Решение проблемы утилизации отходов резинотехнических изделий путем модификации дорожных вяжущих
Автор: Беляев П.С., Маликов О.Г., Меркулов С.А., Фролов В.А.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Фундаментальная и прикладная химия, химическая технология
Статья в выпуске: 2 (60), 2014 года.
Бесплатный доступ
В статье рассмотрена проблема утилизации отходов резиновой промышленности путем их вторичной переработки, позволяющей сохранить запасы ценного каучукового сырья и оздоровить окружающую нас среду. Рассмотрены вопросы осуществления процессов термической девулканизации резиновой крошки из резинотехнических изделий с последующим использованием полученного материала (регенерат резиновой крошки) в качестве модификатора для повышения качества дорожного вяжущего. Проведены исследования влияния технологических параметров термической девулканизации (температуры и времени выдержки) на степень девулканизации резиновой крошки. Рассмотрен вопрос выбора экологичных агентов девулканизации и мягчителей, позволяющих ускорить протекание процесса. Проведены исследования модификации дорожного вяжущего регенератами резиновой крошки, полученными при различных условиях. Оценена степень влияния содержания регенерата резиновой крошки на физико-механические показатели дорожного вяжущего на основе битума марки БНД 60/90. Проведенные исследования показали, что физико-механические свойства модифицированного битума удовлетворяют нормам битумнорезиновых вяжущих в соответствии с рекомендациями фирмы «БИТРЕК»: введение регенерата резиновой крошки в состав дорожного вяжущего приводит к повышению температуры размягчения и появлению эластичности у вяжущего по сравнению с исходным битумом, при этом значения пенетрации и растяжимости находятся в допустимых пределах. Таким образом, использование вторичных материалов позволяет снизить стоимость получаемого вяжущего для дорожного покрытия по сравнению с аналогами.
Модификация битума, регенерат резиновой крошки, вторичные полимерные материалы
Короткий адрес: https://sciup.org/14040224
IDR: 14040224
Текст научной статьи Решение проблемы утилизации отходов резинотехнических изделий путем модификации дорожных вяжущих
В настоящее время проблеме поиска эффективного пути утилизации твердых бытовых отходов из полимерных материалов, в том числе и резинотехнических, уделяется все большее внимание. Проблема утилизации резиносодержащих отходов и, в частности, изношенных автомобильных шин (т.к. их накопление остается одной из важнейших экологических проблем) остается актуальной, несмотря на совершенствование технологии производства новых изделий и их вторичной переработки. Складирование и захоронение отходов полимеров экономически неэффективно и экологически небезопасно, т. к. при длительном хранении они могут выделять в окружающую среду вещества, способные привести к нарушению экологического равновесия. Одним из наиболее эффективных методов утилизации полимерных отходов является их использование в процессе модификации дорожных вяжущих. Перспективным направлением утилизации резиносодержащих отходов, в частности, изношенных автомобильных шин, является получение девулканизата резиновой крошки для последующего формования резинотехнических изделий (РТИ). Данные направления утилизации могут быть взаимосвязаны, так как девулканизат резиновой крошки и может быть использован в качестве модификатора для дорожных вяжущих, и позволяет заменить дорогостоящее первичные каучуковые компоненты.
По данным Европейской Ассоциации по вторичной переработке шин (ЕТРА) общий вес изношенных, но непереработанных шин в н н в год (рисунок 1) [1].
США Европа Росс ия Япония
Рисунок 1. Количество изношенных автомобильных шин (млн. тонн) в развитых странах по данным Европейской Ассоциации по вторичной переработке шин (ETPA)
Объем их переработки методом измельчения не превышает 10 %. Большая часть собирае мых шин (20 %) используется как топливо. Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды. Вместе с тем, амортизированные автомобильные шины содержат в себе ценное сырье: каучук, металл, текстильный корд.
Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. Невосполнимость природного сырья диктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью.
Именно вторичная переработка, а не захоронение и сжигание твердых бытовых отходов из полимерных материалов, в том числе резинотехнических, позволит сохранить природные запасы ценного сырья, стимулировать развитие ресурсосберегающих, дешевых технологий, а также очистить и оздоровить окружающую нас среду [2].
В наших исследованиях для улучшения качества дорожного вяжущего применялся девулканизат шинной резиновой крошки, полученный термическим способом при различных технологических параметрах [3].
Предварительно измельченная резина и отделенная от металлических и иных включений смешивалась с мягчителями и агентами девулканизации, и помещалась в термокамеру, нагретую до заданной температуры. В качестве мягчителя и агента девулканизации выбраны мазут и стеариновая кислота соответственно. Мазут как мягчитель имеет наибольшее сродство с битумом, что важно учитывать, поскольку регенерат будет использоваться в качестве модификатора для битума. Из широкого класса материалов-активаторов стеариновая кислота не обладает токсическими действиями и не дает побочных последствий и эффектов при проведении процесса девулканизации. В результате термической обработки смеси при повышенных температурах происходит разрыв связей S-S и С-S.
Полученный регенерат использовался в процессе модификации битума марки БНД 60/90 на лабораторном смесителе периодического действия, принцип действия которого описан в работе [4].
Данные по физико-механическим показателям битума, модифицированного девулканизатом резиновой крошки, представлены на рисунке 2.
Рисунок 2. Физико-механические показатели битума марки БНД 60/90 модифицированного регенератом шинной крошки, полученным термическим способом
Введение регенерата шинной крошки в дорожное вяжущие приводит к появлению эластичности вяжущего в пределах 30 – 40 %.
Эластичность вяжущего обуславливается тем, что при модификации происходит частичное растворение каучуковой девулканизованной части это способствует снижению колееобра-зования в дорожном покрытии. Оставшаяся часть регенерата при этом служит эластич -ным демпфирующим наполнителем, который замедляет процессы трещинообразования получаемого дорожного покрытия. Показатели температуры размягчения, дуктильности и пенетрации битума, модифицированного регенератом шинной крошки, остаются в пределах норм битумнорезинового композиционного вяжущего «Битрэк» [5], но при этом вяжущее имеет меньшую себестоимость.
Исходя из исследований, можно сделать вывод о целесообразности использования регенерата резиновой крошки для модификации дорожных вяжущих в качестве заменителя первичных каучуковых материалов, что позволяет снизить себестоимость произведенного продукта.
