СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
METHOD OF PROCESSING RUBBER-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к области переработки органических отходов, в частности к способам переработки резиносодержащих отходов, и может быть использовано при утилизации изношенных автомобильных покрышек и других резинотехнических изделий.
Известен способ переработки промышленных и бытовых отходов резины в котельное топливо, включающий пиролиз резинотехнических отходов под давлением в среде перегретого водяного пара с последующим отделением твердой фазы, разделением жидкой и парогазообразной фаз (патент РФ 2251483 В29В 17/00).
Основной недостаток данного способа заключается в его низкой экономичности. Это связано с высокими энергозатратами для поддержания требуемой для проведения пиролиза температуры и низким выходом целевого продукта (а именно, жидкого котельного топлива).
Известен способ переработки отходов резинотехнических изделий, включающий термоожижение отходов при температуре выше 270°С при повышенном давлении не менее 6,1 МПа по меньшей мере в одном растворителе - алкилбензоле. Полностью процесс термоожижения проходит в течение 20-60 минут, после чего отделяют жидкую фракцию и производят ее дистилляцию, в результате получается моторное топливо с высоким содержанием бензиновой фракции (патент РФ 2167168 C08J 11/04).
Основным недостатком данного способа является повышенная опасность необходимого оборудования, выдерживающего высокие давления. Подобный способ переработки отходов нельзя назвать экономичным, в связи с использованием в качестве растворителя алкилбензола.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ утилизации отходов резинотехнических изделий, преимущественно отработанных автомобильных шин, включающий термическую обработку резинотехнического сырья, помещенного в экстрактор, заполненный жидкими продуктами нефтепереработки, до полного растворения резины с отводом готовой резиносодержащей жидкой композиции, газовой фазы и твердого остатка. Получаемая жидкая фаза представляет собой резинобитумную композицию, которая может использоваться как материал для гидроизоляции, кровельных работ, для приготовления асфальтобетона (патент РФ 2153415 В29В 17/00).
Основной недостаток известного способа заключается в его низкой экономичности. Это связано с тем, что для переработки отработанных автомобильных шин используются в качестве продуктов нефтепереработки товарные продукты - мазут или гудрон. Кроме того, использование мазута или гудрона для растворения автомобильных шин из-за своей высокой вязкости и склонности к закоксовыванию на металлических поверхностях сужает температурный диапазон проведения процесса до 260-290°С, а поскольку время растворения резины зависит от вязкости применяемого растворителя, то процесс полного растворения шины очень длителен и составляет 11-25 ч. Что приводит к значительным затратам на нагрев нефтепродуктов до необходимой в процессе растворения температуры.
Задачей изобретения является получение недорогой, безотходной, экологически чистой технологии переработки резиносодержащих отходов в резиносодержащие композиты, способные заменить собой дефицитные битумы нефтяные, используемые в качестве гидроизолирующих, кровельных покрытий и вяжущих при производстве асфальтобетонов.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ переработки резиносодержащих отходов включает в себя растворение резиновой крошки из отработанных автомобильных покрышек в нафталиновой фракции каменноугольной смолы посредством перемешивания смеси компонентов в негерметичной емкости при температуре 220-230°С в течение 15-30 мин при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Резиновая крошка 10-40
Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное.
Кроме того, задача решается тем, что нагрев смеси компонентов осуществляется с использованием микроволнового излучения с частотой 2450 МГц и мощностью излучения 450 Вт. Полученный, готовый к применению резиносодержащий композит сливают через металлическую сетку в емкость для хранения и транспортировки.
В указанных условиях вследствие разрушения сетки поперечных сульфидных и полисульфидных связей в резине получается однородная масса без присутствия различимых частиц резины, содержащая недеструктированные полимерные цепи каучука. Конечный продукт представляет собой битумоподобное вещество с характеристиками, а именно температурой хрупкости, температурой размягчения, эластичностью, сопоставимыми с битумами нефтяными дорожными.
Для приготовления композиции используют нафталиновую фракцию каменноугольной смолы, не содержащую компоненты с температурой кипения ниже 200°С по ТУ 14-7-100-80.
Резиновая крошка может быть приготовлена измельчением амортизированных автомобильных покрышек как без корда, так и с синтетическим кордом.
Нижний предел содержания резиновой крошки в смеси обусловлен заметным изменением свойств конечного продукта по сравнению с исходной нафталиновой фракцией каменноугольной смолы, а верхний предел ограничен отрицательным влиянием диспергированной сажи, высвобождающейся при растворении резиновой крошки и снижением эксплуатационных характеристик конечного продукта.
Указанные пределы температурного режима растворения резиновой крошки являются оптимальными, т.к. ниже 220°С растворение резины происходит очень медленно, а выше 230°С температуру повышать нецелесообразно, т.к. идут процессы деструкции макромолекул каучука. При соблюдении указанного температурного режима амортизированная резина переходит в растворенное состояние в виде невулканизированного каучука с высокой молекулярной массой, что и обеспечивает проявление резиносодержащим композитом свойств битумоподобного вещества.
В табл.1 приведены составы исходной смеси, температурные режимы и продолжительность приготовления резиносодержащих композитов, а в табл.2 приведены физико-химические характеристики получаемых композитов.
Пример 5.
В плоскодонную колбу объемом 750 мл загружают 100 г резиновой крошки и 250 г нафталиновой фракции каменноугольной смолы, предварительно разогретой до 70-80°С. Колбу помещают в камеру, снабженную СВЧ-излучателем (2450 МГц) и механической мешалкой, изготовленной из стекла с тефлоновыми лопастями. Смесь резины и смолы нагревают при мощности излучения 450 Вт при постоянном перемешивании. Указанная мощность микроволнового излучения позволяет поддерживать постоянную температуру разогрева смеси в пределах 225°С. Через 25-30 мин резиновая крошка полностью растворяется в нафталиновой фракции каменноугольной смолы. Полученную однородную массу черного цвета охлаждают до комнатной температуры. В результате получается 330 г битумоподобного вещества, содержащего приблизительно 30% растворенной резины.
Способ по предлагаемому изобретению прост в исполнении, позволяет эффективно перерабатывать отходы резинотехнических изделий с минимальными материальными затратами с получением резиносодержащего композита с широкой областью применения. Получаемый композит обладает высокой адгезией к различным поверхностям (каменный материал, металлы, бетон и т.д.), а в сочетании с низкими значениями температуры хрупкости, он может широко использоваться, как гидроизолирующий, кровельный и клеящий материал, и заменить собой дефицитные битумы нефтяные. При этом качество получаемого гидроизолирующего покрытия превосходит качество подобного покрытия из битумов нефтяных. Небольшая продолжительность процесса перевода резиновой крошки в растворенное состояние позволяет снизить энергозатраты на переработку отходов резинотехнических изделий по сравнению с известными способами. Предлагаемое изобретение является одним из эффективных подходов переработки амортизированных резиновых изделий и отходов их производства.
Таблица 1
Состав, температурный и временной режим приготовления резиносодержащих композитов
№ образца
Состав, мас.%
Температура приготовления композита, °С
Время растворения, мин.
1 (контрольный пример)
Резиновая крошка 20;Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное
200
120-140
2 (контрольный пример)
Резиновая крошка 20;Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное
240
Происходит деструкция каучукового вещества
3
Резиновая крошка 10;Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное
220
15-20
4
Резиновая крошка 20;Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное
225
20-25
5
Резиновая крошка 30;Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное
225
20-25
6
Резиновая крошка 30;Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное
220
25-30
7
Резиновая крошка 40;Нафталиновая фракция каменноугольной смолы - остальное
230
20-25
Таблица 2
Физико-химические характеристики резиносодержащих композитов
№ образца
Глубина проникания иглы при 25°С, мм<sup>-1</sup>
Температура размягчения, °С
Температура хрупкости, °С
Растяжимость при 25°С, см
1
107
46,0
-32,0
40
2
100
48,0
-15,0
27
3
113
47,2
-26,3
38
4
105
46,5
-31,1
48
5
108
47,9
-32,3
55
6
107
47,5
-32,0
54
7
126
46,0
-30,3
49
Битум нефтяной
98
47,8
-24,0
>65