[發明專利]一種雙階低剪切同向雙螺桿連續制備高性能塑化膠粉的方法

有效

• 申請號: 201810286503.8
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108638476B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 張立群;陸濤;任冬云;史金煒;王杰;張嘉麟
• 申請（專利權）人: 南京綠金人橡塑高科有限公司
• 主分類號: B29C48/40
• 分類號: B29C48/40;B29C48/505;B29C48/68;B29C48/80;B29C48/84;C08L17/00;C08L91/00;C08J11/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種利用低剪切的雙階同向雙螺桿連續制備高性能塑化膠粉的方法，屬于廢舊橡膠循環再利用領域。利用兩臺串聯的部分嚙合同向雙螺桿，將與軟化劑、活化劑均勻混合的膠粉輸送至第一階塑化同向雙螺桿擠出機中，利用筒壁和螺桿芯軸的良好傳熱及部分嚙合低剪切螺桿的混合作用，完成膠粉的選擇性斷鏈，實現膠粉快速均勻的塑化再生過程，塑化好的高溫膠粉垂直落入第二階冷卻同向雙螺桿，同樣利用同向雙螺桿設備良好的傳熱效果完成塑化膠粉的冷卻輸送過程。部分嚙合同向雙螺桿的低剪切防止了塑化膠粉對螺桿的粘黏，具有一定的自清潔功能，制備過程均是密閉隔氧，所得的塑化膠粉具有高的力學性能及低的門尼粘度反彈；設備安全連續且產品質量穩定性好。

技術領域：

本發明涉及一種雙階低剪切同向雙螺桿連續制備高性能塑化膠粉的裝置及工藝方法，屬于廢舊橡膠循環再利用領域。

背景技術

我國一直是橡膠資源尤其是天然橡膠的消耗大國，且長期依賴于進口，而與此同時，以輪胎為主的廢舊橡膠制品量也在逐步增大，據中國輪胎循環利用協會統計，到2015年我國廢舊橡膠輪胎的產量約為3億條，重量合1000萬噸以上。如何高效地實現廢舊橡膠的循環再利用會極大的降低我國橡膠資源對外依存度，同時對環境的保護也具有非常重大的意義。

目前，再生膠行業普遍采用動態脫硫罐(高溫高壓法)作為膠粉的塑化裝置，生產過程不連續且會造成大量二次污染。近年來，隨著國家和公眾環保意識的不斷加強，環保法規和措施不斷完善，工信部在2016年7月18日印發的《重點行業揮發性有機物減排行動計劃》中，強調到2018年前再生膠行業執行徹底淘汰傳統動態脫硫罐，全面推廣常壓連續脫硫生產工藝。因此，再生膠行業逐漸引入了螺旋或螺桿式的密閉連續的生產方式，實現了污染物的集中排放處理的環保方案。

陶國良等(CN 101418082 A廢橡膠綠色脫硫工藝方法)將膠粉顆粒輸送至雙螺桿擠出機中，利用擠出機的壓縮剪切區的高溫、高壓和剪切共同作用，實現交聯鍵的斷裂從而得到塑化膠粉。經過大量的文獻調研發現，利用S-S鍵、C-S鍵的鍵能和化學鍵的彈性系數均比C-C鍵的要低，可以分別使用熱化學作用或機械剪切實現膠粉斷開S-S交聯鍵，但交聯鍵的數量相比于主鏈上C-C鍵是非常少的，因此靠機械剪切斷開交聯鍵的選擇性太低，且過多的主鏈斷裂必然會引起塑化膠粉力學性能的下降，其次剪切區形成的高壓達到20～80MPa對設備的材質和安全性提出很高的要求。

張興和(CN 103601914 A)利用4個并聯的螺旋裝置完成膠粉的塑化和冷卻過程。膠粉在塑化后將具有高分子材料特有了彈性和粘性，粘性響應極易在螺旋等設備上形成殘料，進而發生粘堵問題，雖然近年來，鄭祖祥等(CN 103341921 A)一種雙螺旋異步橡膠粉連續塑化裝置)有效改善了螺旋的堵料問題，但螺旋中的物料由于沒有較強的擠壓作用，因而膠料的熱傳導效果不理想，必然導致螺旋膠粉層存在塑化的不均勻，未塑化好膠粉難于受剪切破壞而以硬質顆粒狀態存在于再生膠中，進而形成應力集中點大幅降低膠料的力學性能，塑化不均勻的膠粉同樣也會導致再生膠出現較大程度的門尼粘度反彈。

利用螺旋或螺桿擠出機雖然實現了膠粉塑化過程的連續和環保，且操作工藝也簡單安全，但它們目前的技術問題大幅影響了塑化膠粉及再生膠的力學性能，降低產品的附加值及經濟效益，同時也是對橡膠資源的一種浪費。綜上分析認為膠粉的塑化應該利用S-S鍵或C-S鍵能低于C-C鍵的機理，即通過熱化學作用來選擇性地斷開交聯鍵來實現膠粉脫硫塑化，避免大量主鏈C-C鍵的斷裂，影響塑化膠粉的力學性能。熱化學的關鍵在于高效且均勻對膠粉的傳熱，膠粉是熱的不良導體，沒有擠壓作用膠粉顆粒的熱傳導效應很低，良好的傳熱方式是保證膠粉均勻脫硫，獲得高性能的塑化膠粉的前提。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有螺旋或螺桿傳熱不均勻引發膠料中存在大量硬質顆粒和高剪切雙螺桿對膠粉主鏈C-C鍵嚴重破壞的缺點，提供一種環保、安全地低剪切同向雙螺桿連續制備高性能塑化膠粉的方法。