專利名稱：由工程回收橡膠粉末制備的熱固性組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制備結構組分的組合物材料，以及制備所述組合物材料的方法。尤其是，本發(fā)明實施例涉及利用工程回收橡膠粉末制備的熱固性組合物材料。已經(jīng)出現(xiàn)了多種用于粉碎廢棄橡膠制品，例如輪胎，的工藝和方法，其中，廢棄橡膠制品剪切至能夠重新用于制備新橡膠制品的尺寸，這種顆粒形式的橡膠產(chǎn)品也被稱為橡膠屑或橡膠粉末。橡膠粉碎工藝和設備必須克服橡膠的高彈性，實際上，橡膠產(chǎn)品在環(huán)境溫度下磨碎或切碎產(chǎn)生足夠的熱，所得橡膠顆粒相對是非反應形的，另外，這種工藝生產(chǎn)的橡膠屑包括更大的和不均勻的顆粒尺寸。然而這種工藝制備的橡膠屑，用來制造新的橡膠制品是便宜和經(jīng)濟的，但這種橡膠屑不能用來制成“橡膠基”產(chǎn)品，即，橡膠屑本質上被用作填充材料，因為橡膠聚合物不能與其它聚合物交聯(lián)。實際上，橡膠屑在工業(yè)組合物和產(chǎn)品中，已被用作第二成分，并未被用作主要基礎聚合物，根據(jù)其設計復合物，其它添加劑和組分也被添加。一般商業(yè)上工業(yè)材料中用量在19Γ15%范圍內(nèi)。這種例子中，橡膠屑被用作基礎聚合物的非技術填料，例如，加入更多橡膠屑將明顯降低組合物材料的抗拉強度。由于它不能夠化學鍵合，一些現(xiàn)有技術組合物設計為引入塑料作為基礎聚合物，并利用擠出模壓技術以將橡膠屑封裝，另外，過去使用的熱塑性彈性體(TPE’s)具有差的耐化學和耐熱性，以及低的熱穩(wěn)定性，這種TPE’ s常常在高溫下軟化或熔融，聚合鏈降解。使得組合物材料不能使用。已經(jīng)出現(xiàn)了其它粉碎橡膠制品的工藝，據(jù)此，某些工藝的步驟被熱力學控制。gp，橡膠顆粒溫度被控制或保持在足夠低的溫度，因此，橡膠在工藝過程中的溫度不會升高至導致彈性性能被破壞的玻璃化轉變溫度之上。這種工藝能夠生產(chǎn)具有較小的顆粒尺寸和更均一的顆粒尺寸分布的橡膠屑粉末。另外，橡膠屑顆粒更具潛在的于其它聚合物的反應性和交聯(lián)鍵合能力。然而，目前的工藝、方法或設備還沒有發(fā)展到利用這一技術來生產(chǎn)被模壓或配置用做功能和結構組分的組合物材料。提供一種組合物材料，其包括作為基礎材料的工程回收橡膠顆粒用來制備結構組分如鐵路枕軌，是尤其有利的，由于發(fā)展中國家在惡劣的氣候(極熱/冷、潮濕、UV/陽光、昆蟲)下建造它們的交通基礎設施，更持久技術材料需要被使用以在長時間中和前期融資成本，和降低維護成本，這種組合物材料的應用能夠克服在遠程位置維護軌道的困難和降低廢物處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種實施例包括一種熱固性組合物材料，其組合了工程回收橡膠顆粒(ERRP)作為基礎聚合物和主要組分，其中還加入了補充成分，以增強和改善希望的機械和物理性能。一般重量包括30%重量分數(shù)的ERRP，或更多，一般范圍在609^90% ;混合有熱固性彈性結合剤。這種混合物在預定壓力和溫度下，被施加模壓壓力，以形成熱固性組合物材料，其可用于例如鉄路枕軌的結構組分。因為所述組合物材料引入ERRP作為技術基礎聚合物，所述ERRP代表每磅最終組合物材料的最大花費，由于添加劑可以按照特定方式和預定時間被組合并復合進ERRP’ s的エ藝中，組合物的性能被增強。熱固性組合物材料實施例并不僅僅允許鉄路枕軌滿足エ業(yè)要求，也允許使用目前使用的相同設備和更快的裝備的安裝，以方便的鉄路。所述熱固性組合物材料被利用材料制備，并被制造以降低碳，相比于其它諸如木材、混凝土、塑料和其它組合物材料。


圖1為描述制備熱固性組合物材料的エ藝流程 圖2為含有所述熱固性組合物材料的鉄路枕軌頂部視 圖3為圖2的鐵路枕軌底部視圖。
具體實施例方式本發(fā)明熱固性組合物材料的ー種實施例是利用回收的硫化橡膠屑粉末、優(yōu)選為エ程回收橡膠粉末(“ERRP”)，以及熱固弾性粘結劑制備的。所述混合物被混合形成各組分均一的混合物，然后在足夠的熱和壓カ下模壓一定保留時間，形成組合物材料。在一個實施例中，所述熱固弾性粘結劑是ー種未硫化橡膠(優(yōu)選地以顆粒形式提供)，復合有ー種“硫化包”，以利于在受熱和壓力作用時橡膠的交聯(lián)。在另ー個實施例中，所述混合物可以含有與聚氨酯或聚脲樹脂復合的ERRP，在承受熱和壓力作用時也能夠提供熱固性組合物材料。在另ー個實施例中，模壓組合物材料具有作為諸如鉄路枕軌的結構組分所希望的性能，如密度、抗拉強度、硬度和抗彎強度。所述ERRP或硫化橡膠顆?？梢岳靡阎磨ㄋ?，如美國專利US5588600、7093781和7108207描述的粉碎顆粒橡膠的已知方法來生產(chǎn)，其通過引用被組合。這些方法包括在粉碎橡膠前，在低溫下冷卻或冷凍橡膠顆粒的步驟，這種橡膠屑粉末包括上述引用的ERRP，并可以被稱為低溫造粒橡膠粉末，這種橡膠屑粉末表現(xiàn)出一致的表面，適用于表面間的粘合和出色的機械性能，在制備組合物材料エ藝中。實際上，橡膠粉末的應用能夠降低昂貴改性劑的需要。本發(fā)明還擬覆蓋任意ERRP或硫化橡膠顆粒，其在熱控制，如在粉碎エ藝的磨碎步驟或其它步驟中控制溫度條件下被制造，因此，術語“熱控制造粒橡膠”在此被使用，意味著任意硫化橡膠屑或顆粒形態(tài)的橡膠產(chǎn)品，其在熱控制、如橡膠溫度保持低于對橡膠物理或機械性能有不利影響的預定溫度條件下被制造。 所述未硫化橡膠組分可以是被設計用于生成橡膠產(chǎn)品、如輪胎的廢橡膠，但是，所述橡膠被由于不能滿足エ業(yè)需要而被廢棄。所述廢橡膠通常也被稱為“再生橡膠”，當使用再生橡膠或未交聯(lián)橡膠時，硫化劑被加入以帶來未硫化橡膠的硫化。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，組合有添加剤，如促進劑、活化劑如氧化鋅、硬脂酸、抗降解劑和/或抗氧化劑。所述“硫化包”為未硫化橡膠(或者是天然橡膠或者是丁苯橡膠(SBR))提供交聯(lián)，以穩(wěn)定所述熱固性組合物材料。另外，一種解聚硫化橡膠，也被稱為焦化黑，一般由廢棄輪胎解聚制備，也可以被加入到混合物兩種實施例的一種中，在可替代的實施例中，或者替代使用焦化黑，炭黑可以被使用，炭黑是一種無定形碳，具有高的表面積/體積比例。本發(fā)明實施例在表I中闡述，但是本發(fā)明并不限制為這些實施例，并可以包括不同濃度或不同濃度范圍的組合物或混合物的組分。
權利要求
1.一種熱固性組合物材料，包括 一種基本上均勻的一定量硫化回收的橡膠顆粒的混合物，所述橡膠顆粒包括預定比例的不同顆粒尺寸，以及一種加入到所述硫化橡膠顆粒中的熱固彈性粘結劑； 一種混合物，包括大約30%至大約97%重量百分比的硫化回收的橡膠顆粒，所述混合物在預定溫度和壓力下，模壓一定保留時間，形成所述組合物材料；以及 其中，選擇不同橡膠顆粒尺寸的比例，因此所述組合物具有期望的性能或在期望的密度范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，所述熱固彈性粘結劑為未硫化橡膠材料以及一種或多種硫化劑，硫化劑被提供以實現(xiàn)在所述混合物實施加熱加壓一定保留時間的時候，所述未硫化橡膠材料的交聯(lián)。
3.根據(jù)權利要求2所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物包括大約30%至70%重量百分比的硫化橡膠顆粒。
4.根據(jù)權利要求3所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物含有大約40%至50%重量百分比的硫化橡膠顆粒。
5.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物還包括解聚的硫化橡膠材料和/或無定形碳材料。
6.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，所述粘結劑選自由熱固性聚氨酯或熱固性聚脲組成的組。
7.根據(jù)權利要求6所述的組合物材料，其特征在于，所述化合物包括大約3%至15%重量百分比的粘結劑以，其余為硫化橡膠顆粒。
8.根據(jù)權利要求7所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物包括大約5%至10%重量百分比的粘結劑以，其余為硫化橡膠顆粒。
9.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物在大約IOOOpsi至大約5000ps1、大約200° F至大約350° F溫度范圍內(nèi)，實施模壓，保留時間為大約3至10分鐘。
10.根據(jù)權利要求9所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物在大約4500ps1、大約350° F溫度范圍內(nèi)，實施模壓，保留時間為大約7至10分鐘。
11.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，所述硫化橡膠顆粒的顆粒尺寸為大約20目至大約60目。
12.根據(jù)權利要求11所述的組合物材料，其特征在于，所述硫化橡膠顆粒的顆粒尺寸為大約30目至大約40目。
13.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，所述組合物材料密度為從45Ib/ft3 至大約 80 lb/ft3。
14.根據(jù)權利要求13所述的組合物材料，其特征在于，所述組合物材料密度為從60lb/ft3 至大約 70 lb/ft3。
15.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物的模壓被實施以制備鐵路枕軌。
16.根據(jù)權利要求1所述的組合物材料，其特征在于，不同硫化橡膠顆粒的比例包括-20目大約25%、-40至+60目大約25%、-80目大約50%。
17.一種熱固性組合物材料，包括 一種基本上均勻的一定量硫化回收的橡膠顆粒的混合物，所述橡膠顆粒通過在不超過橡膠產(chǎn)品玻璃化轉變溫度的一定溫度下降橡膠制品粉碎得到；以及一種加入到硫化橡膠顆粒中的熱固彈性粘結劑； 其中，所述混合物包括大約30%至97%重量百分比的硫化回收橡膠顆粒，所述橡膠顆粒的顆粒尺寸不超過20目；以及 所述混合物在至少IOOpsi和至少200° F溫度下模壓一定保留時間，形成所述組合物材料。
18.根據(jù)權利要求16所述的組合物材料，其特征在于，所述混合物在大約4500psi和大約350° F溫度下實施模壓。
19.根據(jù)權利要求17所述的組合物材料，其特征在于，所述熱固彈性粘結劑為顆粒狀未硫化橡膠，以及一種或多種硫化劑。
20.根據(jù)權利要求17所述的組合物材料，其特征在于，所述熱固彈性粘結劑為熱塑性聚氨酯或聚脲。
21.—種制備熱固組合物材料的方法，包括 將一定量的硫化回收的橡膠顆粒與熱固彈性粘結劑混合得到基本上均勻的混合物，所述橡膠顆粒包括預定比例的不同顆粒尺寸；以及 在預定壓力和溫度下，對所述混合物施加模壓一定保留時間。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于，不同顆粒尺寸的比例包括-20目大約25%、-40至+60目大約25%、-80目大約50%。
23.—種制備熱固組合物材料的方法，包括 將一定量的硫化回收的橡膠顆粒與熱固彈性粘結劑混合得到基本上均勻的混合物，所述混合物包括30%至97%重量百分比的硫化橡膠顆粒；以及 在預定壓力和溫度下，對所述混合物施加模壓一定保留時間，因此所述熱固組合物材料具有期望的密度、或落入期望密度范圍內(nèi)的密度。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，還包括將所述混合物擠出得到期望擠出的成分，并將擠出的成分置入模具，然后實施模壓壓力和溫度。
25.根據(jù)權利要求23所述的方法，其特征在于，實施模壓壓力的步驟包括實施大約45000psi的壓力、大約350° F的溫度、保留時間大約7至10分鐘。
26.根據(jù)權利要求23所述的方法，其特征在于，所述彈性粘結劑包括未硫化橡膠材料、以及一種或多種硫化劑，因此，所述未硫化橡膠材料在實施模壓壓力時進行硫化。
27.根據(jù)權利要求26所述的方法，還包括將所述混合物置于模具中，在模具中實施模壓壓力，以生產(chǎn)鐵路枕軌的步驟。
28.根據(jù)權利要求23所述的方法，其特征在于，所述熱固彈性粘結劑包括熱固聚氨酯或熱固聚脲。
29.一種由熱固組合物材料生產(chǎn)的鐵路枕軌，包括 一種基本上均勻的一定量硫化回收的橡膠顆粒的混合物，所述硫化橡膠顆粒包括預定比例的不同顆粒尺寸，以及加入到所述硫化橡膠顆粒中的熱固彈性粘結劑； 所述混合物包括大約30%至97%重量百分比的硫化回收橡膠顆粒，所述混合物在大約350° F的預定溫度、45000psi壓力下實施模壓一定保留時間，形成組合物材料； 其中，不同橡膠顆粒尺寸的比例被選擇，因此所述組合物材料具有大約60 lb/ft3至70lb/ft3的期望密度。
30.根據(jù)權利要求29所述的鐵路枕軌，還包括長的結構，包括平行的頂部和底部表面，以及兩個平行的側面，其中，在一個或兩個側面、以及底面形成槽。
全文摘要
一種熱固性組合物材料，用于制造包括鐵路枕軌的結構組分，包括一定量硫化橡膠顆粒的、基本上均勻的混合物，所述橡膠顆粒包括預定比例的不同顆粒尺寸；以及一種熱固性彈性粘結劑，加入到硫化橡膠顆粒中。所述混合物可以包括大約30%至大約90%重量百分比的硫化橡膠顆粒，所述混合物在預定溫度和壓力下模壓一段停留時間，形成所述組合物材料。選擇不同顆粒尺寸的橡膠顆粒的比例，以使所述組合物材料具有希望的密度或者在希望的密度范圍內(nèi)。
文檔編號C08J11/04GK103038278SQ201180037341
公開日2013年4月10日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權日2010年6月4日
發(fā)明者彼得·瓦茲尼斯, 安東尼·M·恰洛內(nèi), 邁克爾·格拉布 申請人:恩塞爾復合材料有限責任公司