橡膠再生還原助劑RV2的應用研究

馬瑞剛，馬亦驍

（河北瑞威科技有限公司，河北 石家莊 050031）

隨著橡膠工業的發展，廢橡膠的回收和循環利用已受到各國環保組織和橡膠行業的廣泛關注。我國廢橡膠利用的主要方式是制成膠粉和再生橡膠，歐美國家主要是將廢橡膠直接燃燒獲取熱能和制成膠粉。將膠粉直接加入橡膠中，膠粉與橡膠的界面結合力較弱，導致膠料的物理性能下降。目前，我國再生橡膠主要采用動態脫硫罐生產，這種生產方式對環境污染嚴重。

橡膠再生還原助劑（簡稱橡膠再生劑）RV2是由幾種高活性的化學物質和內外潤滑劑以及金屬皂類混合物（含有稀土元素）組成，無毒，環保。本工作采用橡膠再生劑RV2將膠粉還原為未硫化膠，即將廢硫化膠的S—S和S—C鍵打開，打斷硫化膠的三維交聯網絡結構而不引起大分子鏈斷裂，以實現廢橡膠的重復使用。這是因為橡膠再生劑RV2對交聯鍵斷裂有很高的選擇性，在硫化膠再生還原過程中不打斷或較少打斷橡膠分子主鏈的C—C鍵，因此再生橡膠具有較好的物理性能，其性能可達到原橡膠的75%～90%。

橡膠再生劑RV2再生還原硫化膠的具體機理是：橡膠再生劑RV2的部分原子與硫化膠中硫原子的孤對電子形成配位鍵，使硫化膠中的S—S和S—C鍵能減弱，在機械剪切力的作用下，這些交聯鍵斷裂，而硫化膠交聯鍵斷裂后的游離基（或自由基）與RV2結合成穩定的物質，阻止橡膠異構化；在再生橡膠硫化時再將硫原子釋放，使硫原子再一次起交聯作用。橡膠再生劑RV2對于硫化膠和焦燒膠料都有效。橡膠制品廢邊料采用橡膠再生劑RV2制成再生橡膠并與原混煉膠摻用，可實現橡膠制品的無廢料生產。

橡膠再生劑RV2還原膠粉的工藝一般是：橡膠再生劑RV2與膠粉或橡膠制品廢邊料在開煉機（或精煉機）上與少量塑煉膠混煉5～8 min，即可壓成膠片，制成再生橡膠。而利用雙螺桿擠出機（經改進）在低于100 ℃的溫度下將廢橡膠再生還原的效率遠高于開煉機。

1 實驗

1.1 主要原材料

RV2橡膠再生劑和混合橡膠加工助劑（含松香樹脂和均勻劑等的粉料），河北瑞威科技有限公司產品；輪胎胎面膠粉（30目），東營鑫興橡塑有限公司產品。

1.2 主要設備與儀器

XK-160型開煉機，新鄉市塑料機械廠有限公司產品；MZ-4010B型無轉子硫化儀、MZ-4016B型門尼粘度計、MZ-3012平板硫化機和PL-2500N型電子拉力機，江都市明珠試驗機械廠產品；RV工藝橡膠自動翻煉機（雙層，4輥，輥速比可調），河北瑞威科技有限公司產品；橡膠高速攪拌塑化機和雙階雙螺桿擠出機（改進型），石家莊卓度橡塑設備有限公司產品。

1.3 配方

（1）天然橡膠（NR）膠粉再生配方

自制NR膠粉的膠料配方：NR，100；炭黑等填料，60；氧化鋅，4；硬脂酸，2；促進劑，1.8；硫黃，2。

橡膠再生劑RV2再生NR膠粉配方如表1所示。

表1 橡膠再生劑RV2再生NR膠粉的配方 份

（2）胎面膠粉再生配方

橡膠再生劑RV2再生胎面膠粉配方為：胎面膠膠粉，100；橡膠再生劑RV2，2.5；混合橡膠加工助劑，2；芳烴油，3。

1.4 工藝

1.4.1 NR膠粉再生

（1）按配方制備NR硫化膠，然后在開煉機上將NR硫化膠破碎至30目。

（2）將NR膠粉和橡膠再生劑RV2等加入高速攪拌塑化機中攪拌及浸潤，使橡膠再生劑RV2均勻包覆于膠粉表面，再浸入膠粉內部，攪拌浸潤溫度分別為50，60，70，80 ℃，攪拌浸潤時間5 min，混合物料排放、冷卻后停放4 h，然后在RV工藝橡膠自動翻煉機上（輥距0.2～0.3 mm）上分別混煉3，5，8，10 min（通過機械剪切力作用使膠粉內部繼續反應，打開S—S和S—C鍵，使膠粉恢復活性），出片。

（3）再生橡膠膠料硫化（直接硫化，不再加硫化劑和促進劑）在平板硫化機上進行，硫化條件為150 ℃×10 min。

1.4.2 胎面膠粉再生

（1）按配方將各組分依次加入橡膠高速攪拌塑化機，攪拌頻率50 Hz，當溫度升至55 ℃左右時降低攪拌頻率，到60 ℃時排料，混合物料冷卻、停放。

（2）將高速攪拌塑化機里排放的混合物料投入雙螺桿擠出機中，然后將雙螺桿擠出機擠出的物料直接投入單螺桿擠出機冷卻，最后單螺桿擠出機擠出膠料。其中，雙螺桿擠出機的機筒螺桿轉速為220 r·min-1，加料斗螺桿轉速為15 r·min-1，機筒7個加熱或冷卻反應區域的溫度均低于100 ℃，實際溫度分別為56，69，75，75，77，75和40 ℃；單螺桿擠出機的機筒螺桿轉速為40 r·min-1。

（3）將單螺桿擠出機擠出的膠料在精煉機（輥溫55 ℃，輥距0.5 mm）上薄通2遍，出片。

（4）再生橡膠膠料硫化在平板硫化機上進行，硫化溫度為150 ℃。

1.5 性能測試

溶脹率測定：將30～50 mg硫化膠試樣置于裝甲苯的稱量瓶中，在30 ℃下浸泡3 d，稱其溶脹平衡后的質量（mb）；溶脹試樣在常溫條件下干燥至恒質量（ma）。試樣溶脹率=［（mb-ma）/ma］×100%。

其余性能按相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 橡膠再生劑RV2對NR膠粉再生效果的影響

2.1.1 橡膠再生劑RV2用量

采用不同用量橡膠再生劑RV2的NR膠粉再生效果如表2所示。從表2可以看出，隨著橡膠再生劑RV2用量增大，NR膠粉再生橡膠的拉伸強度、拉斷伸長率以及溶脹率顯著增大，這說明橡膠再生劑RV2可以打破NR膠粉中的交聯網絡結構，使硫化膠再生。

表2 采用不同用量橡膠再生劑RV2的NR膠粉再生橡膠性能

2.1.2 高速攪拌塑化機攪拌浸潤溫度

將NR膠粉和橡膠再生劑RV2等加入高速攪拌塑化機中，不同攪拌浸潤溫度下NR膠粉的再生效果如表3所示。從表3可以看出：在較高攪拌浸潤溫度（60 ℃）下，再生橡膠的性能較好，這是因為橡膠再生劑RV2更容易浸入膠粉內部，有助于提高膠粉的再生效果；但攪拌浸潤溫度過高，達到70 ℃以上后，膠粉的再生效果降低，這是因為橡膠再生劑RV2部分揮發，因此NR膠粉再生的高速攪拌浸潤溫度為60 ℃較好。

表3 不同攪拌浸潤溫度下NR膠粉再生橡膠性能

2.1.3 RV工藝橡膠自動翻煉機混煉時間

NR膠粉和橡膠再生劑RV2等在高速攪拌塑化機中攪拌及浸潤后，在RV工藝橡膠自動翻煉機上混煉，不同混煉時間的NR膠粉再生效果如表4所示。從表4可以看出，隨著混煉時間延長，再生橡膠的硬度和拉伸強度減小，溶脹率增大，這是因為在混煉初期，在機械剪切力作用下，產生橡膠再生劑RV2斷鏈和交聯網絡破裂雙重現象，而隨著混煉時間延長，橡膠再生劑RV2的有效含量遞減，出現橡膠分子主鏈斷裂現象。綜合而言，NR膠粉再生的混煉時間為5 min較好。

表4 不同混煉時間的NR膠粉再生橡膠性能

2.2 橡膠再生劑RV2與螺桿擠出機結合對胎面膠粉再生效果

2.2.1 再生橡膠性能

采用橡膠再生劑RV2與雙螺桿擠出機和單螺桿擠出機結合再生胎面膠粉，該再生橡膠性能如表5所示。從表5可以看出，再生橡膠的各項性能符合GB/T 13460—2008《再生橡膠》標準。

表5 胎面膠粉再生橡膠性能

2.2.2 胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能

胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能如表6所示。從表6可以看出，與膠粉相比，再生橡膠/NR并用膠的性能優異，這是因為再生橡膠與NR的親和性好。

表6 胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠性能

3 結論

（1）采用橡膠再生劑RV2并通過翻煉機或擠出機的機械剪切作用對NR膠粉和胎面膠粉進行再生，再生橡膠的物理性能較好，胎面膠粉再生橡膠/NR并用膠的性能優異，膠粉再生效果好。

（2）采用橡膠再生劑RV2再生還原膠粉工藝簡單、快捷，投資少，無廢水和廢氣產生，是目前環保的橡膠再生方法。