陳啟鵬，徐彥紅，翁國(guó)文，王再學(xué)，徐云慧，徐健富

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省橡膠循環(huán)利用研發(fā)中心，江蘇 徐州 221140）

廢橡膠再生的實(shí)質(zhì)是使硫化膠網(wǎng)絡(luò)破壞并降解[1]。廢橡膠再生方法很多，可歸納為物理再生法、化學(xué)再生法、微生物再生法三大類。微波脫硫法屬于物理再生法，利用微波能量使硫化膠的碳-硫和硫-硫鍵斷裂，達(dá)到廢橡膠再生的目的。微波脫硫法無需添加配合劑，環(huán)保無污染，加熱快，膠料受熱均勻，生產(chǎn)設(shè)備費(fèi)用低，自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率高，而且可快速檢測(cè)再生橡膠的門尼粘度并據(jù)此及時(shí)調(diào)整微波脫硫工藝，再生橡膠的物理性能好[2]，因此近年來微波脫硫技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。

無機(jī)材料鐵氧體具有吸波特性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域[3-5]。鐵氧體在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用逐漸增多，如釹鐵硼粉、鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、鐵酸鋇、鐵酸鍶等添加到天然橡膠、丁基橡膠和丁腈橡膠等中，可以改變復(fù)合材料的物理和化學(xué)性能，制得磁性橡膠，使其應(yīng)用更廣泛[6-9]。由于磁性橡膠大多采用價(jià)格較高的橡膠制備，成本較高，限制了磁性橡膠的推廣和應(yīng)用。

磁性再生橡膠的用途與磁性橡膠類似，可以用于密封系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備、仿生材料、減震材料、教學(xué)用具和智能輪胎。磁性再生橡膠可以部分或全部取代磁性橡膠，不僅大幅降低了成本，而且拓展了再生橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域。磁性再生橡膠研究具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

本工作利用鐵氧體的吸波特性，對(duì)廢膠粉進(jìn)行微波脫硫再生，同時(shí)賦予其一定的磁學(xué)性能，制備磁性再生橡膠，重點(diǎn)研究微波再生工藝對(duì)磁性再生橡膠物理性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

廢膠粉，粒徑為830 μm，徐州盛鑫橡膠制品有限公司產(chǎn)品；鐵氧體（主要成分為SrFe12O19），牌號(hào)BMXF-4D2，北礦磁材科技股份有限公司產(chǎn)品；氧化鋅和硫黃，上海智孚化工科技有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，中國(guó)石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑TBBS，上海成錦化工有限公司產(chǎn)品；松香、古馬隆樹脂和環(huán)烷油，上海羽飛陽(yáng)化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)和QLB-50D/Q型平板硫化機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-7080S2型門尼粘度計(jì)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；LX-A型邵氏橡膠硬度計(jì)和JDL-2500N型電子拉力機(jī)，江蘇新真威試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；M1-211A型微波爐，廣東美的電器制造有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)配方

采用微波技術(shù)制備磁性再生橡膠，為了考察廢膠粉再生過程中的微波脫硫條件（煙霧狀況、微波脫硫次數(shù)、松香加入量）和膠料混煉過程中加入古馬隆樹脂和環(huán)烷油等對(duì)磁性再生橡膠性能的影響，設(shè)計(jì)了7個(gè)試驗(yàn)配方，如表1所示。

表1 試驗(yàn)配方 份

1.4 磁性再生橡膠的制備

將廢膠粉與鐵氧體混合均勻，置于微波爐中進(jìn)行微波脫硫（微波頻率為2 450 MHz，高溫），脫硫一次后，將松香趁熱加入膠粉/鐵氧體混合物中，再進(jìn)行微波脫硫，制得再生膠粉。

含有鐵氧體的再生膠粉在開煉機(jī)上進(jìn)行兩段混煉，混煉工藝為：再生膠粉包輥后依次加硬脂酸、古馬隆樹脂、氧化鋅、促進(jìn)劑TBBS、環(huán)烷油，翻煉3～10次，下片，停放8 h；返煉后加硫黃，過輥5～15次，下片，停放12 h。

膠料在平板硫化機(jī)上硫化，制得磁性再生橡膠，硫化條件為145 ℃×t90。

1.5 性能測(cè)試

門尼粘度按照GB/T 1232.1—2000進(jìn)行測(cè)試，邵爾A型硬度按照GB/T 531.1—2008進(jìn)行測(cè)試，100%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率按照GB/T 528—2009進(jìn)行測(cè)試，撕裂強(qiáng)度按照GB/T 529—2008進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波再生工藝對(duì)磁性再生橡膠性能的影響

2.1.1 膠粉煙霧狀況

微波再生技術(shù)研究大多確定微波脫硫時(shí)間對(duì)再生橡膠性能的影響，但是由于廢橡膠種類和來源不同，如果采用固定的微波處理時(shí)間進(jìn)行微波脫硫，難免會(huì)造成微波脫硫不充分或焦燒嚴(yán)重等現(xiàn)象。本工作通過觀察微波脫硫過程中膠粉產(chǎn)生的煙霧狀況來確定微波處理時(shí)間，即分別在微波爐中無煙、微煙和濃煙時(shí)停止微波輻射，然后研究相應(yīng)的磁性再生橡膠的物理性能。

為了充分體現(xiàn)鐵氧體的吸波特性，本工作將100份廢膠粉和100份鐵氧體混合物置于微波爐中，考察煙霧狀況對(duì)磁性再生橡膠的物理性能的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 煙霧狀況對(duì)磁性再生橡膠物理性能的影響

從表2可以看出，在微煙條件下制得的磁性再生橡膠物理性能較好。

因此確定后續(xù)試驗(yàn)中當(dāng)膠粉在微波爐中產(chǎn)生微煙時(shí)停止微波輻射。

2.1.2 微波脫硫次數(shù)

受試驗(yàn)條件限制，在微波爐玻璃轉(zhuǎn)盤中間部分的膠粉在微波輻射下累積的熱量較大，隨著微波脫硫次數(shù)的增多，該部分膠粉出現(xiàn)炭化現(xiàn)象，這是由于熱散逸效應(yīng)，即溫度高的部分吸收的微波能量更大，而吸收微波能量多的部分熱散逸也越大，如此循環(huán)，導(dǎo)致該部分膠粉炭化或燃燒[10]。為了避免此現(xiàn)象發(fā)生，本工作在微波一次后，取出膠粉混合物攪拌均勻，再重新放入微波爐中進(jìn)行微波輻射，如此多次反復(fù)進(jìn)行脫硫，探討微波脫硫次數(shù)對(duì)再生橡膠性能的影響。

以7#配方為例，在微煙條件下，微波脫硫次數(shù)對(duì)磁性再生橡膠物理性能的影響如表3所示。

從表3可以看出：當(dāng)微波脫硫次數(shù)未大于3時(shí)，隨著微波脫硫次數(shù)增多，磁性再生橡膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度提高；當(dāng)微波脫硫次數(shù)大于3時(shí)，磁性再生橡膠的100%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度顯著下降，這是由于微波處理時(shí)間超過了“正脫硫點(diǎn)”，導(dǎo)致膠料裂解嚴(yán)重，物理性能降低[11]；當(dāng)微波脫硫次數(shù)為3時(shí)，磁性再生橡膠的物理性能最好，表明微波脫硫效果最佳。

表3 微波脫硫次數(shù)對(duì)磁性再生橡膠物理性能的影響

因此，確定后續(xù)試驗(yàn)中微波脫硫次數(shù)為3。

2.2 軟化劑對(duì)磁性再生橡膠性能的影響

松香、古馬隆樹脂、環(huán)烷油是常用的橡膠增粘劑和軟化劑。本工作在再生橡膠制備過程中添加這3種配合劑，研究其對(duì)磁性再生橡膠加工性能和物理性能的影響，結(jié)果如表4所示。

表4 軟化劑對(duì)磁性再生橡膠性能的影響

從表4可以看出，對(duì)比廢膠粉脫硫過程中未添加松香的1#配方膠料和添加不同用量松香的2#—4#配方膠料，隨著松香用量增大，膠料的門尼粘度減小，硬度、100%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度呈降低趨勢(shì)，拉斷伸長(zhǎng)率呈增大趨勢(shì)。分析原因，在微波再生過程中，溫度達(dá)到松香的軟化點(diǎn)后，松香融入橡膠分子中，使橡膠分子鏈溶脹，從而促進(jìn)廢膠粉脫硫，并提高了磁性再生橡膠的粘性和流動(dòng)性。

從表4還可以看出：與3#配方膠料相比，添加了3份古馬隆樹脂的5#配方膠料的門尼粘度減小，硬度相當(dāng)，100%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度明顯提高，拉斷伸長(zhǎng)率降低；與5#配方膠料相比，添加了2.5份環(huán)烷油的6#配方膠料的門尼粘度、硬度和100%定伸應(yīng)力降低，拉伸強(qiáng)度相當(dāng)，拉斷伸長(zhǎng)率增大，撕裂強(qiáng)度稍微有所降低，說明磁性再生橡膠的柔韌性和加工性能大大改善。

綜合考慮生產(chǎn)成本、加工工藝和物理性能等，確定在微波脫硫再生過程中添加1.5份松香，在再生橡膠混煉過程中加入少量古馬隆樹脂和環(huán)烷油，有助于提高磁性再生橡膠的加工性能和物理性能。

3 結(jié)論

（1）在微煙條件下微波脫硫3次可以得到物理性能較好的磁性再生橡膠。

（2）在廢膠粉微波脫硫過程中加入一定量的松香有助于促進(jìn)廢膠粉脫硫，并明顯改善磁性再生橡膠的加工性能。

（3）在混煉過程中加入少量古馬隆樹脂和環(huán)烷油能夠明顯提高磁性再生橡膠的柔韌性和加工性能。