專利名稱：超臨界CO₂輔助制備再生橡膠方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橡膠循環(huán)應(yīng)用領(lǐng)域，廢舊橡膠粉再生加工利用的一種高效、環(huán)保、安全再生方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
目前廢舊橡膠制品尤其是汽車輪胎的不斷增加，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅，隨著環(huán)境污染的日益加劇、能源的匱乏和公眾對(duì)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的不斷關(guān)注，世界各國(guó)都在積極尋找橡膠原料來(lái)源及其代用材料。因此，廢舊橡膠制品尤其是廢舊輪胎的回收利用，已經(jīng)成為橡膠工業(yè)中非常重要的課題之一，而橡膠再生逐步成為廢舊橡膠制品回收的重要途徑。廢舊橡膠的再生是指利用物理或化學(xué)方法使橡膠交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還原為線型狀態(tài)， 即硫-硫(S-S)鍵被重新打開(kāi)，而盡可能不破壞碳-碳(C-C)鍵，使橡膠具有可重新加工性， 并保持或恢復(fù)橡膠的原始物性。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展橡膠的再生方法大體上可以分為三類物理再生方法、化學(xué)再生方法、生物再生方法，以及這些方法的組合。物理再生方法是利用外加能量，如力、熱-力、冷-力、微波、超聲波、射線等的物理再生方法；化學(xué)再生方法是利用化學(xué)助劑，如有機(jī)二硫化物、硫純等的再生方法；利用噬硫細(xì)菌的作用將橡膠粒子表面的硫鍵斷裂的生物再生方法。物理再生方法存在能耗大、效率低、再利用效果差等缺點(diǎn)；化學(xué)再生方法存在環(huán)境污染嚴(yán)重、容易產(chǎn)生有毒氣體，操作危險(xiǎn)。生物再生的方法也只是處于研究階段，并未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。JP2000095895公開(kāi)了一種利用親核試劑對(duì)硫化膠進(jìn)行再生的方法，該發(fā)明將硫化橡膠在超臨界CO2中與親核試劑混合后加熱，使其再生。但該方法存在橡膠再生不完全，溫度高、能耗大、得到的再生膠分子量小，再利用性能差等缺點(diǎn)。CN101503525B公開(kāi)了一種通過(guò)向高壓釜中加入干冰的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)超臨界條件，在此條件下進(jìn)行輔助滲透和脫硫，具有低能耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)。此發(fā)明只是利用了超臨界CO2 輔助滲透和擴(kuò)散，而剪切作用是在高壓釜外進(jìn)行的，而非超臨界CO2條件下施加剪切。CAN142 :412727公開(kāi)了一種超臨界二氧化碳條件下，用去交聯(lián)試劑二苯基二硫化物(DD)浸入異戊橡膠中使橡膠再生的方法。該方法也是僅利用了超臨界CO2的溶漲、滲透和擴(kuò)散。反應(yīng)過(guò)程中也未施加剪切作用，速度慢，再生廢舊橡膠的解聚不完全。

發(fā)明內(nèi)容
—種超臨界CO2輔助制備再生膠的方法，將超臨界CO2充入填充有膠粉的腔室，利用所述超臨界CO2的滲透、溶脹及快速釋壓條件下的膨脹作用，以及所述腔室內(nèi)的剪切嚙合元件的擠壓、剪切及摩擦作用，實(shí)現(xiàn)再生脫硫劑和其它助劑在膠粉內(nèi)部的快速滲透，使得硫化網(wǎng)絡(luò)被脫硫解聚，實(shí)現(xiàn)廢舊膠粉的再生，制備得到再生橡膠。所述剪切嚙合元件是螺桿、轉(zhuǎn)子、嚙合塊中的一種或它們的組合。未加軟化劑、脫硫劑的膠粉在所述腔室中加入脫硫劑和其它助劑、或使用預(yù)混了
4脫硫劑和其它助劑的膠粉。所述膠粉是未加脫硫劑和其它助劑的膠粉，脫硫劑存在于腔室中。所述脫硫劑是有機(jī)二硫化物類脫硫劑。還要對(duì)所述腔室進(jìn)行加熱。使用壓力傳感器對(duì)所述腔室進(jìn)行壓力檢測(cè)。使用快速釋壓閥對(duì)所述腔室快速釋壓，使得硫化橡膠膨脹。所述快速釋壓閥釋放壓力的速率是可調(diào)節(jié)的。所述剪切嚙合元件是同向或異向旋轉(zhuǎn)的。所述剪切嚙合元件可進(jìn)行組合和更換。所述剪切嚙合元件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可調(diào)節(jié)。先充入超臨界CO2，保壓一定時(shí)間后，使用剪切嚙合元件進(jìn)行擠壓、剪切及摩擦。在充入超臨界CO2時(shí)使用剪切嚙合元件進(jìn)行擠壓、剪切及摩擦。 可對(duì)所述腔室內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)?？烧{(diào)節(jié)擠壓、剪切、嚙合、膨脹作用過(guò)程中的參數(shù)及重復(fù)操作次數(shù)。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，所述裝置包括可承受壓力的所述腔室、在所述腔室內(nèi)的所述剪切嚙合元件、和超臨界流體輸送裝置，在充入超臨界CO2后對(duì)所述腔室密閉，使用所述剪切嚙合元件進(jìn)行擠壓、剪切及摩擦操作。所述剪切嚙合元件是同向或異向旋轉(zhuǎn)的。所述剪切嚙合元件是具有多種結(jié)構(gòu)形式的剪切元件塊。所述剪切嚙合元件是螺桿、轉(zhuǎn)子、嚙合塊中的一種或它們的組合。還包括對(duì)所述腔室進(jìn)行加熱的加熱元件。還包括測(cè)定溫度的熱電偶?？筛鶕?jù)不同要求對(duì)所述剪切嚙合元件進(jìn)行組合及更換，實(shí)現(xiàn)不同形式的剪切，滿足不同廢舊膠粉種類及再生膠不同性能的要求?？蓪?duì)剪切嚙合元件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 還包括對(duì)所述腔室快速釋壓的快速釋壓閥。其中所述釋壓閥釋壓速率是可調(diào)節(jié)的。還包括檢測(cè)所述腔室內(nèi)壓力的壓力傳感器。還包括對(duì)所述腔室的溫度進(jìn)行控制的溫度控制裝置。還包括對(duì)所述腔室的壓力進(jìn)行控制的壓力控制裝置。還包括根據(jù)膠粉種類及再生膠性能要求，調(diào)節(jié)擠壓、剪切、嚙合、膨脹作用過(guò)程中的參數(shù)及重復(fù)操作的裝置。本發(fā)明的目的是為了解決上述方法和設(shè)備的不足而提供的一種高效、環(huán)保的再生膠制備方法。利用超臨界CO2的滲透和擴(kuò)散能力協(xié)助分散脫硫劑等助劑，利用壓力的快速釋放使膠粉粒子膨脹。將膨脹后的膠粉粒子進(jìn)一步在超臨界CO2作用下，施加剪切作用，進(jìn)一步加快各種助劑在廢舊膠粉內(nèi)部的滲透和擴(kuò)散，在壓力、溫度、剪切、及脫硫劑的協(xié)同作用下，打開(kāi)橡膠的雙硫鍵，實(shí)現(xiàn)廢舊橡膠的脫硫再生。其優(yōu)點(diǎn)在于(I)在超臨界CO2的作用下，可協(xié)助脫硫劑等助劑滲透到廢舊膠粉內(nèi)部，提高其滲透擴(kuò)散速率。(2)經(jīng)過(guò)快速釋壓、膨脹及剪切元件的剪切作用，進(jìn)一步加快脫硫劑等助劑在膠粉內(nèi)部的滲透擴(kuò)散，硫化網(wǎng)絡(luò)破壞，實(shí)現(xiàn)廢舊膠粉的再生。(3)可以通過(guò)調(diào)節(jié)腔室溫度、超臨界CO2壓力、剪切元件的剪切速率、剪切元件的構(gòu)型、反復(fù)剪切及釋壓的次數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)再生膠的脫硫效果，調(diào)控制備性能不同的再生膠。(4)適應(yīng)范圍廣，該裝置除了可以采用超臨界0)2外，還可以采用其他超臨界流體， 可以采用不同的工藝參數(shù)，和剪切元件的構(gòu)型來(lái)適應(yīng)多種硫化橡膠及熱塑性彈性體的脫硫再生，如天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、順丁橡膠(BR)、聚異戊二烯橡膠(IR)、丁基橡膠 (IIR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、三元乙丙橡膠(EPDM、EPM)、熱塑性彈性體(TPE, TPU、TPV)、聚丁二烯(PB)、聚異丁烯(PIB)、聚酯橡膠、異戊二烯-丁二烯共聚物、丙烯酸彈性體、硅橡膠(Q)、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚硫橡膠(T)等，以及上述橡膠及彈性體的混合物等。


圖I為本發(fā)明一實(shí)施例一超臨界CO2輔助廢舊膠粉脫硫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為嚙合元件結(jié)構(gòu)示意圖,但不僅限于此種結(jié)構(gòu)及組合。
具體實(shí)施例方式已在其內(nèi)放置有軟化劑、脫硫劑的高壓剪切腔室7內(nèi)放入一定量的廢舊膠粉，也可是在高壓剪切腔室7內(nèi)放入預(yù)混了軟化劑、脫硫劑等助劑的廢舊膠粉，在一定的溫度、超臨界CO2壓力、剪切速率作用下廢舊膠粉在剪切元件10間反復(fù)進(jìn)行擠壓、嚙合、剪切，而后通過(guò)快速釋壓閥12可以獲得一定的壓力釋放速率，膠粉膨脹，獲得再生橡膠；或在一定的溫度、超臨界CO2壓力、剪切速率作用下廢舊膠粉在剪切元件10間反復(fù)進(jìn)行擠壓、嚙合、剪切，而后通過(guò)快速釋壓閥12可以獲得一定的壓力釋放速率，膠粉膨脹，超臨界CO2的壓力釋放完畢后，繼續(xù)向高壓剪切腔室7內(nèi)通入一定壓力的CO2，進(jìn)一步在剪切元件10的作用下擠壓、嚙合、剪切，反復(fù)重復(fù)此過(guò)程直至獲得再生橡膠。根據(jù)具體的廢舊膠粉種類及對(duì)再生膠的性能要求，調(diào)節(jié)此過(guò)程的時(shí)間、擠壓、剪切、嚙合、膨脹作用過(guò)程中的參數(shù)及重復(fù)操作的次數(shù)。最后得到所需要求的再生橡膠。I為超臨界CO2恒壓輸送系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)不同的超臨界CO2壓力，可以通過(guò)閥13向高壓剪切腔室7內(nèi)供應(yīng)恒定壓力的超臨界CO2。2為轉(zhuǎn)速控制器，可以調(diào)節(jié)剪切元件的轉(zhuǎn)速。3為密封圈，保證高壓剪切腔室7內(nèi)的壓力不會(huì)損失。4為轉(zhuǎn)軸，其上帶有反向螺紋，防止物料進(jìn)入軸的縫隙內(nèi)。5為壓力傳感器，通過(guò)顯示器8可以顯示高壓剪切腔室7內(nèi)的壓力及釋放的速率。6為熱電偶，通過(guò)溫度控制器9可以顯示和控制加熱器11提供的高壓剪切腔室7 內(nèi)的溫度。7為對(duì)開(kāi)式高壓剪切腔室(或稱為料筒)，可以打開(kāi)取料和放料。10為剪切元件，可以根據(jù)不同的物料要求，更換不同構(gòu)型的剪切元件。12為快速釋壓閥。
權(quán)利要求
1.一種超臨界CO2輔助制備再生膠的方法，其特征在于將超臨界CO2充入填充有膠粉的腔室，利用所述超臨界CO2的滲透、溶脹及快速釋壓條件下的膨脹作用，以及所述腔室內(nèi)的剪切嚙合元件的擠壓、剪切及摩擦作用，實(shí)現(xiàn)再生脫硫劑和其它助劑在膠粉內(nèi)部的快速滲透，使得硫化網(wǎng)絡(luò)被脫硫解聚，實(shí)現(xiàn)廢舊膠粉的再生，制備得到再生橡膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述剪切嚙合元件是螺桿、轉(zhuǎn)子、嚙合塊中的一種或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于未加軟化劑、脫硫劑的膠粉在所述腔室中加入脫硫劑和其它助劑、或使用預(yù)混了脫硫劑和其它助劑的膠粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述膠粉是未加脫硫劑和其它助劑的膠粉，脫硫劑存在于腔室中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述脫硫劑是二硫化物類脫硫劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于對(duì)所述腔室進(jìn)行加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用壓力傳感器對(duì)所述腔室進(jìn)行壓力檢測(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用快速釋壓閥對(duì)所述腔室快速釋壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于利用所述快速釋壓閥釋放壓力的速率是可調(diào)節(jié)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述剪切嚙合元件是同向或異向旋轉(zhuǎn)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述剪切嚙合元件可進(jìn)行組合和更換。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述剪切嚙合元件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可調(diào)節(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于先充入超臨界CO2，保壓一定時(shí)間后，使用剪切嚙合元件進(jìn)行擠壓、剪切及摩擦。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在充入超臨界CO2時(shí)使用剪切嚙合元件進(jìn)行擠壓、剪切及摩擦。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在可對(duì)所述腔室內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于可調(diào)節(jié)擠壓、剪切、嚙合、膨脹作用過(guò)程中的參數(shù)及重復(fù)操作次數(shù)。
17.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)力要求1-16所述方法的裝置，其特征在于所述裝置包括可承受壓力的所述腔室、在所述腔室內(nèi)的所述剪切嚙合元件、和超臨界流體輸送裝置，在充入超臨界CO2 后對(duì)所述腔室密閉，使用所述剪切嚙合元件進(jìn)行擠壓、剪切及摩擦操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于所述剪切嚙合元件是同向或異向旋轉(zhuǎn)的。
19.根據(jù)權(quán)力要求17-18任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述剪切嚙合元件是具有多種結(jié)構(gòu)形式的剪切元件塊。
20.根據(jù)權(quán)利要求17-19任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述剪切嚙合元件是螺桿、轉(zhuǎn) 子、嚙合塊中的一種或它們的組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求17-20任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于還包括對(duì)所述腔室進(jìn)行加熱 的加熱元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求17-21任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于還包括測(cè)定溫度的熱電偶。
23.根據(jù)權(quán)力要求17-22任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于可根據(jù)不同要求對(duì)所述剪切嚙 合元件進(jìn)行組合及更換，實(shí)現(xiàn)不同形式的剪切，滿足不同廢舊膠粉種類及再生膠不同性能 的要求。
24.根據(jù)權(quán)力要求17-23任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于可對(duì)剪切嚙合元件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度 進(jìn)行調(diào)節(jié)。
25.根據(jù)權(quán)力要求17-對(duì)任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于還包括對(duì)所述腔室快速釋壓的 快速釋壓閥。
26.根據(jù)權(quán)力要求17-25任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于其中所述釋壓閥釋壓速率是可 調(diào)節(jié)的。
27.根據(jù)權(quán)力要求17-沈任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于還包括檢測(cè)所述腔室內(nèi)壓力的 壓力傳感器。
28.根據(jù)權(quán)力要求17-27任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于還包括對(duì)所述腔室的溫度進(jìn)行 控制的溫度控制裝置。
29.根據(jù)權(quán)力要求17-觀任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于還包括對(duì)所述腔室的壓力進(jìn)行 控制的壓力控制裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求17-四任一項(xiàng)所述裝置，其特征在于還包括根據(jù)膠粉種類及再生膠 性能要求，調(diào)節(jié)擠壓、剪切、嚙合、膨脹作用過(guò)程中的參數(shù)及重復(fù)操作的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及超臨界CO2輔助制備再生橡膠方法及裝置，通過(guò)將超臨界CO2通入帶有剪切嚙合裝置的腔室中，利用超臨界流體的滲透及溶漲作用，在擠壓、剪切作用下協(xié)助脫硫劑擴(kuò)散進(jìn)廢舊膠粉內(nèi)部，使廢舊膠粉的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)斷裂，實(shí)現(xiàn)廢舊膠粉的再生利用。利用此方法可大大縮短再生軟化劑滲透進(jìn)膠粉內(nèi)部的時(shí)間，縮短再生脫硫時(shí)間，并且加工過(guò)程中的溫度、超臨界CO2壓力、剪切強(qiáng)度均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，利用此方法可制備不同種類及不同性能的廢舊膠粉的再生膠，具有材料適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保、制品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08J11/16GK102604153SQ201210046549
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者冷秀江, 譚欽艷, 趙冬梅, 辛振祥, 陳秀霞, 高長(zhǎng)云 申請(qǐng)人:中膠橡膠資源再生有限公司, 青島科技大學(xué)