Резиновая крошка

Резиновая крошка — совокупность частиц измельчённой резины различной дисперсности и разнообразной формы, которые характеризуются, прежде всего тем, что сохраняют в своей основе молекулярную структуру и эластомерные свойства исходной резины, а поверхность частиц может быть активирована для придания особых свойств резиновой крошке, либо путём частичной девулканизации приповерхностного слоя частиц, либо модификацией поверхности частиц химической или физико-химической обработкой.

Сырьё для получения резиновой крошки

Резиновая крошка является одним из продуктов переработки вторичного резинового сырья (отходы резины, включая старые шины). Основным сырьём для получения резиновой крошки, следует считать изношенные покрышки, так как более половины вырабатываемой резины в мире используется в производстве шин.

В соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (приказ МПР 02.12.2002 № 786, зарегистр. в Минюст России № 4107 от 09.01.2003) изношенные покрышки относятся по степени вредного воздействия на окружающую природную среду к 4-му классу опасности со следующим разделением по составным элементам и конструкциям шин, подлежащим обязательной утилизации:

Код Наименование
57500200 13 00 4, Шины пневматические отработанные
57500201 13 00 4, Камеры пневматические отработанные
57500202 13 00 4 Покрышки отработанные
57500203 13 00 4 Покрышки с тканевым кордом отработанные
57500204 13 00 4 Покрышки с металлическим кордом отработанные

Кроме того, шины обладают высокой пожароопасностью, а продукты их неконтролируемого сжигания оказывают крайне вредное влияние на окружающую среду.

Основные показатели пожаровзрывоопасности резины и резиновой крошки[1]

  • группа горючести — горючестью называют способность вещества или материала к распространению пламенного горения или тления (вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие, горючие);
  • температура воспламенения (tвс , ºС)- наименьшая температура горючего вещества, при которой вещество выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение;
  • температура самовоспламенения (tсв , ºС)- самая низкая температура при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением (в реальных условиях температура самовоспламенения может быть ниже указанной, поскольку на величину температуры самовоспламенения оказывают влияние: объём камеры, материал стенок и другие факторы);

• температура тления при самовозгорании (tтл , ºС)- температура вещества при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления заканчивающихся возникновением тления;

• тление — беспламенное горение резины при сравнительно низкой температуре (400—600 ºС), происходит даже при снижении концентрации кислорода в воздухе до 5 % , часто сопровождается дымообразованием (восстановление пламени возможно при повышении скорости и количества поступления кислорода к очагу тления)[2];

• нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения — НКПВ, г/м³) [3]- минимальное и максимальное содержание горючего в смеси горючее вещество и окислительная среда, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника инициирования;

• минимальная энергия зажигания (Wmin, мДж)[3] — наименьшее значение энергии электрического разряда, способной воспламенить наиболее воспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом;

• минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК, % по объёму) — концентрация кислорода в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становится невозможным;

• максимальное давление взрыва (Pmax, кПа)[3] — наибольшее давление возникающее при дефлаграционном взрыве газо-, паро-, или пылевоздушной смеси в замкнутом объёме при начальном давлении горючей смеси 101,3 кПа;

• скорость нарастания давления при взрыве (dP/dτ , кПа/с) — производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва газо-, паро-, или пылевоздушной смеси в замкнутом объёме от времени.

Дополнительные характеристики пожаровзрывоопасности резиновой крошки[4]

• дисперсность — характеристика размеров частиц дисперсной фазы в дисперсных системах;

• аэрозоль — дисперсная система, состоящая из мелких частиц взвешенных в воздухе (аэровзвесь, будем обозначать АВ);

• аэрогель (АГ) — может представлять собой рыхлую (сыпучую) полидисперсную и пористую смесь (получают высушиванием гидрогеля).

Таблица.Показатели пожаровзрывоопасности автомобильных шин и резиновой крошки

Горючее вещество Группа горючести Дисперсность, мкм tвс ºС tсв ºС tтл ºС НКПВ,г/м³ Wmin, мДж МВСК, %по объёму Pmax, кПа dP/dτ кПа/с Средства тушения Источник информации
Покрышка автомобильной шины (каркас с протектором) Горючий Плотность 1147 кг/м³ 270 440 нет - - - - - Вода со смачивателем пена, порошок ПФ [[5]]
Резина гор. 74 - 350АВ - 25 50 15(СО2) 551 26200 Распылённая вода со смачива-телем [5]
Резина кожеподобная (пыль) гор. 500-700 - 350АГ 372АВ 249 74 - - 560 при конц.700г/м³ средн.1400 макс.2400 Распылённая вода со смачивателем [5]
Резина пористая (пыль) гор. 700 - 353АГ 365АВ 312 87 - - 740 при конц.700 г/м³ средн.2200 макс.4500 Распылённая вода со смачивателем [5]
Резиновая мука гор. - - 377АВ 278АГ 74-79 - 14 550 средн.20000 Распылённая вода со смачивателем [5]
Резиновая мука - - - 377 - 77-49 2 14 550 средн.20000 - средн.20000

В шинах, в сравнении с другими резиновыми изделиями содержится наибольшее количество каучука, как натурального, так и синтетических[6]

• Натуральный (российское обозначение-НК; иностранное-NR);

• Бутадиен-стирольный (БСК;SBR);

• Бутадиеновый (СКД;BR);

• Изопреновый (СКИ-3;IR):

Качество резинового сырья для производства резиновой крошки регламентируется действующим стандартом ГОСТ 8407-89 (Сырьё вторичное резиновое. Покрышки и камеры шин. Технические условия).

Способы получения и свойства резиновой крошки

Наиболее перспективными являются виды переработки, которые связаны с измельчением отходов резинотехнических изделий и отработанных покрышек.

Измельчение (или дробление) — это процесс разделения твёрдого тела на части всё уменьшающихся размеров под воздействием внешних сил при отрицательных или положительных температурах измельчения.

Структура и свойства резиновой крошки сильно зависят от способов разрушения (переработки) изношенных покрышек и измельчения шинной резины, для чего применяются следующие виды энергетического воздействия:

• режущее воздействие; • сдвиговое деформационное; • воздействие электромагнитных и ультразвуковых волн; • электрических разрядов; • лазерных пучков; • ударно-волновое воздействие или взрывоциркуляционное

Механическое измельчение изношенных покрышек

Способ механического измельчения считается одним из самых эффективных, так как при данном виде измельчения покрышек резиновая крошка сохраняет свои молекулярные свойства, что способствует выпускать продукции на основе резиновой крошки высокого качества. Измельчение проходит в три-пять этапов.

На первом этапе, при грубом дроблении покрышек образуются куски («чипсы») размером примерно равным 10÷50 мм, в этом случае достигается максимальная насыпная плотность разрезанной резины (480÷520 кг/м³)[7] , а такой важный показатель качества конечного продукта, как фактор развитости удельной поверхности для «чипсов» имеет низкое значение ~1÷3 см²/г.

На следующей стадии механического измельчения покрышек в целях отделения металлокорда и текстиля получают гранулят с размером частиц от 3 мм до 10 мм, насыпная плотность которого составляет ~400 кг/м³, а удельная поверхность частиц ~100 см²/г.

Резиновую крошку отделяют от корда, волокна и посторонних включений с помощью вибрационных сит, трепальных барабанов, магнитных и воздушных сепараторов различной конструкции. По степени измельчения резиновая крошка следует за гранулятом, который может входить в гранулометрический состав товарной резиновой крошки, также как, и тонкоизмельчённым резиновый порошок с размером частиц менее 0,5 мм.

Ударно волновое измельчение изношенных покрышек

измельчение (переработка шин)проводится в два-три этапа

Критерии оценки Механическая (Германия) Ударно-волновая (Россия)

или взрывоциркуляционная explotex

Мощность переработки (тыс.тн.шин/год) 30 30
Качество очистки резиновой крошки по металлокорду 99,9 99,9
Качество очистки резиновой крошки по текстилю 99,9 99,9
ср.площадь основного производства 6000 квм 1200 квм
Установленная электрическая мощность 4500 кВт 1220 кВт
Ступеней переработки покрышек 6-7 для получения гранулята и пыли: 1. Предшредирование (объем куском 50-150 мм); 2-5. Ступени Грануляции; 6. Доизмельчение (Fine granulation step); 7. Получение пыли при помощи жидкого азота. 2-3 для получения гранулята и пыли: 1. Охлаждение шин воздухом до −70ºС; 2.Взрыв (удорно-волновое измельчение); 3. 20 % — доизмельчение чистой резины
Стоимость завода переработки шин (млн.евро) 45 13

Нормативные показатели качества

Для резиновой крошки устанавливаются нормативные показатели качества по следующим характеристикам (в качестве примера в таблице приведены технические требования на резиновую крошку, производимую в промышленных объёмах по технологии ударно-волнового (взрывоциркуляционного) измельчения explotex-переработки покрышек): В таблице:

Обозначение товарной марки, РК- резиновая крошка, (численный показатель)-размер фракций в мм.

Внешний вид резиновой крошки: Порошкообразный сыпучий материал чёрного цвета без видимых примесей инородных тел.

Наименование показателя РК-2,8 РК-2,0 РК-1,0 РК-0,5
Массовая доля воды, %, не более 1,0 1,0 1,0 1,0
Массовая доля частиц чёрных металлов (после магнитной сепарации),%,не более 0,3 0,3 0,3 0,3
Массовая доля остатков кордного волокна (вискозного и капронового),%,не более 1,0 1,0 1,0 3,5
Гранулометрический состав, %: Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 3,2 (ГОСТ 3826-82), не менее 99,99 99,99 99,99 99,99
Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 2,8 (ГОСТ 3826-82), не менее 95 99,99 99,99 99,99
Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 2,2 (ГОСТ 3826-82), не менее 0 99,99 99,99 99,99
Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 2 (ГОСТ 3826-82), не менее 0 95 99,99 99,99
Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 1,2 (ГОСТ 3826-82), не менее 0 0 99,99 99,99
Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 1 (ГОСТ 3826-82), не менее 0 0 95 99,99
Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 063 (ГОСТ 3826-82), не менее 0 0 0 99,99
Массовая доля резины, просеянной через сито с сеткой № 05 (ГОСТ 3826-82), не менее 0 0 0 85
Насыпная плотность резиновой крошки, т/м³ 0,3 0,25 0,22 0,2
Глубина приповерхностного слоя с частичной девулканизацией, мм, не более 0,05 0,05 0,05 0,05

Класс опасности

Резиновая крошка относится к группе нетоксичных материалов и согласно классификации вредных веществ по ГОСТ 12.1.007-76 относится к 4-му классу опасности. Удельная поверхность частиц резиновой крошки размером менее 1 мм при различных способах измельчения покрышек составляет[8] :

• каскадный в дробилках — 1200÷1500 см2/г;

• дробление с охлаждением до минус — 1000÷1200 см2/г;

• высокотемпературный-сдвиговой — 2500÷3200 см2/г;

• ударно-волновой (взрывоциркуляционная) + высокотемпературный-сдвиговой — 5000÷30000 см2/г.

Поверхность резиновой крошки

Специфика механического разрушения изношенных покрышек такова, что и при низких, и при нормальных, и при повышенных (но не слишком высоких) значениях температуры, измельчение приводит к образованию резиновых частиц с гладкой поверхностью, напоминающих по внешнему виду битое стекло. Такие частицы имеют низкую адгезию и к сырым резинам и к большинству полимерных термопластов. Они плохо растворимы в битуме, плохо сорбируют нефтепродукты.

Для того, чтобы модифицировать поверхность, сделать её менее гладкой, частицы резиновой крошки подвергают воздействию различного рода факторов, способствующих девулканизации поверхностного слоя: импульсный нагрев частиц перегретым паром, нагрев излучением лазера, облучение частиц гамма-лучами с последующей прививкой на поверхность различного рода мономеров, нанесение на поверхность частиц порошковой серы и т. д. В настоящее время поиск и разработка новых способов модификации резиновой крошки ведётся по следующим направлениям:

1.Химическая модификация и/или размягчение поверхности частиц измельчённой резины;

2.Физико-химическое размельчение измельчённой резины в результате полимерных связей (аналогично регенерации);

3.Физико-химическая обработка с целью разрушения серных связей.

Применение и использование резиновой крошки[8]

Спектр использования резиновой крошки достаточно широк. В зависимости от степени измельчения её применяют:

• порошкообразную резиновую крошку с размерами частиц от 0,2 до 0,45 мм используют в качестве добавки (от 5 до 25 % по массе) в резиновые смеси для изготовления новых автомобильных покрышек, массивных шин и других резинотехнических изделий. Применение резиновой крошки с высокоразвитой удельной поверхностью частиц повышает стойкость шин к изгибающим воздействиям и удару, увеличивает срок их эксплуатации;

• для получения качественного регенерата и резиновых смесей резину измельчают до частиц не более 0,5 мм; в резиновые смеси для уплотнительных колец, манжет и прокладок и т. д. допускается введение до 30 мас. ч. резиновой крошки с размером частиц до 0,5 мм;

• частицы менее 0,63 мм применяют для модификации битума (от 7 % до 12 % по массе), получения гидроизоляционных мастик различного назначения в качестве добавок (до 40 % по массе), производство тормозных колодок, резинополимерных композиций;

• с помощью резиновой крошки размером от 0,63 мм до 1 мм повышают качество дорожного битума за счёт применения резинобитумных композиционных вяжущих материалов путём введения в битум добавок резиновой крошки (14-15 тонн на 1 км дорожного полотна) вместе со специальными химическими реагентами. Такая крошка также используется в качестве сорбента, для тампонирования нефтяных скважин;

• для формовых двухслойных элементов покрытий спортивных площадок, беговых дорожек, стадионов и т. д. рекомендуется резиновая смесь на основе изопреновых каучуков, содержащая 80 % мас. резиновой крошки с размером частиц менее 2 мм (содержание фракции менее 0,5 мм не менее 70 %). Для формовых элементов покрытий полов в гальванических цехах, в цехах, работающих с агрессивными средами и т. д. рекомендуется резиновая смесь на основе изопренового каучука, содержащая до 75 % мас. резиновой крошки с размером частиц менее 2 мм;

Также Резиновую крошку использует  в качестве наполнителя боксерских груш, производства резиновой плитки, бордюров, резиновых ступеней,  входных ковриков.

• от 2 мм до 5 мм — засыпка футбольных полей с искусственной травой, покрытия на детские площадки, набивка спортинвентаря, производство спортивных покрытий. Покрытие из резиновой крошки обладает повышенной травмобезопасностью. Укладка производится с помощью специализированного укладчика или вручную.

Примечание
  1. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: в 2 книгах; кн.1/А. Н. Баратов и др.- М., Химия, 1990.-496с.
  2. Терминологический справочник по резине: Справ. изд.- М.: Химия, 1989.- 400
  3. 3.ГОСТ 12.1.041-83. Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования. Издательство стандартов, 1983
  4. Химический энциклопедический словарь, под ред. И. А. Кнунянц.- М.: Сов. энциклопедия, 1983. — 792 с.
  5. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: в 2 книгах; кн.2/А. Н. Баратов и др.- М., Химия, 1990.-384с
  6. Овчаров В. И. и др. Свойства резиновых смесей и резин: оценка, регулирование, стабилизация Научное издание./ Под общ. ред. канд. техн. наук В. И. Овчарова. Москва. Изд. дом «САНТ-ТМ» — 2001. — 400 с.;
  7. Переработка изношенных шин: Монография / Э. М. Соколов и др.; Тул. гос. ун-т; Тула, 1999.- 134 с.
  8. Касаткин М. М. Проблемы переработки амортизированных автомобильных шин и резино-технических изделий. — М., 1998.- 64 с
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.