由工程回收橡胶粉末制备的热固性组合物的制作方法
【专利说明】
[0001] 交叉引用相关申请 本申请要求2010年6月4日申请的临时申请61/351,369的权利，并且在此将其整体引用 组合。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于制备结构组分的组合物材料，以及制备所述组合物材料的方 法。尤其是，本发明实施例涉及利用工程回收橡胶粉末制备的热固性组合物材料。
【背景技术】
[0003] 已经出现了多种用于粉碎废弃橡胶制品，例如轮胎，的工艺和方法，其中，废弃橡 胶制品剪切至能够重新用于制备新橡胶制品的尺寸，这种颗粒形式的橡胶产品也被称为橡 胶肩或橡胶粉末。橡胶粉碎工艺和设备必须克服橡胶的高弹性，实际上，橡胶产品在环境温 度下磨碎或切碎产生足够的热，所得橡胶颗粒相对是非反应形的，另外，这种工艺生产的橡 胶肩包括更大的和不均匀的颗粒尺寸。然而这种工艺制备的橡胶肩，用来制造新的橡胶制 品是便宜和经济的，但这种橡胶肩不能用来制成"橡胶基"产品，即，橡胶肩本质上被用作填 充材料，因为橡胶聚合物不能与其它聚合物交联。
[0004] 实际上，橡胶肩在工业组合物和产品中，已被用作第二成分，并未被用作主要基础 聚合物，根据其设计复合物，其它添加剂和组分也被添加。一般商业上工业材料中用量在 1 %~15%范围内。这种例子中，橡胶肩被用作基础聚合物的非技术填料，例如，加入更多橡 胶肩将明显降低组合物材料的抗拉强度。
[0005] 由于它不能够化学键合，一些现有技术组合物设计为引入塑料作为基础聚合物， 并利用挤出模压技术以将橡胶肩封装，另外，过去使用的热塑性弹性体(TPE's)具有差的耐 化学和耐热性，以及低的热稳定性，这种TPE's常常在高温下软化或熔融，聚合链降解。使得 组合物材料不能使用。
[0006] 已经出现了其它粉碎橡胶制品的工艺，据此，某些工艺的步骤被热力学控制。即， 橡胶颗粒温度被控制或保持在足够低的温度，因此，橡胶在工艺过程中的温度不会升高至 导致弹性性能被破坏的玻璃化转变温度之上。这种工艺能够生产具有较小的颗粒尺寸和更 均一的颗粒尺寸分布的橡胶肩粉末。另外，橡胶肩颗粒更具潜在的于其它聚合物的反应性 和交联键合能力。然而，目前的工艺、方法或设备还没有发展到利用这一技术来生产被模压 或配置用做功能和结构组分的组合物材料。
[0007] 提供一种组合物材料，其包括作为基础材料的工程回收橡胶颗粒用来制备结构组 分如铁路枕轨，是尤其有利的，由于发展中国家在恶劣的气候(极热/冷、潮湿、UV/阳光、昆 虫）下建造它们的交通基础设施，更持久技术材料需要被使用以在长时间中和前期融资成 本，和降低维护成本，这种组合物材料的应用能够克服在远程位置维护轨道的困难和降低 废物处理。
【发明内容】
[0008] 本发明一种实施例包括一种热固性组合物材料，其组合了工程回收橡胶颗粒 (ERRP)作为基础聚合物和主要组分，其中还加入了补充成分，以增强和改善希望的机械和 物理性能。一般重量包括30 %重量分数的ERRP，或更多，一般范围在60 %~90 % ;混合有热 固性弹性结合剂。这种混合物在预定压力和温度下，被施加模压压力，以形成热固性组合物 材料，其可用于例如铁路枕轨的结构组分。
[0009] 因为所述组合物材料引入ERRP作为技术基础聚合物，所述ERRP代表每镑最终组合 物材料的最大花费，由于添加剂可以按照特定方式和预定时间被组合并复合进ERRP's的工 艺中，组合物的性能被增强。热固性组合物材料实施例并不仅仅允许铁路枕轨满足工业要 求，也允许使用目前使用的相同设备和更快的装备的安装，以方便的铁路。所述热固性组合 物材料被利用材料制备，并被制造以降低碳，相比于其它诸如木材、混凝土、塑料和其它组 合物材料。
【附图说明】
[0010] 图1为描述制备热固性组合物材料的工艺流程图； 图2为含有所述热固性组合物材料的铁路枕轨顶部视图； 图3为图2的铁路枕轨底部视图。
【具体实施方式】
[0011] 本发明热固性组合物材料的一种实施例是利用回收的硫化橡胶肩粉末、优选为工 程回收橡胶粉末（"ERRP"），以及热固弹性粘结剂制备的。所述混合物被混合形成各组分均 一的混合物，然后在足够的热和压力下模压一定保留时间，形成组合物材料。在一个实施例 中，所述热固弹性粘结剂是一种未硫化橡胶(优选地以颗粒形式提供），复合有一种"硫化 包"，以利于在受热和压力作用时橡胶的交联。在另一个实施例中，所述混合物可以含有与 聚氨酯或聚脲树脂复合的ERRP，在承受热和压力作用时也能够提供热固性组合物材料。在 另一个实施例中，模压组合物材料具有作为诸如铁路枕轨的结构组分所希望的性能，如密 度、抗拉强度、硬度和抗弯强度。
[0012] 所述ERRP或硫化橡胶颗粒可以利用已知的工艺，如美国专利US5588600、7093781 和7108207描述的粉碎颗粒橡胶的已知方法来生产，其通过引用被组合。这些方法包括在粉 碎橡胶前，在低温下冷却或冷冻橡胶颗粒的步骤，这种橡胶肩粉末包括上述引用的ERRP，并 可以被称为低温造粒橡胶粉末，这种橡胶肩粉末表现出一致的表面，适用于表面间的粘合 和出色的机械性能，在制备组合物材料工艺中。实际上，橡胶粉末的应用能够降低昂贵改性 剂的需要。
[0013]本发明还拟覆盖任意ERRP或硫化橡胶颗粒，其在热控制，如在粉碎工艺的磨碎步 骤或其它步骤中控制温度条件下被制造，因此，术语"热控制造粒橡胶"在此被使用，意味着 任意硫化橡胶肩或颗粒形态的橡胶产品，其在热控制、如橡胶温度保持低于对橡胶物理或 机械性能有不利影响的预定温度条件下被制造。
[0014]所述未硫化橡胶组分可以是被设计用于生成橡胶产品、如轮胎的废橡胶，但是，所 述橡胶被由于不能满足工业需要而被废弃。所述废橡胶通常也被称为"再生橡胶"，当使用 再生橡胶或未交联橡胶时，硫化剂被加入以带来未硫化橡胶的硫化。因此，"硫化包"可以被 加入的混合物中，其中，硫化包可以包括硫，组合有添加剂，如促进剂、活化剂如氧化锌、硬 脂酸、抗降解剂和/或抗氧化剂。所述"硫化包"为未硫化橡胶(或者是天然橡胶或者是丁苯 橡胶(SBR))提供交联，以稳定所述热固性组合物材料。
[0015] 另外，一种解聚硫化橡胶，也被称为焦化黑，一般由废弃轮胎解聚制备，也可以被 加入到混合物两种实施例的一种中，在可替代的实施例中，或者替代使用焦化黑，炭黑可以 被使用，炭黑是一种无定形碳，具有高的表面积/体积比例。
[0016] 本发明实施例在表1中阐述，但是本发明并不限制为这些实施例，并可以包括不同 浓度或不同浓度范围的组合物或混合物的组分。
[0017] 表1
' 如所显示的，混合物被设计含有大约30%至大约70%重量百分比的未硫化废弃橡胶，_ 大约20 %至大约50 %重量百分比硫化的工程回收粉末，大约8 %重量分数的焦化黑或炭黑， 以及大约2%至大约12%重量百分比的其它成分。所述"其它成分"包括上述的"硫化包"， "硫化包"含有硫、促进剂、活化剂等，另外"其它成分"可以包括应用于制备组合物材料的回 收橡胶中的已知的粘结剂和/或相容剂