由工程回收橡膠粉末制備的熱固性組合物的制作方法
【專利說明】
[0001] 交叉引用相關(guān)申請 本申請要求2010年6月4日申請的臨時申請61/351,369的權(quán)利，并且在此將其整體引用 組合。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于制備結(jié)構(gòu)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。
【背景技術(shù)】
[0003] 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 膠肩或橡膠粉末。橡膠粉碎工藝和設(shè)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(yīng)形的，另外，這種工藝生產(chǎn)的橡 膠肩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肩，用來制造新的橡膠制 品是便宜和經(jīng)濟(jì)的，但這種橡膠肩不能用來制成"橡膠基"產(chǎn)品，即，橡膠肩本質(zhì)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)。
[0004] 實際上，橡膠肩在工業(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(chǔ) 聚合物，根據(jù)其設(shè)計復(fù)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 1 %~15%范圍內(nèi)。這種例子中，橡膠肩被用作基礎(chǔ)聚合物的非技術(shù)填料，例如，加入更多橡 膠肩將明顯降低組合物材料的抗拉強(qiáng)度。
[0005] 由于它不能夠化學(xué)鍵合，一些現(xiàn)有技術(shù)組合物設(shè)計為引入塑料作為基礎(chǔ)聚合物， 并利用擠出模壓技術(shù)以將橡膠肩封裝，另外，過去使用的熱塑性彈性體(TPE's)具有差的耐 化學(xué)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。
[0006] 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(xué)控制。即， 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(dǎo)致彈性性能被破壞的玻璃化轉(zhuǎn)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肩粉末。另外，橡膠肩顆粒更具潛在的于其它聚合物的反應(yīng)性 和交聯(lián)鍵合能力。然而，目前的工藝、方法或設(shè)備還沒有發(fā)展到利用這一技術(shù)來生產(chǎn)被模壓 或配置用做功能和結(jié)構(gòu)組分的組合物材料。
[0007] 提供一種組合物材料，其包括作為基礎(chǔ)材料的工程回收橡膠顆粒用來制備結(jié)構(gòu)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(chǔ)設(shè)施，更持久技術(shù)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(hù)成本，這種組合物材料的應(yīng)用能夠克服在遠(yuǎn)程位置維護(hù)軌道的困難和降低 廢物處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 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(chǔ)聚合物和主要組分，其中還加入了補(bǔ)充成分，以增強(qiáng)和改善希望的機(jī)械和 物理性能。一般重量包括30 %重量分?jǐn)?shù)的ERRP，或更多，一般范圍在60 %~90 % ;混合有熱 固性彈性結(jié)合劑。這種混合物在預(yù)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，其可用于例如鐵路枕軌的結(jié)構(gòu)組分。
[0009] 因為所述組合物材料引入ERRP作為技術(shù)基礎(chǔ)聚合物，所述ERRP代表每鎊最終組合 物材料的最大花費，由于添加劑可以按照特定方式和預(yù)定時間被組合并復(fù)合進(jìn)ERRP's的工 藝中，組合物的性能被增強(qiáng)。熱固性組合物材料實施例并不僅僅允許鐵路枕軌滿足工業(yè)要 求，也允許使用目前使用的相同設(shè)備和更快的裝備的安裝，以方便的鐵路。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。
【附圖說明】
[0010] 圖1為描述制備熱固性組合物材料的工藝流程圖； 圖2為含有所述熱固性組合物材料的鐵路枕軌頂部視圖； 圖3為圖2的鐵路枕軌底部視圖。
【具體實施方式】
[0011] 本發(fā)明熱固性組合物材料的一種實施例是利用回收的硫化橡膠肩粉末、優(yōu)選為工 程回收橡膠粉末（"ERRP"），以及熱固彈性粘結(jié)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力下模壓一定保留時間，形成組合物材料。在一個實施例 中，所述熱固彈性粘結(jié)劑是一種未硫化橡膠(優(yōu)選地以顆粒形式提供），復(fù)合有一種"硫化 包"，以利于在受熱和壓力作用時橡膠的交聯(lián)。在另一個實施例中，所述混合物可以含有與 聚氨酯或聚脲樹脂復(fù)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 另一個實施例中，模壓組合物材料具有作為諸如鐵路枕軌的結(jié)構(gòu)組分所希望的性能，如密 度、抗拉強(qiáng)度、硬度和抗彎強(qiáng)度。
[0012] 所述ERRP或硫化橡膠顆粒可以利用已知的工藝，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，這種橡膠肩粉末包括上述引用的ERRP，并 可以被稱為低溫造粒橡膠粉末，這種橡膠肩粉末表現(xiàn)出一致的表面，適用于表面間的粘合 和出色的機(jī)械性能，在制備組合物材料工藝中。實際上，橡膠粉末的應(yīng)用能夠降低昂貴改性 劑的需要。
[0013]本發(fā)明還擬覆蓋任意ERRP或硫化橡膠顆粒，其在熱控制，如在粉碎工藝的磨碎步 驟或其它步驟中控制溫度條件下被制造，因此，術(shù)語"熱控制造粒橡膠"在此被使用，意味著 任意硫化橡膠肩或顆粒形態(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(jī)械性能有不利影響的預(yù)定溫度條件下被制造。
[0014]所述未硫化橡膠組分可以是被設(shè)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工業(yè)需要而被廢棄。所述廢橡膠通常也被稱為"再生橡膠"，當(dāng)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，組合有添加劑，如促進(jìn)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。
[0015] 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。
[0016] 本發(fā)明實施例在表1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。
[0017] 表1
' 如所顯示的，混合物被設(shè)計含有大約30%至大約70%重量百分比的未硫化廢棄橡膠，_ 大約20 %至大約50 %重量百分比硫化的工程回收粉末，大約8 %重量分?jǐn)?shù)的焦化黑或炭黑， 以及大約2%至大約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、促進(jìn)劑、活化劑等，另外"其它成分"可以包括應(yīng)用于制備組合物材料的回 收橡膠中的已知的粘結(jié)劑和/或相容劑