選擇合適膠粉的粒徑有利于節能增效。

參考文獻：

［1］羅鵬、連永祥．廢橡膠微波再生法的實驗研究．橡膠工業，1996，43（12）733．

［2］董誠春．微波脫硫法生產再生橡膠．特種橡膠制品，2003，24(5):10．

［3］唐偉強、盧俊杰、謝民．廢舊橡膠微波脫硫再生工藝的研究．《材料導報》2007，21（11A）280。

［4］王艷秋、周立雪、謝德倫、寇景、姚亮．環保型高強力再生橡膠微波輻射工藝的研究．《有應用化工》2012，41（12）2085。

作者簡介：

李紹通(1966－ )，男，河南偃師人，1991年7月畢業于大連理工大學高分子化工專業，主要從事廢橡膠再生技術、設備工業化研究。