Современные технологические линии переработки изношенных автопокрышек. Основные направления использования активного порошка дискретно девулканизованной шинной резины
28.11.2002 14:50
В предыдущей статье [1] были рассмотрены вопросы, связанные с переработкой отходов шинной резины, с использованием в этой связи метода высокотемпературного сдвигового измельчения и с получением из отходов резины активного дискретно девулканизованного порошка. Данная статья посвящена, главным образом, рассмотрению существующих в настоящее время технологических линий по переработке изношенных авиа- и автопокрышек, а также применению резинового порошка и активного порошка дискретно-девулканизованной шинной резины в дорожном строительстве, в резинотехнической промышленности и т.д.
Специфика переработки изношенных покрышек определяется тем, что они содержат элементы, выполненные из разных типов резины, и, наряду с этим, значительное количество металлической проволоки (до 15 вес.%) и синтетического корда (до 15 вес.%). Поэтому в целях эффективной утилизации покрышек приходится, прежде всего, тщательно отделять резину от синтетического корда и металлокорда. Например, при получении вторичных резин с использованием отходов шинной резины содержание металлических частиц не должно превышать во вторичном продукте 0,01-0,03 вес.%. Возможно, что в будущем будут разработаны также методы разделения шинных отходов по сортам резин с целью их индивидуального вторичного использования. Однако, сейчас в этом направлении проводятся только поисковые исследования.
В настоящее время в мире используется значительное количество различных технологических линий по переработке изношенных покрышек. Рассмотрим эти линии в следующей последовательности: а) линии переработки при низкой температуре, б) линии переработки при нормальной и повышенной температуре и в) линии переработки при высокой температуре. Такое разделение линий, конечно, весьма условно, поскольку любая переработка автопокрышек состоит из нескольких операций, выполняемых при разных значениях температуры. И все же разделение линий по температуре переработки автопокрышек и, прежде всего, по температуре переработки на этапе тонкого измельчения резины имеет определенные преимущества и вполне оправдано.
Линии переработки изношенных покрышек при низкой (криогенной) температуре
Основное преимущество таких линий состоит в том, что при низких температурах можно легко отделить резину от корда. Часто упоминают, что другим преимуществом этих линий является снижение энергозатрат, поскольку с понижением температуры снижается работа на разрушение и измельчение резины. Однако, этот вывод не совсем точен. Работа на разрушение резины, действительно, снижается в 2-2,5 раза при понижении температуры до –(100¸ 120)оС. Но, для этого требуется значительное количество хладоагента, а энергазатраты на производство хладоагента, (0,4¸ 3,0 кг жидкого азота на один кг полученной резиновой крошки), как правило, перекрывают и иногда очень значительно ту экономию, которую дает снижение энергозатрат на разрушение резины.
С учетом последнего обстоятельства использование криогенных технологий при переработке изношенных автопокрышек можно признать целесообразным только в тех странах (США, Германия и некоторые другие), где:
есть большие мощности по получению жидкого азота;
продажу жидкого азота фирмам, занимающимся переработкой изношенных покрышек и других резино-полимерных отходов, осуществляют по сниженным ценам;
есть оборудование, обеспечивающее измельчение резины при низком расходе жидкого азота (например, установки фирмы “INTEC”, Германия; фирмы “WIRTECH” Швейцария и другие, у которых расход жидкого азота составляет 0,5-0,8 кг на кг получаемого порошка).
Необходимо учитывать также, что при криогенном измельчении получают порошок с гладкой поверхностью частиц и что, в силу этого, требуется дополнительная химическая или физическая модификация порошка, которая приведет к увеличению удельных энергозатрат еще на 100-400 кВт.ч./т. Пожалуй, наиболее эффективной является модификация криогенной резиновой крошки путем переработки ее в роторном диспергаторе. Как было показано в совместной работе ЗАО “РОДАН” (Москва) с фирмой “Gaja Internatinal” (Иллинойс, США) переработка в диспергаторе криогенной крошки с размером 0,4 мм позволяет снизить размер крошки в 1,5 раза и увеличить ее удельную поверхность почти в 5-10 раз при удельных энергозатратах всего 50 кВт.ч/т.
В России, где производится сравнительно небольшое количество жидкого азота, предпринимаемые время от времени попытки организовать промышленное производство криогенного резинового порошка вряд ли можно признать оправданными и, тем более, на некачественном оборудовании с расходом жидкого азота 1,5-4 кг на кг резинового порошка. Более оправданным является использование турбодетандеров, с помощью которых изношенные покрышки или шинную резину охлаждают в процессе переработки холодным воздушным потоком до температуры минус (100¸ 130)оС.
Одной из линий, на которых использованы турбодетандеры, является линия переработки автопокрышек взрывоциркуляционным методом, разработанная отечественными фирмами УНЦ “Криоконсул” и ООО “Эксплотех”. Схема данной линии, изготовление которой завершается в настоящее время в Москве, приведена на рис.1.
На первом этапе переработки на этой линии из покрышек вырезают бортовые кольца, делают поперечные разрезы и сворачивают каждую покрышку в спираль, образуя из нее небольшую катушку диаметром 20-25 см. Для этого используется специальный станок компактирования (на схеме не показан), который изготавливают либо стационарным, либо смонтированным на автомобильном шасси. Такие компактированные покрышки удобны для перевозки с мест сбора, со свалок и т.д. Из нескольких компактированных покрышек изготавливают цилиндрический пакет длиной около одного метра с центральным каналом, в котором размещают заряд взрывчатого вещества из аммиачной селитры и дизельного топлива.
После охлаждения пакета до –120оС с помощью турбодетандера и помещения его в камеру взрывоциркулятора осуществляют разрушение пакета взрывом заряда ВВ. При взрыве образуется ударная волна, циркулирующая по замкнутому контуру. Если в момент взрыва температура пакета составляет менее –70оС, то происходит отслоение резины от корда и полное разрушение резины до размера частиц 0,5-5 мм. Резиновые частицы имеют монолитную структуру, приповерхностный слой частиц частично девулканизован. После магнитной и вибросепарации от остатков корда резиновые частицы превращают в активный дискретно девулканизованный порошка с помощью роторного диспергатора. Характерной особенностью линии является наличие системы фильтрации газов, образующихся во взрывоциркуляторе во время взрыва, т.е. системы очистки газов от токсичных продуктов.
Общие удельные энергозатраты на получение конечного продукта составляют на такой линии 200-300 кВт.ч./т. Технология защищена патентами РФ [2], а также запатентована в США, Канаде, Японии, Германии и других странах.
При переработке покрышек на линии ЗАО “КамЭкоТех” (Нижнекамск, Россия) охлаждение перерабатываемого материала до –80оС осуществляют с помощью турбодетандера не на первой стадии, а на стадии тонкого измельчения резины. Последовательность основных операций данной линии показана на рис.2. На выходе линии получают резиновую монолитную крошку с гладкой поверхностью частиц размером от 0,2 мм до 5 мм. Удельные энергозатраты на получение конечного продукта составляют около 400 кВт.ч./т. Производительность линии – 500-1000 кг/час; мощность производства – 3000 т/год.
Линии переработки изношенных покрышек при нормальной и повышенной температуре
В настоящее время такие линии наиболее распространены, т.е. имеются во многих странах. Назовем некоторые из фирм, занимавшихся или занимающиеся разработкой, изготовлением и эксплуатацией линий этого типа: “SIMP” (Франция), “Hot-Lap” (Германия), “Granutech-Saturn Systems Corporation” (США), “Sin Sheng Kuang Electric & Machinery Industrial Co., Ltd” (Тайвань), “Hyndai Motors” (Южная Корея), “Salvadori” (Италия), ОДО “Астека” (Болгария), “Konings Rubber Ttchnology BY” (Голландия), ГУП НИИШП и ОАО “Тушинский машиностроительный завод” (Москва, Россия), ГНПП “КОРД-ЭКС” )Пермь, Россия), “Ermafa Kunststofftechnik Chemnitz GmbH&Co” (Германия) и многие другие. Переработки автопокрышек на таких линиях обычно состоят из:
А) грубого дробления (разрезания) шин на фрагменты (иногда этому предшествует вырезание бортовых колец, в других случаях шину разрезают вместе с кольцами);
Б) отслоения корда от резины и его сепарации и
В) тонкого измельчения резины.
Для этого на первом этапе используют шредеры, ножевые или фрезерные дробилки; на втором (для отслоения корда) – молотковые или валковые дробилки, а также сепараторы, и на третьем этапе – мельницы тонкого помола. Рис.3 иллюстрирует общей вид одной из таких линий. Обращает внимание, что на линии фирмы “Konings Rubber Ttchnology BY” (Голландия), а также линии тайваньской фирмы “Sin Sheng Kuang ” , которая, по-видимому, создавалась при непосредственном участии Голландской фирмы, шредер и роторная установка для отслоения корда размещены в одном блоке, что создает определенные удобства при эксплуатации. Интересную конструкцию имеют роторы, используемые на этих линиях для отслоения корда и подвергающиеся в процессе переработки шиной резины наиболее сильному абразивному износу (рис.4). Во время работы преимущественно стачиваются расположенные на поверхности ротора выступы. Каждый такой выступ выполнен в форме сменной накладки, что существенно облегчает ремонт роторов.
Производственная мощность рассматриваемых линий составляет 6000-10000 тонн/год, стоимость – от 1,2 до 2,0 млн.дол.США. Конечным продуктом является резиновая крошка с размером 0,3-5 мм с монолитной структурой частиц. Удельные энергозатраты на получение такой крошки составляют 450-800 кВт.ч./т. К наиболее часто встречающимся недостаткам линий следует отнести недостаточно эффективные системы охлаждения блоков переработки. Например, на линии фирмы “Konings Rubber Ttchnology BY” для увеличения отвода тепла из блока грубого измельчения и сдвигового отслоения резины от корда применяют введение определенного количества воды непосредственно внутрь блока. Естественно, что это приводит к образованию интенсивного парового выброса с примесями токсичных веществ. Неэффективный отвод тепла от перерабатываемого материала храктерен и для многих других линий переработки изношенных автопокрышек. Например, на линии Тушинского машиностроительного завода основной причиной, затрудняющей работу линии в непрерывном режиме, является перегрев резины на стадии отслоения ее от корда и на стадии тонкого измельчения резины в экструдерах “ЭИ-4” и “ЭИ-5”.
Относительно низкой стоимостью отличается линия по переработке автопокрышек, разработанная российско-болгарской компанией “Астека”. Линия комплектуется из набора модульного оборудования, что позволяет собирать либо полную линию, либо отдельные технологические участки. Такой подход позволяет снизить общую цену линии, поскольку допускает возможность использования на каждом этапе оборудования, уже имеющегося у заказчика.
Для первой стадии процесса переработки предлагается поставка участка со следующим набором оборудования: а) станок для шероховки шин, с помощью которого осуществляют отделение и измельчение протекторной резины до первого слоя корда; б) две борторезки (для шин размером менее 18 дюймов и от 18 и 22 дюймов) для разделения шины на два бортовых кольца, две боковины и центральную, протекторную часть и в) гильотина, обеспечивающая разрезание боковин и протекторной части на мелкие сегменты. Оборудование этого участка может быть установлено либо в стационарном помещении, либо на автомобильном шасси. В последнем случае оно может быть использовано без подключения ко внешней электросети. В зависимости от конструкции гильотины на данном оборудовании можно получать куски покрышек размером либо 10 х 10 см, либо 2,5 х 2,5 см, либо еще более мелкие куски. Стоимость такого участка при производительности до 1 тонны в час, включая вибросита с магнитосепаратором и циклоном, не превышает 100 тыс. дол.США.
Дальнейшая переработка происходит в мельницах режущего и роторного типа, где получают гранулят размером от 3 мм до 0,8 мм. При этом обеспечивается содержание в резине текстильного корда менее одного процента и достигается практически полное отсутствие металлического корда. В этом случае стоимость комплекта оборудования возрастает до 400 с небольшим тысяч долларов, оставаясь значительно ниже, чем в комплектах других фирм. Отметим и другие особенности данной линии: энергозатраты на получение конечного гранулята не превышают 250 кВт.ч/т и обеспечивается возможность переработки крупногабаритных шин.
На технологической линии, разработанной фирмой ГНПП “ЭКОРД-ЭКС” (г.Пермь, Россия), переработку изношенных автопокрышек осуществляют с использованием бародеструкционной (БД) технологии. Эта технология, защищенная несколькими патентами РФ [3], основана на явлении “псевдоожижения” резин в условиях интенсивного объемного сжатия. В состав линии входит 3 модуля: модуль отслоения металлокорда и получения грубой резино-тканиевой крошки, модуль измельчения и модуль фракционирования и упаковки полученного порошка. Автопокрышки от легковых автомобилей весом до 20 кг перерабатываются по БД технологии целиком без предварительного разрезания на части. Шины от грузовых автомобилей предварительно режутся с помощью гильотинного пресса на доли (части) весом до 20 кг, которые далее помещают в цилиндрическую камеру пресса (позиция 1 на рис.5) и с помощью плунжера подвергают интенсивному сжатию. При этом значительная часть резины вместе с синтетическим кордом выдавливается из камеры в виде резино-тканиевой крошки через небольшие отверстия в днище камеры. Крошку подвергают доизмельчению, а корд отслаивают от резины и затем отделяют с помощью вибросепаратора. Образовавшийся в камере пресса брикет из металлической проволоки и остатков резины подвергают переработке в двух аппаратах, которые отделяют проволоку от остатков резины. Полученную резиновую крошку разделяют на вибросите на несколько фракций размером 0,3¸ 1,0 мм, 1,0¸ 3,0 мм и 3¸ 10 мм. Для доизмельчения грубой фракции и превращения ее в активный дискретно девулканизованный порошок используется роторный диспергатор “ЭКОРД-230 АР2М”.
В настоящее время в России находятся в эксплуатации две такие линии. Они используются для переработки покрышек легковых и грузовых автомобилей с диаметром до 1200 мм и шириной профиля до 320 мм, а также различных резиносодержащих материалов (ездовые камеры, пневморессоры, отходы обувные и др.). Производственная мощность линий составляет 6000 т/год. Удельные энергозатраты на переработку одного кг исходной резины не превышают 0,46 кВт.ч.
Следует упомянуть еще об одной технологии переработки автопокрышек при нормально температуре – технологии озонного разрушения, разработанной Троицкой технологической лабораторией (г.Троицк, Московская обл.) и Институтом химической физики им.Н.Н.Семенова РАН. При ее разработке был использован хорошо известный эффект растрескивания резины в газовом потоке, содержащем озон. Для реализации технологии созданы специальные установки, в которых автопокрышки или их фрагменты подвергают одновременно воздействию озона и деформированию. При этом происходит эффективное отслаивание резины от корда и ее разрушение на отдельные частицы размером 1-10 мм. Более подробно технология рассмотрена в работе [4].
Линии переработки покрышек при высоких температурах
Под высокими температурами мы понимаем в данном случае те специфические для каждого типа резины температуры, при которых в резинах начинается термоактивированный распад полисульфидных или других межмолекулярных связей. Например, для изопреновых резин высокими температурами следует считать температуры выше 140оС, для резин на основе этиленпропилендиенового каучука – температуры выше 200оС и т.д. Интерес к столь высоким температурам определяется, прежде всего, тем, что термоактивированный распад межмолекулярных связей облегчает механическое разрушение резины и, тем самым, приводит к снижению удельных энергозатрат на измельчение. Однако, большинство существующих методов измельчения не удается применять при столь высоких температурах из-за постепенного налипания перерабатываемой резины на режущие лезвия, на применяемые для ударного разрушения молотки и на стенки камеры измельчения. Пожалуй, единственным исключением является метод сдвигового измельчения, который в случае изопреновой резины применяют даже при 180-190оС, а в случае этиленпропилендиеновой резины при 240-250оС. Именно поэтому в данном разделе рассмотрены линии переработки покрышек с использованием технологии сдвигового измельчения, именно, реализуемой при достаточно высокой температуре.
Рассмотрим вначале технологическую линию, разработанную Институтом химической физики им.Н.Н.Семенова РАН, ЗАО “РОДАН” и ОАО”Вибротехника” (Москва) для переработки изношенных автопокрышек и получения из них активного резинового порошка, порошковых композитных модификаторов и других коммерчески ценных материалов. На этой линии (см.схему на рис.6) а также на других, рассмотренных в данной работе линиях, высокотемпературное сдвиговое воздействие применено на двух основных этапах переработки: при отслоении шинной резины от корда и при тонком измельчении резины.
. В процессе работы над этим проектом специалисты указанных организаций разработали и внедрили в практику:
метод сдвигового измельчения кусков покрышек при повышенных температурах, обеспечивающий отслоение резины от корда и ее грубое разрушение на куски размером 0,2-8 мм, минуя стадию разрушения металлической проволоки;
уже упоминавшийся выше, метод получения активного порошка дискретно-девулканизованной шинной резины [5];
роторный металлоотделитель “ЭКОРД–9,0 ОМ” для переработки кусков автопокрышек, отслоения резины от металлокорда и других армирующих элементов и грубого дробления резины с производительностью 190 – 250 кг/час [6];
роторный диспергатор-измельчитель “ЭКОРД-230 АРМ” для получения методом ВСИ высокодисперсных активных порошков резины и других полимеров, конструкция которого обеспечивает автоматическую настройку на наиболее экономичный режим измельчения [5];
магнитные сепараторы для отделения кусков металлокорда от резиновой крошки; установки типа ПрВ-0,8 для отделения резиновых порошков от синтетического корда и разделения резиновых порошков по фракциям, а также смесители СмВ-0,4 для смешения полимерных порошков с порошковыми функциональными добавками;
промышленную технологию получения порошковых композиционных модификаторов асфальтобетона и битума путем высокотемпературного сдвигового соизмельчения отходов шинной резины с полимерными термопластами и другими функциональными добавками;
промышленную технологию получения порошковых и листовых сорбентов для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности земли и воды;
технологию получения на основе измельченного синтетического корда и металлической проволоки модификатора для упрочнения изделий из бетона.
Отметим основные особенности переработки изношенных автопокрышек с помощью рассматриваемой технологической линии. Для первичного разрушения автопокрышек разработчики данной линии рекомендуют использовать либо головной блок рассмотренной выше фирмы “Астека”, либо шредер. Переработка кусков автопокрышек в диспергаторе “ЭКОЛРД-9,0 ОМ” на стадии сдвигового отслоения резины от металлического и синтетического корда сопровождается измельчением самой резины до размера частиц от 0,2 мм до 8 мм. При этом наиболее мелкие резиновые частицы с размером 0,2–0,8 мм представляют собой активный порошок дискретно девулканизованной резины. Эти мелкие частицы имеют рыхлую структуру и состоят из микроблоков размером 5-20 мкм. Остальные, более крупные частицы отличаются монолитной структурой и гладкой поверхностью. Переработка резины в диспергаторе “ЭКОРД-9,0 ОМ” производится при 140-150оС, удельные энергозатраты не превышают при этом 150 кВт.ч./т. Несмотря на низкое содержание активного высокодисперсного порошка, измельченную в диспергаторе “ЭКОРД-9,0 ОМ” шинную резину уже можно использовать для создания некоторых изделий – плит для трамвайных переездов, плитки для настила полов и т.д.
Однако, основное количество активного порошка получают при переработке резины в диспергаторе “ЭКОРД-230 АРМ”. Схема блока измельчения этого диспергатора приведена на рис.7. В этом устройстве образование порошка происходит при температуре 160-180оС, а содержание активного шинного порошка (левый максимум на кривой распределения порошковых частиц по размерам, рис.8) достигает в этом случае 80-85 вес.%. Общие удельные энергозатраты на этой стадии не превышают 200 кВт.ч./т.
Для увеличения скорости отвода тепла от перерабатываемого материала и обеспечения длительной эксплуатации диспергаторов “ЭКОРД-230 АРМ” и “ЭКОРД-9,0 ОМ”, на внутренней поверхности камер измельчения и на внешней поверхности шнеков (роторов) размещают несколько съемных гильз, каждая из которых имеет внутренние каналы для циркуляции жидкого хладоагента. Такое конструктивное решение позволяет при диаметре ротора 230 мм и температуре используемой в камере хладоагента воды +20оС увеличить производительность при измельчении резины до 200-230 кг/час и поддерживать температуру выгружаемого порошка не выше 40оС.
Особый интерес представляет, так называемый, процесс соизмельчения шинной резины с другими полимерными или низкомолекулярными материалами, кода в диспергатор “ЭКОРД-230 АРМ” одновременно загружают куски шинной резины и куски (или гранулы других веществ. Для этого на рассматриваемой линии предусмотрена система двойной дозированной подачи в диспергатор предназначенных для измельчения материалов. В результате соизмельчения удается получать более ценные порошковые композиционные высокооднородные материалы, пригодные либо для создания различного рода изделий, либо для использования в качестве модификаторов.
При переработке покрышек на линии фирмы “Berstorff GmbH” (Ганновер, Германия) отслоение резины от корда осуществляют с помощью дробильных вальцев. Затем, после сепарации корда резину подвергают высокотемпературному сдвиговому измельчению в двухшнековом экструдере. Впервые измельчение резины в экструдере ZE-типа было осуществлено еще в 1986 году [7] специалистами НПО “Норпласт” (Москва) и фирмы “Berstorff GmbH”. Как выяснилось с самого начала, измельчение в этом и в некоторых других двухшнековых экструдерах позволяет получать очень тонкие порошки резины и других полимеров. Однако, у двухшнековых экструдеров наблюдаются существенные затруднения с отводом тепла из зоны измельчения.Измельчение в экструдере происходит только в тех микроучастках, где осуществляется зацепление шнеков друг за друга, т.е. в зонах расположения кулачковых элементов (рис.9). Такое случайно-статистическое измельчение вдоль шнеков с неизбежностью приводит к тому, что часть уже измельченного материала в следующих зонах снова монолитизируется и снова измельчается. В результате, увеличиваются удельные энергозатраты на получение порошка и увеличивается количество выделяющегося тепла. Кроме того, система охлаждения шнеков не слишком эффективна. По приведенным в работе [8] данным, система охлаждения шнеков экструдера почти в 3 раза менее эффективна, чем система охлаждения корпуса. Поэтому специалисты фирмы “Berstorff” провели большую работу с целью увеличения скорости отвода тепла из зоны измельчения экструдера. Сначала они предложили выводить из экструдера перерабатываемый материал, когда его температура достигает 130-150оС, охлаждать его воздушным потоком в специальных теплообменниках на 40-60оС и снова вводить в экструдер для доизмельчения [9]. Созданная для этого установка оказалась слишком дорогой, а удельные энергозатраты дополнительно возросли из-за необходимости неоднократного нагрева перерабатываемого материала.
В дальнейшем было предложено более простое решение: использовать для охлаждения экструдера либо охлажденную до 5-10оС воду, либо тосол с температурой минус 10оС. Это позволило снизить удельные энергозатраты при измельчении шинной резины в экструдерах “Berstorff” до 400 кВт.ч/т [10]. Полученный в этих условиях измельченный продукт содержит более 70 вес.% мелкого рыхлого порошка. Интересно отметить, что по данным электронной микроскопии структура такого мелкого порошка американской шинной резины практически не отличается от структуры активного порошка, полученного измельчением российской шинной резины в роторном диспергаторе. Аналогичными параметрами характеризуется измельчение резины в двухшнековых экструдерах ZSK-типа.
Измельчение шинной резины в некоторых других двухшнековых экструдерах, в частности в экструдерах с конусными шнеками, не позволяет получить высокодисперсный порошковый материал. При переработке кусков резины размером 10-20 мм в экструдерах-измельчителях “ЭИ-4” фирмы “Росполимер” (Москва) содержание высокодисперсных частиц (размером менее одного мм) также не превышает 10-12 вес.%. Однако, эти экструдеры и укомплектованные ими линии с успехом используют для грубого дробления, т.е. получения шинной крошки с размером частиц 1-5 мм.
В заключение данного раздела рассмотрим линию переработки изношенных покрышек фирмы ООО “НПФ ЭНТАР” (г.Иваново, Россия), при разработке которой на первом этапе принимали участие ЗАО “Стимул НиП” и ЗАО “РОДАН” (г.Москва), а на втором этапе – ЗАО “Тамплиер-центр” (Москва). На этой линии после удаления бортовых колец вместе с кордом с помощью двухвалковых дробилок. Полученные куски размером около 20 мм перерабатывают в диспергаторе типа “ЭКОРД-9.0 ОМ”, осуществляя отслаивание корда и одновременно измельчение резины до размера частиц 0,3-5 мм. После отделения корда магнитной и вибро-воздушной сепарацией, резиновую крошку смешивают с вулканизующими агентами и пластификатором в скоростном смесителе лопастного типа [11]. Последняя операция приводит к химической модификации приповерхностного слоя крошки. Подвергнутая такой операции резиновая крошка приобретает свойство самовулканизации и может быть использована для изготовления вторичных резиновых изделий и материалов. Подобным образом можно перерабатывать в скоростном смесителе резиновую крошку, полученную измельчением при криогенной или нормальной температуре.
Применение порошков шинной резины при изготовлении вторичных резиновых изделий
Чтобы использовать резиновую крошку или порошок с гладкой поверхностью частиц, обычно приходится применять полимерный (например, полиуретановый) клей. Склеивая этим клеем резиновую крошку, получают покровные материалы типа линолеума. Стоимость таких материалов заметно превышает стоимость обычной резины, поскольку она преимущественно определяется стоимостью клея. Химическая модификация несколько увеличивает стоимость резиновой крошки, но зато позволяет применять ее без использования дефицитного полимерного клея. В частности, из модифицированной по технологии фирмы “ЭНТАР” шинной крошки получают путем вулканизации резиновые изделия, прочность и деформируемость которых всего на 20-30% уступают прочности и деформируемости первичной шинной резины. Химическую модификацию шинного резинового порошка широко применяют в разных странах Европы и Америки. Например, фирма “Rubber Research Elastomers” (США) производит шинную крошку с нанесенным на ее поверхность тонким слоем низкомолекулярного бутадиенстирольного каучука (товарная марка “Таерсайкл”. Модифицированную шинную крошку “Сукрум”, обладающую высокой адгезией к каучукам и полимерным термопластам, производит голландская фирма “Rubber Recycling”. Крошку “Сукрум” можно вводить в количестве 5-15 вес.% в шинную резину, а также использовать ее при изготовлении массивных резиновых плит и других изделий.
Как мы уже отмечали в работе [1], применение активного дискретно девулканизованного шинного порошка при изготовлении разного рода изделий не требует предварительной химической модификации. Еще в середине 90-х годов в совместной работе специалистов ИХФ РАН и американской фирмы “Gaia International” было показано, что активные порошки, полученные сдвиговым измельчением отходов изопреновой резины, бутадиенстирольной резины или нитрильной резины, можно вводить в сырые резины того же химического состава, получая при этом композиционные вторичные резины, прочность и деформируемость которых превышает прочность и деформируемость соответствующих первичных резин. Экспериментально было показано, что химическая модификация данных активных порошков не улучшает их структуру и прикладные свойства.
В последнее время нами совместно со специалистами завода “Каучук” (Москва) было показано, что активный порошок дискретно девулканизованной шинной резины так же можно использовать при изготовлении вторичных композиционных резин, обладающих высокими деформационно-прочностными свойствами. На рис.10 показано, как изменяются прочность и относительное удлинение при разрыве композитных резин, состоящих из активного порошка шинной резины и сырых резиновых смесей различного состава, в зависимости от содержания активного порошка. В этих экспериментах использовали, в частности, сырую резиновую смесь на основе каучуков СКИ-3/СКД (кривые 1 на рис. ), применяемые при изготовлении протектора грузовых автопокрышек. Было установлено также, что композитные резины, содержащие активный шинный порошок, отличаются более низкой истираемостью и очень высокой стойкостью к многократному изгибу. На основании изложенного сделан вывод, что активный порошок шинной резины пригоден для использования при получении новых автопокрышек в количестве до 20 масс.частей. Вместе с тем, начато промышленное производство целого ряда промышленных изделий с более высоким содержанием такого порошка. Например, “блок торможения магистральный” или “лежачий полицейский” изготавливают из резины с содержанием до 80% активного резинового порошка. Разработана технология производства таких блоков, предназначенных для укладки на проезжей части автомобильных дорог в местах повышенной опасности. Блок торможения собирают из сегментов черного и желтого цвета, которые крепят к асфальтовому покрытию с помощью анкеров. Блок торможения совместного производства “МосАРЗ-10” и ЗАО “РОДАН” имеет существенные преимущества перед другими аналогичными изделиями.
Целесообразно применение активного порошка шинной резины при изготовлении шумозащитных экранов для дорожных магистралей, ограждений автостоянок, резинового покрытия для переездов через железнодорожные магистрали и т.д. В настоящее время освоено производство различных видов напольной плитки и обувных пластин с высокой стойкостью к истиранию с содержанием активного шинного порошка до 70 вес.%.
Использование активного порошка шинной резины для модификации асфальта
В настоящее время при создании асфальтовых покрытий используют в качестве связующего различные сорта битума. Однако свойства обычного, немодифицированного битума не позволяют получить дорожные покрытия с нужным комплексом свойств, причем наиболее сильно это проявляется при высоких и при пониженных температурах. В связи с этим, основным направлением повышения качества и долговечности дорожных покрытий является модификация битума за счет введения в него различного рода полимерных добавок. Применение модифицированного битума позволяет существенно улучшить все основные свойства асфальта – повысить его однородность, прочность, морозостойкость, трещиностойкость, влагостойкость, стойкость к высоким температурам и т.д.
Порошковую шинную резину уже давно используют в дорожном строительстве. Например, в США используют в этих целях порошок, полученный низкотемпературным измельчением шинной резины и подвергнутый затем химической модификации. Такой порошок обычно вводят в битум, получая после длительного перемешивания резино-битумное связующее, которое и используют при изготовлении асфальта. Процесс смешения битума с резиновым порошком сопровождается изменением основных свойств битума: происходит увеличение теплостойкости, снижение температуры хрупкости, увеличение деформируемости и т.д. В других случаях резиновый шинных порошок сначала перемешивают с минеральными компонентами асфальта, а затем заливают полученную смесь горячим битумом. Такой “асфальт-раббер” широко используют при строительстве дорог во всех южных штатах США.
В дорожном строительстве активный порошок дискретно девулканизованной шинной резины имеет вполне очевидные преимущества перед другими шинными порошками. Прежде всего, он отличается более низкой стоимостью, не требует какой-либо дополнительной модификации, очень быстро растворяется в битуме, а его введение в асфальт сопровождается существенным улучшением свойств покрытия.
Как полагают российские и венгерские специалисты, преимуществом активного порошка шинной резины является, в частности, то, что его можно вводить не только в горячий битум, но и непосредственно в минеральные компоненты асфальтобетона. Такая процедура приводит к более однородному распределению всех компонент асфальтовой смеси, причем никакого последующего разделения компонент, т.е. гетерогенизации смеси, не происходит. Поэтому в ряде экспериментов активный порошок шинной резины сначала перемешивали с минеральными компонентами асфальтобетона на стандартном смесительном оборудовании, затем заливали смесь горячим битумом и дополнительно перемешивали всего в течение 50-100 секунд. Несмотря на столь короткое время смешения, при этом происходит эффективное образование прочных связей между частицами резинового порошка, молекулами битума и минеральными компонентами смеси. В результате, существенно уменьшается температурный коэффициент прочности асфальтобетона, т.е. увеличивается температура размягчения дорожного покрытия. Например, введение 2 вес.% активного резинового порошка в обладающий хорошими свойствами венгерский асфальт марки АВ-12/F-G приводит к увеличению его температуры размягчения в два раза, при этом возрастают морозостойкость и упругость асфальтобетона. Как показали проведенные в Венгрии исследования, такая технология введения активного резинового порошка не сопровождается деструкцией макромолекул, что обеспечивает вполне удовлетворительные эластические свойства дорожного покрытия.
Введение активного порошка приводит к резкому уменьшению температурного коэффициента прочности асфальтобетона и существенному увеличению стойкости к образованию колеи при многократном прохождении колеса (Рис. 11). Исследование срезов асфальтобетонов с помощью микроскопа показало, что введение резинового порошка привело к улучшению структуры материала за счет увеличения содержания замкнутых пор. Это коррелирует и с уменьшением величины коэффициента фильтрации воды. На основании полученных данных сделан вывод о том, что оптимальным для применения данной технологии является введение в асфальтобетон около 2 вес.% активного порошка шинной резины.
Вследствие асфальтобетонного покрытия, содержащего активный резиновый порошок, оно обладает значительно большей сопротивляемостью к растрескиванию в зимних условиях по сравнению с существующими нормами для обычного асфальтобетона. Это открывает возможность для изготовления дорожного покрытия с очень высокой износостойкостью при крайне низких материальных затратах. Таким образом, использование указанного порошка может привести к разрешению одной из самых главных проблем разработки и строительства асфальтобетонных магистралей с повышенным сроком экстплуатации.
В апреле 2002 года в Центральном Доме Ученых Российской Академии Наук была проведена Научно-практическая конференция “Проблемы повышения качества нефтяных дорожных битумов с целью увеличения срока службы дорожных покрытий”. Конференция
Анализ технологий переработки автошин
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.