[发明专利]橡胶的催化脱硫

说明书

技术领域

本发明一般涉及橡胶的脱硫。更特定地说，本发明涉及一种利用橡胶溶胀溶剂、活性氢源和高温使硫化橡胶进行氢脱硫的方法，且最佳也使用分散的分子规模的氢化催化剂，其是以可溶于橡胶溶胀溶剂中的催化惰性形式引入硫化橡胶中。

背景技术

橡胶轮胎是由已经掺杂有各种添加剂(包括硫和碳黑)的不同橡胶聚合物组成的复合材料。在制造中，聚合物以由玻璃纤维、聚酯和钢制得的强化织物和线绳分层且被组装和压缩成被称为绿色轮胎的基本形状。所述绿色轮胎然后在指定温度下固化指定时间。

被称作脱硫的固化过程引起硫与各种橡胶聚合物链交联以形成三维网状结构，其导致产生热固性聚合物。热固性聚合物与诸如聚乙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯的热塑性聚合物形成对比，所述热塑性聚合物可通过使用热或通过将聚合物溶解于合适溶剂中而软化和再成形。鉴于热塑性聚合物可溶解于使得聚合物能够以具有溶剂的聚合物溶液形式浇铸的溶剂中且随后蒸发以再形成固体聚合物，热固性聚合物难熔和不可溶且在形成和固化后无法再成形。

结果，当使用废旧的硫化橡胶产物且尤其是诸如废旧橡胶轮胎的产物时，再利用和再生存在问题，这是因为硫化橡胶不能熔化和再成形，也不能溶解于溶剂中以再浇铸成使用热塑性聚合物可能形成的新形状。

在再利用或再生废旧橡胶轮胎的先前尝试中，已经通过切割或研磨橡胶轮胎以产生橡胶条或适当尺寸的胶粉(其可用作当与诸如树脂的粘合剂组合时可形成新形状的基本组份或聚集物)而使废旧橡胶轮胎再成形为新产物。虽然已经由所述方法产生多种改进形产物，但所述方法对再生废旧轮胎而言仅提供有限销路。

也已经研究出有效地处置废胎或再利用废胎的其它方法。举例来说，已经切碎和再利用废旧橡胶轮胎以制造诸如橡胶垫、填密材料或沥青添加剂的其它产物。此外，已经描述用于与其它材料共同再生橡胶轮胎的方法(例如参看US 5,389,691)。废旧轮胎也已经用作由于环境原因一般不合需要的热燃料，这是因为由于燃烧硫化橡胶而引起的大气排放物。其例外情况包括使用轮胎给水泥窑提供燃料且用于制钢的碳添加中。

此外，已经尝试使用高温和/或高压来软化橡胶轮胎。举例来说，颁予Mouri的美国专利第5,672,630号描述通过在高温下将硫化橡胶与未硫化的新橡胶捏合来软化硫化橡胶的方法。然而，这种方法不产生确实脱硫的橡胶产物。

因此，虽然有很多再生/再利用倡导，但是估计在美国每年有超过2,000,000,000个轮胎被绞成股而没有最终使用或者用作热燃料。

结果且由于轮胎数量的不断增加和环境问题的日益重视，仍然需要找到使硫化橡胶脱硫以致于可将脱硫橡胶浇铸成包括新橡胶的新产物。更特定地说，需要研发去除硫化橡胶内的硫交联键的脱硫方法，其导致三维聚合物网状结构的崩解和可熔化且再成形成诸如轮胎的新产物的聚合物的产生。

使橡胶脱硫的先前方法已经包括各种方法，其中一些在下文中讨论。举例来说，颁予Hunt的US 5,891,926描述包括在高压下在2-丁醇存在的情况下加热硫化橡胶的方法。

其它方法主张去除或减少橡胶轮胎内的硫交联。这些方法包括微波处理、超声波处理、用添加剂碾磨和化学加工。然而，已经证实使橡胶轮胎脱硫的这些方法难以执行且效率低。常见问题包括不佳的交联键去除、使橡胶聚合物降解的热裂化和高温与高压需要。

然而，最重要的是，先前脱硫技术中的主要局限胜过固体橡胶粉与可有效去除硫交联键的试剂的反应中的固有质量传递局限。换句话说，因为脱硫作用是在橡胶粉外表面起动的，所以除非橡胶粉尺寸非常小，否则总反应速率很低。获得小的橡胶粉很昂贵且所述方法可在机械学上使橡胶聚合物降级。此外，缓慢的总脱硫反应速率也导致聚合物的热裂化，其降低脱硫聚合物的摩尔质量，借此使脱硫橡胶的机械性质降级，且也产生轻质烃气态产物。热裂化也可引起缩合反应，其增加聚合物摩尔质量且可导致形成固化焦，固化焦可对由脱硫橡胶制得的新材料的性质有害。