[发明专利]一种采用三螺杆连续挤出脱硫胶粉制备颗粒橡胶的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种降低脱硫胶粉门尼粘度的新方法，尤其涉及采用三螺杆连续挤出脱硫胶粉制备颗粒橡胶的方法，属于废旧橡胶循环再利用领域。

背景技术：

随着我国橡胶行业的发展，对橡胶资源需求越来越大，每年都需大量进口，2013年我国天然橡胶自给率低于25％，合成橡胶自给率不到60％；而与此同时，废旧橡胶却越积越多，2013年，我国废旧轮胎产生量近3亿条，重量约达1080万吨。

废轮胎属于工业有害固体废弃物，属于不溶或难溶的高分子材料，上百年都不会自然消失，而且污染土壤和地下水资源，被人们称为“黑色污染”。处于对我国橡胶资源短缺和废旧轮胎对环境污染的考虑，对废轮胎的脱硫再生是我国废橡胶循环利用的最主要方式，占废旧橡胶处理总量的70％以上。废轮胎脱硫再生的基本生产工艺流程是：i)废轮胎制备胶粉；ii)胶粉脱硫制备得脱硫胶粉；iii)脱硫胶粉精炼进一步脱硫以降低门尼粘度制得最终产品。其中，第三道工序是利用多台串联的高速比的双辊精炼机对再生胶粉进行强行剪切、捏炼，以达到降低再生胶门尼粘度的作用，改善再生胶的加工性能。但是，在精炼机开放式的高速剪切过程中，会随之带来大量的烟气污染，可以说是整个废轮胎脱硫再生过程中最主要的空气污染来源。其次，传统精炼机制备工艺中每台设备都需要配备一个操作工人，不仅烟气污染会危害工人的身体健康，而且开放的高速精炼机会给操作工人带来极大的安全隐患，工伤事件频频发生。脱硫胶粉经多台精炼机强行剪切后最终打卷出片，胶片温度会升高至100℃以上，由于橡胶是热的不良导体，在存放过程不仅存在着自燃的危险，而且会导致门尼粘度的回弹以及产品力学性能的下降。此外，多台精炼机的传统方式还存在着设备投入成本高，能耗高，产量低的缺点。

为降低精炼机带来的环境污染，有规模的企业会采用环保抽风排气设备，甚至将精炼机组放在一个密闭隔屋内，强行抽走高温精炼剪切所产生的烟气，但是此类环保除尘设备长期使用效果均不理想。此外，由于每台精炼机都需配备一名工人，传统处理措施根本无法解决一线操作工人所面对的空气污染。为了减少人工的参与，黄汉雄等(CN201420326527.9)公开了一种再生胶炼胶工序自动化生产线，采用4台开炼机和2台精炼机串联，虽然降低了用工人数，一定程度上提高了生产功效，但设备投资成本大大提高，也未能解决空气污染和安全隐患问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现在脱硫胶粉精炼技术的上述缺点，提供一种采用三螺杆连续挤出脱硫胶粉制备颗粒橡胶的方法。

本发明的目的是通过以下流程来实现的：一种采用三螺杆连续挤出脱硫胶粉制备颗粒橡胶的方法，其特征是将脱硫胶粉通过计量加料装置，加入到三螺杆挤出机内，通过冷却设备控制三螺杆第一物料输送段的机筒温度在0℃～25℃，预剪切段的机筒温度在5℃～40℃，第二物料输送段的机筒温度在5℃～25℃，第二剪切段的机筒温度在-5℃～35℃，第三物料输送段的机筒温度在0℃～55℃，反应0.5min～5min后由挤出机挤出，物料温度在50℃～120℃，将其经冷却装置冷却至40℃以下，得到所制备的颗粒橡胶。

所用脱硫胶粉最好是经废轮胎胶粉、废丁基橡胶、废乙丙橡胶中的一种初步脱硫制备。初步脱硫制备的脱硫胶粉的门尼粘度值为60～160。

所用计量加料装置最好是锥形双螺杆喂料机或单螺杆强制喂料机的一种。

所用三螺杆挤出机的直径以50mm～150mm为宜，长径比以16:1～48:1为宜。

所用三螺杆挤出机的三根螺杆中心连线以“一”字形排列或倒“品”字形排列的一种为宜。

所制备的颗粒橡胶质量以3g～30g/个，密度为0.95～1.35g/cm³为宜。

通过对比考察传统精炼技术中脱硫胶粉和最终再生胶产品在结构、加工性能和力学性能上的区别，从原理上明确精炼机在制备再生胶过程中的作用。在此基础上，提供了一种低温高剪切的三螺杆挤出机，通过计算机流场模拟计算、螺杆原件的设计、组合、螺杆各区段温度的控制，赋予螺杆挤出机足够的剪切、压缩和拉伸作用，发生物理化学断裂重排反应，实现脱硫胶粉到再生胶的结构转变，从而替代了传统的精炼机，彻底实现废橡胶制备再生胶工艺流程的环保。