Деструкция резины

Проблема переработки и использования шин, вышедших из эксплуатации имеет большое экономическое и экологическое значение. Одним из перспективных направлений утилизации является создание резинотехнических изделий за счет частичного использования продуктов переработки изношенных шин. В этом производстве можно выделить три стадии.

• Первая, получение резиновой крошки, отделение резины от металлокорда и текстильных составляющих, дробление резиновой крошки до получения порошка с частицами нужного размера.
• Вторая, девулканизация резиновой крошки.
• Третья, изготовление резинотехнических изделий на базе использования девулканизированного материала полностью или в сочетании с другими материалами.

В настоящее время, проблему получения резиновой крошки можно считать решенной как в техническом, так и в экономическом и организационных планах.

Однако, резиновая крошка, являющаяся ценным вторичным сырьем используется недостаточно эффективно, в основном, в качестве наполнителя и практически не используется при изготовлении резинотехнических изделий. Главным препятствием к этому является высокая энергоемкость существующих методов девулканизации, например термомеханического методов девулканизации, и следовательно высокая стоимость переработки.

В 90-х годах группой ученых в университете г. Акрон, США под руководством проф. А.И.Исаева было показано, что ультразвуковое воздействие приводит к разрушению внутри молекулярных связей C-S и S-S , т.е. к девулканизации резины.

В патенте Исаева (Pat. USA 5,284,625) описан метод и установка для ультразвуковой девулканизации резиновой крошки. Основным недостатком предложенного метода было то, что обработка велась в тонком зазоре и поэтому реализация этого метода в промышленном масштабе исключалась. Максимальная производительность установки составляла 360 г/мин, и дальнейшее ее повышение было принципиально невозможно.

Проф. В.Ф.Казанцевым (МАДИ, Москва) была выдвинута гипотеза, согласно которой девулканизация резины однозначно определяется плотностью акустической энергии в реакторе. Это означало, что создав однородное акустическое поле в заданном объеме реактора, можно реализовать процесс девулканизации практически с любой производительностью. Результаты эксперимента подтвердили эту гипотезу.

Творческим коллективом с участием Американского предпринимателя Т. Фауста на был предложен новый способ и установка по ультразвуковой девулканизации резиновой крошки. На этот способ был получен патент США (US Pat. 6,545,060) Сущность метода в следующем : резиновая крошка загружается в экструдер где подвергается воздействию статического давления и температуры образовавшаяся масса (эластомер) проходит через кольцевой реактор, в котором возбуждаются радиальные ультразвуковые колебания. В результате происходит девулканизация эластомера.

Создание экспериментальной установки и проведение экспериментальных исследований финансировалось по Гранту CRDF RE-537 в 2002-2003 гг.

Работы проводились в Институте проблем химической физики РАН (гор. Черноголовка). Конструкция ультразвукового реактора была спроектирована и изготовлена для экструдера с диаметром канала 45 мм производительностью 6 кг/час.

Схема ультразвукового реактора приведена на рис. 1

Рис.1. Схема ультразвукового реактора

Ультразвуковой реактор представляет собой кольцевой элемент (5), в котором возбуждаются радиальные колебания. Этот элемент с помощью цилиндрического фланца (3) присоединяется к корпусу экструдера. С другого конца к кольцевому элементу присоединена коническая фильера (7). По оси канала проходит дорн (4,6,8) являющийся продолжением шнека экструдера (1). Ультразвуковые колебания в кольцевом элементе возбуждались с помощью 4 стержневых магнитострикционных преобразователей мощностью 4 квт каждый.

В процессе экспериментов определялась плотность межмолекулярных связей исходного продукта (резиновой крошки) и материала, прошедшего через установку и подвергнутого воздействию ультразвука. Определение проводилось по методике, разработанной в фирме “Acron”. Эта методика основана на определении массы ацетонового и хлороформового экстрактов. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как следует из приводимых данных, степень девулканизации составляет всего 1,5% от первоначального. С точки зрения механических свойств такое изменение не является оптимальным. Кроме того, температура массы на выходе реактора очень высока, что приводит к его окислению. Поэтому необходимо создание камеры для охлаждения эластомера на выходе и оптимизация режима ультразвукового воздействия.

Поделиться с друзьями: