专利：一种可以代替黑色炭黑的活性二氧化硅填料

摘要:

近年研发成功的超声波脱硫法制再生胶具有高效、环保、产品质量高等优点，已受到广泛关注。美国阿克隆（AKRON）大学已开发出一种将超声波场集中在挤出机中使废橡胶脱硫，本文阐述了超声波脱硫生产再生橡胶的原理，实验工艺条件及再生橡胶的物理性能，超声波脱硫的实验装置及工业化装置，及我们的小试情况。超声波脱硫具有高效、节能、环保无污染，是最新科学技术应用于再生橡胶行生产。

关键词:

超声波，脱硫，再生橡胶

一、概况

废橡胶脱硫生产再生橡胶的方法很多，各种方法都需要将废橡胶破碎、细碎、脱硫、精炼等4个阶段，其中脱硫是最主要的工序。脱硫工艺有多种方式：目前我国以高温动态脱硫为主，近几年研发成功螺旋式常压高温连续脱硫及微波脱硫，本文介绍超声波常压连续脱硫生产再生橡胶及生产活化胶粉的工艺及装备。

近年出现的超声波脱硫法具有高效、环保、产品质量高等优点，已受到广泛关注。美国阿克隆（AKRON）大学已开发出一种将超声波场集中在挤出机中使废橡胶脱硫，所用挤出机长径比(L/D)为24的塑料加工挤出机，而超声波脱硫反应装置由換能器、倍增器、扬声器、压力和温度测量仪及口型等部件组成，而其相对于挤出机出料段的配置有呈直角或反向同轴两种方式。故来自挤出机的，经受剪切和挤压，甚至加热的废橡胶粉可进入超声波脱硫反应装置内，与扬声器接触，再通过可调缝隙和口型挤出已脱硫的胶粉。上述換能器是一种可将电能转換成超声波能的装置，倍增器则将声能扩大，且通过扬声器作用于废胶粉上，使之空穴化，，这种局部能量会产生惊人的效果，破坏硫化胶中能量比C-C键低的C-S键和S-S键，从而有选择的破坏橡胶三维网络结构，而不是大分子键断裂。为此人们进行了大量的试验，并给出了肯定的答案并发明了相应的装置。如对天然橡胶施以50KHz的超声能量，10分钟可获得优良的再生橡胶，硫化后的再生橡胶的物理机械性能与原胶料相近。[1,2]

超声波场可在多种介质中产生高频伸缩应力,

高振幅振荡波能引起固体碎裂和液体空穴化,

超声波在溶液中引发高聚物降解已得到广泛研究。溶液的声波空穴作用伴随有微小共振泡的快速移动,

它被认为与大分子的断裂有关。声波的空穴作用和大分子的裂解也可以在聚合物熔化时观察到。

近几年,Suslink与其合作者在超声波对流体影响的机理方面取得了重大进展,

特别是他们发现高能超声波可引起液体空穴化,

使液体局部温度高达5500C,

局部压力达几千巴,

而且这一过程的发生只需不到千分之－秒的时间。现在的问题是能否在超声波作用下实现连续脱硫。也许利用声波空穴作用机理可将超声波的能量集中于分子键的局部位置。可使较低能量密度的超声波场在破坏空穴处转变为高能量密度。这种局部的能量集中会产生惊人的效果,

例如,

用这种能量来破坏化学键。超声波这种可以产生局部影响的特性最适合于引发橡胶脱硫过程,

因为硫化橡胶C-S键的键能比C-C键低。[4,5]

研究中采用了几种橡胶进行超声波脱硫实验,

包括由SBR

和NR并用组成的废轮胎胶粉、NBR、氟橡胶和过氧化物硫化的乙烯-醋酸乙烯共聚物。实验表明,

利用超声波可连续进行橡胶的脱硫或解交联。

研究采用SBR和未分级的废轿车和载重汽车轮胎的胎面和胎侧胶粉(GRT)作为实验胶,

对脱硫橡胶和再硫化胶的不同结构、流变特性和物理机械性能进行了研究,

并且提出了一种可能的超声波脱硫机理。

废橡胶应用超声波脱硫的装置和连续脱硫工艺，这种脱硫方法适用于各种橡胶和塑料。脱硫是在一定的超声波振幅、压力和温度条件下进行的。脱硫过程无溶剂、简单、快速且效率高,

可以在几秒或更短的时间内破坏橡胶的三维网状结构。脱硫后的胶变软,

因而跟未硫化橡胶一样,

易于再加工、成型和再硫化。其硫化胶具有较好的物理机械性能,

可用于生产各种橡胶制品。能较好地解决废橡胶循环利用这一重大环境和社会问题。

硫化橡胶脱硫过程除了破坏三维网状结构外,

也导致了大分子链C--C

键的断裂,

因此还有必要进一步研究,

以提高超声波脱硫的选择性,

使之有选择地破坏化学键,

这样可提高再生胶的物理性能。

二、实验一

[1,2]

美国阿克隆（AKRON）大学以天然橡胶和丁苯橡胶作实验，首先按表1[1]的配方制成硫化胶，然后再按常温和低温粉碎法分别制成10目、30目60目80目的胶粉，再分别作超声波脱硫，制成再生橡胶，最后再分别硫化后测其性能，其....