废橡胶粉的成分解析及其再生利用新途径研究

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废胶粉作为废橡胶的一种二次资源,其用途非常广泛,可用于橡胶沥青、翻新轮胎、水泥混凝土等,但目前对于废胶粉的成分及其再生利用的研究仍非常浅显,如何实现废胶粉的高效利用对于橡胶工业的可持续发展具有重大意义。因此,本论文首先利用热重分析法、红外光谱等手段对废胶粉的结构及成分进行详细研究,然后在探索废胶粉再生利用的新方法。具体所得结果如下:(1)利用全反射红外光谱以及热重-红外联用仪对废胶粉进行成分与相对含量分析,确定了两种废胶粉废天然胶粉WRP-7和废丁腈胶粉WRP-8的种类与成分含量。其中WRP-7的可挥发性非橡胶组分占比13.37%,橡胶烃组分占比47.46%,炭黑等填料组分占比34.55%,无机物组分占比4.62%;WRP-8的可挥发性非橡胶组分占比11.22%,橡胶烃组分占比43.58%,无机物组分占比45.20%。(2)已有研究结果表明在多种废胶粉里面仍残余部分未反应的不饱和双键,这些双键能够通过化学方法进行再交联反应而形成再生橡胶。此外,为了解决传统硫化橡胶因不可逆共价交联导致的难再生利用问题,已有大量研究将动态共价键引入橡胶交联网络中,制备动态键交联的可固相再生橡胶。因此,本文第三章以废胶粉(废天然胶粉)为基材,利用其中的不饱和双键为反应活性位点,以聚硫橡胶(其分子链中含有二硫键,分子末端为巯基)为交联剂,1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)作为催化剂,借助巯基-烯加成反应实现废胶粉间的共价链结,并利用二硫键来赋予再生橡胶自修复与固相再生性能,由此制备具有修复与固相再生性能的阻尼再生橡胶。具体研究结果为:通过全反射红外研究计算不饱和双键转化率,其中废胶粉与聚硫橡胶的质量比为10/2体系的双键转化率达84%,10/4体系中双键转化率达100%;DMA测试再生橡胶的阻尼性能,其中10/5体系的最大阻尼因子为0.88,有效阻尼温域为-26.9~34.8℃,常温下具有一定阻尼性能;测试再生橡胶的力学性能并进行修复、回收测试,10/2体系的拉伸强度最高,为1.13MPa,10/6体系在120℃-24h下修复效率达94%,在100℃-2h下回收效率达72.9%。(3)光固化3D打印技术具有速度快、精度高、表面质量好等优势,但其成型器件仍存在脆性高、韧性差等缺点,而废胶粉已被大量用于增韧改性热固性树脂。为此,本文第四章同样利用废胶粉中残余的不饱和双键,通过化学方法对废胶粉进行改性,然后将改性胶粉与3D打印光敏树脂复合来制备3D打印光敏复合树脂。具体研究结果为:通过红外及拉曼光谱表征改性胶粉的结构;标准曲线法测定改性胶粉表面巯基的含量,其中废胶粉与改性剂的质量比为10/4、10/8、10/12的试样表面巯基含量分别为126、171、545μmol/g;通过LCD打印成型样条测定拉伸、冲击强度,其中10/8体系掺入5%改性胶粉后冲击强度达4.91KJ/cm2,较原样增加了258%,掺入5%未改性胶粉体系冲击强度变化不大,但拉伸强度降低为6.31MPa。
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