Rengaskumin kierrätys suurtehoisella ultraäänellä
Rengaskumijäte on myrkyllistä, biohajoamatonta materiaalia, jonka hävittäminen on ympäristöongelma ja taloudellinen ongelma. Ultraäänidevulkanointi on nopea ja tehokas menetelmä rengaskumijätteen kierrätykseen, ja se mahdollistaa käytöstä poistettujen renkaiden uudelleenkäytön. Rengaskumin ultraäänikierrätys on suhteellisen yksinkertainen prosessi, jota on testattu onnistuneesti. Renkaiden ultraäänikierrätysprosessin lineaarinen skaalautuvuus mahdollistaa suurten määrien käsittelyn teollisessa mittakaavassa taloudellisin kustannuksin.
Kumijätteen aiheuttama ongelma
Rengaskumijäte aiheuttaa merkittävän ympäristöongelman myrkyllisyytensä ja hajoamattomuutensa vuoksi. Sen vulkanoitu, ristisilloittunut hiilirakenne ja myrkyllisyys tekevät hävittämisestä ympäristökuormituksen. Perinteiset kumin kierrätystekniikat ovat epätaloudellisia eivätkä ympäristöystävällisiä, ja kierrätyskumista tuotettu uusi kumimateriaali on heikkolaatuista, koska jätekumin polymeerien pääketjut muuttuvat ja heikkenevät.
Koska renkaat kuuluvat ongelmallisimpiin jätelähteisiin, tarvitaan ympäristöystävällisiä ja taloudellisia kierrätysmenetelmiä. Pyrolyysi ja devulkanointi ovat menestyksekkäimmät renkaiden kierrätysprosessit. Käytöstä poistettujen renkaiden kierrätyksen kehittäminen on välttämätöntä rengaskumin aiheuttaman ympäristökuormituksen lopettamiseksi, ja se auttaa vähentämään renkaiden sijoittamista kaatopaikoille.
Ultraäänikäsittely voi tehostaa ja parantaa kumpaakin nykyaikaista renkaiden kierrätysprosessia, pyrolyysiä ja devulkanointia.
Ultraäänijärjestelmä jätekumin devulkanointiin
Räätälöity ekstruuderilohko ultraäänikäsittelyn kytkemiseen kuumaan elastomeeriin
Rengaskumin ultraäänidevulkanointi
Ultraäänidevulkanoinnissa renkaiden rikki–rikki- ja rikki–hiili-kemialliset sidokset katkaistaan, jolloin syntyy pehmeä kumisula. Tämä ultraäänellä tuotettu kumisula voidaan käsitellä uudelleen ja muovata uusiksi kumituotteiksi, esimerkiksi uusiksi renkaiksi. Ultraäänidevulkanoinnin merkittävä etu on huomattavasti pienempi lämmöntarve. Ensin käytöstä poistettujen renkaiden osat lämmitetään noin 400ºF:n tai 200ºC:n lämpötilaan ja syötetään sitten ruuvisyöttimellä virtauskennon läpi, jossa jätekumi käsitellään suurtehoisella ultraäänellä korkeassa paineessa. Ultraäänidevulkanoinnin aikana kumi muuttuu aiemmasta kiinteästä olomuodostaan erittäin viskoosiksi aineeksi. Voimakas ultraäänikäsittely hajottaa vulkanoitujen elastomeerien kolmiulotteisen verkoston nopeasti. Kemiallisten sidosten katkaiseminen ultraäänikäsittelyllä kestää vain muutaman sekunnin. Ultraäänikäsiteltyä kumisulaa voidaan vahvistaa kovetusaineilla ja täyteaineilla sekä muovata uusiksi kumituotteiksi.
Pyrolyysijäännösten jalostaminen ultraäänellä
Pyrolyysijäännöksiä voidaan jalostaa käsittelemällä niitä ultraäänellä suolahapossa ja fluorivetyhapossa pyrolyyttisen noen saamiseksi. Ultraäänikäsittelyllä voidaan onnistuneesti jalostaa käytöstä poistettujen renkaiden pyrolyysijäännökset kaupalliseksi noeksi, jolla on korkea lisäarvo. Pyrolyysin jälkeinen ultraäänikäsittely parantaa siten käytöstä poistettujen renkaiden pyrolyysin kokonaistehokkuutta huomattavasti.
Suurtehoiset ultraäänilaitteet
Hielscher Ultrasonics on kokenut kumppanisi suurtehoisissa ultraääniprosesseissa. Ultraäänidevulkanointi vaatii suuritehoisia teollisia ultraääniprosessoreita, jotka pystyvät toimimaan korkeassa paineessa ja korkeassa lämpötilassa. Toinen edellytys on erittäin suurten amplitudien tuottaminen. Jopa 200µm:n amplitudeilla voidaan helposti toimia jatkuvasti ympäri vuorokauden (24/7). Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin korkeaan paineeseen ja korkeaan lämpötilaan tarkoitetut sonotrodit valmistetaan ja viritetään devulkanointiprosessin vaativia olosuhteita varten. Räätälöityjen suulakkeiden avulla ultraäänitorvi (sonotrodi) sijoitetaan ekstruuderin sylinteriin. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävä rakenne mahdollistaa ympärivuorokautisen käytön (24/7) raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä. Suuri suorituskyky ja luotettavuus tekevät Hielscherin ultraäänilaitteista kumin regeneroinnin työjuhdan!
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2 000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Kirjallisuus/Viitteet
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): Suurtehoisen ultraäänen soveltaminen kumin kierrätykseen. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites, vuosikerta 38, numero 2; 2003. 103–121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): Rengaskumijätteen devulkanointi amiinipohjaisilla liuottimilla ja ultraäänienergialla. MATEC Web of Conferences, vuosikerta 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): Tutkimus ultraääniavusteisesta oksidatiivisesta rikinpoistoprosessista käytöstä poistettujen renkaiden pyrolyysiöljyn hyödyntämisessä. Journal of Cleaner Production, vuosikerta 18, numero 18, 2010. 1850–1858.
Hyödyllistä tietoa
Vulkanointi / Devulkanointi
Vulkanointi on prosessi, jolla luonnonkumia, jonka kestävyys on heikko ja joustavuus vähäinen, tehdään kovemmaksi ja kestäväksi. Tätä varten luonnonkumia kuumennetaan, ja rikkiä lisäämällä saadaan aikaan ristisilloittuminen polymeerien välille. Ristisilloittumisessa polymeeriset kumimolekyylit, niin sanotut polyisopreenit, sitoutuvat toisiinsa rikkiatomien välityksellä. Vulkanoinnilla tuotetaan niin sanottua vulkanoitua kumia, jonka suorituskyky ja kestävyys ovat paremmat. Vulkanoitua kumia käytetään renkaissa, kumiletkuissa, kengänpohjissa, leluissa jne.
Devulkanointi on tekniikka, jossa ristisilloittunut rakenne, erityisesti rikki–rikki- ja/tai hiili–rikki-sidokset, katkaistaan. Tämä voidaan tehdä erilaisilla menetelmillä, kuten mekanokemiallisilla, kemiallisilla ja biologisilla menetelmillä sekä suurtehoisella ultraäänikäsittelyllä.
Kumi
Kumeja kutsutaan myös elastomeereiksi. Elastomeeri on lyhennys elastisesta polymeeristä. Elastomeereillä on viskoelastisia ominaisuuksia: ne ovat tahmeita, erittäin elastisia polymeerejä. Termiä kumi käytetään usein erottamaan elastomeerien ryhmä, joka on vulkanoitava tai kovetettava, jotta sitä voidaan käyttää hyödyksi.
Mistä rengaskumi koostuu?
Rengaskumi (amerikanenglanniksi tire rubber, brittienglanniksi tyre rubber) koostuu useista komponenteista, kuten kumista, täyteaineista ja muista lisäaineista. Rengaskumi voi koostua luonnonkumista, joka valmistetaan kumipuun kuoresta erittyvästä lateksimahlasta, tai synteettisestä kumista. Synteettiset kumit valmistetaan maaöljystä. Yleisimmät synteettisen kumin tyypit ovat styreenibutadieenikumi (SBR), polybutadieenikumi ja butyylikumi. Vaikka kumi on renkaiden pääainesosa, täyteaineita ja lisäaineita käytetään toimivamman rengasmateriaalin valmistamiseksi. Noki ja/tai piidioksidi ovat hyvin yleisiä renkaiden täyteaineita, joita lisätään kumiseoksen vahvistamiseksi. Noki ja piidioksidi parantavat pitoa, lisäävät renkaiden puhkeamiskestävyyttä ja vähentävät renkaan vierintävastusta. Antioksidantit, otsonin vaikutuksilta suojaavat aineet ja vanhenemisenestoaineet ovat muita lisäaineita, jotka parantavat renkaiden laatua ja pidentävät niiden käyttöikää.