Baza
Wiedzy

Innowacje w recyklingu odpadów gumowych

20.02.2017

Każdego roku 7 mln Mg zużytych opon trafia do grona odpadów stanowiących duże zagrożenie dla środowiska, których utylizacja stanowi jedno z aktualnych wyzwań recyklingu. Innowacyjną i przyszłościową metodą zagospodarowania odpadów gumowych jest termiczno-mechaniczna regeneracja gumy, którą prowadzi się w wytłaczarkach dwuślimakowych.

Rozwój recyklingu gumy jest napędzany nie tylko przez przepisy prawa (od 2003 roku obowiązuje zakaz składowania opon, a aktualne wytyczne Unii narzucają poziomy recyklingu wprowadzone przez „Ustawę czyszczącą” z dnia 7 lutego 2003 r.), odzysk materiałów gumowych jest również umotywowany ekonomicznie i ekologicznie, ponieważ ich dewulkanizacja pozwala na uzyskanie materiałów gumowych dobrej jakości i o szerokich zastosowaniach.

 

Regeneracja gumy - dewulkanizacja

Regeneracja odpadów gumowych polega na przekształceniu gumy za pomocą energii termicznej, mechanicznej lub chemicznej. Podczas tego procesu trójwymiarowa struktura usieciowanej gumy zostaje zniszczona, co pozwala na przetwarzanie, kształtowanie i wulkanizację otrzymanego materiału – regenerowanej gumy. Stosuje się różne metody regeneracji gumy, różniące się metodą dostarczania energii.

Ogrzewanie zwulkanizowanej gumy prowadzi do zrywania wiązań pomiędzy atomami usieciowanego polimeru. Dochodzi do zerwania zarówno wiązań sieciujących pomiędzy atomami siarki i węgla (wiązania S-S i C-S) , jak i wiązań w łańcuchu głównym między atomami węgla. Rozrywanie wiązań C-C w łańcuchu głównym jest zjawiskiem niekorzystnym, prowadzi do pogorszenia jakości materiału. Rozrywanie wiązań z siarką jest celem prowadzonej dewulkanizacji, ponieważ prowadzi do rozłączenia usieciowanych łańcuchów i przywrócenia właściwości plastycznych.

 

Rysunek 1 Schemat wiązań występujących w usieciowanej gumie, zaznaczone na czerwono mostki siarkowe w procesie dewulkanizacji ulegają rozerwaniu.

 

Klasyczna regeneracja termiczna prowadzi więc do uzyskania regenerowanego materiału o znacznie gorszych właściwościach od  surowego kauczuku, ponieważ otrzymuje się krótsze łańcuchy polimeru. W odpowiedzi na ten problem została opracowana technologia regeneracji termiczno - mechanicznej w wytłaczarkach dwuślimakowych.

 

Innowacyjne rozwiązania

Użycie dwuślimakowej wytłaczarki do regeneracji termiczno – mechanicznej odpadów gumowych jest stosunkowo nową metodą recyklingu gumy. Technologia została opracowana przez dział badawczy Toyota R&D Division.

W metodzie termiczno – mechanicznej reakcje chemiczne, które prowadzą do rozrywania wiązań w łańcuchu polimeru, mogą być kontrolowane poprzez dobór parametrów w wytłaczarce tj. siły ścinające, temperatury, ciśnienie wewnętrzne, prowadząc do uzyskania zadowalającej jakości regeneratu.

W procesie technologicznym w którym z opon gumowych uzyskujemy regenerowaną gumę można wyróżnić następujące etapy:

  • oddzielenie drutu od opony i cięcie gumy na kawałki w młynie nożowym, oddzielenie kordu stalowego i tekstylnego przy rozcieraniu na walcach ryflowanych,
  • uzyskanie gumowego granulatu o średnicy 1-2 mm na granulatorze
  • regeneracja termiczno-mechaniczna na wytłaczarce dwuślimakowej (w skali laboratoryjnej np. EHP 2x 20 ZAMAK MERCATOR)

 

Wytłaczarka dwuślimakowa

Do procesu regeneracji termiczno-mechanicznej używa się wytłaczarek dwuślimakowych o mocnej budowie i specjalnej, modułowej konstrukcji ślimaków pracujących współbieżnie, zapewniającej uzyskanie optymalnych sił ścinających w układzie uplastyczniającym.  Ślimak jest zbudowany z segmentów transportujących i ugniatających. Segmenty ugniatające, składające się z tarcz krzywkowych, pozwalają na modyfikację intensywności mieszania rozprowadzającego i rozcierającego. Liczne badania, udokumentowane publikacjami naukowymi, pokazują, że w procesie mechaniczno-termicznego recyklingu odpadów gumowych w skali laboratoryjnej świetnie sprawdza się wytłaczarka EHP 2x20 firmy ZAMAK MERCATOR o specjalnej konstrukcji ślimaków. [1] [2]

 

Proces regeneracji jest prowadzony w sposób ciągły, a wytłaczarkę można podzielić na strefę pulweryzacji i następującą po niej strefę dewulkanizacji. W strefie pulweryzacji podawany materiał w postaci granulatu o średnicy ok. 2 mm ulega rozdrobnieniu pod wpływem sił ścinających i rozgrzaniu do temperatury w której prowadzona jest wulkanizacja. Materiał przechodzi przez dalszą część wytłaczarki w czasie zapewniającym odpowiednio długie działanie ciepła do zajścia dewulkanizacji. W strefie dewulkanizacji łańcuchy są silnie rozciągane na elementach ugniatających, przez co następuje plastyfikacja.

 

  

Rysunek 2 Schemat stref w procesie regeneracji termiczno-mechanicznej.

 

Zastosowania regenerowanej gumy

Dzięki świetnej jakości zregenerowanej metodą termiczno-mechaniczną gumy może ona być stosowana jako wypełniacz w nowych oponach obniżając koszty ich produkcji (nawet przy ilości 10% opony zachowują  standardową wytrzymałość). Opisaną metodę regeneracji można również stosować do produkcji termoplastycznych elastomerów (TPE) metodą ciągłą w jednej wytłaczarce, dodając strefę zasypu termoplastycznej matrycy po strefie dewulkanizacji.

Regenerowana guma ma właściwości zbliżone do surowego kauczuku, dlatego często można ją stosować jako zamiennik droższego surowca.

 

Literatura

[1] Krzysztof Formela, Investigating the combined impact of plasticizer and shear force on the efficiency of low temperature reclaiming of ground tire rubber (GTR), Polymer Degradation and Stability, 125 (2016), 1-11

[2] Michał Gągol, Investigation of volatile low molecular weight compounds formed during continuous reclaiming of ground tire rubber, Polymer Degradation and Stability, 119 (2015), 113-120

[3] Kenzo Fukumori, Material recycling technology of crosslinked rubber waste, R&D Review of Toyota CRDL, Vol.38 No.1

Licznik odwiedzin: 3424