用微波连续地处理废橡胶粉表面的装置和方法

摘要

一种装置，其通过微波装置连续地处理废橡胶粉表面，从而使其能连续且更有效地处理废橡胶粉的表面。因此，回收橡胶材料具有良好的表面粗糙度和可加工性能，且所述橡胶制品的物理和化学性能都得到了改善。

说明书

技术领域

一般地，本发明涉及一种通过微波连续地处理废橡胶粉表面的装置以及一种用相同微波进行表面处理的方法。更具体地，所述装置和方法连续地并更有效地处理废橡胶粉的表面，因此提供了具有优良的表面粗糙度和可加工性以及改善的物理和化学性质的循环使用的橡胶材料。

背景技术

橡胶通常是通过硫化作用制备的具有弹性的聚合物。由于硫化作用，橡胶具有类似热固性的特性，其使橡胶难以通过熔融进行循环回收。因此，通常使用的回收橡胶的方法是：(i)热或物理地断开其化学键以使其用作原料；或(ii)将橡胶粉碎到合适的尺寸以使其用作填充物或诸如地板材料的低等材料。然而，硫化作用使其很难通过普通的磨削机来粉碎橡胶。而且，由于橡胶具有稳定的硫化结构，一经粉碎后，橡胶对粘合剂或其它橡胶具有极低的界面粘合力。

因此，为对橡胶有效地进行回收有必要对橡胶表面进行活化或脱硫化。已知的活化或脱硫化方法的例子包括：加入脱硫剂的方法；水解方法；电晕放电方法；微波方法；和射频(RF)方法。

然而，上述已知方法使用非连续工艺，因此导致生产率的低下以及生产量引起的表面活化程度的大范围变化等问题。而且，由于非连续工艺，处理效率会因输入或装载橡胶的方法不同而大范围地变化。至少由于上述原因，需要研究一种更有效地处理橡胶表面的方法。

发明内容

本发明的一方面涉及一种用微波连续地处理废橡胶粉表面的装置。该装置包括具有加料斗和进料器的供应装置。进料器113以预置的速率连续地输送和提供废橡胶粉原料。该装置还包括在输送废橡胶粉时将微波施加到废橡胶粉上的表面处理装置。此外还包括冷却装置。

本发明的另一方面涉及一种通过微波连续地处理废橡胶粉表面的方法。该方法包括将废橡胶粉原料送入供应装置的加料斗中的步骤。通过使用进料器以预置的速率连续地提供废橡胶粉。在通过传送装置将废橡胶粉输送到处理室中时，通过将微波施加到废橡胶粉上来处理废橡胶粉的表面。通过微波发生器产生微波并通过将废橡胶粉经过冷却装置的冷却套管来使其冷却。

附图说明

以下将结合附图详细说明本发明的前述方面和其它特征，其中：

图1是本发明一个实施例的装置的示意图。

图2a到2c分别是本发明实施例的控制元件的前视图、侧视图和俯视图；以及

图3是本发明实施例的冷却装置的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种通过使用微波连续地处理废橡胶粉的装置和方法。本发明通过将微波连续地施加到碾碎的硫化EPDM粉末或颗粒上来有效地回收废橡胶粉，包括化学地稳定和耐久的乙烯-丙烯-双烯三元共聚物(EPDM)，因此可以得到均匀地表面改性的固体EPDM硫化粉末或颗粒。微波有助于向如EPDM的热稳定橡胶提供活化官能团。然而，本领域的普通技术人员应该清楚：由于微波的高能量和直行特性，其应在封闭空间中使用。

参考图1，该装置包括供应装置110。所述供应装置110包括加料斗111和进料器113。进料器113将废橡胶粉原料以预置速率连续地输送和提供到加料斗111中。同时还包括表面处理装置120，其在输送废橡胶粉时将微波施加到废橡胶粉上。该装置还包括冷却装置130。在一个可选择实施例中，本发明还包括具有管道141、吸附式过滤器142和电动风扇144的排气装置140。吸附式过滤器142和电动风扇144被安装在管道141内侧，借此吸附并除去在表面处理装置120中产生的有毒气体。管道141的吸入部分141a被优选地安装在腔室121的出口121b附近，以使有毒烟雾通过吸入部分141a被电动风扇144强行吸入，并吸附到吸附式过滤器142中，随后被排放到外面。

供应装置110还可包括安装在加料斗111和进料器113之间的混合器112，以防止由重力引起的结块。混合器112可以是例如搅拌器型或柔性壁型混合器。进料器113可具有不同形状，例如振动型进料器，但优选地是能以恒定速率输送废橡胶粉并防止结块现象的螺旋型进料器。进料器113应输送直径不小于约80μm且不大于约1000μm的废橡胶粉，且废橡胶粉的输送量可以控制为不小于约5kg/hr且不大于约20kg/hr(精度：±2.5％)。优选地，废橡胶粉以不小于约15kg/hr且不大于约20kg/hr的速率输送。

如果输送速率低于约5kg/hr，则甚至在废橡胶粉内也可引发以微波为媒介的脱硫化。如果在废橡胶内部发生上述脱硫化，则会在表面处理装置120的传送装置122的表面上发生橡胶增塑，并最终诱发传送装置112表面的碳化。相反，因为很难对废橡胶粉的表面进行均匀的处理，所以很少优选大于20kg/hr的输送速率。

表面处理装置120包括在每一端部具有进口121a和出口121b的水平腔室121。传送装置122将废橡胶粉从进口121a输送到121b。微波发生器123被安装在腔室121内，借此产生微波并将其施加到废橡胶粉上。

本发明另一方面的表面处理装置120包括在传送装置122上位于进口121a附近的控制元件124，废橡胶粉在此受到表面处理并以预置的厚度和宽度被输送。参考附图2a-2c，未明示的元件124是控制元件124。控制元件124包括两侧壁125和导向元件126，其中侧壁125的每一底侧部分被固定到传送装置122的右侧和左侧框架122c上。以废橡胶粉在导向元件126下方输送的方式将每一个导向元件126连接到每一侧壁125上。根据侧壁125的相应高度和导向元件126的长度，控制废橡胶粉具有预置的厚度和宽度。

此外，侧壁125可具有前侧壁125a和后侧壁125b。后侧壁125b比前侧壁125a高，因此后侧壁125b可防止未通过的橡胶粉从侧壁125上溢出。侧壁125间的宽度(图2c中的W2)优选为传送装置122(W1)的框架122c宽度的约80％，以防止橡胶粉的损失。也就是说，导向元件126(W2)的内宽(图2c中的W2)优选为传送装置122的框架122c宽度(图2c中的W1)的约80％。因此，废橡胶粉被控制来经过导向元件126下方，因此具有预置的厚度和宽度，从而获得表面处理的均匀性以及工艺的复制。

可根据微波发生器123的能量和橡胶粉的供应量来改变导向元件126的高度。根据本发明的一个方面，该高度(即传送装置表面至导向元件126底面的距离)优选为约0.5mm。如果所述高度低于约0.5mm，则仅在低于约5kg/hr的橡胶粉供应量下可得到橡胶粉的均匀处理，这样缺乏经济效益。相反，当高度在20kg/hr以上时，则仅当橡胶粉供应量在15kg/hr以上时导向元件126才可产生使橡胶粉均匀的高度，这样会由于供应过量而引起橡胶粉的浪费。其间，优选地将腔室121内的温度保持在不小于约150℃且不大于250℃，因此橡胶粉的表面被均匀地处理。

将橡胶粉从进料器113供应到连续移动的传送装置122上，因此可对橡胶粉的表面进行均匀处理。此外，可在具有敞开进口121a和出口121b的腔室内部合适的位置处安装多个微波发生器123。优选地，在腔室中用微波在短时间内将橡胶粉表面活化，其温度被控制在不小于约150℃并不大于约250℃的范围内，更优选地不小于150℃并不大于200℃。

如果温度低于约150℃，难以将橡胶维持在优选的温度范围。更难以将进口121a和出口121b附近的材料内的橡胶的温度保持在优选温度。而且，EPDM在210℃至230℃的耐热的情况下不能进行有效的表面改性。相反，如果温度在约250℃之上，即使在橡胶的主链中也能发生热降解，并且在此温度下橡胶不能用作回收材料。因为腔室121中的优选温度提高到约250℃，传送装置122的传送带优选地由诸如Teflon^TM等热稳定聚合物制成。

根据本发明的一个方面，以低于约3kW的功率将微波施加到废橡胶粉上，优选地不小于约0.5kW并不大于约2kW。功率低于约0.5kW的微波不能有效地处理废橡胶粉的表面。特别地，由于微波的低吸收，具有低损耗因数的EPDM中的碳-硫键不能被有效地断开。相反，如果功率在约2kW上，在腔室121内的温度会突然升高，而且主链(碳-碳键)会被断开。特别地，如果腔室121保持在与硫化温度或内能相近或相当的温度范围内，例如被剩余硫化橡胶的再次硫化和主链断裂等逆反应将妨碍橡胶在表面处理后具有所需的特性。

本发明的另一方面，根据目标原料橡胶粉的特性，可优选地使用1至4个并更优选地使用2至3个微波发生器123。由于微波的直行特性，为了均匀处理并优选地不使用单个微波发生器。相反，考虑到效率太低以及在腔室121中温度太高，优选地不使用多于4个的发生器。

另外，经过腔室121输送废橡胶粉的时间优选地不小于约10秒且不大于约120秒，更优选地不小于50秒且不大于约60秒。分别考虑到有效地表面处理或热降解，既不优选低于约10秒也不优选大于约120秒。

其间，表面处理过的橡胶粉含有高内能并应当迅速地冷却因此不发生热降解。因此，优选将冷却装置130定位在腔室121的出口121b附近。此外，根据本发明的另一方面，冷却装置130包括漏斗130a、混合器131，以及提高冷却效率的冷却套管132。漏斗130a的内壁优选地由诸如Teflon^TM等具有良好耐热性和耐化学性的稳定化合物制成。这是因为漏斗130a的暴露会经受表面处理过的橡胶粉的高温和残留在表面处理过的橡胶粉上的大量硫基的硫化剂。

为了将漏斗130a内壁温度大致保持在50-60℃，优选地将冷却套管132安装在漏斗130a的内壁上。由于水易于处理并且作为冷却介质具有化学稳定性，冷却系统优选地使用水冷系统。

混合器131优选地安装在表面处理过的橡胶粉的经过路线上，且还优选为既可水平地也可竖直地运行以提高冷却效率的竖直叶轮式混合器。经冷却的橡胶粉经过出口管道133并被收集在容器135中。旋转阀134被安装在出口管道133上。

本发明另一方面的装置包括具有管道141、吸附式过滤器142和电动风扇144的排气装置140。吸附式过滤器142和电动风扇144被安装在管道141内，借此吸附并除去表面处理装置120产生的有毒气体。

为了检验表面活化的效率，使用具有最低损耗因数的EPDM废橡胶进行实验并在下文进行阐述。如上所述，为固体EPDM硫化粉末或颗粒在优选范围内选择微波功率和通过时间，其中该实验的参数是低于约1.5kW的功率和低于约120秒的速率。

                                  表1

  比较例  实施例1  实施例2  量  橡胶粉原料  100  100  100  未改性(0.1mm)  20  改性(0.1mm)  20  改性(0.3mm)  20  处理条件(kW，sec)  0.6，60  0.6，60  溶解度(％)，仅为粉末  22  27  26  物理  性质  硬度(Hs A)  70  71  70  抗张强度(kg/cm²)  97  106  105  伸长率(％)  230  255  242  表面粗糙度  差  好  一般

如上面的表1所示，实施例1和2中使用了本发明的通过微波连续地处理的废橡胶粉，而比较例中使用了未改性的橡胶粉。

为了制备橡胶混合物，将20重量份的改性橡胶粉(实施例1和2)或未改性的橡胶粉(比较例)与100重量份的EPDM(三聚乙丙橡胶)混合。在实施例2中，用100重量份的NR(天然橡胶)代替100重量份的EPDM。其它广泛使用的添加剂例如：诸如芳香烃基油、石蜡基油和环烷基油、加工助剂、硫化剂、硫化催速剂、抗氧化剂，也被加入并用橡胶混合机器混合2小时以上。

用Haake Extuder^TM通过挤压制备的橡胶混合物，观测所述混合物的形态和其它物理性质。如表1所示，与比较例相比，本发明的混合物的物理性质如表面粗糙度、抗张强度和伸长率被改善。

正如可为本领域普通技术人员所理解的，由于评估表面粗糙度的技术没有给定，因而可以通过舒适质量(或感觉质量)的方法确定。根据舒适质量评估，在约5％硫化的固体EPDM粉末的情况下，基于橡胶原料的重量，本发明优选地含有约20重量份的EPDM粉末。而且，可证明舒适质量与硫化橡胶粉的直径有关。更具体地，可证明当尺寸大于0.15mm时舒适质量受到影响。确定地，根据本发明在约5％硫化的固体EPDM粉末的情况下，优选地含有约20重量份的EPDM粉末(基于橡胶原料的重量)，并且为了更好的舒适质量优选更小尺寸的橡胶粉。另外，与比较例相比，本发明混合物的抗张强度和伸长率都提高了10％以上。