雙螺桿力化學(xué)橡膠脫硫再生工藝及機(jī)理研究.pdf

1、廢舊輪胎橡膠（GTR）是具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱固性物質(zhì)，幾乎沒有任何塑性和再加工性，因此其粉碎后的性能較差。利用力化學(xué)剪切脫硫方法把GTR制備成再生膠,這不僅是一個(gè)解決廢舊橡膠輪胎再生利用的好方法，而且具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本課題采用自行設(shè)計(jì)組裝的可動(dòng)態(tài)觀察和取樣的雙螺桿擠出機(jī)作為力化學(xué)剪切脫硫反應(yīng)器，對GTR實(shí)現(xiàn)了有效脫硫。
　　本文首先利用熱重分析儀檢測了GTR的主要組成成分，其中，GTR中硫化橡膠含量約為57％。用二硫代四甲基秋蘭姆

2、（TMTD）作為脫硫劑，對廢舊橡膠的脫硫過程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在力化學(xué)作用下可對其實(shí)現(xiàn)有效脫硫。在脫硫過程中，其凝膠含量和交聯(lián)密度都是先減小后趨于不變，硫含量變化較小，分子量呈現(xiàn)先增大后減小的變化。經(jīng)螺桿第一段后，它們的值都變化較小，說明主要發(fā)生TMTD引發(fā)反應(yīng)。出料段交聯(lián)密度的上升，說明在該階段發(fā)生了硫化返原，而硫含量的上升和分子量分布的突然變寬，說明在該階段還發(fā)生了主鏈降解和TMTD鏈終止反應(yīng)。脫硫過程中力化學(xué)作用使得膠粉變成未脫硫、

3、部分脫硫和完全脫硫的混合膠料。
　　其次，考察了過氧化物、烷基酚多硫化物及其復(fù)合促進(jìn)劑對脫硫膠粉門尼黏度、凝膠含量以及共混天然橡膠再生膠力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，過氧化物或烷基酚多硫化物均可促進(jìn)力化學(xué)脫硫反應(yīng)，當(dāng)以過氧化物/烷基酚多硫化物為復(fù)合促進(jìn)劑時(shí)，可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，起到共同促進(jìn)力化學(xué)脫硫反應(yīng)和保護(hù)產(chǎn)物雙鍵的作用。在螺桿轉(zhuǎn)速100r/min、主喂比1.4和180℃的脫硫條件下，以過氧化二異丙苯（DCP）/480為復(fù)合促進(jìn)劑時(shí)，兩

4、者的協(xié)同作用可使產(chǎn)物的門尼黏度值和凝膠含量分別達(dá)到29.9和68.1％，脫硫膠粉共混天然橡膠再生膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別達(dá)到19.3MPa和587.8％。并根據(jù)紅外光譜表征，推測了復(fù)合促進(jìn)劑對輪胎膠脫硫反應(yīng)的可能機(jī)理。
　　然后，采用正交試驗(yàn)法對雙螺桿制備再生膠進(jìn)行工藝優(yōu)化。結(jié)果表明，溫度對膠粉脫硫后再生膠的性能影響最大，綜合各性能得最佳配方為溫度180℃、螺桿轉(zhuǎn)速100r/min、操作油5份、聚乙二醇（PEG）1份，并在此配

5、方下制備的再生膠達(dá)到了國家再生膠性能的優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。接著考察了溫度對廢舊膠粉脫硫后各項(xiàng)性能的影響。在160℃時(shí)，力化學(xué)作用對交聯(lián)鍵的破壞作用不大，脫硫程度較低，分子間不能相互滑動(dòng)，因此獲得再生膠的再硫化活性較差，熱穩(wěn)定性較好。隨著溫度的上升，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始受到破壞，脫硫程度不斷增加，分子間的滑移可以實(shí)現(xiàn)，再生膠的硫化活性變好，熱穩(wěn)定性變差。當(dāng)溫度升到200℃時(shí)，分子量變小，表明此時(shí)橡膠大分子主鏈被部分破壞。但最大熱失重速率時(shí)溫度變化不大，

6、表明經(jīng)脫硫后的膠粉中橡膠大分子主鏈?zhǔn)艿降钠茐囊h(yuǎn)小于交聯(lián)硫鍵。
　　最后，通過雙螺桿擠出機(jī)制備的脫硫膠粉（DGTR）與聚丙烯（PP）共混，有利于改善 PP/膠粉復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)流變性能和膠粒在基體 PP中的分散性。添加15％經(jīng)過雙螺桿脫硫的膠粉，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度由5.7 kJ/m2增大為8.5kJ/m2，脫硫可促進(jìn)膠粉在基體PP中的分散，對PP的增韌具有較好的效果，為廢舊膠粉的利用提供了一種新方法。X-射線衍射（XRD）發(fā)現(xiàn) PP