Влияние условий обработки резиновой крошки на степень её девулканизации

С началом 21 века современное человечество все больше стало задумываться над охраной окружающей среды. В развитых государствах выделяются значительные средства на разработку технологий, позволяющих утилизировать и перерабатывать промышленные и бытовые отходы. Очевидно, что использование вторичных материалов несет в себе огромный экономический потенциал. Одним из таких продуктов являются использованные резинотехнические изделия (РТИ), а в нашем конкретном случае изношенные резиновые покрышки. Складирование и захоронение отходов экономически неэффективно и экологически небезопасно, так как при длительном хранении они могут выделять в окружающую среду вещества, способные привести к нарушению экологического равновесия.

К тому же, на момент утраты резиновыми изделиями их эксплуатационных свойств и качеств собственно полимерный материал претерпевает весьма незначительные структурные изменения, что порождает возможность и даже необходимость их вторичной переработки.

Наиболее перспективным представляются способы переработки отходов резиновых изделий, связанные с их измельчением и дальнейшей девулканизацией, так как химические методы, такие как пиролиз и сжигание приводят к уничтожению полимерной основы материала. В процессе переработки резиновых покрышек получают крошку. Области применения резиновой крошки довольно обширны, начиная от дорожного строительства и заканчивая добавлением (использованием) крошки при производстве новых РТИ.

На практике доказано, что использование не обработанной резиновой крошки не приносит желаемого результата, как если бы использовали регенерат. Регенерация резиновой крошки — это процесс девулканизации резины, при этом физико-механические показатели получаемого регенерата приближены к показателям исходных резиновых смесей, что позволяет добавлять его в исходную резиновую смесь без потери качества производимой продукции.

Создание дорожных покрытий повышенной долговечности предусматривает разработку состава дорожных битумных вяжущих с использованием модифицирующих добавок на основе продуктов переработки изношенных автомобильных шин (резинобитумные вяжущие); полимерных отходов бытового и производственного назначения (полимерно-битумных вяжущих) и наноструктурированных материалов (нанокомпозиционных резино-полимерных материалов), с целью изменения реологических и эксплуатационных характеристик дорожных вяжущих. [1–6]

При использовании для модификации битумов отходов изношенных автомобильных шин осуществляется замена добавок первичных каучуковых материалов различного типа регенератом, полученным из резиновой крошки шин. Для этих целей разработаны технологические процессы регенерации резиновой крошки на оборудовании различного типа (непрерывный или периодический процессы девулканизации резиновой крошки), растворения и смешения регенерата в битуме. [7–11]

Существуют различные методы девулканизации такие как: Термический, термомеханический, ультразвуковой, водонейтральный, высокотемпературный, радиационный, паровоздушный.

Наиболее приемлемыми являются термический и термомеханический способы, так как, такие методы как ультразвуковой, радиационный и паровоздушный выскокозатратны и требуют сложного оборудования.

При термическом методе девулканизации предварительно измельченная резина, отделенная от металлических и иных включений, смешивается с мягчителями и агентами девулканизации, и помещается в термошкаф нагретый до заданной температуры. Основными параметрами при термической девулканизации являются температура и время выдержки. В результате тепловой обработки композиции происходит разрушение сшитой пространственной структуры резины за счет разрыва C-S связей.

Термомеханический метод получения регенерата вследствие непрерывности, быстроты, полной механизации и значительной автоматизации процесса девулканизации — технически наиболее совершенный по сравнению с другими применяемыми в настоящее время методами регенерации резин. Преимущества термомеханического метода заключаются в том что на ряду с C-S связями происходит так же разрыв C-C связей каучуковых составляющих в результате чего можно направленно получать регенерат с различной молекулярной массой каучуковых компонентов.

При получении регенерата термомеханическим методом из шинной резины применяется резиновая крошка 0,8 мм помола(за рубежом применяется крошка более тонкого помола-0,6 мм),содержащая не более 5 % (масс.) текстиля. При получении регенерата из резин на основе одного типа каучука может применяться резиновая крошка более грубого помола, например, 5 мм — при получении регенерата из ездовых камер на основе бутилкаучука.

В работе проведены исследования по определению содержания растворимой части и степени девулканизации регенерата резиновой крошки из изношенных автомобильных шин, полученного термическим методом с изменением технологических параметров процесса (время выдержки 60,120 минут и температуре в термокамере 160, 200, °С). В качестве мягчителя и агента девулканизации были выбраны мазут марки М-200 и стеариновая кислота, соответственно. Данные компоненты были выбраны исходя из доступности и низкой экологической опасности по сравнению с другими мягчителями и агентами девулканизации. В процессе тепловой обработки резиновой крошки в термокамере осуществлялось её периодическое перемешивание. Степень девулканизации полученного регенерата определялась методом ацетоно-хлороформенной экстракции. [6,7]

Ниже в таблице представлены результаты проведенных исследований.

Таблица 1

Содержание растворимой части в регенерате и степень его девулканизации в зависимости от условий обработки при термическом способе девулканизации

Как видно из таблицы при данных условиях в резиновой крошке происходит процесс девулканизации, но степень ее невелика, и значительно отличается от данных полученных при использовании мазута марки М-100 [2]

Исходя из этого очевидно, что для девулканизации резиновой крошки целесообразнее всего использовать мазут марки М-100.

Литература:

1.    Аюпов Д. А. Исследование взаимодействия битумов с полимерами/Д. А. Аюпов, Л. И. Потапова, А. В. Мурафа, В. Х. Фахрутдинова, Ю. Н. Хакимулин, В. Г. Хозин// Строительные материалы. 2011. -№ 1(15), С. 140–146.

2.    Belyaev,V. P. Improving Energy Efficiency of Bitumen Modification with Reclaimed Crumb Rubber/ V. P. Belyaev, O. G. Malikov, S. A. Merkulov, P. S. Belyaev, D. L. Polushkin, V. A. Frolov// Components of Scientific and Technological Progress.- 2013, № 1 (16) — с. 75–77.

3.    Беляев, П. С. К вопросу о комплексном решении проблем экологии и качества дорожных покрытий/Беляев П. С., Маликов О. Г., Меркулов С. А., Полушкин Д. Л., Беляев В. П.//Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского.- 2012. № С39. С. 184–189.

4.    Беляев, П. С. Решение проблемы утилизации полимерных отходов путем их использования в процессе модификации дорожного вяжущего/П. С. Беляев, О. Г. Маликов, С. А. Меркулов, Д. Л. Полушкин, В. А. Фролов// Строительные материалы. 2013.- № 10, С. 38–41.

5.    Смеситель неприрывного действия для композиционных строительных материалов на основе нефтяных битумов/Забавников М. В., Беляев П. С., Маликов О. Г., Хабаров С. Н./патент на изобретение RUS 2247654 18.08.2003

6.    Беляев, П. С. О перспективе комплексного решения проблем экологии и повышения качества дорожных покрытий/Беляев В. П., Беляев П. С., Полушкин Д. Л.//Перспективы науки. 2012. № 32. С. 186–189.

7.    Беляев, П. С. Получение резинобитумных композиционных материалов/ Беляев П. С., Забавников М. В., Маликов О. Г.- Saarbrucken (Германия): LAP LAMBERT Academic Publiighing, 2012. — 145с.

8.    Беляев, П. С. К вопросу получения резино-битумного концентрата для асфальтобетонных дорожных покрытий из изношенных автомобильных шин/Беляев П. С., Забавников М. В., Маликов О. Г.//Вестник Тамбовского государственного технического университета.- 2008. Т. 14. № 2. С. 346–352.

9.    Беляев, П. С. Исследование влияния резиновой крошки на физико-механические показатели нефтяного битума в процессе его модификации/Беляев П. С., Забавников М. В., Маликов О. Г., Волков Д. С.//Вестник Тамбовского государственного технического университета.- 2005.Т. 11. № 4. С. 923–930.

10.         Belyaev,V. P. Bitumen Modification with Recycled Polymeric Materials / V. P. Belyaev, O. G. Malikov, S. A. Merkulov, D. L. Polushkin, V. A. Frolov, P. S. Belyaev// Глобальный научный потенциал. — 2013, № 9 (30). — с. 29–33.

11.         Аюпов Д. А. Современные способы регенерации резин и возможности использования их в строительной отрасли /Д. А. Аюпов, Л. И. Потапова, А. В. Мурафа, В. Х. Фахрутдинова, Ю. Н. Хакимулин, В. Г. Хозин// Строительные материалы. 2011. -№ 5(16), С. 260–263.