[发明专利]硅改性的废胶末组合物

说明书

技术领域

发明领域

本发明涉及轮胎循环利用的领域，更具体地涉及从废轮胎中获得的废胶末的应用。

背景技术

发明背景和现有技术

每年由于磨损或者毁坏会报废亿万的轮胎。目前，仅仅美国每年就会产生大约270,000,000的废轮胎。每年填埋和堆放大约26％的废轮胎，而这期间回收和再利用仅约10％的橡胶。总起来说，估计废轮胎的库存有二至三十亿的轮胎。

现在已经致力于寻找废轮胎的应用以使库存最小化。一些报废的整体轮胎的应用包括人造渔礁、浮式防波堤和公路与桥礅周围的缓冲器。整体或切碎的废轮胎也可用于运动场、花种植园、鞋底和船坞减震器。还可以燃烧整体轮胎和碎轮胎片并且用作燃料。再生的轮胎用橡胶或废胶末(crumb rubber)还可用于制造低价的橡胶产品，例如地垫和用于道路的柏油。

现在，仅仅少量的再循环橡胶，例如轮胎橡胶，以硫化或交联的废胶末颗粒的形式在轮胎中使用(一般小于轮胎中约10重量％的橡胶)。低使用量的原因是由于在夹生橡胶(virgin rubber)混合物中添加废胶末会降低轮胎的重要功能性，例如高应变模量和拉伸强度。

因此，希望开发一种能够在夹生橡胶轮胎胶中以超过10％的量使用且不会显著降低轮胎性质的废胶末。

在Marvin Myhre和Duncan A.MacKillop的论文“Rubber Recycling”，Rubber Chemistry and Technology，第75卷第429-469页中给出了轮胎和橡胶的再循环、橡胶再生技术和工艺、获得“废胶末”的方法和处理或改性废胶末以使其进一步用于配方中的技术的优秀概要。

更最近地，循环利用的努力集中在处理或改性废胶末颗粒以使其更分散并且可在配方中与其它组分相容固化。这是本发明的方向。

本发明包括通过废胶末与氢化硅的反应形成碳-硅键来改性废胶末。这样改性的废胶末可以在夹生橡胶配方中以较高的量使用，而不会显著降低其重要性质。

氢化硅与＞C＝C＜不饱和(unsaturation)(或碳-碳双键)的反应化学是公知的。美国专利Nos.2,637,738；2,823,218和3,159,662公开了具有活性氢位置的氢化硅与不饱和分子和化合物反应生成具有碳-硅键的新化合物。该不饱和化合物可以是低分子量化合物或聚合物，例如未硫化的(uncured)或未交联的橡胶。该反应一般使用铂催化剂来催化，如市售的Speir催化剂(氯铂酸)或Karsted催化剂(Pt⁰与二乙烯基四甲基二硅氧烷的配合物)。这么做是因为所描述的非催化反应是缓慢的，除非在相对高的温度下进行，并且无效的，所需要的产品产率低且生成许多不需要的副产品。

在美国专利No.5,672,660中描述了铂催化的硅氢化交联反应。这里，在热塑性树脂和铂催化剂的存在下，使未硫化的含二烯的弹性体与氢化硅反应来制备热塑性弹性体。

更最近地，美国公开No.US 2004/0030053A1(2004年2月12日)公开了可用作再循环材料的表面改性橡胶的制备。该材料可以通过使废(碎)橡胶与具有巯基或S-S键的硅烷偶联剂反应来制备的。此反应形成硫-碳(S-C)键，而非硅-碳(Si-C)键，如在Rubber Chemistryand Technology第69卷第325页，1996年由Siegfried Wolff所著的Chemical Aspects of Rubber Reinforcement by fillers(请参见第328-344页)中所描述。

发明内容

发明概述

申请人使用烯烃化学的硅氢化作用来改性硫化和交联的废胶末颗粒，结果发现其氢化硅化合物与硫化废胶末之间能够有效地进行反应并且有效地(使用和不使用添加的催化剂)生成具有高含量碳-硅(C-Si)键的改性废胶末。申请人进一步发现可以在夹生橡胶配方中以较高的量使用硅改性的废胶末，并且与未经处理的废胶末一样不会显著地降低重要的性质。该废胶末颗粒优选具有约0.1重量％至约10重量％的键合硅(bound silicon)的橡胶，该键合硅以碳-硅(C-Si)键存在。该碳硅键是通过废胶末颗粒与氢化硅反应产生的。

附图说明

附图