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液體再生橡膠的開發(fā)及制備功能性材料的研制

李子安 鄭健紅 韓玉

石油和化學(xué)工業(yè)橡膠及再生產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心

（天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站第四十二站 天津 300384）

摘要：液體再生橡膠具有一定的極性活性，在生膠中較易分散且均勻。用于生產(chǎn)防水卷材、聚合物改性瀝青等產(chǎn)品，可改善加工性能，節(jié)約能耗，降低成本，提高產(chǎn)品的物理性能和使用性能。

關(guān)鍵詞：廢橡膠；液體再生橡膠；防水卷材；公路改性瀝青。

1、概述

工業(yè)生產(chǎn)廢棄物的減量化和資源化是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)發(fā)展的基本形式，將大量的廢橡膠做為可資源化的高分子材料循環(huán)再生，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和重大的社會(huì)效益。

將廢橡膠制成液體再生橡膠，是工業(yè)固體廢棄物作為可資源化高分子材料循環(huán)再利用的一種新的途徑。液體再生橡膠作為一種原材料與生膠、配合劑經(jīng)特定的工藝制成功能性橡膠材料，即節(jié)約了能耗，降低了生產(chǎn)成本，解決了環(huán)境污染問題，又彌補(bǔ)了我國(guó)橡膠資源的不足；同時(shí)又改善了橡膠材料的工藝加工性能，提高了產(chǎn)品的物理性能。用液體再生橡膠制備改性瀝青，用于鋪設(shè)公路、制備改性瀝青防水卷材均可以改善這些產(chǎn)品的物理性能和工藝性能。

2、液體再生橡膠及其制備的功能性材料特點(diǎn)

2.1液體再生橡膠特點(diǎn)：

2.1.1液體再生橡膠與動(dòng)態(tài)脫硫的再生膠比較，可省去脫硫前粉碎和纖維分離工序，脫硫后可省去精煉、壓片等工序。因?yàn)閯?dòng)態(tài)法再生必須經(jīng)過機(jī)械加工，才能附聚一起成為可塑性物料，不但浪費(fèi)很大動(dòng)力并要加大工時(shí)，而且制得的再生膠仍會(huì)有明顯的未脫硫顆粒；同時(shí)存在塑煉膠收縮的問題，質(zhì)量波動(dòng)較大。液體再生橡膠由于廢膠粉脫硫較完全，基本上不含硬顆粒，不需要機(jī)械加工即可使用。

2.1.2液體再生橡膠在膠料中較易分散均勻，與膠料并用時(shí)，主要配合劑和其它填充料可加大用量，不致影響混合膠料質(zhì)量。

2.2液體再生橡膠制備的功能性材料特點(diǎn)

2.2.1用液體再生橡膠制備橡膠制品

由于液體再生橡膠具有一定程度的極性活性，具有良好的塑性，易與生膠和配合劑混合，能與炭黑鏈合，并保持良好的分散性且易與有機(jī)單體共聚接枝，可用于生產(chǎn)出各種性能和形態(tài)的含再生膠制品。生產(chǎn)過程可節(jié)省工時(shí)，降低動(dòng)力消耗。更由于其制品收縮性小，能使制品有平滑的表面和準(zhǔn)確的尺寸。

2.2.2用液體再生橡膠制備改性瀝青防水卷材

液體再生橡膠制備改性瀝青防水卷材，可在常溫下提高瀝青材料軟化點(diǎn)，降低針入度。針入度的降低是由于粘度增大而造成的，這樣有利于提高改性瀝青卷材使用的穩(wěn)定性，不至于受到外力作用產(chǎn)生大的變形；而軟化點(diǎn)的提高，可以避免在炎熱的夏天，卷材出現(xiàn)流淌、粘軟和擁氣現(xiàn)象

2.2.3用液體再生橡膠制備公路改性瀝青材料

液體再生橡膠與道路瀝青并用，制備的公路改性瀝青，用于高速公路時(shí)，可以提高路面的防滑及彈性，對(duì)解決夏季路面流淌有重要意義，冬季-30℃不裂，車輛在高速行駛時(shí)平穩(wěn)、噪音低、安全、可靠。

3、液體再生橡膠研制及其制備功能性材料的試驗(yàn)

3.1液體再生橡膠的研制

3.1.1技術(shù)原理

以廢輪胎等廢舊硫化膠為主要原料，以燃料油為添加劑，在催化劑和助催化劑存在下，廢硫化膠溶于溶劑中而制成液體再生橡膠，再與生膠或?yàn)r青混合，由于膠粉完全“塑化”，因此兩者結(jié)合良好。

廢膠粉在解聚過程中，催化劑和助催化劑起重要作用。如果單獨(dú)使用油做軟化劑使膠粉膨脹，形成干粒狀物，即使油量增加200%，膠粉也不能溶于油中；當(dāng)添加催化劑并將物料在解聚器內(nèi)加熱后，橡膠分子鏈能迅速產(chǎn)生斷裂，使膠粉溶于油中，生成液體再生橡膠。催化劑在碳?xì)浠衔锝橘|(zhì)中，對(duì)硫化膠具有較好的催化作用，形成含有離子結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，這種離子結(jié)構(gòu)產(chǎn)物在再生過程中，可防止合成橡膠分子脫硫斷鏈時(shí)發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移，而形成交聯(lián)化顆粒。制備液體再生橡膠加入助催化劑，使產(chǎn)品即沒有硬顆粒，又有一定的粘滯性，同時(shí)耐油、耐磨性均佳，物理性能明顯提高。

3.1.2液體再生膠的鑒定配方

表1　液體再生膠的鑒定配方

3.1.3影響液體再生橡膠性能的各種因素

3.1.3.1廢舊膠粉的選擇試驗(yàn)不同廢舊橡膠制作液體再生橡膠后的物理性能見表2。

表2　廢硫化膠類別及粒度對(duì)液體再生橡膠的影響

由表2可知，本法對(duì)廢硫化膠類別及粒度選擇敏感性較低，對(duì)液體再生膠質(zhì)量影響不大，但廢輪胎要比硬雜膠及鞋類廢膠解聚時(shí)間要長(zhǎng)。

3.1.3.2燃料油用量的選擇

廢橡膠與燃料油的比例對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響見表3。

表3　燃料油對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響

由表3可知，廢膠與燃料油比例在1:0.5以上的范圍較為適宜，液體再生膠為粘稠體，便于運(yùn)輸。

3.1.3.3催化劑與助催化劑選擇試驗(yàn)

催化劑與助催化劑對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響見表4。

表4　催化劑與助催化劑對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響

由表4可知，催化劑和助催化劑在解聚過程中起到重要作用，如果制備液體再生橡膠不加催化劑，膠粉只是溶脹。添加催化劑在解聚器內(nèi)加熱后，橡膠分子鏈能迅速產(chǎn)生斷裂，使膠粉溶于油中，生成液體再生橡膠。

3.1.3.4解聚溫度、時(shí)間的選擇試驗(yàn)

3.1.3.4.1解聚溫度的選擇

不同的解聚溫度對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響見表5。

表5　解聚溫度對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響

由表5可知，制備液體再生橡膠解聚溫度不宜太高，否則會(huì)發(fā)生深度裂解，因而造成橡膠烴的破壞，影響液體再生橡膠的質(zhì)量。

3.1.3.4.2解聚時(shí)間的選擇

不同的解聚時(shí)間對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響見表6。

表6　解聚時(shí)間對(duì)液體再生橡膠物理性能的影響

由表6可知，解聚時(shí)間短，反應(yīng)產(chǎn)物中有凝膠現(xiàn)象；但時(shí)間長(zhǎng)，同樣會(huì)發(fā)生深度裂解，造成液體再生橡膠質(zhì)量下降。

3.2液體再生橡膠制備功能性材料的試驗(yàn)

3.2.1液體再生膠制作功能性橡膠材料

液體再生膠制作功能性橡膠防水材料見表7。

表7　液體再生橡膠制備功能性橡膠防水材料

由表7可知，上述三種主體橡膠中分別加入了液體再生橡膠，以丁苯為主體材料的防水材料在硬度上與作為主體材料的三元乙丙橡膠相似；拉伸強(qiáng)度上以丁苯作為主體材料的橡膠防水材料略低于其它兩種材料，但拉斷伸長(zhǎng)率明顯優(yōu)于其它兩種主體材料，而且在撕裂強(qiáng)度方面也略顯優(yōu)越，因此在整體物理性能上，丁苯橡膠作為主體材料制備的橡膠防水材料高于其它兩種改性橡膠。

液體再生橡膠制備的功能性橡膠防水材料，主體橡膠材料與液體再生橡膠之間形成獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu)，賦予材料良好的撕裂強(qiáng)度及明顯的加工性能。

3.2.2液體再生橡膠摻添到公路瀝青中制備的功能性公路改性瀝青

液體再生橡膠制備功能性公路改性瀝青材料見表8。

表8　液體再生橡膠制備公路改性瀝青的性能

由表8可知，摻添液體再生橡膠制備的公路改性瀝青，其低溫延伸度和軟化點(diǎn)與基質(zhì)瀝青相比均有提高，明顯改善了基質(zhì)瀝青的高、低溫性能；用于公路鋪設(shè)，能夠滿足交通部JT/T 798-2011《公路工程 廢胎膠粉橡膠瀝青》橡膠瀝青標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.3液體再生橡膠改性瀝青用于制備功能性改性瀝青防水卷材

液體再生橡膠用于制備改性瀝青防水卷材，其性能見表9。

表9　液體再生橡膠用于制備改性瀝青防水卷材的物理性能

由表9可知，液體再生橡膠用于制備改性瀝青防水卷材，其物理性能與膠粉改性瀝青相同，符合GB 18242-2008《彈性體改性瀝青防水卷材》標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的要求，但產(chǎn)品加工時(shí)間要縮短一倍，產(chǎn)品細(xì)膩無(wú)明顯硬顆粒，產(chǎn)量提高，成本降低。

結(jié)束語(yǔ)：

液體再生橡膠生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可摻添到橡膠中去制備功能性橡膠材料，明顯改善橡膠的加工工藝；由于液體再生橡膠脫硫完全，基本上不含有硫化橡膠的顆粒，與生膠并用時(shí)混合均勻，同時(shí)他本身具有一定的極性，可與配合劑鍵合，易于加工。液體再生橡膠用于公路改性瀝青，可改善公路瀝青的高溫粘軟性、低溫脆裂，增加了路面防滑性、彈性并降低噪聲。液體再生橡膠還可用于改性瀝青防水卷材，使防水卷材具有耐高低溫性能，特別是在低溫下具有良好的彈性、伸長(zhǎng)率和柔韌性，適宜于冬季施工。液體再生膠的研制及用其制備的功能性材料，將促進(jìn)廢舊資源的再利用，并帶動(dòng)建筑工程、市政工程的發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：李子安（1963‐）男，高級(jí)工程師，天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站第四十二站（石油和化學(xué)工業(yè)橡膠及再生產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）站長(zhǎng)、技術(shù)負(fù)責(zé)人，長(zhǎng)期從事橡塑制品、廢舊橡膠的研發(fā)及檢驗(yàn)工作。