废橡胶的资源化利用技术(三)

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废橡胶的资源化利用技术(三)—生产胶粉
除了前面介绍的经过简单加工后的利用之外，目前研究较多的是用废旧轮胎生产胶粉。胶粉是将废胎整体粉碎后得到的粒度极小的橡胶胶粒。粒径小于60目的可称为精细胶粉，精细胶粉与普通胶粉相比，颗粒细小，同样重量的胶粉，精细胶粉因其直径小，表面积比普通胶粉大很多倍。在显微镜下观察，普通胶粉表面呈立方体的颗粒状态，而精细胶粉表面呈不规则毛刺状，表面布满微细裂纹。这种表面性质使精细胶粉具有三个主要性质：能悬浮于较高浓度的浆状液体中；受热后易脱硫。橡胶粗粉料制造工艺相对简单，回用价值不大；而粒度小，比表面积非常大的精细胶粉则可以满足制造高质量产品的严格要求，市场需求量大，应用前景看好。依据所用的废旧橡胶原材料来源不同，可分为轮胎胶粉、胶鞋胶粉、制品胶粉等。依据胶粉的活化处理，可分为普通胶粉和活化胶粉（改性胶粉），活化胶粗是为了提高胶粉配合物的性能而对其表面进行化学处理和胶粉。粒径较大的胶粉经改性后，可取得精细胶粉相似的性质。
* i! n, a$ ~) @  u    依据胶粉的工业化制造法，可分为冷冻粉碎法和常温粉碎法。低温冷冻粉碎法的基本原理为：橡胶等高分子材料处在玻璃化温度（Tg）以下时，它本身脆化，此时受机械作用很容易被粉碎成粉末状物质。常温粉碎法主要考虑的是胶粉可取得较好的表面性质以及可降低冷源的消耗。
废橡胶的资源化利用技术(四)—胶粉的制造方法
# f- F8 O" d  p% A3 _$ m# z废旧轮胎在常温时为韧性材料，粉碎功耗大，难以达到40目以下的粉粒，常规粉碎时大量生热使胶粉老化变形，品质变差。为解决此问题，利用橡胶等高分子材料处在玻璃化温度以下时，本身脆化，此时受机械作用很容易被粉碎成粉末状物质的性质，可采用低温粉碎的方式。经过大量的科学研究和试验工作，目前应用的已较成熟的工业化胶粉生产方法有：冷冻粉碎工艺和常温粉碎法。冷冻粉碎工艺包括：低温冷冻粉碎工艺、低温和常温并用 粉碎工艺。

（一）预加工
    由于废橡胶的种类繁多，并且含有很多杂质，因此在废橡胶粉碎之前都要预先进行加工处理，预加工工序包括分拣、切割、清洗等于。
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" `: u0 T' c, w- ]' U" z" P（二）初步粉碎
$ ]* ^1 Y3 v. _    预加工后的废橡胶再经初步粉碎，其工艺过程为将割去侧面的钢丝投入开放式的破胶机破碎成胶粒后，用电磁铁将钢丝分离出来，剩下的钢丝投入破胶机碾压，将胶块与钢丝分离，接下来用扰动筛分离出需粒径的胶粉，剩余粉料经旋风分离器除去帘子线，上述工艺过程耗能少，效率高，可分别回收钢丝、帘子线和粗粉料，可彻底消除二次污染问题，但产的粉粒径粗，附加值小。
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初步粉碎的新工艺有以下几种：
（1）臭氧粉碎   即将废轮胎整体置于一密封装置内，通过超高浓度的臭氧（O3），浓度为空气中臭氧浓度的一万倍，工艺时间为60 min，启动密封装置的10kW动力机械，使轮胎骨架材料与硫化橡胶分离，并进行橡胶粉碎，可得到粒径分布较宽的粉末橡胶，该装置每吨耗电仅为60kW·h，较之滚筒法粉碎节能约85%。本法已在中型胶为生产厂中应用。
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（2）高压爆破粉碎  将轮胎整体叠放于高压容器内，容器内压力为500个大气压，在些条件使橡胶和骨架材料分离后分别回收利用，该法单价能耗为每吨胶粉60~70kW·h。所得胶粉主要部分的粒度为10~16目，最细粒径为0.4 mm，本法适合大型胶粉生产厂使用。

3 ~$ t6 H7 h9 F' b- R（3）精细胶粉  将初步粉碎工段制造的胶粒送至细胶粉粉碎机内进行的连续粉碎操作，至今橡胶细胶粉料只能用冷磨工艺制得，即用液氮将粒料冷却到-150℃使其变脆，此时粒料可被研磨成很小的粒径，该工艺以液氮为冷源。这种超低温粉碎的优点为：最适用于常温下不易破碎的物质；产品不会受到氧化与热作用而变质；可得到比常温粉碎粒度分布更窄、流动性更佳的微粒；可避免粉尘爆炸、臭氧污染与高强噪声；可提高粉碎机的产量，破碎所需动力低，可降低粉碎能耗。
) y' Q( f% e9 E+ S4 X9 o2 _; q    同时这种超低温粉碎也有很大的缺点：产品胶粒的能量没有充分回收，造成很大浪费；低温细碎设备——低温碾碎机的运动轴功变为热量被物料吸收，造成冷量损失；使用大量液氮为冷源，制取每吨胶粉需消耗0.8~1.2t液氮（单价为3000元/t），经济上难以承受；而且所得的粒料的比表面积较小。
" M( z- g7 j6 d5 e6 ?    目前这种以液氮为冷冻介质的工艺流程有两种：一种为废轮胎的超低温粉碎与粉碎流程；另一种为废轮胎的常温粉碎与超低温粉碎流程。相比而言，第一种流程粗碎生热影响较大，因此粗碎后必须再用液氮冷冻；而第二种流程比第一种可节省液氮的用量，但有多次粗碎与磁选分离，设备投资增大。大比表面积的粉料需用“热（室温）磨”工艺制得，因为室温和非冷冻条件下研磨时，高的机械应力会导致很不光滑的表面，但产生的小粒径的粉料的比例较小。因此精细胶粉的制造需要将两种方式结合起来，德国的Messer公司将冷冻和研磨分开，取得了很好的效果。该工艺为先在螺旋冷冻装置中将橡胶颗粒脆化，得到很高产率的经细粉料，再将此产物通过一个以特殊改造过的Jackering – Utra – RotorV1型磨机，此磨机出料温度为15℃，细粉占很大的比例，而且具有很大的比表面积。该工艺通过调节冷冻和研磨的工艺参数来改善粉料的表面性质，该工艺消耗液氮量为0.75t 液氮/t物料。
2 v) U+ \" v3 \/ U    我国目前有报道的胶粉生产的新工艺有：常温法工业化生产精细橡胶粉的技术，该技术以物理手段为主，辅之以化学手段，在常温条件下，以简化的工艺流程生产万吨规模的60~120目的精细橡胶粉。大连理工大学研制发明的涡旋式气流粉碎机，采用低温辊压 - 锤式破碎机粉碎轮胎，气波制冷机提供冷源，气流机粉碎胶粒，从而从废胎中获得20~80目的精细胶粉。
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（三）分级处理
0 A- r" S; s' w, R) D5 k    将精细粉碎产生的不同粒径分布的混合物料进行分级处理，提取符合规定粒径的物料，将这些物料经分离装置除去纤维杂质，装袋即成成品。
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（四） 胶粉的改性
0 J2 u6 G$ b/ [    表面改性主要是利用化学、物理等方法将胶粉表面改性，改性后的胶粉与生胶或其他高分子材料等很好地混合，复合材料的性能与纯物质近似，但可大大降低制品的成本，同时可回收资源，解决污染问题。胶粉的使用价值与其粒径及比表面积大小有关，为使其与生胶混合得很好，而粒径和比表面积又不能有很大改变，表面改性就非常重要了。
    目前世界上处理胶粉的技术有：在胶粉粒了表面吸附配合剂与生胶交联；在胶粉表面吸附特定的有机单体和引发剂后，在氮气中加热反应，形成互穿聚合物网络与生胶配合；胶粉表面进行化学处理后伸出官能团与生胶结合；在粗胶粉表面喷淋聚合物单体后经机械粉碎，产生自由基与单体接枝反应。例如饱和硫化促进剂处理法，这种方法用2~3份硫化促进剂对40目胶粉进行机械处理制得，通过处理的胶粉表面均匀地附着一层硫化促进剂，从而使胶粉与基质胶料界面处的交联键增加，使整个胶料配合物硫化后成为一个均匀的交联物，这种胶粉应用于轮胎，虽然其静态性能略有下降，但其动态性能有所提高。
    目前已成功应用的产品有：1.荷兰开发的由硫黄促进剂橡胶共溶的改性胶粉Surcrum，经试验可在轮胎配方中大比例地掺加，而对强度影响不大。2.美国复合粒料（CP）公司出品的Vistemer改性硫化胶粉，极易与聚氨酯胶料相容，而二才混合生产的复合材料其性能与纯聚氨酯接近。3.德国Klausm用反式聚辛烷橡胶（TOR）寻轮胎胶粉进行改性，改性粉可达到不改性200目胶粉的物理性质。目前，改性胶粉的一个重要应用是与沥青混合铺设路面，改性胶粉具有热沥青拌和均匀，不易发生离析沉淀，有利于满足管道输送、泵送的要求。

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姜平辉

胶粉我们用一些.