Переработка шинной резины с помощью высокопроизводительного ультразвука
Отработанная шинная резина – токсичный, не поддающийся биологическому разложению материал, утилизация которого представляет собой экологическую и экономическую проблему. Ультразвуковая девулканизация – быстрый и эффективный метод переработки отработанной шинной резины, позволяющий повторно использовать отработанные шины. Ультразвуковая переработка шинной резины представляет собой относительно простой процесс, который успешно прошёл испытания. Линейная масштабируемость процесса ультразвуковой переработки шин позволяет обрабатывать большие объёмы в промышленном масштабе при экономически выгодных затратах.
Проблема резиновых отходов
Отработанная шинная резина представляет собой серьёзную экологическую проблему из-за своей токсичности и неспособности к разложению. Её вулканизированная углеродная структура с поперечными связями и токсичность делают утилизацию источником нагрузки на окружающую среду. Традиционные методы переработки резины экономически невыгодны и неэкологичны, а новый резиновый материал, получаемый с использованием переработанной резины, имеет низкое качество, поскольку основные полимерные цепи отработанной резины изменяются и ослабляются.
Поскольку шины относятся к наиболее проблемным источникам отходов, необходимы экологичные и экономически выгодные методы их переработки. Пиролиз и девулканизация – наиболее успешные процессы переработки шин. Прогресс в переработке отработанных шин необходим для прекращения экологической нагрузки, создаваемой шинной резиной, и помогает сократить захоронение шин на полигонах.
Обработка ультразвуком может интенсифицировать и улучшить оба современных процесса переработки шин: пиролиз и девулканизацию.
Ультразвуковая система для девулканизации отработанной резины
Изготовленный по индивидуальному заказу блок экструдера для передачи ультразвуковой энергии в горячий эластомер
Ультразвуковая девулканизация шинной резины
При ультразвуковой девулканизации разрываются химические связи сера–сера и сера–углерод в шинах, что приводит к образованию мягкого расплава резины. Полученный с помощью ультразвука расплав резины можно повторно переработать и сформовать в новые резиновые изделия, например новые шины. Важное преимущество ультразвуковой девулканизации – значительно меньшая потребность в тепле. Сначала фрагменты отработанных шин нагревают примерно до 400ºF или 200ºC, затем шнековым питателем подают через проточную ячейку, где отработанную резину обрабатывают высокопроизводительным ультразвуком под высоким давлением. При ультразвуковой девулканизации резина переходит из исходного твёрдого состояния в высоковязкое вещество. Интенсивная обработка ультразвуком быстро разрушает трёхмерную сетку вулканизированных эластомеров. Ультразвуковая обработка для разрыва химических поперечных связей занимает всего несколько секунд. Обработанный ультразвуком расплав резины можно упрочнить с помощью отверждающих агентов и наполнителей и сформовать в новые резиновые изделия.
Ультразвуковое облагораживание остатков пиролиза
Остатки пиролиза можно облагородить путём обработки ультразвуком в соляной и плавиковой кислотах для получения пиролитического технического углерода. Обработка ультразвуком позволяет успешно перерабатывать остатки пиролиза отработанных шин в товарный технический углерод с высокой добавленной стоимостью. Таким образом, ультразвуковая обработка после пиролиза значительно повышает общую эффективность пиролиза отработанных шин.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты
Hielscher Ultrasonics – ваш опытный партнёр в области высокопроизводительных ультразвуковых процессов. Для ультразвуковой девулканизации требуются мощные промышленные ультразвуковые процессоры, способные работать в условиях высокого давления и высокой температуры. Ещё одно обязательное условие – обеспечение очень высоких амплитуд. Амплитуды до 200µm можно легко поддерживать непрерывно в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготавливаемые по индивидуальному заказу. Сонотроды Hielscher для высокого давления и высокой температуры изготавливаются и настраиваются для сложных условий процесса девулканизации. С помощью изготовленных по индивидуальному заказу фильер ультразвуковой волновод (сонотрод) вводится в цилиндр экструдера. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях. Высокая производительность и надёжность делают ультразвуковые аппараты Hielscher рабочей лошадкой регенерации резины!
В приведённой ниже таблице указана приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 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. | больше | группа устройств UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопросы!
Литература / Источники
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): Применение мощного ультразвука для переработки резины. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites, том 38, выпуск 2; 2003. 103–121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): Девулканизация отработанной шинной резины с использованием растворителей на основе аминов и ультразвуковой энергии. MATEC Web of Conferences, том 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): Исследование процесса окислительного обессеривания с применением ультразвука для использования пиролизного масла из отработанных шин. Journal of Cleaner Production, том 18, выпуск 18, 2010. 1850–1858.
Полезные сведения
Вулканизация / Девулканизация
Вулканизация – это процесс, позволяющий сделать натуральный каучук, обладающий низкой долговечностью и гибкостью, более твёрдым и долговечным. Для этого натуральный каучук нагревают и добавляют серу, обеспечивая образование поперечных связей между полимерами. При образовании поперечных связей полимерные молекулы каучука, так называемые полиизопрены, связываются друг с другом атомами серы. В результате вулканизации получают так называемую вулканизированную резину, обладающую более высокими эксплуатационными характеристиками и долговечностью. Вулканизированная резина используется в шинах, резиновых шлангах, подошвах обуви, игрушках и т. д.
Девулканизация – это метод, при котором разрушается структура поперечных связей, в частности расщепляются связи сера–сера и/или углерод–сера. Это можно осуществить различными методами, например механохимическими, химическими, биологическими, а также с помощью обработки мощным ультразвуком.
Резина
Резины также известны как эластомеры. Эластомер – сокращение от «эластичный полимер». Эластомеры обладают вязкоупругими свойствами: это липкие, очень эластичные полимеры. Термин «резина» часто используют для обозначения группы эластомеров, которые необходимо вулканизировать или отвердить, чтобы они были пригодны к применению.
Из чего состоит шинная резина?
Шинная резина, называемая tire rubber в американском английском и tyre rubber в британском английском, состоит из нескольких компонентов, включая каучук, наполнители и другие добавки. Шинная резина может содержать натуральный каучук, получаемый из латексного сока, который выделяется из коры каучукового дерева, или синтетический каучук. Синтетические каучуки производят из нефти. Наиболее распространённые виды синтетического каучука – бутадиен-стирольный каучук (SBR), полибутадиеновый каучук и бутилкаучук. Хотя каучук является основным компонентом шин, наполнители и добавки вводят для получения шинного материала с более широкими функциональными возможностями. Технический углерод и/или диоксид кремния – очень распространённые наполнители шин, добавляемые для упрочнения резиновой смеси. Технический углерод и диоксид кремния улучшают сцепление, повышают устойчивость шин к проколам и снижают сопротивление качению. Антиоксиданты, антиозонанты и средства против старения – другие добавки, которые улучшают качество шин и продлевают срок их службы.