Физико-химические методы переработки резиновых отходов

Проблема утилизации резиновых отходов остается актуальной, несмотря на совершенствование технологии производства новых изделий. Складирование и захоронение отходов полимеров экономически неэффективно и экологически небезопасно, так как при длительном хранении они могут выделять в окружающую среду вещества, способные привести к нарушению экологического равновесия. Кроме того, к моменту утраты резиновыми изделиями их эксплуатационных качеств собственно полимерный материал претерпевает весьма незначительные структурные изменения, что обусловливает возможность и даже необходимость их вторичной переработки. Наиболее перспективным представляются способы переработки отходов резиновых изделий, связанные с их измельчением, так как химические методы, такие как пиролиз и сжигание приводят к уничтожению полимерной основы материала. Различные методы измельчения можно в зависимости от условий проведения процесса подразделить на криогенное измельчение и измельчение при положительных температурах. Несмотря на возможность получения тонкодисперсных порошков резин и малые энергозатраты на собственно процесс измельчения застеклованной резины, криогенная технология обладает весьма существенным недостатком, связанным с высокой стоимостью хладоагентов. Технологические процессы и оборудование для переработки изношенных шин и других видов промышленных и твердых бытовых полимерных отходов (отработанных изделий из резины, текстиля, кожи, древесины и других природных и синтетических полимеров) осуществляются при положительных температурах. Результаты исследования различных полимеров и композиций показали возможность получения из них порошков, коротких волокон и крошки различной степени дисперсности и применения их в качестве добавок (или основы) при изготовлении новых изделий. Известно, что в области положительных температур при определенных скоростях деформации и сложном характере нагружения эластомеры разрушаются с небольшими затратами энергии, что связано с существенным снижением ориентационных эффектов. Это данные позволили провести широкие исследования с целью определения соотношения энергии разрушения каучуков и резин в единичном акте и энергии, затрачиваемой на измельчение. Проведенные исследования[37] дали возможность обосновать выбор высокотемпературного скоростного режима деформации, при котором работа разрушения имеет минимальное значение. На основании полученных результатов определены оптимальные конструктивные и технологические параметры процессов измельчения. В работах Пальгунова и Сумаракова. Помимо технологических факторов значительное влияние на характеристики процесса оказывает тип измельчителя и его конструктивные параметры. Результаты исследования кинетики измельчения эластомеров в различных аппаратах позволили разработать математические модели процессов измельчения в аппаратах периодического и непрерывного действия и инженерные методы расчета производительности соответствующих аппаратов, выбрать эффективные области применения измельчителей для получения из различных эластомеров и композиционных материалов на их основе продуктов различной степени дисперсности, создать научные основы процессов механического измельчения эластомеров различной природы и определить пути применения данного процесса в резиновой промышленности. 

В настоящее время на заводе “Моссантехпром” действует опытно- промышленная установка по переработке резиновых отходов и изношенных автомобильных шин производительностью 300 кг исходного сырья в час ( Россия, Волгоградская область).

Главным направлением использования продуктов переработки резиновых отходов является возможность использования их в качестве исходного сырья для резиновой промышленности (маслосмягчители, технический углерод, сера), промышленности нефтеорганического синтеза, в дорожном строительстве для производства битумных эмульсий и мастик.

В ряде стран изношенные шины используются в качестве топлива для получения энергии, а также в цементной промышленности, однако такие направления использования являются низкоэффективными, поскольку не позволяют в полной мере реализовать те ценные материалы, которые содержатся в шинах.

Резиновые отходы целесообразно перерабатывать таким образом, чтобы одновременно с решением проблемы их уничтожения, получать ценные сырьевые и энергетические ресурсы.

Способы измельчения вторичных резин

По температуре измельчения:

- при отрицательных температурах;

- при положительных температурах

По механическому воздействию:

- ударом ;

- истиранием;

- сжатием;

- сжатием со сдвигом;

- резанием

Регенерация

Наиболее распространенным методом, позволяющим частично перерабатывать и использовать старую резину, является регенерация. Общим принципом большинства существующих методов регенерации является термоокислительная или термомеханическая деструкция набухших вулканизатов[38].

Процесс регенерации включает следующие технологические операции: сортировку и измельчение резины, освобождение ее от текстильного волокна и металла, девулканизацию и механическую обработку девулканизата. Разные способы регенерации отличаются главным образом техническим оформлением процесса девулканизации. К устаревшим методам регенерации относятся щелочной, кислотный, термический, паровой, а также метод растворения. В России в настоящее время применяются три метода регенерации: водонейтральный, термомеханический и метод диспергирования. К недостаткам водонейтрального метода относятся периодичность процесса и низкое качество регенерата вследствие больших дозировок умягчителя[39].

Наиболее широкое распространение получил непрерывный термомеханический метод. Процесс девулканизации в данном случае осуществляется в непрерывном шнековом девулканизаторе в присутствии мягчителя и активатора деструкции. Методом диспергирования получается регенерат наиболее высокого качества, однако данный процесс не получил пока широкого распространения вследствие сложностей, связанных с распылительной сушкой водной дисперсии резины[40].

Каучуковое вещество регенерата состоит из гель-фракции, сохраняющей разреженную сетчатую структуру вулканизата, и золь-фракции, содержащей достаточно короткие отрезки разветвленных цепей с молекулярной массой около 10000. Поскольку в регенерате сохраняется сетчатая структура вулканизата, при введении регенерата в резиновую смесь возникает микронеоднородность, которая отрицательно сказывается на прочностных свойствах резин. Наличие низкомолекулярных фракций в регенерате вызывает снижение износостойкости резин. В этой связи регенерат практически не применяется в протекторных резинах. В настоящее время применение регенерата в резиновой промышленности ограничивается главным образом использованием его как технологической добавки, улучшающей обрабатываемость резиновых смесей, и как сырья для неответственных изделий[41].