[发明专利]一种采用异向双螺杆挤出机再生废橡胶的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种废旧橡胶脱硫再生的新方法，尤其涉及一种利用异向双螺杆挤出机再生废橡胶的方法，属于废旧橡胶循环再利用领域。

背景技术

我国以轮胎为主的橡胶消费持续高增长，使中国成为世界最大的废橡胶产生国，废旧橡胶的综合利用是橡胶工业循环经济的核心，对于降低我国橡胶资源对外依存度，节约石化资源，保护环境具有重要意义。利用物理，化学或者生物等方法，打开废橡胶三维交联网络，制备再生胶是目前我国废橡胶循环再利用的最主要方式，据不完全统计，我国2010年再生胶产量达到300万吨左右。

再生胶行业经过多年的发展与技术创新，形成了以“高温高压动态脱硫”为主的脱硫再生工艺，与此同时，“常压高温连续脱硫”再生工艺也逐渐应用于市场。其中高温高压动态脱硫法是将废胶粉，再生剂和水一起加入脱硫罐中，工作压力2.2MPa左右，工作温度220℃左右，脱硫时间3小时左右后，泄压取料得脱硫胶粉，然后经精炼机压片得到再生胶，得到的再生胶呈现出较优异的力学性能，应用广泛。但是利用此方法再生剂向废橡胶的渗透是在高温高压较长时间内完成，不仅能耗高而且存在严重的安全隐患；此外，整个生产过程的不连续以及泄压取料和精炼过程时严重的烟气污染都限制了高温高压动态脱硫的发展。而高温常压连续脱硫（CN 201670818U: 一种再生胶高温常压连续脱硫机）是对混有再生剂的废橡胶通过脱硫机内的螺旋输送装置，实现废橡胶的脱硫再生过程，脱硫温度最高达300℃，反应时间在15～20min之间。从再生胶的物理性能来看，脱硫机要相对差。这一方面是由于螺杆机的螺旋结构无法压实物料，过多氧气的存在导致橡胶主链降解严重；另一方面是过高的反应温度促使在脱硫过程中橡胶主链的歧化反应加剧，进一步降低了再生胶的质量。

为了实现生产过程的安全简单连续、节能和环保，双螺杆挤出机逐渐被国内外学者应用于废橡胶脱硫再生领域。日本的（US6,77,453 B1.Aug.17,2004：Method of reclaiming crosslinked rubber and Molded article of reclaimed rubber.）采用双螺杆挤出机，通过施加高温高压高剪切的作用，打断废橡胶的网路结构，实现废橡胶的脱硫再生。并在螺杆内引入某种除气载体带走分解产物，达到连续生产、净化排气的作用，得到的再生胶门尼适中。

在国内，张云灿等（CN101168600 B一种废旧轮胎胶高剪切应力诱导脱硫及改性）将待脱硫混合物加入高剪切、高转速的同向双螺杆挤出机中进行脱硫反应，反应产物经冷却后得到了脱硫改性的再生胶产物。张立群等（CN 101508795A.Aug.19,2009.一种采用双螺杆挤出机脱硫再生硫化橡胶的方法）提出采用物理化学联动和双螺杆联动相结合的方法，利用双螺杆挤出机附以适当的脱硫再生剂使废旧硫化橡胶快速再生，以取代传统高温高压动态脱硫罐。陶国良等（CN 101418082 B废橡胶绿色脱硫工艺方法）将废橡胶颗粒经加料区加入双螺杆橡胶脱硫反应装置中，经压缩剪切区的高温、高压和剪切能共同作用，使橡胶的交联键发生断裂，然后排气净化，再经过双螺杆橡胶脱硫反应装置混炼区的混炼，生成性能稳定的新型再生胶。

以上利用双螺杆脱硫方法的技术核心，都是通过双螺杆挤出机同时施加高温高压高剪切的条件甚至是借助化学助剂的作用，来破坏废橡胶的交联网络。虽然这些脱硫条件的实施能够高程度的脱硫废橡胶，但是脱硫程度的升高往往反而会导致再生胶力学性能的下降。通过施加剪切力选择性打断交联键的理论基础是利用C-C键、C-S键和S-S键之间弹性系数的差别，相对而言，在剪切的作用下，S-S键更容易断链，但是由于在硫化胶交联网络内S-S键的数目远远少于C-C键，很难保证能够通过高剪切力的施加，选择性地断裂交联键。特别是在高温条件下，通过高剪切作用破坏交联网络，更容易导致橡胶主链歧化反应的发生，导致主链降解严重。因此，高温和高剪切的脱硫条件，虽然能够高效地破坏废橡胶三维网络结构，但是由于其会导致大量的主链降解，使再生胶的力学性能大大降低。

利用双螺杆挤出机再生废橡胶虽然实现了工艺的简单安全、连续和环保，但是高剪切力的实施均采用同向双螺杆挤出机，其同向旋转，产生的剪切力大，在高温的条件下极易导致橡胶分子主链的断裂，特别是再生以天然胶为主的废轮胎胶粉时，进而导致再生胶力学性能的大大下降；此外，螺杆挤出机短时间内，仅通过高温高压的条件不足以使脱硫助剂在胶粉内部充分渗透和均匀扩散，大大降低了废胶粉的脱硫深度和再生速度。