Recyklácia gumy z pneumatík pomocou vysokovýkonného ultrazvuku
Odpadová guma z pneumatík je toxický, biologicky nerozložiteľný materiál, ktorého likvidácia predstavuje environmentálny a ekonomický problém. Ultrazvuková devulkanizácia je rýchla a účinná metóda recyklácie odpadovej gumy z pneumatík, ktorá umožňuje opätovné využitie odpadových pneumatík. Ultrazvuková recyklácia gumy z pneumatík je pomerne jednoduchý proces, ktorý bol úspešne otestovaný. Lineárna škálovateľnosť procesu ultrazvukovej recyklácie pneumatík umožňuje spracúvať veľké objemy v priemyselnom meradle pri ekonomicky výhodných nákladoch.
Problém gumového odpadu
Odpadová guma z pneumatík spôsobuje závažný environmentálny problém pre svoju toxicitu a nerozložiteľnosť. Jej vulkanizovaná zosieťovaná uhlíková štruktúra a toxicita spôsobujú, že jej likvidácia predstavuje environmentálnu záťaž. Bežné techniky recyklácie gumy sú neekonomické, nie sú šetrné k životnému prostrediu a nový gumový materiál vyrobený z recyklovanej gumy má nízku kvalitu, pretože hlavné polymérne reťazce odpadovej gumy sú pozmenené a oslabené.
Keďže pneumatiky patria medzi najproblematickejšie zdroje odpadu, sú potrebné environmentálne šetrné a ekonomické metódy recyklácie. Pyrolýza a devulkanizácia sú najúspešnejšie procesy recyklácie pneumatík. Pokrok v recyklácii odpadových pneumatík je nevyhnutný na zastavenie environmentálnej záťaže spôsobenej gumou z pneumatík a pomáha obmedzovať ukladanie pneumatík na skládky.
Ultrazvukové spracovanie môže zintenzívniť a zlepšiť oba moderné procesy recyklácie pneumatík, pyrolýzu aj devulkanizáciu.
Ultrazvukový systém na devulkanizáciu odpadovej gumy
Extrudérový blok na mieru na prenos ultrazvukovej energie do horúceho elastoméru
Ultrazvuková devulkanizácia gumy z pneumatík
Pri ultrazvukovej devulkanizácii sa v pneumatikách štiepia priečne chemické väzby síra–síra a síra–uhlík, čím vzniká mäkká gumová tavenina. Túto ultrazvukom vytvorenú gumovú taveninu možno opätovne spracovať a vytvarovať na nové gumové výrobky, napr. nové pneumatiky. Významnou výhodou ultrazvukovej devulkanizácie je podstatne nižšia potreba tepla. Najprv sa časti odpadových pneumatík zahrejú na približne 400ºF alebo 200ºC a potom sa závitovkovým podávačom privádzajú cez prietokovú celu, v ktorej sa odpadová guma za vysokého tlaku spracúva vysokovýkonným ultrazvukom. Počas ultrazvukovej devulkanizácie sa guma premieňa z pôvodného tuhého stavu na vysoko viskóznu hmotu. Intenzívne ultrazvukové pôsobenie rýchlo rozrušuje trojrozmernú sieť vulkanizovaných elastomérov. Ultrazvukové spracovanie na štiepenie priečnych chemických väzieb trvá len niekoľko sekúnd. Gumovú taveninu spracovanú ultrazvukom možno spevniť vulkanizačnými činidlami a plnivami a vytvarovať na nové gumové výrobky.
Ultrazvukové zušľachťovanie pyrolýznych zvyškov
Pyrolýzne zvyšky možno zušľachtiť pôsobením ultrazvuku v kyseline chlorovodíkovej a fluorovodíkovej s cieľom získať pyrolýzne sadze. Ultrazvukové spracovanie môže úspešne premeniť pyrolýzne zvyšky z odpadových pneumatík na komerčné sadze s vysokou pridanou hodnotou. Ultrazvukové spracovanie po pyrolýze tak výrazne zlepšuje celkovú účinnosť pyrolýzy odpadových pneumatík.
Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia
Hielscher Ultrasonics je vaším skúseným partnerom v oblasti vysokovýkonných ultrazvukových procesov. Ultrazvuková devulkanizácia vyžaduje priemyselné ultrazvukové procesory s vysokým výkonom, ktoré dokážu pracovať pri vysokom tlaku a vysokej teplote. Ďalším predpokladom je dosahovanie veľmi vysokých amplitúd. Amplitúdy až do 200µm možno ľahko udržiavať nepretržite v prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy na mieru. Sonotródy Hielscher pre vysoký tlak a vysokú teplotu sa vyrábajú a ladia pre náročné podmienky procesu devulkanizácie. Pomocou matríc na mieru sa ultrazvukový nástavec (sonotróda) zasúva do valca extrudéra. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach. Vysoký výkon a spoľahlivosť robia z ultrazvukových zariadení Hielscher ťahúňa regenerácie gumy!
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad približnej spracovateľskej kapacity našich ultrazvukových zariadení:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zostava zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Literatúra/Referencie
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): Využitie vysokovýkonného ultrazvuku pri recyklácii gumy. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites, zv. 38, číslo 2; 2003. 103–121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): Devulkanizácia odpadovej gumy z pneumatík pomocou rozpúšťadiel na báze amínov a ultrazvukovej energie. MATEC Web of Conferences, zv. 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): Štúdia procesu oxidačného odsírenia podporovaného ultrazvukom pri využití pyrolýzneho oleja z odpadových pneumatík. Journal of Cleaner Production, zväzok 18, číslo 18, 2010. 1850–1858.
Užitočné informácie
Vulkanizácia / Devulkanizácia
Vulkanizácia je proces, ktorým sa prírodný kaučuk s nízkou trvanlivosťou a pružnosťou stáva tvrdším a trvanlivým. Prírodný kaučuk sa preto zahrieva a pridaním síry sa dosahuje zosieťovanie medzi polymérmi. Pri zosieťovaní sa polymérne molekuly kaučuku, takzvané polyizoprény, navzájom spájajú atómami síry. Vulkanizáciou vzniká takzvaná vulkanizovaná guma, ktorá ponúka lepšie úžitkové vlastnosti a vyššiu trvanlivosť. Vulkanizovaná guma sa nachádza v pneumatikách, gumových hadiciach, podrážkach obuvi, hračkách atď.
Devulkanizácia je technika, pri ktorej sa štiepi zosieťovaná štruktúra, konkrétne väzby síra–síra a/alebo uhlík–síra. Možno to dosiahnuť rôznymi metódami, napríklad mechanochemickými, chemickými, biologickými a použitím vysokovýkonného ultrazvuku.
Kaučuk
Kaučuky sú známe aj ako elastoméry. Elastomér je skrátené označenie elastického polyméru. Elastoméry vykazujú viskoelastické vlastnosti: sú to lepkavé, veľmi pružné polyméry. Pojem kaučuk sa často používa na odlíšenie skupiny elastomérov, ktoré sa musia vulkanizovať alebo vytvrdiť, aby boli použiteľné.
Z čoho sa vyrába guma na pneumatiky?
Guma na pneumatiky, v americkej angličtine označovaná ako „tire rubber“ a v britskej angličtine ako „tyre rubber“, sa vyrába z viacerých zložiek vrátane kaučuku, plnív a ďalších prísad. Guma na pneumatiky môže pozostávať z prírodného kaučuku vyrábaného z latexovej šťavy, ktorá vyteká z kôry kaučukovníka, alebo zo syntetického kaučuku. Syntetické kaučuky sa vyrábajú z ropy. Najbežnejšími druhmi syntetického kaučuku sú styrén-butadiénový kaučuk (SBR), polybutadiénový kaučuk a butylkaučuk. Zatiaľ čo kaučuk je hlavnou zložkou pneumatík, plnivá a prísady sa do nich zapracúvajú na vytvorenie materiálu s lepšími funkčnými vlastnosťami. Sadze a/alebo oxid kremičitý sú veľmi bežné plnivá pneumatík pridávané na spevnenie pneumatikovej zmesi. Sadze a oxid kremičitý zlepšujú priľnavosť, zvyšujú odolnosť pneumatík proti prepichnutiu a znižujú valivý odpor pneumatiky. Antioxidanty, antiozonanty a prostriedky proti starnutiu sú ďalšie prísady, ktoré zlepšujú kvalitu pneumatík a predlžujú ich životnosť.