橡膠再生還原助劑RV2的應(yīng)用研究

馬瑞剛，馬亦驍

（河北瑞威科技有限公司，河北 石家莊 050031）

隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，廢橡膠的回收和循環(huán)利用已受到各國環(huán)保組織和橡膠行業(yè)的廣泛關(guān)注。我國廢橡膠利用的主要方式是制成膠粉和再生橡膠，歐美國家主要是將廢橡膠直接燃燒獲取熱能和制成膠粉。將膠粉直接加入橡膠中，膠粉與橡膠的界面結(jié)合力較弱，導(dǎo)致膠料的物理性能下降。目前，我國再生橡膠主要采用動態(tài)脫硫罐生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方式對環(huán)境污染嚴(yán)重。

橡膠再生還原助劑（簡稱橡膠再生劑）RV2是由幾種高活性的化學(xué)物質(zhì)和內(nèi)外潤滑劑以及金屬皂類混合物（含有稀土元素）組成，無毒，環(huán)保。本工作采用橡膠再生劑RV2將膠粉還原為未硫化膠，即將廢硫化膠的S—S和S—C鍵打開，打斷硫化膠的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而不引起大分子鏈斷裂，以實(shí)現(xiàn)廢橡膠的重復(fù)使用。這是因為橡膠再生劑RV2對交聯(lián)鍵斷裂有很高的選擇性，在硫化膠再生還原過程中不打斷或較少打斷橡膠分子主鏈的C—C鍵，因此再生橡膠具有較好的物理性能，其性能可達(dá)到原橡膠的75%～90%。

橡膠再生劑RV2再生還原硫化膠的具體機(jī)理是：橡膠再生劑RV2的部分原子與硫化膠中硫原子的孤對電子形成配位鍵，使硫化膠中的S—S和S—C鍵能減弱，在機(jī)械剪切力的作用下，這些交聯(lián)鍵斷裂，而硫化膠交聯(lián)鍵斷裂后的游離基（或自由基）與RV2結(jié)合成穩(wěn)定的物質(zhì)，阻止橡膠異構(gòu)化；在再生橡膠硫化時再將硫原子釋放，使硫原子再一次起交聯(lián)作用。橡膠再生劑RV2對于硫化膠和焦燒膠料都有效。橡膠制品廢邊料采用橡膠再生劑RV2制成再生橡膠并與原混煉膠摻用，可實(shí)現(xiàn)橡膠制品的無廢料生產(chǎn)。

橡膠再生劑RV2還原膠粉的工藝一般是：橡膠再生劑RV2與膠粉或橡膠制品廢邊料在開煉機(jī)（或精煉機(jī)）上與少量塑煉膠混煉5～8 min，即可壓成膠片，制成再生橡膠。而利用雙螺桿擠出機(jī)（經(jīng)改進(jìn)）在低于100 ℃的溫度下將廢橡膠再生還原的效率遠(yuǎn)高于開煉機(jī)。

1 實(shí)驗

1.1 主要原材料

RV2橡膠再生劑和混合橡膠加工助劑（含松香樹脂和均勻劑等的粉料），河北瑞威科技有限公司產(chǎn)品；輪胎胎面膠粉（30目），東營鑫興橡塑有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備與儀器

XK-160型開煉機(jī)，新鄉(xiāng)市塑料機(jī)械廠有限公司產(chǎn)品；MZ-4010B型無轉(zhuǎn)子硫化儀、MZ-4016B型門尼粘度計、MZ-3012平板硫化機(jī)和PL-2500N型電子拉力機(jī)，江都市明珠試驗機(jī)械廠產(chǎn)品；RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)（雙層，4輥，輥速比可調(diào)），河北瑞威科技有限公司產(chǎn)品；橡膠高速攪拌塑化機(jī)和雙階雙螺桿擠出機(jī)（改進(jìn)型），石家莊卓度橡塑設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.3 配方

（1）天然橡膠（NR）膠粉再生配方

自制NR膠粉的膠料配方：NR，100；炭黑等填料，60；氧化鋅，4；硬脂酸，2；促進(jìn)劑，1.8；硫黃，2。

橡膠再生劑RV2再生NR膠粉配方如表1所示。

表1 橡膠再生劑RV2再生NR膠粉的配方 份

（2）胎面膠粉再生配方

橡膠再生劑RV2再生胎面膠粉配方為：胎面膠膠粉，100；橡膠再生劑RV2，2.5；混合橡膠加工助劑，2；芳烴油，3。

1.4 工藝

1.4.1 NR膠粉再生

（1）按配方制備NR硫化膠，然后在開煉機(jī)上將NR硫化膠破碎至30目。

（2）將NR膠粉和橡膠再生劑RV2等加入高速攪拌塑化機(jī)中攪拌及浸潤，使橡膠再生劑RV2均勻包覆于膠粉表面，再浸入膠粉內(nèi)部，攪拌浸潤溫度分別為50，60，70，80 ℃，攪拌浸潤時間5 min，混合物料排放、冷卻后停放4 h，然后在RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)上（輥距0.2～0.3 mm）上分別混煉3，5，8，10 min（通過機(jī)械剪切力作用使膠粉內(nèi)部繼續(xù)反應(yīng)，打開S—S和S—C鍵，使膠粉恢復(fù)活性），出片。

（3）再生橡膠膠料硫化（直接硫化，不再加硫化劑和促進(jìn)劑）在平板硫化機(jī)上進(jìn)行，硫化條件為150 ℃×10 min。

1.4.2 胎面膠粉再生

（1）按配方將各組分依次加入橡膠高速攪拌塑化機(jī)，攪拌頻率50 Hz，當(dāng)溫度升至55 ℃左右時降低攪拌頻率，到60 ℃時排料，混合物料冷卻、停放。

（2）將高速攪拌塑化機(jī)里排放的混合物料投入雙螺桿擠出機(jī)中，然后將雙螺桿擠出機(jī)擠出的物料直接投入單螺桿擠出機(jī)冷卻，最后單螺桿擠出機(jī)擠出膠料。其中，雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒螺桿轉(zhuǎn)速為220 r·min-1，加料斗螺桿轉(zhuǎn)速為15 r·min-1，機(jī)筒7個加熱或冷卻反應(yīng)區(qū)域的溫度均低于100 ℃，實(shí)際溫度分別為56，69，75，75，77，75和40 ℃；單螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒螺桿轉(zhuǎn)速為40 r·min-1。

（3）將單螺桿擠出機(jī)擠出的膠料在精煉機(jī)（輥溫55 ℃，輥距0.5 mm）上薄通2遍，出片。

（4）再生橡膠膠料硫化在平板硫化機(jī)上進(jìn)行，硫化溫度為150 ℃。

1.5 性能測試

溶脹率測定：將30～50 mg硫化膠試樣置于裝甲苯的稱量瓶中，在30 ℃下浸泡3 d，稱其溶脹平衡后的質(zhì)量（mb）；溶脹試樣在常溫條件下干燥至恒質(zhì)量（ma）。試樣溶脹率=［（mb-ma）/ma］×100%。

其余性能按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 橡膠再生劑RV2對NR膠粉再生效果的影響

2.1.1 橡膠再生劑RV2用量

采用不同用量橡膠再生劑RV2的NR膠粉再生效果如表2所示。從表2可以看出，隨著橡膠再生劑RV2用量增大，NR膠粉再生橡膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率以及溶脹率顯著增大，這說明橡膠再生劑RV2可以打破NR膠粉中的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使硫化膠再生。

表2 采用不同用量橡膠再生劑RV2的NR膠粉再生橡膠性能

2.1.2 高速攪拌塑化機(jī)攪拌浸潤溫度

將NR膠粉和橡膠再生劑RV2等加入高速攪拌塑化機(jī)中，不同攪拌浸潤溫度下NR膠粉的再生效果如表3所示。從表3可以看出：在較高攪拌浸潤溫度（60 ℃）下，再生橡膠的性能較好，這是因為橡膠再生劑RV2更容易浸入膠粉內(nèi)部，有助于提高膠粉的再生效果；但攪拌浸潤溫度過高，達(dá)到70 ℃以上后，膠粉的再生效果降低，這是因為橡膠再生劑RV2部分揮發(fā)，因此NR膠粉再生的高速攪拌浸潤溫度為60 ℃較好。

表3 不同攪拌浸潤溫度下NR膠粉再生橡膠性能

2.1.3 RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)混煉時間

NR膠粉和橡膠再生劑RV2等在高速攪拌塑化機(jī)中攪拌及浸潤后，在RV工藝橡膠自動翻煉機(jī)上混煉，不同混煉時間的NR膠粉再生效果如表4所示。從表4可以看出，隨著混煉時間延長，再生橡膠的硬度和拉伸強(qiáng)度減小，溶脹率增大，這是因為在混煉初期，在機(jī)械剪切力作用下，產(chǎn)生橡膠再生劑RV2斷鏈和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)破裂雙重現(xiàn)象，而隨著混煉時間延長，橡膠再生劑RV2的有效含量遞減，出現(xiàn)橡膠分子主鏈斷裂現(xiàn)象。綜合而言，NR膠粉再生的混煉時間為5 min較好。

表4 不同混煉時間的NR膠粉再生橡膠性能

2.2 橡膠再生劑RV2與螺桿擠出機(jī)結(jié)合對胎面膠粉再生效果

2.2.1 再生橡膠性能

采用橡膠再生劑RV2與雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)結(jié)合再生胎面膠粉，該再生橡膠性能如表5所示。從表5可以看出，再生橡膠的各項性能符合GB/T 13460—2008《再生橡膠》標(biāo)準(zhǔn)。

表5 胎面膠粉再生橡膠性能

2.2.2 胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能

胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能如表6所示。從表6可以看出，與膠粉相比，再生橡膠/NR并用膠的性能優(yōu)異，這是因為再生橡膠與NR的親和性好。

表6 胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能

3 結(jié)論

（1）采用橡膠再生劑RV2并通過翻煉機(jī)或擠出機(jī)的機(jī)械剪切作用對NR膠粉和胎面膠粉進(jìn)行再生，再生橡膠的物理性能較好，胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠的性能優(yōu)異，膠粉再生效果好。

（2）采用橡膠再生劑RV2再生還原膠粉工藝簡單、快捷，投資少，無廢水和廢氣產(chǎn)生，是目前環(huán)保的橡膠再生方法。