環保法生產氟橡膠復原膠的研究
為解決傳統再生膠脫硫工藝污染性較大的問題,研發了一種化學斷硫環保生產新工藝,并最終制得了復原氟橡膠。實際應用時,采用氟橡膠與復原氟橡膠并用基本可保持氟橡膠所有性能,并大幅降低產品成本;復原氟橡膠分別與丙烯酸酯橡膠、丁腈橡膠并用時可大幅提升耐介質性能和耐高溫性能。
眾所周知,氟橡膠具有耐熱、耐油、耐溶劑和耐強氧化劑等特性以及良好物理機械性能,廣泛用于國防軍工、航空航天及石油化工等領域。如今隨著國民經濟的高速發展和工業技術的不斷升級,氟橡膠消耗量不斷增長。據了解,到2015年全國汽車產量將達到3000萬輛,氟橡膠消耗量預計達到8560噸以上,加上其他行業的需求,國內氟橡膠市場容量將達到11560噸,發展十分喜人。高速發展往往會帶來一些深層次的問題,大用量生產氟橡膠制品必定產生大量的氟橡膠廢料。氟橡膠是氟含量較高的橡膠材料,聚烯烴類氟橡膠和亞硝基氟橡膠主鏈結構均不含有C=C雙鍵,耐熱氧降解性較高,在氟橡膠制品的生產過程中會產生大量的邊角廢料,目前關于這種廢料一直沒有非常理想的處理方法,填埋很難降解,焚燒會產生劇毒物質,嚴重破壞臭氧層。
目前國內有些廠家將氟橡膠廢料研磨成硫化膠粉直接添加到混煉膠中,可降低成本又利于環保,但膠粉在混煉膠中屬非連續相,添加量會受影響。經長期實驗,筆者及眾多科研人員共同研制出了一種復原劑,即采用化學斷鏈法制作氟橡膠復原膠和預制膠,在密封制品廠長期實驗取得良好效果。
1、氟橡膠復原膠的制作原理
科研人員從大蒜和桔子皮等植物中提煉出了一種復原試劑,這種試劑中含有一種活性較強的小分子自由基,可用于廢舊橡膠的復原。一般地,在采用機械法制備廢舊橡膠顆粒的過程中,當機械力作用于廢舊橡膠顆粒時產生力引發作用,生成活性粒子;與此同時,還產生了力裂解作用,生成具有大自由基特性的分子鏈斷片。眾所周知,硫化橡膠降解時,其自由基是在C-C=鍵上而不是在C-S鍵上,但有C-Sn-C鍵存在時30%的C-C鍵直接被破壞,而70%的是因破壞C-C鍵時生成的未配對電子轉移到硫鍵上而被斷鏈。裂解不總是在最弱鍵上發生,也可能在較強鍵上發生;有較弱C-S鍵時,斷裂可能發生在C-C鍵上。由于復原試劑中的強活性自由基能與廢舊橡膠中的斷鏈鍵產生反應生成大量的線性分子鏈,生成了復原膠。因所選氟橡膠廢料經過了高溫二段硫化反應,其中的較小相對分子質量物質已大量揮發,而且化學斷鏈時的溫度不是太高,參與反應的復原劑的量不多,因而再生復原膠保持了較好的物理機械性能和較高的門尼粘度,從理論上講,這種膠料經過一段硫化后,無需再經二段硫化。
2、氟橡膠復原工藝
化學斷硫工藝不同于傳統高溫脫硫工藝,其主要優點是能耗低(不需要高溫)、投資少(設備和工藝簡單)且不產生任何有害污染物。具體的復原工藝見圖1。
由圖1可看出,整個工藝流程中不需加溫,沒有任何廢物產生,所以這是一種環保節能型生產工藝。與較高溫度下脫硫生產的再生膠不同,本工藝生產的再生膠含有游離硫化劑,可在高溫高壓條件下直接硫化,為了與傳統再生膠有所區別, 把使用本工藝生產的再生膠稱作復膠。
圖1 氟橡膠復原工藝流程
結束語
本工作制備的復原氟橡膠具有以下優點:
(a)不添加其他生膠,可單獨硫化。
(b)保持了氟橡膠的耐介質性能和老化性能。
(c)能較好地與其他橡膠相容,且用量較大。
(d)不需高溫脫硫,生產過程安全環保。
(e)材料成本低廉。
(f)減少了廢舊橡膠對環境的污染。
推廣氟橡膠復原技術可解決國內氟橡膠廢料難以降解和利用率較低等問題;瘜W斷鏈法可使廢舊氟橡膠復原過程更加環保和經濟。復原氟橡膠保持了氟橡膠純膠的耐高溫、耐介質特性。使用合理工藝和配合可生產出物理機械性能和化學性能均優異的復原氟橡膠。實踐證明,這種復原氟橡膠可用于生產各種耐高溫、耐介質橡膠件,產品成本大幅降低,企業效益顯著提高。