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).
Наименование показателя |
Марка регенерата |
||||
РШТ |
РСТ |
РЩ |
РКЕ |
РС |
|
Содержание летучих, % (по массе), при: |
|||||
110°С |
≤0,6 |
≤0,65 |
- |
- |
- |
150 °С |
— |
— |
≤2,5 |
≤1,6 |
≤2,75 |
Содержание золы, %(по массе) |
5,0 |
≤8,0 |
≤7,5 |
≤7,0 |
≤8,0 |
Мягкость, мм |
2,5-3,5 |
2,0-4,0 |
2,0-3,3 |
2,5-3,5 |
2,0-3,5 |
Эластическое восстановление, мм |
1,15±0,45 |
0,5-2,0 |
1,2±0,55 |
1,2±0,55 |
0,5-2,0 |
Прочность при растяжении, МПа (не менее) |
≥5,39 |
≥3,92 |
≥5,39 |
≥6,86 |
≥3,92 |
Относительное удлинение, % |
400±50 |
≥300 |
≥420 |
≥450 |
≥300 |
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.
Социальные сети