[发明专利]一种双阶低剪切同向双螺杆连续制备高性能塑化胶粉的方法

说明书

一种利用低剪切的双阶同向双螺杆连续制备高性能塑化胶粉的方法，属于废旧橡胶循环再利用领域。利用两台串联的部分啮合同向双螺杆，将与软化剂、活化剂均匀混合的胶粉输送至第一阶塑化同向双螺杆挤出机中，利用筒壁和螺杆芯轴的良好传热及部分啮合低剪切螺杆的混合作用，完成胶粉的选择性断链，实现胶粉快速均匀的塑化再生过程，塑化好的高温胶粉垂直落入第二阶冷却同向双螺杆，同样利用同向双螺杆设备良好的传热效果完成塑化胶粉的冷却输送过程。部分啮合同向双螺杆的低剪切防止了塑化胶粉对螺杆的粘黏，具有一定的自清洁功能，制备过程均是密闭隔氧，所得的塑化胶粉具有高的力学性能及低的门尼粘度反弹；设备安全连续且产品质量稳定性好。

技术领域：

本发明涉及一种双阶低剪切同向双螺杆连续制备高性能塑化胶粉的装置及工艺方法，属于废旧橡胶循环再利用领域。

背景技术

我国一直是橡胶资源尤其是天然橡胶的消耗大国，且长期依赖于进口，而与此同时，以轮胎为主的废旧橡胶制品量也在逐步增大，据中国轮胎循环利用协会统计，到2015年我国废旧橡胶轮胎的产量约为3亿条，重量合1000万吨以上。如何高效地实现废旧橡胶的循环再利用会极大的降低我国橡胶资源对外依存度，同时对环境的保护也具有非常重大的意义。

目前，再生胶行业普遍采用动态脱硫罐(高温高压法)作为胶粉的塑化装置，生产过程不连续且会造成大量二次污染。近年来，随着国家和公众环保意识的不断加强，环保法规和措施不断完善，工信部在2016年7月18日印发的《重点行业挥发性有机物减排行动计划》中，强调到2018年前再生胶行业执行彻底淘汰传统动态脱硫罐，全面推广常压连续脱硫生产工艺。因此，再生胶行业逐渐引入了螺旋或螺杆式的密闭连续的生产方式，实现了污染物的集中排放处理的环保方案。

陶国良等(CN 101418082 A废橡胶绿色脱硫工艺方法)将胶粉颗粒输送至双螺杆挤出机中，利用挤出机的压缩剪切区的高温、高压和剪切共同作用，实现交联键的断裂从而得到塑化胶粉。经过大量的文献调研发现，利用S-S键、C-S键的键能和化学键的弹性系数均比C-C键的要低，可以分别使用热化学作用或机械剪切实现胶粉断开S-S交联键，但交联键的数量相比于主链上C-C键是非常少的，因此靠机械剪切断开交联键的选择性太低，且过多的主链断裂必然会引起塑化胶粉力学性能的下降，其次剪切区形成的高压达到20～80MPa对设备的材质和安全性提出很高的要求。

张兴和(CN 103601914 A)利用4个并联的螺旋装置完成胶粉的塑化和冷却过程。胶粉在塑化后将具有高分子材料特有了弹性和粘性，粘性响应极易在螺旋等设备上形成残料，进而发生粘堵问题，虽然近年来，郑祖祥等(CN 103341921 A)一种双螺旋异步橡胶粉连续塑化装置)有效改善了螺旋的堵料问题，但螺旋中的物料由于没有较强的挤压作用，因而胶料的热传导效果不理想，必然导致螺旋胶粉层存在塑化的不均匀，未塑化好胶粉难于受剪切破坏而以硬质颗粒状态存在于再生胶中，进而形成应力集中点大幅降低胶料的力学性能，塑化不均匀的胶粉同样也会导致再生胶出现较大程度的门尼粘度反弹。

利用螺旋或螺杆挤出机虽然实现了胶粉塑化过程的连续和环保，且操作工艺也简单安全，但它们目前的技术问题大幅影响了塑化胶粉及再生胶的力学性能，降低产品的附加值及经济效益，同时也是对橡胶资源的一种浪费。综上分析认为胶粉的塑化应该利用S-S键或C-S键能低于C-C键的机理，即通过热化学作用来选择性地断开交联键来实现胶粉脱硫塑化，避免大量主链C-C键的断裂，影响塑化胶粉的力学性能。热化学的关键在于高效且均匀对胶粉的传热，胶粉是热的不良导体，没有挤压作用胶粉颗粒的热传导效应很低，良好的传热方式是保证胶粉均匀脱硫，获得高性能的塑化胶粉的前提。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有螺旋或螺杆传热不均匀引发胶料中存在大量硬质颗粒和高剪切双螺杆对胶粉主链C-C键严重破坏的缺点，提供一种环保、安全地低剪切同向双螺杆连续制备高性能塑化胶粉的方法。