Recykling gumy oponowej z wykorzystaniem ultradźwięków o wysokiej wydajności
Zużyta guma oponowa jest toksycznym materiałem nieulegającym biodegradacji, przez co jej utylizacja stanowi problem środowiskowy i ekonomiczny. Dewulkanizacja ultradźwiękowa jest szybką i wydajną metodą recyklingu zużytej gumy oponowej, umożliwiającą ponowne wykorzystanie zużytych opon. Ultradźwiękowy recykling gumy oponowej jest stosunkowo prostym procesem, który został pomyślnie przetestowany. Liniowa skalowalność procesu ultradźwiękowego recyklingu opon umożliwia przetwarzanie dużych ilości na skalę przemysłową przy ekonomicznie uzasadnionych kosztach.
Problem odpadów gumowych
Zużyta guma oponowa stanowi poważny problem środowiskowy ze względu na swoją toksyczność i nieuleganie degradacji. Jej zwulkanizowana, usieciowana struktura węglowa i toksyczność sprawiają, że utylizacja obciąża środowisko. Konwencjonalne techniki recyklingu gumy są nieekonomiczne i nieprzyjazne dla środowiska, a nowy materiał gumowy wytworzony z gumy pochodzącej z recyklingu charakteryzuje się niską jakością, ponieważ główne łańcuchy polimerowe zużytej gumy ulegają zmianom i osłabieniu.
Ponieważ opony należą do najbardziej problematycznych źródeł odpadów, potrzebne są przyjazne dla środowiska i ekonomiczne metody recyklingu. Piroliza i dewulkanizacja to najskuteczniejsze procesy recyklingu opon. Postęp w recyklingu zużytych opon jest niezbędny do wyeliminowania obciążenia środowiska gumą oponową i pomaga ograniczyć składowanie opon na wysypiskach.
Obróbka ultradźwiękowa może zintensyfikować i usprawnić oba nowoczesne procesy recyklingu opon: pirolizę i dewulkanizację.
System ultradźwiękowy do dewulkanizacji zużytej gumy
Dostosowany do indywidualnych wymagań blok wytłaczarki do wprowadzania sonikacji do gorącego elastomeru
Ultradźwiękowa dewulkanizacja gumy oponowej
Podczas dewulkanizacji ultradźwiękowej rozrywane są wiązania chemiczne siarka–siarka i siarka–węgiel tworzące usieciowanie w oponach, co prowadzi do powstania miękkiej, stopionej masy gumowej. Tę masę gumową uzyskaną za pomocą ultradźwięków można ponownie przetwarzać i formować z niej nowe wyroby gumowe, np. nowe opony. Istotną zaletą dewulkanizacji ultradźwiękowej jest znacznie mniejsza wymagana ilość ciepła. Najpierw fragmenty zużytych opon ogrzewa się do około 400ºF lub 200ºC, a następnie za pomocą podajnika ślimakowego wprowadza się je do komory przepływowej, w której zużyta guma jest poddawana sonikacji z wykorzystaniem ultradźwięków o wysokiej wydajności pod wysokim ciśnieniem. Podczas dewulkanizacji ultradźwiękowej guma przechodzi ze swojego wcześniejszego stanu stałego w substancję o wysokiej lepkości. Intensywna sonikacja szybko rozrywa trójwymiarową sieć zwulkanizowanych elastomerów. Ultradźwiękowe rozrywanie wiązań chemicznych tworzących usieciowanie trwa tylko kilka sekund. Stopioną masę gumową poddaną sonikacji można wzmocnić środkami utwardzającymi i napełniaczami oraz formować z niej nowe wyroby gumowe.
Ultradźwiękowe uszlachetnianie pozostałości pirolitycznych
Pozostałości pirolityczne można uszlachetniać poprzez sonikację w kwasie solnym i fluorowodorowym w celu uzyskania sadzy pirolitycznej. Obróbka ultradźwiękowa pozwala skutecznie przekształcać pozostałości pirolityczne ze zużytych opon w sadzę handlową o wysokiej wartości dodanej. Ultradźwiękowa obróbka po pirolizie znacznie poprawia tym samym ogólną wydajność pirolizy zużytych opon.
Sonikatory o wysokiej wydajności
Hielscher Ultrasonics jest doświadczonym partnerem w zakresie procesów ultradźwiękowych o wysokiej wydajności. Dewulkanizacja ultradźwiękowa wymaga przemysłowych procesorów ultradźwiękowych o dużej mocy, które mogą pracować w warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury. Kolejnym warunkiem jest zapewnienie bardzo wysokich amplitud. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać w ciągłej pracy w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do indywidualnych wymagań. Sonotrody Hielscher przeznaczone do pracy pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze są produkowane i dostrajane do wymagających warunków procesu dewulkanizacji. Za pomocą specjalnie dostosowanych matryc róg ultradźwiękowy (sonotroda) jest wprowadzany do cylindra wytłaczarki. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach. Wysoka wydajność i niezawodność sprawiają, że sonikatory Hielscher są niezastąpionymi urządzeniami do regeneracji gumy!
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Literatura / Źródła
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): Zastosowanie ultradźwięków o dużej mocy do recyklingu gumy. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites, tom 38, numer 2; 2003. 103–121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): Dewulkanizacja zużytej gumy oponowej z wykorzystaniem rozpuszczalników na bazie amin i energii ultradźwiękowej. MATEC Web of Conferences, tom 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): Badanie wspomaganego ultradźwiękami procesu odsiarczania oksydacyjnego stosowanego do wykorzystania oleju pirolitycznego ze zużytych opon. Journal of Cleaner Production, tom 18, numer 18, 2010. 1850–1858.
Warto wiedzieć
Wulkanizacja / Dewulkanizacja
Wulkanizacja to proces zwiększający twardość i trwałość kauczuku naturalnego, który charakteryzuje się niską trwałością i elastycznością. W tym celu kauczuk naturalny jest ogrzewany, a dodanie siarki powoduje usieciowanie między polimerami. W wyniku usieciowania cząsteczki polimerowe kauczuku, tak zwane poliizopreny, są łączone ze sobą atomami siarki. W procesie wulkanizacji powstaje tak zwana guma wulkanizowana, która zapewnia lepsze właściwości użytkowe i większą trwałość. Gumę wulkanizowaną można znaleźć w oponach, wężach gumowych, podeszwach butów, zabawkach itp.
Dewulkanizacja to technika polegająca na rozrywaniu struktury usieciowania, a konkretnie wiązań siarka–siarka i/lub węgiel–siarka. Można to przeprowadzić różnymi metodami, takimi jak metody mechanochemiczne, chemiczne i biologiczne, oraz za pomocą sonikacji o dużej mocy.
Guma
Materiały gumowe są również znane jako elastomery. Nazwa elastomer jest skrótem określenia „polimer elastyczny”. Elastomery wykazują właściwości lepkosprężyste: są to lepkie, bardzo elastyczne polimery. Termin „guma” jest często używany do wyróżnienia grupy elastomerów, które muszą zostać poddane wulkanizacji lub utwardzeniu, aby nadawały się do użytku.
Z czego składa się guma oponowa?
Guma oponowa (w amerykańskiej odmianie języka angielskiego: tire rubber; w brytyjskiej odmianie języka angielskiego: tyre rubber) składa się z kilku składników, w tym kauczuku, napełniaczy i innych dodatków. Guma oponowa może zawierać kauczuk naturalny, wytwarzany z soku lateksowego wydzielanego przez korę kauczukowca, lub kauczuk syntetyczny. Kauczuki syntetyczne są wytwarzane z ropy naftowej. Najczęściej stosowane rodzaje kauczuku syntetycznego to kauczuk styrenowo-butadienowy (SBR), kauczuk polibutadienowy i kauczuk butylowy. Chociaż kauczuk jest głównym składnikiem opon, dodaje się napełniacze i dodatki, aby uzyskać materiał oponowy o lepszych właściwościach użytkowych. Sadza i/lub krzemionka to bardzo powszechne napełniacze opon dodawane w celu wzmocnienia mieszanki gumowej. Sadza i krzemionka poprawiają przyczepność, zwiększają odporność opon na przebicia i zmniejszają opór toczenia opony. Przeciwutleniacze, środki przeciw ozonowi i środki przeciwstarzeniowe to inne dodatki poprawiające jakość opon i wydłużające ich żywotność.