基于乘用车轮胎胎面胶粉的再生橡胶的制备及性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210536

摘要/Abstract

摘要：

通过力化学再生法制备了以废轮胎胶粉为原料的再生橡胶，研究了不同活化剂420用量对再生橡胶性能的影响，测试表明：再生橡胶含硫键断裂生成了硫自由基，随着活化剂含量的增加，再生橡胶的邵氏硬度和交联密度持续降低；拉伸强度、断裂延伸率和凝胶含量均先升高后降低，在活化剂用量为0.9 phr时，拉伸强度和断裂延伸率最大，再生橡胶的凝胶含量最大为19.7%。微观形貌发现，废轮胎胎面胶粉的颗粒较为分散，再生橡胶的结构颗粒相互粘连，孔洞和缺陷较多，再生橡胶的门尼黏度随着活化剂含量的增加而降低。综合来看，活化剂420的最佳含量为0.9 phr，再生橡胶各项性能最优。

关键词: 再生橡胶, 废轮胎, 力化学再生, 凝胶含量, 交联密度, 门尼黏度

Abstract:

Reclaimed rubbers are prepared by mechanochemical regeneration method using waste tire rubber powder as raw materials. The effect of different dosages of activator 420 on the properties of reclaimed rubbers is studied. With increasing the activator content， the Shore hardness and crosslinking density of recycled rubber continue to decrease， while the tensile strength， elongation at break and gel content first increase and then decrease. When the activator content is 0.9 phr， the tensile strength and the maximum elongation at break reach the maximal and the maximum gel content of the recycled rubber is 19.7%. The microscopic morphology shows that the particles of the rubber powder of the waste tire tread are relatively dispersed. The structural particles of the recycled rubber are adhered to each other， and there are many holes and defects. The Mooney viscosity decreases with increasingof the activator content. On the whole， the optimum content of activator 420 is 0.9 phr， and the properties of recycled rubber are the best.

Key words: Reclaimed rubber, Waste tires, Mechanochemical regeneration, Gel content, Crosslink density, Mooney viscosity

中图分类号:

O655

姚競, 戴明明. 基于乘用车轮胎胎面胶粉的再生橡胶的制备及性能[J]. 应用化学, 2023, 40(1): 52-58.

Jing YAO, Ming-Ming DAI. Preparation and Properties of Reclaimed Rubber Based on Passenger Car Tire Tread Powder[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2023, 40(1): 52-58.

图/表 8

图1 活化剂420的化学结构式［18］

Fig.1 Chemical structure of activator 420［18］

图2 废胶粉和再生橡胶的FT-IR谱图（GTR为废胶粉，RR-0.3、RR-0.6、RR-0.9、RR-1.2分别为活化剂用量0.3、0.6、0.9和1.2 phr的再生橡胶）

Fig.2 FT-IR spectra of waste rubber powder and reclaimed rubber （GTR represents waste rubber powder，and RR-0.3， RR-0.6， RR-0.9， RR-1.2 represent the reclaimed rubber with activator content of 0.3， 0.6， 0.9 and 1.2 phr， respectively）

图3 胶粉和再生橡胶的SEM图A. The SEM image of waste tire rubber powder, B-E. The reclaimed rubber with activator content of 0.3, 0.6, 0.9 and 1.2 phr, respectively

Fig.3 SEM images of rubber powders and reclaimed rubbers

图4 再生橡胶的邵氏硬度

Fig.4 Shore hardness of reclaimed rubbers

图5 再生橡胶的拉伸强度和断裂延伸率曲线

Fig.5 Curves of tensile strength and elongation at break of reclaimed rubbers

图6 再生橡胶的凝胶含量和交联密度曲线

Fig.6 Gel content and crosslink density curve of reclaimed rubbers

表1 再生橡胶的性能测试

Table 1 Performance test of reclaimed rubbers

Content/phr	Hardness/Shore A	Tensile strength/ MPa	Elongation at break/%	Sol content/%	Crosslink density/10^-4	Mooney viscosity/ML（1+4）100 ℃
0.3	72	7.55	292.6	16.5	1.21	118.6
0.6	69	7.93	298.9	18.1	1.03	111.3
0.9	65	8.55	305.2	19.7	0.89	105.7
1.2	63	7.93	300.3	19.2	0.83	98.2

图7 再生橡胶的门尼黏度曲线

Fig.7 Mooney viscosity curve of reclaimed rubbers

参考文献 24

1	杨莉. 橡胶制品：发展呈现稳中向好态势［J］. 中国橡胶， 2018， 34（5）： 24-27.
	YANG L. Rubber products： the development shows a steady and positive trend［J］. China Rubber， 2018， 34（5）： 24-27.
2	王文旭，黄冰玉，谈利承，等. 加成型液体硅橡胶的研究进展［J］. 应用化学， 2018， 35（9）： 38-45.
	WANG W X， HUANG B Y， TAN L C， et al. Research progress of addition type liquid silicone rubber［J］. Chin J Appl Chem， 2018， 35（9）： 38-45.
3	DOBROTA D， DOBROTA G. An innovative method in the regeneration of waste rubber and the sustainable development［J］. J Cleaner Prod， 2017， 172（4）： 3591-3599.
4	杨莉. 我国橡胶制品行业现状及发展建议［J］. 橡胶工业， 2015， 62（10）： 632-635.
	YANG L. The status quo and development suggestions of my country's rubber products industry［J］. Rubber Ind， 2015， 62（10）： 632-635.
5	钟杰平，魏永才，彭政，等. 氯化天然橡胶的等速升温热降解动力学［J］. 应用化学， 2000，（4）： 427-429.
	ZHONG J P， WEI Y C， PENG Z， et al. Thermal degradation kinetics of chlorinated natural rubber at constant temperature elevation［J］.Chin J Appl Chem， 2000，（4）： 427-429.
6	SATHISKUMAR C， KARTHIKEYAN S. Recycling of waste tires and its energy storage application of by-products-a review［J］. Sustainable Mater Technol， 2019， 22： e00125.
7	余和平，李思东，许逵. 环氧化天然橡胶凝胶溶胶的热老化性能［J］. 应用化学， 2004，（1）： 76-77.
	YU H P， LI S D， XU K. Thermal aging properties of epoxidized natural rubber gel sol［J］. Chin J Appl Chem， 2004，（1）： 76-77.
8	林景奋，戴熠，黄晓武，等. 废旧轮胎处理及资源化现状研究［J］. 工业安全与环保， 2019， 45（9）： 89-92.
	LIN J F， DAI Y， HUANG X W， et al. Research on the status quo of waste tire treatment and recycling［J］. Ind Saf Environ Prot， 2019， 45（9）： 89-92.
9	张姗姗，马秀琴，巨烨，等. 中国废旧轮胎资源化利用行业节能减排存在的问题和建议［J］. 中国轮胎资源综合利用， 2017（12）： 31-34.
	ZHANG S S， MA X Q， JU Y， et al. Problems and suggestions for energy conservation and emission reduction in China's waste tire resource utilization industry［J］. Compr Util Tire Resour China， 2017（12）： 31-34.
10	KANG D G， KIM H Y， KANG Y I， et al. Effects of activator on rubber characteristics for gasket to lithium ion battery［J］. J Korean Ind Eng Chem， 2011， 22（4）： 430-433.
11	黄品琴. 废轮胎胶粉的性能及其在轮胎生产翻新中的应用［J］. 橡塑资源利用， 2003（3）： 24-27.
	HUANG P Q. The performance of waste tire rubber powder and its application in tire retreading［J］. Util Rubber Plastic Resour， 2003（3）： 24-27.
12	郭灿贤，黄少文，徐玉华. 用于水泥混凝土的废轮胎胶粉的改性方法研究［J］. 混凝土， 2006（1）： 60-62.
	GUO C X， HUANG S W， XU Y H. Research on the modification method of waste tire rubber powder used in cement concrete［J］. Concrete， 2006（1）： 60-62.
13	徐文总，郝文涛，马德柱，等. 丁苯橡胶/天然橡胶复合体系动态力学性能［J］. 应用化学， 2001， 18（1）： 44-47.
	XU W Z， HAO W T， MA D Z， et al. Dynamic mechanical properties of styrene-butadiene rubber/natural rubber composite system［J］. Chin J Appl Chem， 2001， 18（1）： 44-47.
14	孙成，沈梅，辛振祥. 环保软化剂对再生橡胶性能的影响［J］. 合成橡胶工业， 2014， 37（6）： 467-471.
	SUN C， SHEN M， XIN Z X. The influence of environmental softener on the properties of recycled rubber［J］. Synth Rubber Ind， 2014， 37（6）： 467-471.
15	刘有山，毕超，白欣禹. 工艺条件对废旧轮胎胶粉脱硫效果的影响［J］. 橡胶工业， 2020， 67（3）： 214-218.
	LIU Y S， BI C， BAI X Y. The influence of process conditions on the desulfurization effect of waste tire rubber powder［J］. Rubber Ind， 2020， 67（3）： 214-218.
16	涂妮，李志鹏，谷鑫. 掺废旧轮胎橡胶粉混凝土自收缩试验研究［J］. 中国建材科技， 2017， 26（6）： 47-50.
	TU N， LI Z P， GU X. Experimental study on self-shrinkage of concrete mixed with waste tire rubber powder［J］. China Building Mater Sci Technol， 2017， 26（6）： 47-50.
17	高文廷，贾新江，谭钦艳，等. 两种再生活化剂对废轮胎橡胶粉再生效果的对此［J］. 中国轮胎资源综合利用， 2014（2）： 20-25.
18	GAO W T， JIA X J， TAN Q Y， et al. The effect of two regeneration activators on the regeneration of waste tire rubber powder［J］. Compr Util Tire Resources China， 2014（2）： 20-25.
19	宋同银. 硫化橡胶再生活化剂及其制备方法和应用： CN 101113140B［P］. 2012-01-11.
	SONG T Y. Vulcanized rubber regeneration activator and its preparation method and application： CN 101113140B［P］. 2012-01-11.
20	纪波印，夏艳平，刘涌，等. 影响废旧轮胎胶粉热-机械剪切脱硫再生效果的因素［J］. 合成橡胶工业， 2012， 35（4）： 308-311.
	JI B Y， XIA Y P， LIU Y， et al. Factors affecting the thermal-mechanical shearing desulfurization regeneration effect of waste tire rubber powder［J］. Synth Rubber Ind， 2012， 35（4）： 308-311.
21	杨罡，彭少贤，高若峰，等. 力化学再生胶的制备及其结构和形貌［J］. 机械工程材料， 2015， 39（7）： 53-57.
	YANG G， PENG S X， GAO R F， et al. Preparation， structure and morphology of mechanochemical reclaimed rubber［J］. Mech Eng Mater， 2015， 39（7）： 53-57.
22	孙成，辛振祥. 不同硫化体系天然橡胶硫化胶的机械力-化学再生及性能［J］. 合成橡胶工业， 2014， 37（5）： 384-389.
	SUN C， XIN Z X. Mechanical force-chemical regeneration and properties of natural rubber vulcanizates with different vulcanization systems［J］. Synth Rubber Ind， 2014， 37（5）： 384-389.
23	陶国良，何乾湖，夏艳平，等. 螺杆组合对用废旧轮胎胶粉制备再生胶工艺的影响［J］. 合成橡胶工业， 2013， 36（1）： 16-20.
	TAO G L， HE G H， XIA Y P， et al. The effect of screw combination on the process of preparing reclaimed rubber from waste tire rubber powder［J］. Synth Rubber Ind， 2013， 36（1）： 16-20.
24	朱信明，孙鹏，杨枫，等. 低交联密度再生胶性能分析及在NR中的应用研究［J］. 特种橡胶制品， 2016， 37（1）： 24-26.
	ZHU X M， SUN P， YANG F， et al. Performance analysis of low crosslink density reclaimed rubber and its application in NR［J］. Special Rubber Prod， 2016， 37（1）： 24-26.

[1]	李强, 黄光速, 江璐霞. 交联密度对聚硅氧烷/聚丙烯酸酯同步互穿聚合物网络阻尼材料性能的影响[J]. 应用化学, 2003, 20(6): 566-569.
[2]	龚方红, 李锦春, 俞强, 林明德. 交联方法对交联聚乙烯结晶行为的影响[J]. 应用化学, 1998, 0(5): 31-34.