Производство регенерата

Одним из направлений утилизации резиносодержащих отходов, в частности изношенных шин, является получение регенерата — пластичного материала, способного вулканизоваться при добавлении в него вулканизующих агентов и частично заменить каучук в составе резиновых смесей.

Регенерация резины — физико-химический процесс, в результате которого резина превращается в пластичный продукт регенерат.

Существуют различные способы получения регенерата, отли­чающиеся характером и интенсивностью воздействия на резину, а также природой и количеством участвующих в регенерации резины веществ. В процессе регенерации резины происходят следующие процессы:

• деструкция углеводородных цепей;
• струк­турирование вновь образовавшихся молекулярных цепей;
• уменьшение содержания свободной серы, использованной для вулканизации резины;
• деструкция серных, полисульфидных связей;
• модификация молекулярных цепей каучука;
• изменение углеродных цепей, образованных сажей, содержащейся в резине.

Этот перечень протекающих изменений свидетельствует о сложности физико-химических процессов, лежащих в основе регенерации резины.

При получении регенерата применяются различные хи­мические вещества: мягчители, активаторы, модификаторы, эмульгаторы и др.

В качестве мягчителей используются продукты переработки нефти, угля, сланцев и лесохимического производства. Содержание мягчителей зависит от способа получения регенерата.

Активаторы позволяют сократить продолжительность и снизить температуру процесса, улучшить свойства конечного продукта. В качестве активаторов наибольшее применение нашли серосодержащие органические соединения.

Модификаторы позволяют придать регенерату и резине на его основе некоторые специальные свойства — прочность, масло-, бензостойкость, блеск и др. Для модификации регенерата используются как мономеры (малеиновый ангидрид, малеиновая и лимонная кислоты и др.), так и полимеры (полистирол, полиметилметакрилат, поливинилхлорид и др.).

Эмульгаторы применяют в технологических целях — для ста­билизации водных дисперсий измельченных резиновых отходов.

Начальная стадия получения регенерата любым из сущест­вующих способов — измельчение резиновых отходов. Размер частиц, которые необходимо получить при измельчении, определяется способом последующей регенерации, а также свойствами резины, подвергаемой регенерации, и требованиями к регенерату. Чем меньше размеры частиц резины, тем более быстро и равномерно они набухают в мягчителях, в результате чего повышается производительность оборудования и улучшается качество регенерата. Однако уменьшение размеров резиновой крошки связано с увеличением затрат на ее получение, поэтому размеры частиц всегда больше 0,5 мм.

При получении регенерата водонейтральным способом (рис. 9.19) девулканизация резины происходит в водной кислой среде в автоклаве при перемешивании массы.

1 - бункер дробленой резины; 2 — емкость с мягчителем; 3 — дозаторы; 4 — автоклав; 5 — буферная емкость; 6 — сетчатый барабан; 7 — отжимная машина; 8 — регенератно-смесительные вальцы; 9 — рафинировочные вальцы; 10— склад готовой про­дукции

Для этого используется резиновая крошка размером 2,5— .1,5 мм, содержание текстильного корда не должно превышать 10 % (по массе). Количество мягчителя, добавляемого в смесь, достигает при регенерации некоторых резин 40 массовых частей па 100 массовых частей резины. Разрушение остатков кордного волокна происходит за счет воздействия кислой среды, создавае­мой мягчителями.

Процесс девулканизации осуществляется в две стадии: на пер­вой стадии резина, набухает в мягчителях в течение 1 —1,5 ч при 80—100 °С, на второй — температура поднимается до 180±5 °С , создается давление 1,1 ±0,1 МПа, и процесс девулканизации продолжается в течение 4—5 ч для резиновых отходов, не со­держащих текстиль, и 5—8 ч — для отходов, содержащих корд­ное волокно.

Термомеханический способ получения регенерата более предпочтителен вследствие непрерывности процесса, полной его механизации и автоматизации, а также непродолжительности цикла. При этом способе не образуются сточные воды, что также весьма существенно снижает стоимость продукта. Однако эта технология предъявляет более высокие требования к культуре производства, в частности, необходимо четкое соблюдение параметров техно­логического процесса.

При получении регенерата термомеханическим способом используется крошка размером не более 0,8 мм при содержании текстильных волокон не более 5 % (по массе). По этой технологии (рис. 9.20) резиновая крошка непрерывно подается в двух­червячный смеситель, охлаждаемый водой.

1 — бункер резиновой крошки; 2 — емкость с мягчителем; 3 — дозаторы резиновой крошки и мягчителя; 4 — смеситель непрерывного действия; 5 - червячный девулканизатор; 6 — рафинировочные вальцы; 7 — готовая продукция

Под влиянием механических воздействий и температуры в смесителе в тонком зазоре между шнеком и корпусом происходит девулканизация резины за счет тепла, выделяющегося при дефор­мации резины, и воздействия кислорода и мягчителя. Средняя длительность пребывания: резины в шнековом смесителе не превышает 7 мин, осевое усилие, развиваемое шнеком, составляет 1000 кН. Температура продукта, выходящего из головки шнека, не должна превышать 190 °С, для чего корпус шнека охлаждается водой. При дальнейшем прохождении через червячный де­вулканизатор продукт охлаждается до 70—80 'С и в таком виде поступает на рафинировочные вальцы, где ему придается товарный вид (пленка, свернутая в рулон наподобие рулона толя или рубероида). При этом происходит гомогенизация регенерата, окончательное его обезвоживание, очищение от посторонних включений и недостаточно деструктированных частиц резины.

Рафинировочные вальцы имеют фрикцию 1:2,5. С целью бо­лее полной гомогенизации продукта рафинирование выполняется на двух вальцах.

На первых вальцах устанавливается зазор, обеспечивающий выход с вальцов полотна толщиной не более 0,25 мм. Толщина полотна, сходящего со вторых вальцов, не должна превышать 0,17 мм. Полотно закатывается в рулон массой до 15 кг.

Отечественная промышленность выпускает шесть марок регенерата, свойства которых зависят от используемого сырья и технологии производства (табл. 9.10).

Регенерат является ценным вторичным сырьем и используется при изготовлении резино-технических изделий, подошвенных резин и шин. Потребление регенерата в шинной промышленности составляет около 2 % от каучука, при производстве РТИ — 13 % и обуви — 10 %.

В резинотехнической промышленности регенерат применяют в составе резиновых смесей при изготовлении рукавных изделий, прокладок, ремней и другой продукции. Некоторые изделия, такие как пластины, коврики бытового назначения, изготавливают почти без добавления каучука в резиновую смесь.

При изготовлении некоторых резин содержание регенерата может достигать 50 % от содержания каучука, а при изготовлении формованных каблуков — 100 % от содержания каучука.

На основе регенерата получают резиновые клеи с высоким сопротивлением старению и адгезией к различным материалам.

Низкосортный регенерат марок РС и РСТ используют при изготовлении плит для покрытия полов животноводческих ферм, спортивных площадок, а также для изготовления строительных материалов типа шифера.

Следует отметить, что в последние годы в связи с повышением требований к РТИ и шинам, а также увеличением применения покрышек с металлокордом объемы производства и потребления регенерата несколько сократились, но до сих пор основная масса резиносодержащих отходов утилизируется путем переработки в регенерат.