Časopis Odpady: Perspektivní proces devulkanizace pro recyklaci opotřebovaných pneumatik

Jedním ze závažných environmentálních problémů 21. století je odstranění a efektivní využití opotřebovaných pneumatik. Po uplynutí životnosti pneumatiky, která je šest až deset let, se musí opotřebované pneumatiky vyřadit z provozu vzhledem k možnému riziku havárií v důsledku stárnutí a následné degradace materiálu.

Každoročně se takto hromadí obrovské množství těchto pneumatik a jejich efektivní využití je velkou výzvou.

Pryž (guma) vzniká vulkanizací surového kaučuku, při které dochází k výraznému zlepšení jeho vlastností. Chemická vulkanizace se zpravidla provádí zahřátím kaučuku se sírou a přídavnými akcelerátory a aktivátory umožňujícími vznik zesítěných vazeb mezi polymerním řetězcem a sírou. Vulkanizací získává původní nevulkanizovaný kaučuk výbornou pružnost, zlepšené mechanické vlastnosti a vyšší odolnost proti oxidaci a působení organických rozpouštědel. Vulkanizovaná pryž s trojrozměrnou zesíťovanou strukturou se však jen obtížně rozkládá přírodními biologickými procesy a jako odpad patří k materiálům ohrožujícím životní prostředí.

Vedle běžně používaných a málo vyhovujících postupů, jako je skládkování, spalování a pyrolýza, je perspektivním způsobem jejich devulkanizace.

Materiálová recyklace pneumatik

Odpadní pryžové produkty se dosud často odstraňují skládkováním, ačkoliv jde o nejméně vyhovující způsob (u pneumatik navíc nepovolený). Odpadní pneumatiky se pro svou vysokou výhřevnost využívají jako dodatkové palivo v cementárnách. Pyrolýzou při vyšších teplotách (kolem 400 °C) lze z odpadní pryže, včetně pneumatik, získat saze (carbon black), olej apod.

Materiálová recyklace (devulkanizace) se v porovnání s těmito procesy ukazuje jako nejvhodnější nenákladný způsob pro využití odpadní pryže a rovněž jako cesta k omezení znečišťování prostředí. Někdy se devulkanizace označuje jako regenerace a devulkanizovaná pryž jako regenerát, což není správné, protože žádnou z recyklačních (devulkanizačních) metod, včetně těch nejnovějších, se nezíská zpět z odpadní pryže původní kaučuk. Po devulkanizaci se pouze stará pryž stává znovu zpracovatelnou a vulkanizovatelnou.

Devulkanizace spočívá v destrukci zesítěných polymerních řetězců, přitom většinou nedochází k přerušení základního polymerního řetězce. Lze ji principiálně uskutečnit třemi cestami: fyzikálními, chemickými/mechanochemickými nebo biologickými. Při termických nebo mechanických procesech se odpadní pryž devulkanizuje účinkem vnější tepelné energie nebo mechanickými silami. Tyto procesy zpravidla vedou k náhodnému štěpení zesítěné struktury, někdy i hlavního polymerního řetězce.

Průmyslově nejvyužívanějším je chemický proces, který je také nejvíce rozpracován jak z hlediska různých parametrů (např. devulkanizační činidla), tak i reakčních podmínek (např. teplota a reakční doba).

Pro devulkanizaci zkoumaly četné studie využití recyklačních činidel, jako je benzoylperoxid, disulfidy a alifatické a aromatické aminy či kyselina thiosalicylová. Ještě výhodnější než samotná chemická devulkanizace se ukázal chemotermomechanický proces používající tepelnou energii, chemickou látku a mechanické síly. Účinnost procesu lze zvýšit pomocí vhodných chemických látek; nejnověji byl k přerušení zesítěné vazby pryže použit thiobisfenol při teplotách kolem 200 °C.

Nové použití pryže

Odpadní devulkanizovaná pryž je termoplastický elastomer. Má kombinované vlastnosti semikrystalických termoplastů a měkkých elastomerů a může být zpracována a recyklována jako termoplast. S optimálním vulkanizačním činidlem a ve směsi s vhodným termoplastem vzniká při zvýšené teplotě termoplastický vulkanizát (TPV). Mechanické vlastnosti termoplastických elastomerů zpravidla závisí na složení směsi, kompatibilitě jednotlivých složek směsi, stupni disperze pryže, rozměru dispergovaných částic pryže a fázové morfologii.

Dynamická revulkanizace devulkanizované pryže z opotřebených pneumatik ve směsi s termoplasty je nyní dobře propracovaná s využitím různých typů termoplastů, včetně vysokohustotního polyetylenu (HDPE), nízkohustotního polyetylenu (LDPE), polypropylenu (PP), polystyrenu (PS) a polyvinylchloridu (PVC). Kromě toho se k revulkanizaci pryže rovněž ukázaly vhodné některé technické termoplasty, jako je polyamid-6, akrylonitril-butadien-styren (ABS) a polybutylentereftalát (PBT).

K TPV se zpravidla přidávají plniva pro zlepšení mechanických, elektrických, termických a zpracovatelských vlastností při současném snížení jejich ceny. Z více než 100 různých typů organických a anorganických plniv publikovaných v literatuře se průmyslově používají pouze dva, oxid křemičitý a saze (carbon black). Podle nedávno publikované studie se saze dobře rozptylují v matrici obsahující směs devulkanizované pryže až do koncentrace 10 % obj. Využitím sazí s fenolickými vytvrzovacími systémy jako plnivy byly připraveny nové materiály s výbornými vlastnostmi pro průmyslové použití, zejména v automobilovém průmyslu jako nárazníky, těsnění, elektrická zařízení v prostorech na zavazadla a uzávěry palivových nádrží.*

Mečislav Kuraš

 

Článek z časopisu Odpady, č.12/2020

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *