專利名稱：一種改善廢舊橡膠粉表面親水性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善廢舊橡膠粉表面親水性的方法，屬于廢舊橡膠粉表面改性領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，世界的廢舊輪胎的積壓量已達30億條，并且以每年10 億條的量迅速增加，因此廢舊輪胎的處理問題也變得日益嚴峻。廢舊輪胎也被稱為“黑色污 染”。填埋和燃燒等方法因為占用資源和二次污染已被逐漸淘汰，除了翻新和原形利用外， 大多數(shù)廢舊輪胎被制成膠粉。廢舊輪胎膠粉是由廢舊橡膠輪胎經(jīng)去除鋼絲、簾子線后經(jīng)粉 碎后得到的具有一定粒度的橡膠顆粒，是一種由天然橡膠、順丁橡膠、補強劑(炭黑)、潤滑 齊U、硫及硫化促進劑等多種材料組成的含交聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合物，已用于浙青改性、防水卷材、 橡膠磚和輪胎填充物等領(lǐng)域。近年來，隨著高分子復(fù)合材料的發(fā)展和膠粉生產(chǎn)技術(shù)的改進，膠粉尤其是改性膠 粉在高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用發(fā)展很快。將廢舊橡膠粉通過改性可應(yīng)用于橡膠、塑料和建 筑材料中，不僅可以降低材料的生產(chǎn)成本，還能提高材料的某些物理化學(xué)性能，如在橡膠中 提高耐屈撓性、改善加工性能；在塑料中摻用可以增韌塑料；在建筑材料中可提高減震、緩 沖性能等。據(jù)介紹，未經(jīng)改性的膠粉(精細膠粉)在膠料中的摻用量一般在10%以下，而經(jīng) 過改性處理，摻用量可提高到25% -50%，在塑料中的摻用量則更大，可達100%，膠粉與其 他聚合物(如熱塑性塑料、橡膠等)的表面結(jié)合力更強，力學(xué)性能更好，膠粉的表面改性對 拓展膠粉的應(yīng)用、提高其附加值具有重要實用價值。由于廢舊橡膠粉仍然具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其表面呈惰性，這也是橡膠粉回收利用 的一大難題。它很難與主體材料產(chǎn)生良好的界面相容性，根據(jù)應(yīng)用需要可以有目的地改變 膠粉表面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面結(jié)構(gòu)和官能團、表面能、表面潤濕性和表面吸附性等，以 滿足現(xiàn)代新材料、新工藝和新技術(shù)發(fā)展的需要。目前，廢舊膠粉改性的主要方法有物理法、 化學(xué)法、機械法和生物法等。其中尤其以物理方法效率高、污染小而受到推崇。但利用室溫、 常壓介質(zhì)阻擋等離子體對廢舊橡膠粉表面處理的改性技術(shù)還未見有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種改善廢舊橡膠粉表面親水性 的方法，其特點是在室溫、大氣壓的開放條件下，采用等離子體處理廢舊橡膠粉獲得表面改 性的廢舊橡膠粉。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn)，其中所述原料的份數(shù)除特殊說明外，均為重
量份數(shù)。改善廢舊橡膠粉表面親水性的方法包括以下步驟將廢舊橡膠粉10-100份置于等離子體處理裝置中，在室溫、大氣壓的開放環(huán)境 下，將等離子體噴射到廢舊橡膠粉表面，使廢舊橡膠粉在等離子體氛圍中運動處理，處理廢舊橡膠粉的功率為10W-5000W，時間為2.0s-300s，生成廢舊橡膠粉等離子體改性粉體廢舊橡膠粉為廢舊輪胎膠粉、廢舊氟橡膠膠粉或廢舊防潮墊橡膠粉。等離子體為氮氣、空氣和功能性氣體中的至少一種，其中氮氣的純度為99.99%， 氮氣與空氣的氣體摩爾比為0. 1-1，功能性氣體與氮氣或空氣的摩爾比為0. 001-0. 3，同時 流經(jīng)等離子體形成區(qū)形成等離子體氛圍。功能性氣體為氧氣、二氧化硫、硅氧烷氣體及丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯和 甲基丙烯酸甲酯蒸汽中的至少一種。按上述方法制備得到的表面親水性改善的廢舊橡膠粉。表面親水性改善的廢舊橡膠粉用于熱塑性高分子材料的改性、高分子彈性體復(fù)合 材料的改性。性能測試1.廢舊輪胎膠粉在等離子體處理前后親水性的變化由圖2可知，廢舊輪胎膠粉在未經(jīng)等離子體處理前具有疏水性，膠粉完全浮于水 的表面；經(jīng)過等離子體處理后具有很強的親水性，均勻地懸浮在水中。2.廢舊輪胎膠粉水接觸角變化情況測試結(jié)果表明當(dāng)?shù)入x子體處理時間為120s時，只需30W的功率，廢舊輪胎膠粉的 水接觸角就由未處理的124.7°降為39. 4°，再增加功率到40W，水接觸角為零，表明此時 廢舊輪胎膠粉已由疏水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，詳見表1所示。3.廢舊輪胎膠粉水接觸角隨等離子體處理時間的變化情況實驗結(jié)果表明，當(dāng)?shù)入x子體處理功率為80W時，處理時間僅為10s，廢舊輪胎膠粉 的水接觸角就由124.7°降為0°，表明等離子體處理在適當(dāng)?shù)墓β蕳l件下，其處理效率很 高，詳見表2所示。4.等離子體處理前后膠粉表面元素的X光電子能譜分析由表3數(shù)據(jù)得知膠粉表面氧元素含量由等離子體處理前的8. 12%增加至 12. 54%，氮元素含量由0. 63%增加至1. 2%。本發(fā)明得到的膠粉表面含氧基團和含氮基團 均較處理前有一定程度增加，分析結(jié)果表明等離子體處理可獲得表面官能化的具有化學(xué)活 性的膠粉。5.等離子體表面改性廢舊橡膠粉對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。測試結(jié)果表明，經(jīng)等離子體表面改性后的GTR能使復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著 改善，當(dāng)廢舊輪胎膠粉(GTR)替代丁苯橡膠(NBR) 20重量份時，未經(jīng)改性的GTR/NBR復(fù)合材 料的拉伸強度為2. 4MPa,經(jīng)本發(fā)明改性的GTR/NBR復(fù)合材料的拉伸強度3. 4MPa,提高了約 42%;撕裂強度由未改性前的15. OKN/m提高至19. lKN/m ;100%定伸應(yīng)力由1. 7MPa提高至 1.9MPa，詳見圖3、圖4和圖5所示。這是由于經(jīng)表面改性后，GTR表面呈親水性，其與NBR 基體的相容性得以改善，改善了復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。未改性的GTR由于其表面的非 極性特征，導(dǎo)致GTR在極性聚合物NBR基體中難以分散，所制備的復(fù)合材料力學(xué)性能差。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)工藝流程短、工藝簡單、可控性強、無需后處理、自動化程度高、能耗低、無污 染、易實現(xiàn)連續(xù)化操作。(2)廢舊橡膠粉表面產(chǎn)生同性相斥效果，有效防止粉體在共混物基體中團聚，獲得廢舊橡膠粉尺寸分布均勻的聚合物復(fù)合材料。(3)廢舊橡膠粉膠粉內(nèi)部的彈性結(jié)構(gòu)不會改變，其顆粒分布均勻、分布范圍窄、與相應(yīng)的高分子復(fù)合后的綜合性能優(yōu)異。(4)本發(fā)明采用介質(zhì)阻擋等離子體放電對廢舊橡膠粉進行表面改性，效率高，速度 快，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，為廢橡膠粉的高值化利用提供了新的技術(shù)路線。


圖1為廢舊橡膠粉改性用低溫等離子體發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖1.電極，2.等離子體發(fā)生器，3.廢舊橡膠粉，4 220V電壓，5變壓器，6等離子體電 源。圖2為常壓室溫等離子體處理前后廢舊橡膠粉在水中懸浮實驗對比A原GTR B等離子體改性GTR圖3為室溫、大氣壓下等離子體改性對GTR/NBR復(fù)合材料拉伸強度的影響圖4為室溫、大氣壓下等離子體改性對GTR/NBR復(fù)合材料撕裂強度的影響圖5為室溫、大氣壓下等離子體改性對GTR/NBR復(fù)合材料100%定伸應(yīng)力的影響
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用 于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人 員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。實施例1將廢舊輪胎膠粉10份置于等離子體處理裝置中。如圖1所示(或加裝等離子體 傳輸裝置，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn))，該容器或載體置于室溫、大氣壓等離子體噴射裝置的下方，距上 方石英片距離為2mm，廢舊橡膠粉平鋪于下方直徑為70mm的石英玻璃器皿中，膠粉的平鋪 平均厚度約為1mm。開啟等離子體設(shè)備，在室溫、空氣氣氛中進行等離子體處理，處理時間為 300s，功率為10W。實施例2將廢舊氟橡膠粉100份置于等離子體處理專用設(shè)備中。如圖1所示(或加裝等離 子體傳輸裝置，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn))，該容器或載體置于室溫、大氣壓等離子體噴射裝置的下方， 距上方石英片距離為2mm，廢舊橡膠粉平鋪于下方直徑為70mm的石英玻璃器皿中，膠粉的 平鋪平均厚度為1mm。開啟等離子體設(shè)備，在室溫、氮氣氣氛中進行等離子體處理，處理時間 為2s，功率為5000W。實施例3將廢舊防潮墊膠粉60份置于等離子體處理專用設(shè)備中。如圖1所示，該容器或載 體置于常壓、室溫等離子體噴射裝置的下方，距上方石英片距離為2mm，廢舊橡膠粉平鋪于 下方直徑為70mm的石英玻璃器皿中，膠粉的平鋪平均厚度為1mm。開啟等離子體設(shè)備，在空 氣與氮氣的摩爾比為1，丙烯酸蒸汽與氮氣摩爾比為0. 1的氣氛中進行等離子體處理，處理 時間為120s，功率為80W。表1廢舊橡膠粉水接觸角隨等離子體處理功率的變化(廢舊輪胎膠粉，處理時間為 120s)
權(quán)利要求
一種改善廢舊橡膠粉表面親水性的方法，其特征在于該方法包括以下步驟將廢舊橡膠粉10 100重量份置于等離子體處理裝置中，在室溫、大氣壓的開放環(huán)境下，將等離子體噴射到廢舊橡膠粉表面，使廢舊橡膠粉在等離子體氛圍中運動處理，處理廢舊橡膠粉的功率為10W 5000W，時間為2.0s 300s，生成廢舊橡膠粉等離子體改性粉體。
2.如權(quán)利要求1所述改善廢舊橡膠粉表面親水性的方法，其特征在于廢舊橡膠粉為廢 舊輪胎膠粉、廢舊氟橡膠膠粉或廢舊防潮墊橡膠粉中的任一種。
3.如權(quán)利要求1所述改善廢舊橡膠粉表面親水性的方法，其特征在于等離子體為氮 氣、空氣和功能性氣體中的至少一種，其中氮氣的純度為99. 99%，氮氣與空氣的氣體摩爾 比為0. 1-1，功能性氣體與氮氣或空氣的摩爾比為0. 001-0. 3，同時流經(jīng)等離子體形成區(qū)形 成等離子體氛圍。
4.如權(quán)利要求1或3所述廢舊橡膠粉表面大氣壓等離子體改性處理方法，其特征在于 所述功能性氣體為氧氣、二氧化硫、硅氧烷氣體及丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯和甲基 丙烯酸甲酯蒸汽中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述方法制備得到的表面親水性改善的廢舊橡膠粉。
6.如權(quán)利要求5所述表面親水性改善的廢舊橡膠粉用于熱塑性高分子材料的改性、高 分子彈性體復(fù)合材料的改性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善廢舊橡膠粉表面親水性的方法，其特點是將廢舊橡膠粉10-100z重量份置于等離子體處理裝置中，在室溫、大氣壓的開放環(huán)境下，將等離子體噴射到廢舊橡膠粉表面，使廢舊橡膠粉在等離子體氛圍中運動處理，處理廢舊橡膠粉的功率為10W-5000W，時間為2.0s-300s。經(jīng)上述等離子體處理后的廢舊橡膠粉表面極性增加，表面氧元素和氮元素增加，表面的親水性得到顯著改善。該方法為一步法，改善了廢舊橡膠粉的表面性能、結(jié)構(gòu)和形態(tài)，提高了在聚合物中的摻入量。具有工藝簡單、可控性強、操作簡便和高效的優(yōu)點。無需有機溶劑，對環(huán)境友好。
文檔編號C08J3/28GK101955593SQ201010167618
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者盧燦輝, 張新星, 梁梅 申請人:四川大學(xué)