專利名稱：超臨界CO₂輔助制備再生橡膠裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及橡膠循環(huán)應(yīng)用領(lǐng)域，廢舊橡膠粉再生加工利用的一種高效、環(huán)保、安全再生方法的一種實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
目前廢舊橡膠制品尤其是汽車輪胎的不斷增加，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅，隨著環(huán)境污染的日益加劇、能源的匱乏和公眾對環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的不斷關(guān)注，世界各國都在積極尋找橡膠原料來源及其代用材料。因此，廢舊橡膠制品尤其是廢舊輪胎的回收利用，已經(jīng)成為橡膠工業(yè)中非常重要的課題之一，而橡膠再生逐步成為廢舊橡膠制品回收的重要途徑。廢舊橡膠的再生是指利用物理或化學(xué)方法使橡膠交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還原為線型狀態(tài)，即硫-硫(S-S)鍵被重新打開，而盡可能不破壞碳-碳(C-C)鍵，使橡膠具有可重新加工性，并保持或恢復(fù)橡膠的原始物性。經(jīng)過多年的發(fā)展橡膠的再生方法大體上可以分為三類:物理再生方法、化學(xué)再生方法、生物再生方法，以及這些方法的組合。物理再生方法是利用外加能量，如力、熱-力、冷-力、微波、超聲波、射線等的物理再生方法；化學(xué)再生方法是利用化學(xué)助劑，如有機(jī)二硫化物、硫純等的再生方法；利用噬硫細(xì)菌的作用將橡膠粒子表面的硫鍵斷裂的生物再生方法。物理再生方法存在能耗大、效率低、再利用效果差等缺點(diǎn)；化學(xué)再生方法存在環(huán)境污染嚴(yán)重、容易產(chǎn)生有毒氣體，操作危險(xiǎn)。生物再生的方法也只是處于研究階段，并未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。JP2000095895公開了一種利用親核試劑對硫化膠進(jìn)行再生的方法，該發(fā)明將硫化橡膠在超臨界C02中與親核試劑混合后加熱，使其再生。但該方法存在橡膠再生不完全，溫度高、能耗大、得到的再生膠分子量小，再利用性能差等缺點(diǎn)。CN101503525B公開了一種通過向高壓釜中加入干冰的方法來實(shí)現(xiàn)超臨界條件，在此條件下進(jìn)行輔助滲透和脫硫，具有低能耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)。此發(fā)明只是利用了超臨界CO2輔助滲透和擴(kuò)散，而剪切作用是在高壓釜外進(jìn)行的，而非超臨界CO2條件下施加剪切。CAN142:412727公開了一種超臨界二氧化碳條件下，用去交聯(lián)試劑二苯基二硫化物(DD)浸入異戊橡膠中使橡膠再生的方法。該方法也是僅利用了超臨界CO2的溶漲、滲透和擴(kuò)散。反應(yīng)過程中也未施加剪切作用，速度慢，再生廢舊橡膠的解聚不完全。

實(shí)用新型內(nèi)容一種超臨界CO2輔助制備再生橡膠裝置，該裝置包括可承受壓力的腔室、在腔室內(nèi)的剪切嚙合元件、超臨界流體輸送裝置、快速釋壓閥、加熱器、熱電偶、溫度控制器、壓力傳感器、壓力顯示器、轉(zhuǎn)軸、密封圈、轉(zhuǎn)速控制器，其特征在于超臨界流體輸送裝置與可承受壓力的腔室連接，剪切嚙合元件裝于腔室內(nèi)，與轉(zhuǎn)軸相連，密封圈位于轉(zhuǎn)軸與腔室連接處，加熱器與腔室外側(cè)壁面相連，壓力傳感器、熱電偶、快速釋壓閥分別與腔室相連，溫度控制器與熱電偶相連，所述剪切嚙合元件是螺桿、嚙合塊或轉(zhuǎn)子中的一種或它們的組合。本實(shí)用新型的目的是為了解決上述方法和設(shè)備的不足而提供的一種高效、環(huán)保的再生膠制備裝置。利用超臨界CO2的滲透和擴(kuò)散能力協(xié)助分散脫硫劑等助劑，利用壓力的快速釋放使膠粉粒子膨脹。將膨脹后的膠粉粒子進(jìn)一步在超臨界CO2作用下，施加剪切作用，進(jìn)一步加快各種助劑在廢舊膠粉內(nèi)部的滲透和擴(kuò)散，在壓力、溫度、剪切、及脫硫劑的協(xié)同作用下，打開橡膠的雙硫鍵，實(shí)現(xiàn)廢舊橡膠的脫硫再生。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:(I)通過裝置剪切嚙合元件作用，在超臨界CO2的條件下，可協(xié)助脫硫劑等助劑滲透到廢舊膠粉內(nèi)部，提高其滲透擴(kuò)散速率。(2)經(jīng)過快速釋壓、膨脹及剪切元件的剪切作用，進(jìn)一步加快脫硫劑等助劑在膠粉內(nèi)部的滲透擴(kuò)散，硫化網(wǎng)絡(luò)破壞，實(shí)現(xiàn)廢舊膠粉的再生。(3)可以通過調(diào)節(jié)腔室溫度、超臨界CO2壓力、剪切元件的剪切速率、剪切元件的構(gòu)型、反復(fù)剪切及釋壓的次數(shù)來調(diào)節(jié)再生膠的脫硫效果，調(diào)控制備性能不同的再生膠。(4)適應(yīng)范圍廣，該裝置除了可以采用超臨界0)2外，還可以采用其他超臨界流體，可以采用不同的工藝參數(shù)，和剪切元件的構(gòu)型來適應(yīng)多種硫化橡膠及熱塑性彈性體的脫硫再生，如天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、順丁橡膠(BR)、聚異戊二烯橡膠(IR)、丁基橡膠(IIR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、三元乙丙橡膠(EPDM、EPM)、熱塑性彈性體(TPE、TPU、TPV)、聚丁二烯(PB)、聚異丁烯(PIB)、聚酯橡膠、異戊二烯-丁二烯共聚物、丙烯酸彈性體、硅橡膠(Q)、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚硫橡膠(T)等，以及上述橡膠及彈性體的混合物等。

圖1為本實(shí)用新型超臨界CO2輔助廢舊膠粉脫硫裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為嚙合元件結(jié)構(gòu)示意圖,但不僅限于此種結(jié)構(gòu)及組合。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖說明，該裝置包括可承受壓力的腔室7、在腔室內(nèi)的剪切嚙合元件10、超臨界流體輸送裝置1、快速釋壓閥12、加熱器11、熱電偶6、溫度控制器9、壓力傳感器5、壓力顯示器8、轉(zhuǎn)軸4、密封圈3、轉(zhuǎn)速控制器2，超臨界流體輸送裝置與可承受壓力的腔室連接，剪切嚙合元件裝于腔室內(nèi)，與轉(zhuǎn)軸相連，密封圈位于轉(zhuǎn)軸與腔室連接處，加熱器與腔室外側(cè)壁面相連，壓力傳感器、熱電偶、快速釋壓閥分別與腔室相連，溫度控制器與熱電偶相連。實(shí)驗(yàn)時(shí)，已在其內(nèi)放置有軟化劑、脫硫劑的高壓剪切腔室7內(nèi)放入一定量的廢舊膠粉，也可是在高壓剪切腔室7內(nèi)放入預(yù)混了軟化劑、脫硫劑等助劑的廢舊膠粉，在一定的溫度、超臨界CO2壓力、剪切速率作用下廢舊膠粉在剪切元件10間反復(fù)進(jìn)行擠壓、嚙合、剪切，而后通過快速釋壓閥12可以獲得一定的壓力釋放速率，膠粉膨脹，獲得再生橡膠；或在一定的溫度、超臨界C02壓力、剪切速率作用下廢舊膠粉在剪切元件10間反復(fù)進(jìn)行擠壓、嚙合、剪切，而后通過快速釋壓閥12可以獲得一定的壓力釋放速率，膠粉膨脹，超臨界CO2的壓力釋放完畢后，繼續(xù)向高壓剪切腔室7內(nèi)通入一定壓力的CO2，進(jìn)一步在剪切元件10的作用下擠壓、嚙合、剪切，反復(fù)重復(fù)此過程直至獲得再生橡膠。根據(jù)具體的廢舊膠粉種類及對再生膠的性能要求，調(diào)節(jié)此過程的時(shí)間、擠壓、剪切、嚙合、膨脹作用過程中的參數(shù)及重復(fù)操作的次數(shù)。最后得到所需要求的再生橡膠。I為超臨界CO2恒壓輸送系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)不同的超臨界CO2壓力，可以通過閥13向高壓剪切腔室7內(nèi)供應(yīng)恒定壓力的超臨界CO2。2為轉(zhuǎn)速控制器，可以調(diào)節(jié)剪切元件的轉(zhuǎn)速。3為密封圈，保證高壓剪切腔室7內(nèi)的壓力不會(huì)損失。4為轉(zhuǎn)軸，其上帶有反向螺紋，防止物料進(jìn)入軸的縫隙內(nèi)。5為壓力傳感器，通過顯示器8可以顯示高壓剪切腔室7內(nèi)的壓力及釋放的速率。6為熱電偶，通過溫度控制器9可以顯示和控制加熱器11提供的高壓剪切腔室7內(nèi)的溫度。7為對開式高壓剪切腔室(或稱為料筒)，可以打開取料和放料。10為剪切元件，可以根據(jù)不同的物料要求，更換不同構(gòu)型的剪切元件。12為快速釋壓閥。
權(quán)利要求1.一種超臨界CO2輔助制備再生橡膠裝置，該裝置包括可承受壓力的腔室(7)、在腔室內(nèi)的剪切嚙合元件(10)、超臨界流體輸送裝置(I)、快速釋壓閥(12)、加熱器(11)、熱電偶(6)、溫度控制器(9)、壓力傳感器(5)、壓力顯示器(8)、轉(zhuǎn)軸(4)、密封圈(3)和轉(zhuǎn)速控制器(2)，其特征在于超臨界流體輸送裝置與可承受壓力的腔室連接，剪切嚙合元件裝于腔室內(nèi)，與轉(zhuǎn)軸相連，密封圈位于轉(zhuǎn)軸與腔室連接處，加熱器與腔室外側(cè)壁面相連，壓力傳感器、熱電偶、快速釋壓閥分別與腔室相連，溫度控制器與熱電偶相連，所述剪切嚙合元件是螺桿、嚙合塊或轉(zhuǎn)子中的一種或它們的組合。
專利摘要本實(shí)用新型為超臨界CO2輔助制備再生橡膠裝置，通過將超臨界CO2通入該裝置帶有剪切嚙合元件的腔室中，利用超臨界流體的滲透及溶漲作用，在剪切嚙合元件的擠壓、剪切作用下協(xié)助脫硫劑擴(kuò)散進(jìn)廢舊膠粉內(nèi)部，使廢舊膠粉的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)斷裂，實(shí)現(xiàn)廢舊膠粉的再生利用。此裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、各項(xiàng)參數(shù)調(diào)節(jié)方便、節(jié)省原材料、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適于實(shí)驗(yàn)研究。
文檔編號(hào)C08L17/00GK202968449SQ20122064251
公開日2013年6月5日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者高長云, 辛振祥, 趙冬梅, 陳秀霞, 譚欽艷, 冷秀江 申請人:青島科技大學(xué), 中膠橡膠資源再生有限公司