Способ деструкции эластомерного материала
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к способу деструкции эластомерного материала с получением регенерата резины. Способ деструкции эластомерного материала включает предварительное измельчение и поэтапную деструкцию и гомогенизацию, осуществляемые в одношнековом диспергаторе, разделенном на технологические зоны, связанные зонами транспортировки. В первую технологическую зону вводят воду в количестве 2-15 мас.% от массы резины. В первой зоне проводят деструкцию резины при воздействии давления, уменьшающегося вдоль потока материала. Затем осуществляют транспортировку, сопровождающуюся рециркуляцией материала. При этом в первой зоне поддерживают температуру диссипационного нагрева, не превышающую 250°С. Окончательную деструкцию проводят во второй технологической зоне, поддерживая температуру нагрева, не превышающую 300°С. Технический результат состоит в снижении пластичности полученного регенерата. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к способу получения регенерата резины в диспергаторе, разделенном на технологические зоны с применением воды и/или водного раствора модификатора, впрыскиваемого в технологические зоны диспергатора.
Известен способ регенерации резины [АС СССР №618385, МКИ C08J 11/04, опубл. 05.08.78]. Способ предусматривает регенерацию крошки из резиновых шин, к которой добавлен мягчитель и активатор пластикации. Регенерацию осуществляют в двухчервячном шестизонном диспергаторе при температуре 100-200°С. В последнюю зону рабочей камеры смесителя вводят воду, или водный раствор щелочи, или водный раствор поверхностно-активного вещества в количестве 2-15% от веса сырья. Это приводит к снижению температуры пластиката, выходящего из смесителя, на 20-50°С, ингибированию активных центров, что препятствует процессу окислительной дестукции и позволяет получить регенерат с высокими физико-механическими показателями. Однако его пластичность составляет 0,43-0,47 единиц. Содержание летучих компонентов составляет 0,18-0,20%. Кроме того, использование двухшнекового диспергатора приводит к увеличению энергетических затрат, что обусловлено в том числе и тем, что перетирание крошки осуществляется в основном в зонах приближения гребней шнеков к стенкам корпуса, в то время как в зоне между шнеками происходит только перемешивание. Использование в процессе специально приготовленной композиции из резиновой крошки, мягчителя и активатора значительно усложняет технологию.
В качестве прототипа выбран способ деструкции эластомерного материала [патент RU №2145282, МКИ В29В 17/00, опубл. 10.02.2000], включающий предварительное измельчение сырья и его поэтапную переработку в одношнековом диспергаторе. Диспергатор разделен на технологические зоны, связанные зонами транспортировки. В первой технологической зоне поверхностную деструкцию осуществляют под действием усилий среза в узкой кольцевой щели, образованной между телами вращения (конус в конусе), при воздействии давления, уменьшающегося вдоль потока материала. Температура диссипационного нагрева в первой технологической зоне составляет 50-150°С. Окончательная деструкция происходит во второй зоне, расположенной со стороны выхода диспергатора. Процесс также осуществляется в узкой кольцевой щели между двумя коническими поверхностями, при этом давление увеличивается вдоль потока перерабатываемого материала. Во второй зоне также контролируют температуру диссипационнго нагрева. Она не должна превышать 300°С. Способ позволяет получить однородный гомогенный регенерат из крошки фракции 15 мм и мельче. Полученный продукт используется в последующих технологических этапах. Он добавляется к резиновым смесям, из которых вальцуют листы, разрезаемые на заготовки для последующей вулканизации. Экспериментально установлено, что регенерат, полученный по данному способу, имеет пластичность 0,50 единиц. Такой показатель снижает технологичность дальнейшей переработки, усложняет процесс.
В основу изобретения поставлена задача - повышение технологичности дальнейшей переработки продукта.
Достигаемый технический результат - снижение пластичности полученного регенерата.
Поставленная задача решается тем, что способ деструкции эластомерного материала включает предварительное измельчение и поэтапную деструкцию и гомогенизацию, осуществляемые в одношнековом диспергаторе, разделенном на технологические зоны, связанные зонами транспортировки. При этом в его первой технологической зоне осуществляют поверхностную деструкцию при воздействии давления, уменьшающегося вдоль потока материала. Затем осуществляют транспортировку, сопровождающуюся рециркуляцией материала, и окончательную деструкцию во второй технологической зоне, при поддержании температуры диссипационного нагрева, не превышающей 300°С. От притотипа способ отличается тем, что в первой технологической зоне поддерживают температуру диссипационного нагрева, не превышающую 250°С, и вводят воду в первую технологическую зону в количестве 2-15 мас.% от массы резины.
Сущность изобретения поясняется приведенными ниже примерами реализации и иллюстрируется чертежом, на котором представлен диспергатор, используемый при осуществлении способа.
Диспергатор имеет цилиндрический корпус 1 с рубашкой охлаждения 2, загрузочным патрубком 3 и разгрузочным патрубком 4. Расположенный внутри корпуса шнековый вал 5 состоит из следующих секций:
- первого подающего шнека 6 (первая винтовая секция),
- первой конической секции 7, конус которой расширяется по потоку материала, т.е. в сторону разгрузочного патрубка 4,
- второго подающего шнека 8 (вторая винтовая секция),
- второй конической секции 9, конус которой, например, также расширяется по потоку материала, т.е. в сторону разгрузочного патрубка 4.
На выходе корпуса 1 перед разгрузочным патрубком 4 расположена камера 10 охлаждения и дегазации. На конце шнекового вала, расположенного в этой камере, выполнен выгружной шнек 11. Корпус 1 имеет на внутренней поверхности конические участки 12, 13, коаксиально охватывающие конические секции 7, 9 шнекового вала и имеющие тот же угол схождения конуса. Для простоты исполнения в корпусе могут быть установлены втулки 14, 15, имеющие описанные выше конические участки 12, 13. Между конической секцией 7 шнекового вала и внутренним конусом втулки 14 имеется кольцевая коническая щель. Аналогичная щель имеется между конической секцией 9 и внутренним конусом втулки 15. Конические секции 7 и 9 шнекового вала делят внутренний объем диспергатора на первую и вторую технологические зоны.
В первой технологической зоне, а именно до первой кольцевой конической щели, в корпусе имеется патрубок 16 для подачи воды и/или водного раствора модификатора. Корпус может быть снабжен аналогичным патрубком, расположенным между втулками 14, 15, т.е. во второй технологической зоне. Перед разгрузочным патрубком 4 в корпусе имеется патрубок 17, обеспечивающий отвод образовавшейся в процессе деструкции парогазовой смеси.
Способ реализуется в процессе работы описанного выше диспергатора.
Резиновая крошка без предварительного подогрева и смешивания с активатором и мягчителем равномерно загружается через патрубок 3 в корпус диспергатора.
Конструкция шнекового вала характеризуется чередованием винтовых секций 6, 8 и конических секций 7, 9, вокруг которых имеются узкие кольцевые зазоры, создающие значительное сопротивление продольному потоку вещества. В результате транспортирующая способность секций шнека реализуется в малой доле, что определяется потоками утечек через радиальные зазоры между гребнем шнека и внутренней поверхностью корпуса. Причем такие зазоры являются технологическими и их ширина не превышает 1,5-4 мм. Время пребывания материала (время переработки крошки) в таких диспергаторах больше, чем в традиционных машинах (в традиционных шнековых машинах стремятся максимально уменьшить утечки, чтобы обеспечить максимальное давление шприцевания). Многократно перетекая назад по гребням шнека, крошка разрушается, температура массы начинает быстро расти. Происходит быстрое взрывное измельчение частиц крошки, частичная поверхностная деструкция и образование микротрещин. Впрыснутая через патрубок 16 вода попадает в микротрещины и, испаряясь, разрушает частицы, смачивает их, предотвращая дальнейший рост температуры. Смоченная и нагретая до заданных температур крошка агломерируется, плотность массы увеличивается, что позволяет шнеку продавить ее через кольцевую щель. Вода не только принимает участие в деструкции, но позволяет удерживать температуру диссипационного нагрева в первой технологической зоне ниже 250°С, не позволяя ей увеличиваться до температуры пиролиза.
Экспериментально установлено, что оптимальное количество воды составляет 2-15% от массы резины.
Полученная масса посредством второй винтовой секции 8 поступает во вторую коническую щель. Окончательная деструкция и пластикация материала во второй технологической зоне осуществляется, например, с увеличением воздействующего давления вдоль потока материала, в том числе за счет введенного дополнительного количества воды, которая превращается в пар. Однако возможны примеры реализации при неизменном воздействующем давлении. При этом поддерживают температуру диссипационного нагрева, не превышая 300°С. Выходящая из второй технологической зоны масса попадает в следующую зону - зону охлаждения. Температура опускается до 40-60°С. Снижение температуры достигается за счет отвода парогазовой смеси через патрубок 17 и за счет теплоотвода через рубашку охлаждения корпуса. В выходную зону также может подаваться вода, снижающая температуру полученного регенерата.
Конкретная реализация может быть рассмотрена на примере переработки отходов шинной резины, предварительно измельченной на стандартном оборудовании до крошки с частицами размером 2-15 мм. Температурные режимы в технологических зонах диспергатора и количество воды, поступающей в первую технологическую зону по заявляемому способу представлено в таблице. На выходе из разгрузочного патрубка получен однородный гомогенный регенерат.
Способ реализуется в одношнековом диспергаторе, что снижает энергетические затраты, а введение крошки без предварительного смешения с мягчителем и активатором повышает технологичность способа.
Характеристики полученного по заявляемому способу регенерата представлены в той же таблице. Результаты испытаний показывают, что пластичность составляет 0,32-0,39, т.е. уменьшилась на 30-50%. Улучшенные свойства позволяют повысить технологичность дальнейшей переработки продукта.
| Таблица | |||||
| Кол-во воды, % от массы резины | Температура, °С в зонах | Содержание летучих компонентов, % | Пластичность | ||
| Первой | Второй | На выходе | |||
| 2 | 250 | 270 | 60 | 0.01 | 0.38 |
| 5 | 210 | 170 | 50 | 0.08 | 0.36 |
| 10 | 190 | 140 | 40 | 0.14 | 0.35 |
| 4 | 220 | 250 | 70 | 0.04 | 0.35 |
| 7 | 195 | 180 | 55 | 0.10 | 0.34 |
| 10 | 140 | 90 | 35 | 0.16 | 0.32 |
| 5 | 200 | 180 | 50 | 0.04 | 0.37 |
| 10 | 200 | 180 | 40 | 0.07 | 0.36 |
| 15 | 200 | 160 | 30 | 0.12 | 0.39 |
В технологические зоны могут также вводится различные модификаторы и активаторы, предварительно смешанные с водой, подаваемой внутрь диспергатора. Это позволяет широко варьировать свойства получаемого регенерата. Так, например:
- при введении комплексного модификатора РУ-Д [ТУ 2494-011 00149452-99;
производитель АО «Завод «Сланцы»], который является соединением уротропина и резорцина, получаемым в присутствии борной кислоты, повышаются упругие свойства регенерата, прочность и относительное удлинение.
- при введении малеинового ангидрида [ГОСТ 5854-75], реагирующего со свободными макрорадикалами полимера, повышается теплостойкость.
- при введении водных растворов смеси полиэтилегликолевых эфиров и диалкилфенолов [модификаторы ОП-7, ОП-10, ГОСТ 8433-81] снижается липкость регенерата и повышается прочность.
Настоящая заявка описана с некоторыми деталями для достижения ясности и понимания. Специалисты в данной области при прочтении описания могут понять, что возможны некоторые изменения в деталях без выхода за пределы области применения и прилагаемой формулы.
Способ деструкции эластомерного материала, включающий предварительное измельчение и поэтапную деструкцию и гомогенизацию, осуществляемые в одношнековом диспергаторе, разделенном на технологические зоны, связанные зонами транспортировки, при этом в его первой технологической зоне осуществляют поверхностную деструкцию при воздействии давления, уменьшающегося вдоль потока материала, затем осуществляют транспортировку, сопровождающуюся рециркуляцией материала, и окончательную деструкцию во второй технологической зоне при поддержании температуры диссипационого нагрева, не превышающей 300°С, отличающийся тем, что в первую технологическую зону вводят воду в количестве 2-15 мас.% от массы резины и поддерживают в первой технологической зоне температуру диссипационного нагрева, не превышающую 250°С.
