随着橡胶工业的持续发展,废旧橡胶的数量越来越多,由于橡胶的不可降解特性,造成了严重的环境污染,废旧橡胶回收利用已上升为全球性的战略问题。而我国是世界首位的橡胶产品消费大国,年消费橡胶370万吨,同时,我国也是橡胶资源比较匮乏的国家,我国的天然胶70%以上依靠进口。如何实现废旧橡胶的循环利用,对于填补我国资源匮乏和解决环境污染问题,实现我国经济的可持续发展的要求具有重大意义。
废旧橡胶回收传统生产工艺是采用脱硫罐进行的,设备和工序复杂,投资大。在再生过程中,一般都加人大量软化剂煤焦油、石油抽出物等,使再生胶具有非常难闻的气味、颜色,排放物具有较大的污染性,还含有很多有毒致癌的化学物质。目前,国家已开始逐步限制含有这些有毒化学物质的橡胶制品出口和生产。传统再生胶再生工艺时间一般在3.5h左右,蒸汽压力在l MPa左右,效率低、能耗大。常规再生胶的拉伸强度较低,一般在8—12 MPa。采用新工艺来研制环保型高强力再生胶是目前再生胶行业急需开展的工作。本文以废旧工程胎胎面胶的胶粉为原料,采用新型环保再生胶设备,改变再生胶生产工艺,研究不同再生条件下再生胶物理机械性能,进行应用于高强力输送带的再生胶生产的研究工作,进而探求一种具有产业化方向的废旧橡胶再生方法。
1.试验部分
1.1试验原料
1)40目工程胎胎面胶胶粉;
2)新型再生活化剂(自主研制);
3)改性剂;Indopol,酚醛树脂,KH570
4)硫化体系配合剂;硬脂酸(SA),硫磺,氧化锌(ZnO),
5)增塑剂:SI一69,
6)新型软化剂(自主研制),
7)门尼黏度稳定剂
1.2 仪器及设备
电磁感应加热橡胶粉脱硫塑化机:山东泰安东平金山橡塑设备厂
四辊精炼机:JL-4-400型,自主研发
平板硫化机:QLB—D400 X 400×2
拉力试验机:台湾高铁科技股份有限公司
门尼黏度试验机:GT-7080-SZ,台湾高铁科技股份有限公司
LX-A橡胶硬度计
1.3 工艺原理
脱硫是再生胶生产过程中一个主要环节,是影响再生胶产品质量的一个关键工序。脱硫不是把硫黄从橡胶分子中脱出来,而是通过加热、氧化及再生剂的作用,使硫化胶中的C—S—C交联键断裂,发生降解,导致橡胶从弹性状态变成塑性状态,以利于后期加工处理。传统再生胶方法都需要高温、高压条件,在再生脱硫过程中会产生废气外泄(如硫化气体和低分子挥发物),严重污染环境。现国家积极重视节能减排,因此高能耗、高污染的传统再生,已远远不能满足国家提倡的节能减排、绿色环保的加工方法,必须应予以淘汰。本方法将胶粉与再生剂按要求混合均匀,然后送入一个卧式多层的双螺杆输送器中,该输送器有夹套和远红外线加热装置,胶料在输送过程中到远红外线的均匀加热,达到再生的目的。在生产过程中,不添加国家环保禁止的煤焦油能高污染添加剂,无废水废气排放,能耗也相对较低,且对环境基本无污染,是现在符合国家循环经济要求的再生方法。
1.4再生胶生产工艺流程
再生胶生产过程中,对环境产生污染的生产工艺主要为脱硫工艺,本工艺采用环
图 1 再生胶生产工艺流程图
Fig.1 Reclaimed rubber production process flow chart
保型常压高温橡胶脱硫设备,是一种较经济、低成本、高质量、高效率的节能减排低碳方法,具有较高的科研意义和市场价值,再生胶生产工艺流程如图1所示:
2试验结果与分析:
2.1再生胶物理性能主要影响因素分析
本试验通过采用环保型脱硫设备,通过采用新型添加剂配方,改变脱硫时间、脱硫温度等进行多组实验,得到脱硫时间-再生胶性能关系、脱硫温度-再生胶性能关系、再生活化剂-再生胶性能关系,进一步指导再生胶的性能改进和大规模生产。
2.1.1再生温度对再生胶物理机械性能的影响
再生胶的物理性能参数在一定范围内随再生温度的增长而提高,但温度过高会导致物理机械性能降低,再生剂的活性也有所降低,综合分析各个性能参数,设定再生温度为230℃-270℃,保温时间10分钟。在230℃温度脱硫时,由于胶粉分子断裂不足,拉伸强度低于14MPa;在245℃,胶粉脱硫后拉伸强度超过14MPa,其它综合性能也较好,在260℃温度时胶粉脱硫后拉伸强度降低,主要是由于高聚物分子过渡断裂,造成拉伸强度也低于14MPa,由于高聚物分子过渡断裂,在精炼时存在严重的黏辊现象。具体物理机械性能和再生温度的关系如下图2(a-d)所示。