إعادة تدوير مطاط الإطارات باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية الأداء
مطاط الإطارات المستهلكة مادة سامة غير قابلة للتحلل الحيوي، مما يجعل التخلص منها مشكلة بيئية واقتصادية. تُعد إزالة الفلكنة بالموجات فوق الصوتية طريقة سريعة وفعالة لإعادة تدوير مطاط الإطارات المستهلكة، بما يتيح إعادة استخدام هذه الإطارات. إعادة تدوير مطاط الإطارات بالموجات فوق الصوتية عملية بسيطة نسبيًا، وقد اختُبرت بنجاح. وتتيح قابلية التوسع الخطي لعملية إعادة تدوير الإطارات بالموجات فوق الصوتية معالجة كميات كبيرة على نطاق صناعي بتكاليف اقتصادية.
مشكلة نفايات المطاط
يسبب مطاط الإطارات المستهلكة مشكلة بيئية كبيرة بسبب سميته وعدم قابليته للتحلل. وتجعل بنيته الكربونية المفلكنة ذات الروابط المتشابكة وسميته التخلص منه عبئًا بيئيًا. تقنيات إعادة تدوير المطاط التقليدية غير اقتصادية وغير صديقة للبيئة، كما أن المادة المطاطية الجديدة المنتجة باستخدام المطاط المعاد تدويره تكون منخفضة الجودة، لأن السلاسل البوليمرية الرئيسية في نفايات المطاط تتغير وتضعف.
نظرًا إلى أن الإطارات تُعد من مصادر النفايات الأكثر إشكالية، فإن ثمة حاجة إلى طرق إعادة تدوير صديقة للبيئة واقتصادية. ويُعد التحلل الحراري وإزالة الفلكنة أنجح عمليتين لإعادة تدوير الإطارات. والتقدم في إعادة تدوير الإطارات المستهلكة ضروري لإيقاف العبء البيئي الناجم عن مطاط الإطارات، ويساعد على تقليل إلقاء الإطارات في مكبات النفايات.
يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تكثيف كلتا العمليتين الحديثتين لإعادة تدوير الإطارات، وهما التحلل الحراري وإزالة الفلكنة، وتحسينهما.
نظام بالموجات فوق الصوتية لإزالة الفلكنة من نفايات المطاط
كتلة مخصصة لجهاز البثق لإقران المعالجة بالموجات فوق الصوتية بالإلاستومر الساخن
إزالة الفلكنة من مطاط الإطارات بالموجات فوق الصوتية
تُفك الروابط المتشابكة الكيميائية بين الكبريت والكبريت وبين الكبريت والكربون في الإطارات بواسطة إزالة الفلكنة بالموجات فوق الصوتية، مما ينتج مصهورًا مطاطيًا لينًا. ويمكن إعادة معالجة هذا المصهور المطاطي الناتج بالموجات فوق الصوتية وتشكيله في قوالب لإنتاج منتجات مطاطية جديدة، مثل إطارات جديدة. ومن المزايا الرئيسية لإزالة الفلكنة بالموجات فوق الصوتية انخفاض كمية الحرارة المطلوبة بدرجة كبيرة. أولًا، تُسخن قطع الإطارات المستهلكة إلى نحو 400ºF أو 200ºC، ثم تُمرر بواسطة مُغذٍّ لولبي عبر خلية التدفق، حيث يُعالج المطاط المستهلك بموجات فوق صوتية عالية الأداء تحت ضغط مرتفع. وأثناء إزالة الفلكنة بالموجات فوق الصوتية، يتحول المطاط من حالته الصلبة السابقة إلى مادة عالية اللزوجة. وتفك المعالجة المكثفة بالموجات فوق الصوتية الشبكة ثلاثية الأبعاد للإلاستومرات المفلكنة بسرعة. ولا تستغرق المعالجة بالموجات فوق الصوتية لفك التشابك بين الروابط الكيميائية سوى بضع ثوانٍ. ويمكن تدعيم المصهور المطاطي المعالج بالموجات فوق الصوتية بعوامل التصليد والحشوات، وتشكيله في قوالب لإنتاج منتجات مطاطية جديدة.
تحسين جودة مخلفات التحلل الحراري بالموجات فوق الصوتية
يمكن تحسين جودة مخلفات التحلل الحراري بمعالجتها بالموجات فوق الصوتية في حمضي الهيدروكلوريك والهيدروفلوريك للحصول على أسود الكربون الناتج عن التحلل الحراري. ويمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية أن تنجح في تحويل مخلفات التحلل الحراري للإطارات المستهلكة إلى أسود الكربون التجاري ذي القيمة المضافة العالية. وبذلك تحسن المعالجة بالموجات فوق الصوتية بعد التحلل الحراري الكفاءة الإجمالية للتحلل الحراري للإطارات المستهلكة بدرجة كبيرة.
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء
Hielscher Ultrasonics شريككم ذو الخبرة في عمليات المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء. تتطلب إزالة الفلكنة بالموجات فوق الصوتية أجهزة معالجة صناعية بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، يمكنها العمل في ظروف الضغط المرتفع ودرجات الحرارة المرتفعة. ومن المتطلبات الأساسية الأخرى توفير سعات اهتزاز عالية جدًا. ويمكن بسهولة التشغيل المستمر بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm على مدار 24/7. ولسعات اهتزاز أعلى، تتوفر سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية. تُصنع سونوترودات Hielscher المخصصة للضغط المرتفع ودرجات الحرارة المرتفعة وتُضبط لتلائم الظروف الصعبة لعملية إزالة الفلكنة. وباستخدام قوالب بثق مخصصة، يُدخل بوق الموجات فوق الصوتية (السونوترود) في أسطوانة جهاز البثق. وتتيح متانة معدات Hielscher للموجات فوق الصوتية التشغيل على مدار 24/7 تحت أحمال تشغيل شاقة وفي بيئات صعبة. ويجعل الأداء العالي والموثوقية أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية الركيزة الأساسية لاستصلاح المطاط!
يعطيكم الجدول أدناه فكرة عن قدرة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
اتصلوا بنا! / اسألونا!
المؤلفات/المراجع
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة في إعادة تدوير المطاط. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites المجلد 38، العدد 2؛ 2003. 103–121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): إزالة الفلكنة من مطاط الإطارات المستهلكة باستخدام مذيبات قائمة على الأمينات والطاقة فوق الصوتية. MATEC Web of Conferences المجلد 152، 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): دراسة عملية إزالة الكبريت التأكسدية بمساعدة الموجات فوق الصوتية المطبقة على الاستفادة من زيت التحلل الحراري للإطارات المستهلكة. Journal of Cleaner Production، المجلد 18، العدد 18، 2010. 1850–1858.
حقائق جديرة بالمعرفة
الفلكنة / إزالة الفلكنة
الفلكنة هي عملية لجعل المطاط الطبيعي، الذي يتسم بانخفاض المتانة والمرونة، أكثر صلابة ومتانة. ولهذا الغرض، يُسخن المطاط الطبيعي، وتُحقق الروابط المتشابكة بين البوليمرات بإضافة الكبريت. ومن خلال التشابك، ترتبط جزيئات المطاط البوليمرية، المسماة بولي إيزوبرينات، بعضها ببعض بواسطة ذرات الكبريت. وتنتج الفلكنة ما يُسمى المطاط المفلكن، الذي يوفر أداءً ومتانة أعلى. ويوجد المطاط المفلكن في الإطارات والخراطيم المطاطية ونعال الأحذية والألعاب وغيرها.
إزالة الفلكنة هي تقنية تُفك فيها البنية ذات الروابط المتشابكة، وتحديدًا الروابط بين الكبريت والكبريت و/أو بين الكربون والكبريت. ويمكن إجراء ذلك بطرق مختلفة، مثل الطرق الميكانيكية الكيميائية والكيميائية والبيولوجية، وباستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة.
المطاط
يُعرف المطاط أيضًا باسم الإلاستومرات. والإلاستومر تسمية مختصرة للبوليمر المرن. وتُظهر الإلاستومرات خصائص لزجة مرنة: فهي بوليمرات لاصقة وعالية المرونة. ويُستخدم مصطلح المطاط كثيرًا لتمييز مجموعة الإلاستومرات التي يجب فلكنتها أو تصليدها لتصبح قابلة للاستخدام.
ممَّ يتكون مطاط الإطارات؟
يتكون مطاط الإطارات، الذي يُسمى tire rubber في الإنجليزية الأمريكية أو tyre rubber في الإنجليزية البريطانية، من عدة مكونات، تشمل المطاط والحشوات والإضافات الأخرى. وقد يتكون مطاط الإطارات من مطاط طبيعي يُصنع من عصارة اللاتكس التي تُفرز من لحاء شجرة المطاط، أو من مطاط صناعي. ويُصنع المطاط الصناعي من النفط. وأكثر أنواع المطاط الصناعي شيوعًا هي مطاط الستايرين–بوتادين (SBR)، ومطاط البولي بوتادين، ومطاط البوتيل. ومع أن المطاط هو المكون الرئيسي للإطارات، تُدمج الحشوات والإضافات لإنتاج مادة إطارات ذات خصائص وظيفية أفضل. ويُعد أسود الكربون و/أو السيليكا من حشوات الإطارات الشائعة جدًا، وتُضاف لتدعيم المركب المطاطي للإطار. ويعزز أسود الكربون والسيليكا التماسك، ويجعلان الإطارات أكثر مقاومة للثقب، ويقللان مقاومة تدحرج الإطار. وتُعد مضادات الأكسدة ومضادات الأوزون وعوامل مقاومة التقادم إضافات أخرى تحسن جودة الإطارات وتطيل عمرها.