论文总字数：18905字

摘 要

在丁苯橡胶（SBR）基轮胎胶粉（GTR）与三元乙丙橡胶（EPDM）挤出过程中采用亚临界醇（通常定义为沸点以上，临界点以下的醇）和提高螺杆转速的复合诱导脱硫方法，研究了温度对脱硫共混物凝胶含量、门尼黏度、溶胶红外光谱及脱硫共混物共混丁苯橡胶再硫化材料（（DGTR/EPDM）/SBR）力学性能的影响。结果表明：亚临界醇作为一种溶胀剂和反应性介质能够促进脱硫反应，提高交联键发生断裂的选择性，抑止氧化降解副反应，降低脱硫产物的凝胶含量和凝胶颗粒尺寸并明显提高脱硫共混物共混丁苯橡胶再硫化材料的力学性能；脱硫共混物的凝胶含量和门尼粘度越低，存在一个温度临界值（200℃）,此时分子链选择性程度高，再硫化材料性能较高。在最优的脱硫条件下（亚临界丙醇，200℃，1.8Mpa,600prm,含450），脱硫共混物丁苯橡胶再硫化材料的拉伸强度及扯断伸长率分别为21.9MPa和676.5%.

关键词： 亚临界醇 轮胎胶 高剪切应力 脱硫 挤出温度

Effect of temperature on Devulcanization of SBR-Based Ground Tire Rubber and The mechanical properties of vulcanized material in a Twin Screw Extruder Under Subcritical Alcohol

Abstract

During the extrusion of styrene butadiene rubber (SBR)-based ground tire rubber (GTR)/ethylene-propylene-diene monomer rubber (EPDM) blend, the devulcanization reaction was investigated through a compound-induced reaction by increasing the screw rotation speed and being in the presence of subcritical alcohol(alcohol is usually termed as subcritical when it is brought between the boling point temperature and the critical point temperature) . The effects of the temperature on the gel content, Mooney viscosity, FT-IR spectra of the sol of the devulcanized blends (DGTR/EPDM) were measured, and the mechanical properties and microstructures of the revulcanized blend ((DGTR/EPDM)/SBR) were characterized. The results show that subcritical alcohol as a swelling agent and reaction medium promotes the devulcanization reaction, increases the selectivity of the crosslink breakage, keeps the extrusion material from oxidative degradation, reduces the gel content and the gel particle size of the devulcanized blends and significantly improves the mechanical properties of the revulcanized SBR/(DGTR/EPDM) blends.When the temperature reaches a critical value（200℃）,The gel content and the Mooney viscosity of the blend desulfurization are lower, the higher degree of selectivity of the molecular chain, then the higher the performance of vulcanized material.Under the optimal desulfurization conditions（Subcritical propanol，200℃，1.8Mpa,600prm,containing 450）,the tensile strength and elongation at break of the revulcanized SBR/(DGTR/EPDM) blends reach to 21.9MPa and 676.5%.

Key words: subcritical alcohol; rubber tires; high shear stress; desulfurization；extrusion temperature

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1废旧轮胎的危害 1

1.2废旧轮胎的回收再利用的价值 1

1.3国内外回收利用废旧的现状 2

1.4国内废旧轮胎回收综合利用及其发展趋势 2

第二章 文献论述 3

2.1废旧轮胎脱硫回收的意义 3

2.2废旧轮胎胶粉 3

2.2.1胶粉的介绍和分类 3

2.2.2胶粉的生产方法 4

2.2.3胶粉的应用 4

2.3废旧轮胎回收利用方法 5

2.3.1原形改制 5

2.3.2制成翻新轮胎 6

2.3.3再生胶 6

2.3.4热能利用 6

2.3.5热分解 7

2.3.6 复合吸声屏障和炼钢 7

2.4废旧轮胎再生脱硫的方法 8

2.4.1油法再生 8

2.4.2碱法再生 8

2.4.3De-link再生剂法 8

2.4.4超声波脱硫 9

2.4.5微生物脱硫 9

2.4.6超临界流体法脱硫 9

2.5废旧轮胎胶应力诱导脱硫 10

2.5.1应力诱导脱硫的原理 11

2.5.2 废旧轮胎胶应力诱导脱硫的进展 11

2.6超/亚临界流体、促进剂对应力诱导脱硫的影响 13

2.6.1超/亚临界流体 12

2.7本文研究的内容 12

第三章 实验部分 12

3.1概述 14

3.2实验原料 14

3.3实验器材 15

3.4实验方案 15

3.4.1实验步骤 15

3.4.2实验流程图 16

3.4.3硫化体系配方 16

3.5试验样条制备 17

3.5.1轮胎胶熔融挤出 17

3.5.2混炼胶的制备 17

3.5.3压片 17

3.5.4制样 17

3.6试样的测试及表征 17

3.6.1力学性能测试 17

3.6.2凝胶含量的测定 18

3.6.3门尼粘度测试 19

3.6.4溶胶红外光谱 19

3.6.5试样断面SEM观察 19

第四章数据 结果和分析 20

4.1概述 20

4.2实验数据 20

4.2.1实验分组情况表 20

4.3结果分析和讨论 20

4.3.1脱硫共混物的凝胶含量 20

4.3.2脱硫共混物的门尼粘度 22

4.3.3脱硫共混物共混丁苯橡胶再硫化材料力学性能 22

4.3.4脱硫共混物共混丁苯橡胶再硫化材料电镜分析 24

4.3.5 脱硫共混物共混丁苯橡胶再硫化材料红外分析 25

第五章 结果和展望 27

5.1结果 27

5.2展望 27

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

由于汽车工业及交通运输业的高速发展,废旧轮胎越来越多,形成黑色垃圾,造成黑色污染。废旧轮胎胶具有三维网络状分子结构，不溶化，不熔融，难以重新成型，重复利用。并且由于其具有良好的抗菌性，耐候性，耐腐蚀性，因此在自然环境下难以降解，但作为可资源化的高分子材料，对废旧轮胎进行综合利用,已引起各国科学家的高度关注。为保护人类生存的环境，减少黑色污染对环境的迫害，实现废旧橡胶资源综合利用是各国关注的焦点之一。因此如何合理处理这些废旧轮胎，实现橡胶工业的可持续发展是全球高分子科技人员所面临的巨大挑战。

1.1废旧轮胎的危害

随着汽车产业的快速发展，越来越多的废旧轮胎构成的“黑色污染”正威胁着人类生存的自然环境。黑色的垃圾，造成黑色污染。废旧轮胎是造成自然环境恶化，植被破坏，影响人体健康，危及地球生态系统的危险垃圾物之一。常见的处理方法有填埋，燃烧等，虽然废旧轮胎的处理很容易，但有着巨大的伤害。废旧轮胎胶具有三维网络状分子结构，不溶化，不熔融，难以重新成型，重复利用。并且由于其具有良好的抗菌性，耐候性，耐腐蚀性，因此在自然环境下难以降解。废旧橡胶的存储有很大的火灾隐患，一旦燃烧造成环境污染^[1]。若燃烧，其所释放出来的烟雾和一氧化碳，会严重污染大气^[2]。堆长期露天堆放的废旧轮胎，不仅占用了大量的土地，造成环境恶化，易传播疾病，还容易引起火灾。

1.2废旧轮胎的回收再利用的价值

废旧轮胎是由高品质的橡胶、炭黑、钢铁和其他有机纤维，高弹性复合材料组成，具有很大的内在经济价值，可以节省能源的消耗，并增加产品的相应价值，具有“黑色黄金”的美誉。橡胶行业的原材料主要依赖石油。废旧橡胶是高热值的燃料，它的热量，一般31397kJ/kg，在工业废弃物的材料是高热量物质。废旧轮胎热值较高为33494千焦/千克，目前全球每年的废旧轮胎是9亿吨。随着汽车业的发展 ,废旧轮胎的处理问题将日益突出 ,因此应进一步增强废旧轮胎资源观念，加强废旧轮胎直接作为燃料利用的研究工作，使废旧轮胎处理既有利于环保又有利于资源的回收利用。

1.3国内外回收利用废旧的现状

国内外回收利用废旧橡胶的资源在利用，已经做了很多努力和尝试，在2006年，欧盟出台了相关法规，垃圾填埋处置废旧轮胎不再实施。我国是一个橡胶消费大国^[1]。橡胶原料279万吨，2001年总消费量仅次于美国（281120000吨），居世界第2^[3]。 2008年利用率为70％，废橡胶，共处理超过3万吨固体废物橡胶，再生橡胶产量245万吨，折合橡胶行业提供了超过80万吨橡胶材料^[4]。废旧轮胎回收利用的成本相对较高，技术难度。进入20世纪70年代以后，随着技术的发展，人们发现，回收废旧橡胶可以有效地降低生产合成橡胶消耗的大量的石油，开始想方设法回收，或作为橡胶和塑料填充材料，或单用粉末生产橡胶制品，为废橡胶综合利用资源开辟一个新的时代。因此，废旧橡胶回收业的发展，充分利用可再生资源，在能源相对短缺的今天，具有十分重要的意义。

1.4国内废旧轮胎回收综合利用及其发展趋势

我国废旧轮胎在循环利用方面与发达国家及地区相比同样存在较大的差距：首先，我国法规政策支持体系尚未建立。发达国家已将废旧轮胎回收利用纳入法规化轨道，如美国的《轮胎回收利用法》、法国的《废弃物及资源回收法》、德国的《循环经济与废弃物管理法》等。发达国家和地区都投入了相当的人力和资金，研究开发废旧轮胎回收利用的工艺、技术、设备，从整体上提高行业产品的发展水平。相信在不久的将来，中国一定能进一步提高包括废旧轮胎在内的废橡胶综合利用水平，使废橡胶这一宝贵资源物尽其用。

第二章 文献综述

2.1废旧轮胎脱硫回收的意义

轮胎属于热固性聚合物材料，是一种在自然条件下难以降解的高分子弹性材料，若弃之于地表或埋于地下，几十年都不会腐烂变质，被称之为“黑色污染”。而今随着资源的不断减少、污染的日益严重，同时2006年欧共体国家禁止填埋处理废旧轮胎，各国正在积极找相应方法来解决这方面问题。

世界上轮胎年产量高达900万吨（欧洲2.5×10⁶t/a，美国2.5×10⁶t/a，中国1.0×10⁶ t/a，日本0.8×10⁶t/a）。据国际橡胶研究组织统计，2002年我国橡胶消费量306万吨，成为世界橡胶消费第一大国，目前，我国年产轮胎超过1.8亿条，居世界第二位，每年的报废轮胎也有近1亿条。

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