Инновации в утилизации резиновых отходов

Каждый год, 7 миллионов изношенных шин выбрасывается, что несет очень серьезную угрозу для окружающей среды, поэтому их утилизация является одной из самых актуальных проблем. Инновационным и ориентированным на будущее методом переработки резины является термомеханическая регенерация резины, происходящая в двухшнековых экструдерах.

Развитие утилизации резины происходит не только под давлением закона (с 2003 года запрещено складирование шин, а действующие нормы Евросоюза диктуют внедрение уровни утилизации согласно «Закону об очистке» от 7 февраля 2003 года), регенерация резиновых материалов также имеет экономическое и экологическое обоснование, поскольку их девулканизация позволяет получать резиновые материалы хорошего качества и использовать их для широкого применения.

Восстановление резиновых отходов включает в себя преобразование резины с помощью тепловой, механической или химической энергии. В ходе этого процесса, трехмерная структура резины с поперечными связями разрушается, что позволяет обрабатывать, формировать и вулканизировать полученный материал - восстановленную резину. Применяются различные методы восстановления резины, отличающиеся методом подачи энергии.

Нагрев вулканизованной резины приводит к разрушению поперечных связей между атомами полимера. Это приводит к нарушению как поперечных связей между атомами углерода и серы (S-S связей и С-S), так и связей между атомами углерода в основной цепи. Разрыв связей С-С в основной цепи – это отрицательное явление, приводящее к ухудшению качества материала. Целью проводимой девулканизации является разрыв связей с серой , так как это приводит к разрыву поперечных цепей и восстановлению пластических свойств.

Таким образом, классическая термическая регенерация приводит к получению регенерированного материала со значительно худшими свойствами чем у сырого каучука, поскольку получается меньше полимерных цепей. В ответ на эту проблему была разработана технология термомеханической регенерации в двухшнековых экструдерах.

Использование двухшнекового экструдера для термомеханической регенерации резиновых отходов представляет собой относительно новый способ утилизации резины. Эта технология была разработана научно-исследовательским отделом Toyota R&D Division.

При термомеханическом методе химические реакции, приводящие к разрушению связей в полимерной цепи, можно регулировать путем выбора параметров в экструдере, то есть сдавливающие силы, температуры, внутреннее давление, что приводит к получению регенерата удовлетворительного качества.

В технологическом процессе, в котором из резиновых шин получают регенерированную резину, можно выделить следующие этапы:

отделение проволоки от шины и нарезание резины на кусочки ножами, отделение стального и текстильного корда при растирании на рифленых вальцах,

получение резиновых гранул диаметром 1-2 мм в грануляторе.

Процесс использует двухшнековые экструдеры прочной конструкции со специальной модульной конструкцией шнеков, работающих одновременно, что обеспечивает оптимальные силы сдвига в пластификационной системе.  Шнек состоит из подающих и раздавливающих сегментов. Раздавливающие сегменты, состоящие из кулачковых дисков, позволяют изменять интенсивность распределяющего и измельчающего смешивания.

Процесс регенерации осуществляется непрерывно, а экструдер можно разделить на зону пульверизации и последующую зону девулканизации. В зоне пульверизации сырье в виде гранул диаметром прибл. 2 мм дробится под влиянием сил сдвига и нагревается до температуры, при которой происходит вулканизация. Материал проходит через остальную часть экструдера в течение времени, обеспечивающего достаточно длительное воздействие тепла для осуществления девулканизации. В зоне девулканизации цепочки сильно растягиваются на измельчающих элементах, из-за чего происходит пластификация.

Из-за превосходного качества регенерированной термомеханическим методом резины она может быть использована в качестве наполнителя в новых шинах, снижая стоимость их производства (даже при 10% шины сохраняют стандартную прочность). Описанный метод регенерации также можно использовать для производства термопластичных эластомеров (ТПЭ) непрерывным методом в одном экструдере, добавляя зону засыпания термопластичной матрицы после зоны девулканизации.

Регенерированная резина обладает свойствами, аналогичными свойствам сырого каучука, поэтому ее часто можно использовать как заменитель более дорогого сырья.