[发明专利]用于解交联和脱硫的具有超声变幅杆的单螺杆和双螺杆挤出机

说明书

技术领域

本发明总体上涉及具有超声变幅杆的挤出机。更具体地说，本发明涉及单螺杆和双螺杆挤出机，其具有与挤出机的机筒连通的超声变幅杆。本发明还涉及使用这些单螺杆和双螺杆挤出机来使交联塑料解交联和使硫化橡胶脱硫的方法。

背景技术

人类在21世纪所面临的许多环境问题之一是环境可持续性和管理所产生的大量聚合物废料的问题。在各种聚合物废料之中，管理旧轮胎和橡胶废料以及交联塑料是需要一个有效解决方案的主要环境问题。本发明特别针对于产生新的环保超声单螺杆和双螺杆挤出设备和工艺，其用于回收旧轮胎和橡胶废料以及交联塑料。已进行了广泛研究以了解使用单螺杆挤出机工艺来使橡胶脱硫的工艺和机制以及模型的各种参数。这一研究最终在科学期刊和书籍中发布许多专利和多个科学出版物。由于存在这些成功的努力，因此在单螺杆挤出工艺中运用大功率超声来使橡胶网状结构分解开以便进行回收是在世界各地确立的研究领域。虽然这一研究课题已经存在，但是设备和工艺仍然可受益于额外的发现和发展，如本文公开的发现和发展。

值得注意的是，关于将超声并入双螺杆挤出机工艺中，已教导了将超声变幅杆放置于挤出机模头的出口处，如在美国专利号5,284,625中所教导。关于将超声并入单螺杆挤出机工艺中，已将超声变幅杆放置于挤出机模头的出口处，如在前述U.S.5,284,625中。超声变幅杆还已经被放置于单螺杆挤出机的机筒内，如在美国专利号6,095,440中，其教导在机筒中提供特殊螺旋通道并且将变幅杆的远端放置于此螺旋通道中。变幅杆具有正方形横截面，并且具有在其远端处所界定的弧形通道，所述通道从正方形的一个隅角延伸至相对隅角。这被认为是一种不当的变幅杆设计，但又是允许变幅杆与特殊螺旋通道连通所需要的。这些专利教导在这些挤出机中使橡胶脱硫。

另外其它的单螺杆挤出机已经得到改良来将超声变幅杆包含在模头内，如在欧洲专利申请号1645381中，所述申请教导使用这类挤出机以便在模制树脂材料过程中改善性质。美国专利申请号2009/0275689也教导了将超声变幅杆放置于机筒处，但是用于将材料分散在聚合物中。

本发明致力于通过在单螺杆和双螺杆挤出机中使硫化橡胶脱硫和使交联塑料解交联来使塑料和橡胶再生，其中一个或多个超声变幅杆放置于单螺杆和双螺杆挤出机的机筒处，并且在变幅杆处提供特定流动路径。

发明内容

本发明涉及利用单螺杆和双螺杆挤出来使交联塑料有效地解交联以及使轮胎和其它硫化橡胶有效地脱硫的工艺。这些工艺所包括的单螺杆或双螺杆挤出机具有放置于机筒区段中的一个或多个超声水冷变幅杆，其中超声波在馈给区段之后的区域中施加。这个特殊超声处理区域由流线型弧形超声处理流动路径组成，粉状交联塑料或硫化橡胶穿过所述路径，弧形处理流动路径部分地由具有选定深度和长度的间隙来界定。在单螺杆挤出机中，这个间隙位于旋转轴与特别配置的超声变幅杆的远端之间，并且类似地，在双螺杆挤出机中，这个间隙位于两个旋转圆柱形轴与特别配置的超声变幅杆的远端之间。在每种情况下，变幅杆的尖端经过成形使得它具有圆柱形弧形表面(单)或圆柱形双弧形表面(双)，所述表面大致上平行于所述一个或多个旋转轴的表面。进行特别布置以防止材料从所述一个或多个轴与变幅杆之间的间隙中流出。

硫化橡胶或交联塑料粉末由馈给器以受控流动速率在挤出机的馈给区段处馈给。通过一个或多个螺杆的旋转动作，将粉末输送至超声处理区域。在变幅杆尖端下方经过期间，粉末得以脱硫或解交联，变得如典型的未硫化橡胶或解交联塑料般具有流动性，并且被推向位于挤出机末端的模头。出乎意料地观察到，在一些处理条件下，离开模头的塑料或橡胶呈连续绳索形式，并非呈松散且破碎的挤出物形式。所述一个或多个超声变幅杆的温度受从恒温器输送至变幅杆中所提供的冷却通道的水或其它类型的冷却介质的控制。超声波的频率和振幅可变化。在超声处理区域与模头之间的区段中，如果由于过度温度上升而需要的话，对脱硫橡胶或解交联塑料加以冷却，并且使其经受进一步塑化作用。使用本文中的设备和工艺获得的超声脱硫橡胶或解交联塑料可与所需固化剂混合并且成形为合意产品，并且加以再硫化或再交联。