专利名称：废旧橡胶再生方法
技术领域：
本发明关于硫化橡胶的再生方法，特别是用废旧硫化橡胶制品和橡胶生产的边角料制取精细胶粉的方法及设备。
世界每年废弃大量硫化橡胶制品，其中半数以上是橡胶轮胎。此外，橡胶产品的生产过程中也会废弃大量的边角料。硫化橡胶具有不易溶化、老化或分解的优越性能，但也导致了它的废弃物难以降解及回收利用的难度。尽管发达国家对橡胶再生利用技术已进行了大量的研究，但迄今为止，废旧橡胶得到再生利用的比率是很小的。
废旧橡胶的再利用通常是以胶粉的形式添加到橡胶原料中制取新的橡胶橡胶制品，或加入其它产品例如建筑材料中，以改善其性能。橡胶原料中的胶粉添加量的多少主要取决于构成胶粉的橡胶粒子的大小和形状，粒径越大的胶粉对添加后的橡胶制品的质量影响越大，因而胶粉添加量与粒径的细化程度有关，例如粒径为200至400μm的胶粉加入量可相当于橡胶原料总量的10％，而不会影响橡胶制成品的质量，更细化的胶粉则添加量可进一步提高。此外胶粉颗粒表面形状不规则也是提高胶粉添加量的因素。
制取精细胶粉有采用液氮在极低温下研磨橡胶的方法，使橡胶在极低温度下失去弹性，易于磨碎，但此法能源消耗大，设备庞大，投资费用高，经济上不合算。
本发明人早前曾公开过一种利用有机溶剂使橡胶溶胀后研磨制取胶粉的技术，橡胶溶胀后弹性降低，易于磨碎。由于当时该制备系统尚未完备，此后发明人又做了多项改进，使这一技术的效率及性能有了极大的提高。
本发明的目的是提供一种由废旧橡胶制取精细胶粉的方法及设备，通过该方法的优化工艺及设备可生产适于再生利用的特别是可加入新的橡胶生产中再利用的精细胶粉。
本发明的方法包括废旧橡胶粗切成颗粒，入溶胀剂中浸渍溶胀中浸渍溶胀，溶胀颗粒入磨碎机研磨成细粉，加热除溶液胀剂得细胶粉，其中所说的溶胀剂可以是苯类、酮类和酯类有机溶剂，具体为苯、环己酮、环己烷、甲苯、二基酮、汽油、二甲基酮、醋酸乙酯、乙酸戊酯中的一种或一种以上的混合物，其中以苯类、环己酮、环己烷为佳。溶胀剂应能使橡胶颗粒膨胀，又不致腐蚀橡胶或与橡胶发生化学反应。单一溶胀剂或混合溶胀剂的种类视再生利用的橡胶品种而定，所选择的溶胀剂应与橡胶极性相同。
粗切橡胶颗粒在溶胀剂中浸渍的时间应使颗粒体积膨胀一倍为宜，视粗切颗粒的大小而异，一般至少需要浸渍5分钟；溶胀剂的用量应能满足橡胶颗粒充分膨胀，并且浸渍完毕后基本无残留，因此溶胀剂的用量与橡胶颗粒重量比应控制在2.5-3.5∶1。
膨胀的橡胶颗粒送入专用的高速磨碎机中磨成精细胶粉，在磨碎过程中向磨碎机护套内通入冷却水使机内物料降温。为了进一步提高研磨效果，本发明在溶胀橡胶颗粒中加入高熔点结晶盐作为助剂，如碳酸锌结晶盐或食盐晶体，助剂用量应≤胶粉量的5％(指不含溶胀剂的干胶粉重量)，这种晶体的加入可增加对橡胶的研磨强度，但助剂量过大经济上不合算。由于磨碎机高速运转时，磨机内物料温度升高，因此助剂应选择高熔点的结晶盐，保证它在磨机工作温度下不会熔化；另外晶体的选择还应考虑从精细胶粉中分离的问题，应选择易于分离或不需要分离的晶体，例如碳酸锌本身就是橡胶工业应用广泛的一种活性剂，用它作为胶粉研磨中的肋剂，可存在于精细胶粉中并一同添加到新的橡胶生产中相容而不必分离；食盐晶体作为肋剂可采用较简便的水洗法分离除去。根据对胶粉的细度要求，可采用多个磨碎机连续多次研磨，使胶粉分级磨细。
以上磨碎后的精细胶粉在80-90℃下加温除干燥至溶胀剂完全除去，随后通过振动筛或旋风分离器分离出较大粒径的胶粉返回浸清器再处理，其余作为成品精细胶粉，包装待用或直接送入橡胶生产系统，添加入橡胶原料中生产出新的橡胶制品。
胶粉通过管路依次按以上浸渍、磨碎、干燥及筛分各工序连续输送，其中浸渍、磨碎及干燥工序中挥发的溶液胀剂通过管路负压抽吸入溶剂回收装置并冷凝回收，其间形成密闭系统，防止有机溶剂泄漏造成不安全的因素。系统的负压由真空泵实现，压力应是≤730mmHg。
本发明生产精细胶粉的设备包括浸渍容器磨碎机、溶胀剂回收器和筛选装置，浸渍容器和磨碎机之间以及磨碎机与筛选装置之间分别以螺旋喂料机相连，后者螺旋喂料机内设有加热机构，物料在经过该喂料机时保持高温状态而使溶胀剂挥发掉；上述浸渍机、磨碎机及各喂料机分别以管路与溶胀剂回收系统相通，其间组成密闭系统。所说的磨碎机包括一个定磨片和一个转动磨片，两者以锥面配合，两锥面之间留有可调节的间隙，两磨片中至少一个磨片的锥面上分布有若干个沟槽，相邻沟槽之间形成锋利的刀片，所说的固定磨片装于一环抱转动磨片的护套内，护套含有控制磨碎机温度的冷却器；所说的各沟槽由磨片的中心向边缘呈弧线状延伸，各弧线向磨片的同一切线方向弯曲。
综上所述，本发明采用合适的溶胀剂和最佳工艺条件，使废旧橡胶颗粒充分膨润，研磨能耗降低。使专门设计的磨碎机具有剪切和研磨的双重功能，磨成的胶粉颗粒细小，而且形状不规则，这种胶粉与橡胶原料混合后可改善新橡胶的物理机械性能。本发明选择适当的高熔点结晶体作助剂参于胶粉的研磨，使研磨强度加大，从而可得到100-70μm精细胶粉，如继续采用多级研磨则可进一步细化至50μm以下。这种优质的胶粉在新的橡胶生产中的加入量可接近50％，使低能耗回收利用废旧橡胶切实可行。
下面结合
本发明的工艺流程和磨碎机的工作原理。
图1是本发明利用废旧橡胶制取精细胶粉的制备流程图。
图2是磨碎机的结构示意图。
图3是磨碎机的转动磨片示意图。
如图1所示，封闭系统10内包含浸渍器20，溶剂回收装置30，螺旋喂料机40，磨碎机50，带加热器的螺旋喂料机60，筛选机70设于系统10之外，各设备之间以管路相连。废旧橡胶的粗切颗粒在浸渍容器20中被有机溶剂浸渍溶胀后由螺旋喂料机40送入磨碎机50中被研磨成细胶粉，研碎机内挥发的有机溶剂由管路55入溶剂回收装置30；研磨后的胶粉经管路57入螺旋喂料机60，在此胶粉同时被加热烘干，溶剂受热挥发溶剂挥发气由管路65上升入回收装置30被冷凝收集，回收装置30与浸渍容器20之间以管路25相通；干燥胶粉由螺旋喂料机60经管路67送入筛选机70，它可以是振动筛或旋风分离器，分离出的较大橡胶粒颗粒返回浸渍容器20中重新处理。
图2表示磨碎机50的结构。它设有一固定锥面磨片210和一与之相对旋转的转动锥面磨片220。磨片210和220的间隙可调节，此间隙通过固定磨片210位置纵向可调、转动磨片220位置纵向可调或两磨片位置纵向均可调的方案来实现。固定磨片210的护套211内设有冷却器，由冷却水通道270通入冷水，以带走磨片产生的热量，使磨片保持适当温度，避免过热。图2中的双箭头240表示磨片移动的方向。磨片以高强度耐磨损合金制成，如合金钢。此种合金不会生成污染物质，也不会与系统中使用的有机溶剂发生反应。如图3所示，磨片的研磨面分布有多个沟槽310，相邻沟槽之间形成凸出的锋利刀片320，沟槽和刀片从磨面的中心向边缘延伸并向着同一切线方向弧形弯曲，该沟槽可刻于一个磨片或同时刻于两个磨片。沟槽也可设计成其它的形状及长度。磨碎机的工作过程如图2，溶胀后的橡胶颗粒从进料口250喂入磨碎机的磨片间隙，颗粒从进料口250向磨片外围260运动的同时，磨片对橡胶颗粒施加剪切力和研磨力，两种力的结合而磨成的精细胶粉表面带毛刺，形状不规则，它比表面光滑的胶粉更易于与新的橡胶结合。被磨碎的胶粉顺着锥面下落到达磨片外围后，在重力作用下，经管道57输送出磨碎机50。
下面提供本发明橡胶回收制精细胶粉的实施例。
将成分为45％天然橡胶、20％丁基橡胶、20％乙丙橡胶、15％丁苯橡胶，粒径为2-4毫米的粗切橡胶颗粒送入盛有混合溶胀剂的浸渍容器20中，混合溶胀剂的重量配方为环已烷80％，甲基乙基甲酮20％，浸渍器中混合溶胀剂的体积是橡胶的2.5倍。搅拌5分钟后，橡胶颗粒溶胀，体积增长一倍。此时按橡胶投料重量的5％的量加入碳酸锌以提高研磨效果，混合物料经螺旋喂料机40输送进入磨碎机50。因碳酸锌作为添加剂被用于新橡胶生产的硫化过程，因此胶粉中的碳酸锌无需分离，研磨后的胶粉在第二个螺旋喂料机60中停留20分钟，喂料机的温度保持在85-90℃，胶粉中含的溶剂受热挥发入溶剂回收装置30，烘干后的胶粉入筛选装置70，全部胶粉均可通过筛孔直径为180微米的筛网；50％的胶粉可通过筛孔直径为125微米的筛网；20％的胶粉可通过筛孔直径为75微米的筛网。溶剂的回收率99％以上，加工后的精细胶粉含有不到百万分之0.04的环己烷和不到百万分之0.06的甲基乙基甲酮。
权利要求
1．废旧橡胶再生方法，包括废旧橡胶粗切成颗粒，入溶胀剂中浸渍溶胀、溶胀颗粒入磨碎机研磨成细粉，加热除溶剂得细胶粉，其特征是所说的溶胀剂可以是苯类、酮类或酯类有机溶剂，包括苯、环己酮、环己烷、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、乙酸戊酯中的一种化合物或一种以上的混合物，粗切橡胶颗粒在溶胀剂中至少浸渍5分钟，橡胶颗粒体积至少膨胀一倍进入磨碎机的橡胶颗粒中添加高熔点的结晶盐作为助剂，助剂的添加量≤废旧橡胶颗粒重量的5％；磨碎后的精细胶粉在80-90℃下加温干燥除去溶胀剂，随后通过筛分获得可再利用的成品精细胶粉，分离出较大粒径的胶粉返回浸清再处理。
2．根据权利要求1所述的废旧橡胶再生方法，其特征是所说的溶胀剂以苯类、环己酮、环己烷为佳。
3．根据权利要求1所述的废旧橡胶再生方法，其特征是所添加的助剂是碳酸锌结晶盐。
4．根据权利要求1所述的废旧橡胶再生方法，其特征是所添加的助剂是食盐晶体，磨碎完成后，用水洗的方法除去胶粉中的食盐。
5．根据权利要求1所述的废旧橡胶再生方法，其特征是在磨碎过程中向磨碎机夹套内通入冷却水使机内物料降温。
6．根据权利要求1、2、3、4、5所述的废旧橡胶再生方法，其特征是胶粉通过管路依次按浸渍、磨碎、干燥、及筛分各工序连续输送，其中浸渍、磨碎及干燥工序中挥发的溶胀剂通过管路负压抽吸入溶剂回收装置并冷凝回收，其间形成密闭系统，系统的负压≤730mmHg。
7．一种权利要求1的废旧橡胶再生方法的专用设备，包括浸渍容器、磨碎机、溶胀剂回收器和筛分装置，浸渍罐和磨碎机之间以及磨碎机与筛选装置之间分别以螺旋喂料机相连，后者螺旋喂料机内设有加热机构；所说的磨碎机包括一个定磨片和个转动磨片，两者以锥面配合，两锥面之间留有可调节的间隙，两磨片中至少一个磨片的锥面上分布有若干个沟槽，相邻沟槽之间形成锋利的刀片，所说的固定磨片装于一环抱转动磨片的护套内，护套设有控制磨碎机温度的冷却器。
8．根据权利要求7的设备，其特征是所说的磨碎机各刀片由磨片的中心向边缘呈弧线状延伸，各弧线向磨片的同一切线方向弯曲。
9．根据权利要求7所述的专用设备，其特征是还包括设有冷凝器和真空泵的溶胀剂回收装置，该回收装置与浸渍容器、磨碎机、干燥器之间分别以管路相连通，组成密闭系统。
全文摘要
本发明是关于废旧橡胶的再生方法,将废旧橡胶的粗切颗粒用苯类或酮类、酯类有机溶剂浸渍,使橡胶颗粒橡胶颗粒体积至少膨胀一倍,添加5%碳酸锌结晶盐作为助剂,入磨碎机中研磨,磨碎后的精细胶粉在80－90℃下加温干燥除去溶胀剂,通过筛分获得可再利用的成品精细胶粉,分离出较大粒径的胶粉返回浸清再处理。可采用多次分级研磨,制得的精细胶粉可达50μm。
文档编号B02C7/00GK1325917SQ00112308
公开日2001年12月12日 申请日期2000年5月29日 优先权日2000年5月29日
发明者刘扬生 申请人:刘扬生