專(zhuān)利名稱(chēng)：廢舊橡膠再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于硫化橡膠的再生方法，特別是用廢舊硫化橡膠制品和橡膠生產(chǎn)的邊角料制取精細(xì)膠粉的方法及設(shè)備。
世界每年廢棄大量硫化橡膠制品，其中半數(shù)以上是橡膠輪胎。此外，橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)廢棄大量的邊角料。硫化橡膠具有不易溶化、老化或分解的優(yōu)越性能，但也導(dǎo)致了它的廢棄物難以降解及回收利用的難度。盡管發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)橡膠再生利用技術(shù)已進(jìn)行了大量的研究，但迄今為止，廢舊橡膠得到再生利用的比率是很小的。
廢舊橡膠的再利用通常是以膠粉的形式添加到橡膠原料中制取新的橡膠橡膠制品，或加入其它產(chǎn)品例如建筑材料中，以改善其性能。橡膠原料中的膠粉添加量的多少主要取決于構(gòu)成膠粉的橡膠粒子的大小和形狀，粒徑越大的膠粉對(duì)添加后的橡膠制品的質(zhì)量影響越大，因而膠粉添加量與粒徑的細(xì)化程度有關(guān)，例如粒徑為200至400μm的膠粉加入量可相當(dāng)于橡膠原料總量的10％，而不會(huì)影響橡膠制成品的質(zhì)量，更細(xì)化的膠粉則添加量可進(jìn)一步提高。此外膠粉顆粒表面形狀不規(guī)則也是提高膠粉添加量的因素。
制取精細(xì)膠粉有采用液氮在極低溫下研磨橡膠的方法，使橡膠在極低溫度下失去彈性，易于磨碎，但此法能源消耗大，設(shè)備龐大，投資費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)上不合算。
本發(fā)明人早前曾公開(kāi)過(guò)一種利用有機(jī)溶劑使橡膠溶脹后研磨制取膠粉的技術(shù)，橡膠溶脹后彈性降低，易于磨碎。由于當(dāng)時(shí)該制備系統(tǒng)尚未完備，此后發(fā)明人又做了多項(xiàng)改進(jìn)，使這一技術(shù)的效率及性能有了極大的提高。
本發(fā)明的目的是提供一種由廢舊橡膠制取精細(xì)膠粉的方法及設(shè)備，通過(guò)該方法的優(yōu)化工藝及設(shè)備可生產(chǎn)適于再生利用的特別是可加入新的橡膠生產(chǎn)中再利用的精細(xì)膠粉。
本發(fā)明的方法包括廢舊橡膠粗切成顆粒，入溶脹劑中浸漬溶脹中浸漬溶脹，溶脹顆粒入磨碎機(jī)研磨成細(xì)粉，加熱除溶液脹劑得細(xì)膠粉，其中所說(shuō)的溶脹劑可以是苯類(lèi)、酮類(lèi)和酯類(lèi)有機(jī)溶劑，具體為苯、環(huán)己酮、環(huán)己烷、甲苯、二基酮、汽油、二甲基酮、醋酸乙酯、乙酸戊酯中的一種或一種以上的混合物，其中以苯類(lèi)、環(huán)己酮、環(huán)己烷為佳。溶脹劑應(yīng)能使橡膠顆粒膨脹，又不致腐蝕橡膠或與橡膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。單一溶脹劑或混合溶脹劑的種類(lèi)視再生利用的橡膠品種而定，所選擇的溶脹劑應(yīng)與橡膠極性相同。
粗切橡膠顆粒在溶脹劑中浸漬的時(shí)間應(yīng)使顆粒體積膨脹一倍為宜，視粗切顆粒的大小而異，一般至少需要浸漬5分鐘；溶脹劑的用量應(yīng)能滿足橡膠顆粒充分膨脹，并且浸漬完畢后基本無(wú)殘留，因此溶脹劑的用量與橡膠顆粒重量比應(yīng)控制在2.5-3.5∶1。
膨脹的橡膠顆粒送入專(zhuān)用的高速磨碎機(jī)中磨成精細(xì)膠粉，在磨碎過(guò)程中向磨碎機(jī)護(hù)套內(nèi)通入冷卻水使機(jī)內(nèi)物料降溫。為了進(jìn)一步提高研磨效果，本發(fā)明在溶脹橡膠顆粒中加入高熔點(diǎn)結(jié)晶鹽作為助劑，如碳酸鋅結(jié)晶鹽或食鹽晶體，助劑用量應(yīng)≤膠粉量的5％(指不含溶脹劑的干膠粉重量)，這種晶體的加入可增加對(duì)橡膠的研磨強(qiáng)度，但助劑量過(guò)大經(jīng)濟(jì)上不合算。由于磨碎機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，磨機(jī)內(nèi)物料溫度升高，因此助劑應(yīng)選擇高熔點(diǎn)的結(jié)晶鹽，保證它在磨機(jī)工作溫度下不會(huì)熔化；另外晶體的選擇還應(yīng)考慮從精細(xì)膠粉中分離的問(wèn)題，應(yīng)選擇易于分離或不需要分離的晶體，例如碳酸鋅本身就是橡膠工業(yè)應(yīng)用廣泛的一種活性劑，用它作為膠粉研磨中的肋劑，可存在于精細(xì)膠粉中并一同添加到新的橡膠生產(chǎn)中相容而不必分離；食鹽晶體作為肋劑可采用較簡(jiǎn)便的水洗法分離除去。根據(jù)對(duì)膠粉的細(xì)度要求，可采用多個(gè)磨碎機(jī)連續(xù)多次研磨，使膠粉分級(jí)磨細(xì)。
以上磨碎后的精細(xì)膠粉在80-90℃下加溫除干燥至溶脹劑完全除去，隨后通過(guò)振動(dòng)篩或旋風(fēng)分離器分離出較大粒徑的膠粉返回浸清器再處理，其余作為成品精細(xì)膠粉，包裝待用或直接送入橡膠生產(chǎn)系統(tǒng)，添加入橡膠原料中生產(chǎn)出新的橡膠制品。
膠粉通過(guò)管路依次按以上浸漬、磨碎、干燥及篩分各工序連續(xù)輸送，其中浸漬、磨碎及干燥工序中揮發(fā)的溶液脹劑通過(guò)管路負(fù)壓抽吸入溶劑回收裝置并冷凝回收，其間形成密閉系統(tǒng)，防止有機(jī)溶劑泄漏造成不安全的因素。系統(tǒng)的負(fù)壓由真空泵實(shí)現(xiàn)，壓力應(yīng)是≤730mmHg。
本發(fā)明生產(chǎn)精細(xì)膠粉的設(shè)備包括浸漬容器磨碎機(jī)、溶脹劑回收器和篩選裝置，浸漬容器和磨碎機(jī)之間以及磨碎機(jī)與篩選裝置之間分別以螺旋喂料機(jī)相連，后者螺旋喂料機(jī)內(nèi)設(shè)有加熱機(jī)構(gòu)，物料在經(jīng)過(guò)該喂料機(jī)時(shí)保持高溫狀態(tài)而使溶脹劑揮發(fā)掉；上述浸漬機(jī)、磨碎機(jī)及各喂料機(jī)分別以管路與溶脹劑回收系統(tǒng)相通，其間組成密閉系統(tǒng)。所說(shuō)的磨碎機(jī)包括一個(gè)定磨片和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)磨片，兩者以錐面配合，兩錐面之間留有可調(diào)節(jié)的間隙，兩磨片中至少一個(gè)磨片的錐面上分布有若干個(gè)溝槽，相鄰溝槽之間形成鋒利的刀片，所說(shuō)的固定磨片裝于一環(huán)抱轉(zhuǎn)動(dòng)磨片的護(hù)套內(nèi)，護(hù)套含有控制磨碎機(jī)溫度的冷卻器；所說(shuō)的各溝槽由磨片的中心向邊緣呈弧線狀延伸，各弧線向磨片的同一切線方向彎曲。
綜上所述，本發(fā)明采用合適的溶脹劑和最佳工藝條件，使廢舊橡膠顆粒充分膨潤(rùn)，研磨能耗降低。使專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的磨碎機(jī)具有剪切和研磨的雙重功能，磨成的膠粉顆粒細(xì)小，而且形狀不規(guī)則，這種膠粉與橡膠原料混合后可改善新橡膠的物理機(jī)械性能。本發(fā)明選擇適當(dāng)?shù)母呷埸c(diǎn)結(jié)晶體作助劑參于膠粉的研磨，使研磨強(qiáng)度加大，從而可得到100-70μm精細(xì)膠粉，如繼續(xù)采用多級(jí)研磨則可進(jìn)一步細(xì)化至50μm以下。這種優(yōu)質(zhì)的膠粉在新的橡膠生產(chǎn)中的加入量可接近50％，使低能耗回收利用廢舊橡膠切實(shí)可行。
下面結(jié)合


本發(fā)明的工藝流程和磨碎機(jī)的工作原理。
圖1是本發(fā)明利用廢舊橡膠制取精細(xì)膠粉的制備流程圖。
圖2是磨碎機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是磨碎機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)磨片示意圖。
如圖1所示，封閉系統(tǒng)10內(nèi)包含浸漬器20，溶劑回收裝置30，螺旋喂料機(jī)40，磨碎機(jī)50，帶加熱器的螺旋喂料機(jī)60，篩選機(jī)70設(shè)于系統(tǒng)10之外，各設(shè)備之間以管路相連。廢舊橡膠的粗切顆粒在浸漬容器20中被有機(jī)溶劑浸漬溶脹后由螺旋喂料機(jī)40送入磨碎機(jī)50中被研磨成細(xì)膠粉，研碎機(jī)內(nèi)揮發(fā)的有機(jī)溶劑由管路55入溶劑回收裝置30；研磨后的膠粉經(jīng)管路57入螺旋喂料機(jī)60，在此膠粉同時(shí)被加熱烘干，溶劑受熱揮發(fā)溶劑揮發(fā)氣由管路65上升入回收裝置30被冷凝收集，回收裝置30與浸漬容器20之間以管路25相通；干燥膠粉由螺旋喂料機(jī)60經(jīng)管路67送入篩選機(jī)70，它可以是振動(dòng)篩或旋風(fēng)分離器，分離出的較大橡膠粒顆粒返回浸漬容器20中重新處理。
圖2表示磨碎機(jī)50的結(jié)構(gòu)。它設(shè)有一固定錐面磨片210和一與之相對(duì)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)錐面磨片220。磨片210和220的間隙可調(diào)節(jié)，此間隙通過(guò)固定磨片210位置縱向可調(diào)、轉(zhuǎn)動(dòng)磨片220位置縱向可調(diào)或兩磨片位置縱向均可調(diào)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。固定磨片210的護(hù)套211內(nèi)設(shè)有冷卻器，由冷卻水通道270通入冷水，以帶走磨片產(chǎn)生的熱量，使磨片保持適當(dāng)溫度，避免過(guò)熱。圖2中的雙箭頭240表示磨片移動(dòng)的方向。磨片以高強(qiáng)度耐磨損合金制成，如合金鋼。此種合金不會(huì)生成污染物質(zhì)，也不會(huì)與系統(tǒng)中使用的有機(jī)溶劑發(fā)生反應(yīng)。如圖3所示，磨片的研磨面分布有多個(gè)溝槽310，相鄰溝槽之間形成凸出的鋒利刀片320，溝槽和刀片從磨面的中心向邊緣延伸并向著同一切線方向弧形彎曲，該溝槽可刻于一個(gè)磨片或同時(shí)刻于兩個(gè)磨片。溝槽也可設(shè)計(jì)成其它的形狀及長(zhǎng)度。磨碎機(jī)的工作過(guò)程如圖2，溶脹后的橡膠顆粒從進(jìn)料口250喂入磨碎機(jī)的磨片間隙，顆粒從進(jìn)料口250向磨片外圍260運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，磨片對(duì)橡膠顆粒施加剪切力和研磨力，兩種力的結(jié)合而磨成的精細(xì)膠粉表面帶毛刺，形狀不規(guī)則，它比表面光滑的膠粉更易于與新的橡膠結(jié)合。被磨碎的膠粉順著錐面下落到達(dá)磨片外圍后，在重力作用下，經(jīng)管道57輸送出磨碎機(jī)50。
下面提供本發(fā)明橡膠回收制精細(xì)膠粉的實(shí)施例。
將成分為45％天然橡膠、20％丁基橡膠、20％乙丙橡膠、15％丁苯橡膠，粒徑為2-4毫米的粗切橡膠顆粒送入盛有混合溶脹劑的浸漬容器20中，混合溶脹劑的重量配方為環(huán)已烷80％，甲基乙基甲酮20％，浸漬器中混合溶脹劑的體積是橡膠的2.5倍。攪拌5分鐘后，橡膠顆粒溶脹，體積增長(zhǎng)一倍。此時(shí)按橡膠投料重量的5％的量加入碳酸鋅以提高研磨效果，混合物料經(jīng)螺旋喂料機(jī)40輸送進(jìn)入磨碎機(jī)50。因碳酸鋅作為添加劑被用于新橡膠生產(chǎn)的硫化過(guò)程，因此膠粉中的碳酸鋅無(wú)需分離，研磨后的膠粉在第二個(gè)螺旋喂料機(jī)60中停留20分鐘，喂料機(jī)的溫度保持在85-90℃，膠粉中含的溶劑受熱揮發(fā)入溶劑回收裝置30，烘干后的膠粉入篩選裝置70，全部膠粉均可通過(guò)篩孔直徑為180微米的篩網(wǎng)；50％的膠粉可通過(guò)篩孔直徑為125微米的篩網(wǎng)；20％的膠粉可通過(guò)篩孔直徑為75微米的篩網(wǎng)。溶劑的回收率99％以上，加工后的精細(xì)膠粉含有不到百萬(wàn)分之0.04的環(huán)己烷和不到百萬(wàn)分之0.06的甲基乙基甲酮。
權(quán)利要求
1．廢舊橡膠再生方法，包括廢舊橡膠粗切成顆粒，入溶脹劑中浸漬溶脹、溶脹顆粒入磨碎機(jī)研磨成細(xì)粉，加熱除溶劑得細(xì)膠粉，其特征是所說(shuō)的溶脹劑可以是苯類(lèi)、酮類(lèi)或酯類(lèi)有機(jī)溶劑，包括苯、環(huán)己酮、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、丙酮、甲乙基酮、汽油、二甲基酮、醋酸乙酯、乙酸戊酯中的一種化合物或一種以上的混合物，粗切橡膠顆粒在溶脹劑中至少浸漬5分鐘，橡膠顆粒體積至少膨脹一倍進(jìn)入磨碎機(jī)的橡膠顆粒中添加高熔點(diǎn)的結(jié)晶鹽作為助劑，助劑的添加量≤廢舊橡膠顆粒重量的5％；磨碎后的精細(xì)膠粉在80-90℃下加溫干燥除去溶脹劑，隨后通過(guò)篩分獲得可再利用的成品精細(xì)膠粉，分離出較大粒徑的膠粉返回浸清再處理。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊橡膠再生方法，其特征是所說(shuō)的溶脹劑以苯類(lèi)、環(huán)己酮、環(huán)己烷為佳。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊橡膠再生方法，其特征是所添加的助劑是碳酸鋅結(jié)晶鹽。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊橡膠再生方法，其特征是所添加的助劑是食鹽晶體，磨碎完成后，用水洗的方法除去膠粉中的食鹽。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊橡膠再生方法，其特征是在磨碎過(guò)程中向磨碎機(jī)夾套內(nèi)通入冷卻水使機(jī)內(nèi)物料降溫。
6．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的廢舊橡膠再生方法，其特征是膠粉通過(guò)管路依次按浸漬、磨碎、干燥、及篩分各工序連續(xù)輸送，其中浸漬、磨碎及干燥工序中揮發(fā)的溶脹劑通過(guò)管路負(fù)壓抽吸入溶劑回收裝置并冷凝回收，其間形成密閉系統(tǒng)，系統(tǒng)的負(fù)壓≤730mmHg。
7．一種權(quán)利要求1的廢舊橡膠再生方法的專(zhuān)用設(shè)備，包括浸漬容器、磨碎機(jī)、溶脹劑回收器和篩分裝置，浸漬罐和磨碎機(jī)之間以及磨碎機(jī)與篩選裝置之間分別以螺旋喂料機(jī)相連，后者螺旋喂料機(jī)內(nèi)設(shè)有加熱機(jī)構(gòu)；所說(shuō)的磨碎機(jī)包括一個(gè)定磨片和個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)磨片，兩者以錐面配合，兩錐面之間留有可調(diào)節(jié)的間隙，兩磨片中至少一個(gè)磨片的錐面上分布有若干個(gè)溝槽，相鄰溝槽之間形成鋒利的刀片，所說(shuō)的固定磨片裝于一環(huán)抱轉(zhuǎn)動(dòng)磨片的護(hù)套內(nèi)，護(hù)套設(shè)有控制磨碎機(jī)溫度的冷卻器。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征是所說(shuō)的磨碎機(jī)各刀片由磨片的中心向邊緣呈弧線狀延伸，各弧線向磨片的同一切線方向彎曲。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的專(zhuān)用設(shè)備，其特征是還包括設(shè)有冷凝器和真空泵的溶脹劑回收裝置，該回收裝置與浸漬容器、磨碎機(jī)、干燥器之間分別以管路相連通，組成密閉系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于廢舊橡膠的再生方法,將廢舊橡膠的粗切顆粒用苯類(lèi)或酮類(lèi)、酯類(lèi)有機(jī)溶劑浸漬,使橡膠顆粒橡膠顆粒體積至少膨脹一倍,添加5%碳酸鋅結(jié)晶鹽作為助劑,入磨碎機(jī)中研磨,磨碎后的精細(xì)膠粉在80－90℃下加溫干燥除去溶脹劑,通過(guò)篩分獲得可再利用的成品精細(xì)膠粉,分離出較大粒徑的膠粉返回浸清再處理?？刹捎枚啻畏旨?jí)研磨,制得的精細(xì)膠粉可達(dá)50μm。
文檔編號(hào)B02C7/00GK1325917SQ00112308
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2000年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月29日
發(fā)明者劉揚(yáng)生 申請(qǐng)人:劉揚(yáng)生