专利名称：由工程回收橡胶粉末制备的热固性组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制备结构组分的组合物材料，以及制备所述组合物材料的方法。尤其是，本发明实施例涉及利用工程回收橡胶粉末制备的热固性组合物材料。已经出现了多种用于粉碎废弃橡胶制品，例如轮胎，的工艺和方法，其中，废弃橡胶制品剪切至能够重新用于制备新橡胶制品的尺寸，这种颗粒形式的橡胶产品也被称为橡胶屑或橡胶粉末。橡胶粉碎工艺和设备必须克服橡胶的高弹性，实际上，橡胶产品在环境温度下磨碎或切碎产生足够的热，所得橡胶颗粒相对是非反应形的，另外，这种工艺生产的橡胶屑包括更大的和不均匀的颗粒尺寸。然而这种工艺制备的橡胶屑，用来制造新的橡胶制品是便宜和经济的，但这种橡胶屑不能用来制成“橡胶基”产品，即，橡胶屑本质上被用作填充材料，因为橡胶聚合物不能与其它聚合物交联。实际上，橡胶屑在工业组合物和产品中，已被用作第二成分，并未被用作主要基础聚合物，根据其设计复合物，其它添加剂和组分也被添加。一般商业上工业材料中用量在19Γ15%范围内。这种例子中，橡胶屑被用作基础聚合物的非技术填料，例如，加入更多橡胶屑将明显降低组合物材料的抗拉强度。由于它不能够化学键合，一些现有技术组合物设计为引入塑料作为基础聚合物，并利用挤出模压技术以将橡胶屑封装，另外，过去使用的热塑性弹性体(TPE’s)具有差的耐化学和耐热性，以及低的热稳定性，这种TPE’ s常常在高温下软化或熔融，聚合链降解。使得组合物材料不能使用。已经出现了其它粉碎橡胶制品的工艺，据此，某些工艺的步骤被热力学控制。gp，橡胶颗粒温度被控制或保持在足够低的温度，因此，橡胶在工艺过程中的温度不会升高至导致弹性性能被破坏的玻璃化转变温度之上。这种工艺能够生产具有较小的颗粒尺寸和更均一的颗粒尺寸分布的橡胶屑粉末。另外，橡胶屑颗粒更具潜在的于其它聚合物的反应性和交联键合能力。然而，目前的工艺、方法或设备还没有发展到利用这一技术来生产被模压或配置用做功能和结构组分的组合物材料。提供一种组合物材料，其包括作为基础材料的工程回收橡胶颗粒用来制备结构组分如铁路枕轨，是尤其有利的，由于发展中国家在恶劣的气候(极热/冷、潮湿、UV/阳光、昆虫)下建造它们的交通基础设施，更持久技术材料需要被使用以在长时间中和前期融资成本，和降低维护成本，这种组合物材料的应用能够克服在远程位置维护轨道的困难和降低废物处理。
发明内容
本发明一种实施例包括一种热固性组合物材料，其组合了工程回收橡胶颗粒(ERRP)作为基础聚合物和主要组分，其中还加入了补充成分，以增强和改善希望的机械和物理性能。一般重量包括30%重量分数的ERRP，或更多，一般范围在609^90% ;混合有热固性弹性结合剤。这种混合物在预定压力和温度下，被施加模压压力，以形成热固性组合物材料，其可用于例如鉄路枕轨的结构组分。因为所述组合物材料引入ERRP作为技术基础聚合物，所述ERRP代表每磅最终组合物材料的最大花费，由于添加剂可以按照特定方式和预定时间被组合并复合进ERRP’ s的エ艺中，组合物的性能被增强。热固性组合物材料实施例并不仅仅允许鉄路枕轨满足エ业要求，也允许使用目前使用的相同设备和更快的装备的安装，以方便的鉄路。所述热固性组合物材料被利用材料制备，并被制造以降低碳，相比于其它诸如木材、混凝土、塑料和其它组合物材料。
图1为描述制备热固性组合物材料的エ艺流程 图2为含有所述热固性组合物材料的鉄路枕轨顶部视 图3为图2的铁路枕轨底部视图。
具体实施例方式本发明热固性组合物材料的ー种实施例是利用回收的硫化橡胶屑粉末、优选为エ程回收橡胶粉末(“ERRP”)，以及热固弾性粘结剂制备的。所述混合物被混合形成各组分均一的混合物，然后在足够的热和压カ下模压一定保留时间，形成组合物材料。在一个实施例中，所述热固弾性粘结剂是ー种未硫化橡胶(优选地以颗粒形式提供)，复合有ー种“硫化包”，以利于在受热和压力作用时橡胶的交联。在另ー个实施例中，所述混合物可以含有与聚氨酯或聚脲树脂复合的ERRP，在承受热和压力作用时也能够提供热固性组合物材料。在另ー个实施例中，模压组合物材料具有作为诸如鉄路枕轨的结构组分所希望的性能，如密度、抗拉强度、硬度和抗弯强度。所述ERRP或硫化橡胶颗粒可以利用已知的エ艺，如美国专利US5588600、7093781和7108207描述的粉碎颗粒橡胶的已知方法来生产，其通过引用被组合。这些方法包括在粉碎橡胶前，在低温下冷却或冷冻橡胶颗粒的步骤，这种橡胶屑粉末包括上述引用的ERRP，并可以被称为低温造粒橡胶粉末，这种橡胶屑粉末表现出一致的表面，适用于表面间的粘合和出色的机械性能，在制备组合物材料エ艺中。实际上，橡胶粉末的应用能够降低昂贵改性剂的需要。本发明还拟覆盖任意ERRP或硫化橡胶颗粒，其在热控制，如在粉碎エ艺的磨碎步骤或其它步骤中控制温度条件下被制造，因此，术语“热控制造粒橡胶”在此被使用，意味着任意硫化橡胶屑或颗粒形态的橡胶产品，其在热控制、如橡胶温度保持低于对橡胶物理或机械性能有不利影响的预定温度条件下被制造。 所述未硫化橡胶组分可以是被设计用于生成橡胶产品、如轮胎的废橡胶，但是，所述橡胶被由于不能满足エ业需要而被废弃。所述废橡胶通常也被称为“再生橡胶”，当使用再生橡胶或未交联橡胶时，硫化剂被加入以带来未硫化橡胶的硫化。因此，“硫化包”可以被加入的混合物中，其中，硫化包可以包括硫，组合有添加剤，如促进剂、活化剂如氧化锌、硬脂酸、抗降解剂和/或抗氧化剂。所述“硫化包”为未硫化橡胶(或者是天然橡胶或者是丁苯橡胶(SBR))提供交联，以稳定所述热固性组合物材料。另外，一种解聚硫化橡胶，也被称为焦化黑，一般由废弃轮胎解聚制备，也可以被加入到混合物两种实施例的一种中，在可替代的实施例中，或者替代使用焦化黑，炭黑可以被使用，炭黑是一种无定形碳，具有高的表面积/体积比例。本发明实施例在表I中阐述，但是本发明并不限制为这些实施例，并可以包括不同浓度或不同浓度范围的组合物或混合物的组分。
权利要求
1.一种热固性组合物材料，包括 一种基本上均匀的一定量硫化回收的橡胶颗粒的混合物，所述橡胶颗粒包括预定比例的不同颗粒尺寸，以及一种加入到所述硫化橡胶颗粒中的热固弹性粘结剂； 一种混合物，包括大约30%至大约97%重量百分比的硫化回收的橡胶颗粒，所述混合物在预定温度和压力下，模压一定保留时间，形成所述组合物材料；以及 其中，选择不同橡胶颗粒尺寸的比例，因此所述组合物具有期望的性能或在期望的密度范围内。
2.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，所述热固弹性粘结剂为未硫化橡胶材料以及一种或多种硫化剂，硫化剂被提供以实现在所述混合物实施加热加压一定保留时间的时候，所述未硫化橡胶材料的交联。
3.根据权利要求2所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物包括大约30%至70%重量百分比的硫化橡胶颗粒。
4.根据权利要求3所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物含有大约40%至50%重量百分比的硫化橡胶颗粒。
5.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物还包括解聚的硫化橡胶材料和/或无定形碳材料。
6.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，所述粘结剂选自由热固性聚氨酯或热固性聚脲组成的组。
7.根据权利要求6所述的组合物材料，其特征在于，所述化合物包括大约3%至15%重量百分比的粘结剂以，其余为硫化橡胶颗粒。
8.根据权利要求7所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物包括大约5%至10%重量百分比的粘结剂以，其余为硫化橡胶颗粒。
9.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物在大约IOOOpsi至大约5000ps1、大约200° F至大约350° F温度范围内，实施模压，保留时间为大约3至10分钟。
10.根据权利要求9所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物在大约4500ps1、大约350° F温度范围内，实施模压，保留时间为大约7至10分钟。
11.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，所述硫化橡胶颗粒的颗粒尺寸为大约20目至大约60目。
12.根据权利要求11所述的组合物材料，其特征在于，所述硫化橡胶颗粒的颗粒尺寸为大约30目至大约40目。
13.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，所述组合物材料密度为从45Ib/ft3 至大约 80 lb/ft3。
14.根据权利要求13所述的组合物材料，其特征在于，所述组合物材料密度为从60lb/ft3 至大约 70 lb/ft3。
15.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物的模压被实施以制备铁路枕轨。
16.根据权利要求1所述的组合物材料，其特征在于，不同硫化橡胶颗粒的比例包括-20目大约25%、-40至+60目大约25%、-80目大约50%。
17.一种热固性组合物材料，包括 一种基本上均匀的一定量硫化回收的橡胶颗粒的混合物，所述橡胶颗粒通过在不超过橡胶产品玻璃化转变温度的一定温度下降橡胶制品粉碎得到；以及一种加入到硫化橡胶颗粒中的热固弹性粘结剂； 其中，所述混合物包括大约30%至97%重量百分比的硫化回收橡胶颗粒，所述橡胶颗粒的颗粒尺寸不超过20目；以及 所述混合物在至少IOOpsi和至少200° F温度下模压一定保留时间，形成所述组合物材料。
18.根据权利要求16所述的组合物材料，其特征在于，所述混合物在大约4500psi和大约350° F温度下实施模压。
19.根据权利要求17所述的组合物材料，其特征在于，所述热固弹性粘结剂为颗粒状未硫化橡胶，以及一种或多种硫化剂。
20.根据权利要求17所述的组合物材料，其特征在于，所述热固弹性粘结剂为热塑性聚氨酯或聚脲。
21.—种制备热固组合物材料的方法，包括 将一定量的硫化回收的橡胶颗粒与热固弹性粘结剂混合得到基本上均匀的混合物，所述橡胶颗粒包括预定比例的不同颗粒尺寸；以及 在预定压力和温度下，对所述混合物施加模压一定保留时间。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，不同颗粒尺寸的比例包括-20目大约25%、-40至+60目大约25%、-80目大约50%。
23.—种制备热固组合物材料的方法，包括 将一定量的硫化回收的橡胶颗粒与热固弹性粘结剂混合得到基本上均匀的混合物，所述混合物包括30%至97%重量百分比的硫化橡胶颗粒；以及 在预定压力和温度下，对所述混合物施加模压一定保留时间，因此所述热固组合物材料具有期望的密度、或落入期望密度范围内的密度。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括将所述混合物挤出得到期望挤出的成分，并将挤出的成分置入模具，然后实施模压压力和温度。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，实施模压压力的步骤包括实施大约45000psi的压力、大约350° F的温度、保留时间大约7至10分钟。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述弹性粘结剂包括未硫化橡胶材料、以及一种或多种硫化剂，因此，所述未硫化橡胶材料在实施模压压力时进行硫化。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括将所述混合物置于模具中，在模具中实施模压压力，以生产铁路枕轨的步骤。
28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述热固弹性粘结剂包括热固聚氨酯或热固聚脲。
29.一种由热固组合物材料生产的铁路枕轨，包括 一种基本上均匀的一定量硫化回收的橡胶颗粒的混合物，所述硫化橡胶颗粒包括预定比例的不同颗粒尺寸，以及加入到所述硫化橡胶颗粒中的热固弹性粘结剂； 所述混合物包括大约30%至97%重量百分比的硫化回收橡胶颗粒，所述混合物在大约350° F的预定温度、45000psi压力下实施模压一定保留时间，形成组合物材料； 其中，不同橡胶颗粒尺寸的比例被选择，因此所述组合物材料具有大约60 lb/ft3至70lb/ft3的期望密度。
30.根据权利要求29所述的铁路枕轨，还包括长的结构，包括平行的顶部和底部表面，以及两个平行的侧面，其中，在一个或两个侧面、以及底面形成槽。
全文摘要
一种热固性组合物材料，用于制造包括铁路枕轨的结构组分，包括一定量硫化橡胶颗粒的、基本上均匀的混合物，所述橡胶颗粒包括预定比例的不同颗粒尺寸；以及一种热固性弹性粘结剂，加入到硫化橡胶颗粒中。所述混合物可以包括大约30%至大约90%重量百分比的硫化橡胶颗粒，所述混合物在预定温度和压力下模压一段停留时间，形成所述组合物材料。选择不同颗粒尺寸的橡胶颗粒的比例，以使所述组合物材料具有希望的密度或者在希望的密度范围内。
文档编号C08J11/04GK103038278SQ201180037341
公开日2013年4月10日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月4日
发明者彼得·瓦兹尼斯, 安东尼·M·恰洛内, 迈克尔·格拉布 申请人:恩塞尔复合材料有限责任公司