Recykling duroplastów

D u r o p l a s t y, czyli tworzywa chemoutwardzalne powszechnie kojarzą się nam z twardymi żywicami, jednak prawie połowa masy tych tak różnorodnych tworzyw wystę- puje w postaci tworzyw ela- stycznych, czyli miękkich. w poprzednim artykule pisali- śmy o poliuretanach, a w tym odcinku przyjrzymy się two- rzywu będącemu synonimem elastomerów, czyli gumie. najbardziej znanym wyrobem gumowym jest opona. istnieją wiele możliwości zagospo- darowania odpadów gumo- wych, a w szczególności zuży- tych opon.

 Jerzy Żelaziński

Guma

Jest to produkt wulkanizacyjny – kauczuku naturalnego, syntetycznego lub też ich mieszanek zawierający około 3% siarki oraz różne inne dodatki (zmiękczacze, barw- niki i inne). Wulkanizacja to w istocie proces sieciowania kauczuku za pomocą mostków siarkowych. Został on został opatentowany w 1843 roku w Stanach Zjednoczo- nych. 

 Właściwości gumy zależą od rodzaju i ilości składników mieszanki gumowej zawłaszcza kauczuku. Przez odpowiedni dobór składników mieszanki gumowej można otrzymać gumę o różnych właściwościach m.in.: gumę nadającą się do produkcji opon, odporną na wysoką lub niską temperaturę, odporną na działanie olejów, materiałów pędnych, rozpuszczalników czy też gumę trudnopalną odznaczającą się właściwościami wymaganymi do materiałów stosowanych w przemyśle spożywczym, medycynie itp.

Opona

Najbardziej znanym wyrobem z gumy jest opona. Składa się ona z wielu różnych materiałów: wulkanizowanej gumy, drutów stalowych, kordu (włókien) poliestrowych lub poliamidowych. Dlatego recykling takich opon jest najtrudniejszy technologicznie ze wszystkich zużytych wyrobów gumowych.

W krajach Unii Europejskiej, co roku pojawia się około 2 600 tys. ton zużytych opon. Po przyjęciu do Unii dziesięciu nowych członków liczba ta wzrosła o około 500 tys., z czego ponad 130 tysięcy „wniosła” ze sobą Polska. Co roku wzrasta liczba pojazdów na naszych drogach, których eksploatacja powoduje geometryczny przyrost masy odpadowych opon. Odpady te zgodnie z art. 55, ust. 1 pkt. 5, obowiązującej ustawy o odpadach nie powinny być składowane na wysypiskach i to zarówno w postaci całych opon, jak i w formie rozdrobnionej. Dodatkowo nałożono na przedsiębiorców wprowadzających opony na rynek osiąganie rocznego poziomu odzysku i recyklingu. Według badań Instytutu Gumowego w Warszawie, roczny przyrost opon w kraju wynosi ok. 1,5%. Biorąc pod uwagę ilość opon w kraju na koniec 2007 r., czyli ok. 150 106 ton, do 2013 r. będzie to już ok. 163 tys. ton.

 Dostępne technologie recyklingu opon

Ze względu na fakt, że opona jest wyrobem wielomateriałowym, aby przeprowadzić jakikolwiek recykling musimy zacząć od rozdzielenia tych materiałów. Proces ten prowadzi się na tzw. wysnuwarkach – mechanicznie wyciągających z opony drut i kord. Inna metoda polega na zmieleniu całej opony. Do najbardziej popularnych sposobów rozdrabniania należy metoda mechaniczna i kriogeniczna. W pierwszej z nich stosuje się na ogół wysoką temperaturę, co niestety grozi samozapaleniem, a jednocześnie powoduje degradacje mikrocząsteczek kauczuku. W drugiej z wymienionych technik, wstępnie pocięte opony chłodzi się ciekłym azotem o temperaturze -80°C, a więc poniżej temperatury kruchości, a następnie poddaje się je rozdrobnieniu za pomocą młyna młotkowego. Tak uzyskany granulat zwiera mniej zanieczyszczeń niż ten, który powstaje w wyniku rozdrabniania mechanicznego, ale wyższe są jego koszty. Materiały, wchodzące w skład kordu tekstylnego, usuwa się dzięki separacji pneumatycznej, a kord stalowy – za pomocą separacji elektromagnetycznej. Poza tym rozdrabnianie powoduje wysoką emisję hałasu i wymaga dużych nakładów energii. Wstępnie rozdrobnione kawałki gumy mogą służyć do dalszego przetwarzania.

Recykling mechaniczny

Surowiec, jaki powstaje podczas procesu mielenia jest sklasyfikowany ze względu na skład granulometryczny cząsteczek gumowych:

• całe opony,
• kawałki (>300 mm),
• strzępy (50-300 mm),
• chipsy (10-50 mm),
• granulat (1-10 mm),
• miał (<1 mm),
• pył (<0,5 mm),
• ścier (1-40 mm).

Na rys. zostały zaprezento- wana najpopularniejsze frakcje powstające w procesie mielenia.

Podsypka drogowa

 Centrum technologiczne hiszpań skiej firmy we współpracy z polską firmą budowlaną opracowały i prze testowały technologię umożliwiającą ponowne wykorzystanie surowca pochodzącego z recyklingu opon jako konstrukcji nasypów drogowych w dużej skali. Technologia, która obecnie z powodzeniem stosowana jest w Hiszpanii ma także duży potencjał wdrożeniowy w Polsce. Ideą jest zamiana materiału tradycyjnego, jakim jest grunt, na materiał pochodzący z recyklingu opon samochodowych tak, aby spełniał on dokładnie takie same funkcje, jak tradycyjnie stosowane warstwy nośne nasypów. Ilość wbudowanego odpadu gumowego zależy od indywidualnego projektu nasypu. Warstwy wykonuje się ze zmielonej gumy i zabezpiecza się membraną wykonaną z geowłókniny. Operacje związane z przygotowaniem materiału, tj. mieleniem zużytych opon i oczyszczaniem są wykonywane w profesjonalnym zakładzie recyklingu materiałów gumowych. Linia recyklingu odpadów gumowych umożliwia uzyskanie z opon samochodowych granulatu o oczekiwanych frakcjach wyjściowych, jak również przesiewanie granulatu (łącznie z separatorem metalu). Odpowiednio przygotowany do wbudowania surowiec jest dostarczany na plac budowy w tradycyjnych przyczepach stosowanych to transportu mas ziemnych. Dużą zaletą tego materiału jest jego waga (ok. 1/3 wagi tradycyjnego gruntu), co jest jego dużą zaletą w aspekcie transportu i związanych z nim możliwe oszczędności. Na przygotowaną wcześniej warstwę ochronną wykonaną z geowłókniny rozkrusz gumowy jest rozkładany przy pomocy tradycyjnych spychaczy oraz zagęszczany przy pomocy walca.

 Następnie wykonywana warstwa jest zabezpieczona warstwą geowłókniny i przykryta warstwą przekładkową wykonaną z gruntu. Następnie cały proces jest powtarzany w dokładnie taki sam sposób przy wykonywaniu kolejnej warstwy. Zalety tej technologii to możliwość zagospodarowania odpadów, niższe koszty transportu składników nasypu oraz doskonałe wytłu mianie drgań pochodzących z ruchu kołowego.

Detale z klejonego miału gumowego

Technologia klejenia rozdrobnionej gumy za pomocą klejów aktywowanych ciepłem lub niewulkanizowanej gumy jest dość rozpowszechniona w Polsce. Metoda ta polega na zmieszania miału gumowego ze specjalnego klejem, a następnie na prasowaniu tej mieszanki w formie pod ciśnieniem i podwyższona temperaturą. Dzięki temu otrzymujemy maty i detale o zaprojektowanej twardości. Tę technologie można wykorzystać do produkcji całej gamy różnych wyrobów. Elementy podjazdów, krawężników, rond i wysepek oraz bruk gumowy z prasowanego granulatu z dodatkiem klejów i barwników, o wiele bardziej nadaje się do tego typu zastosowań niż betonowe lub żelbetonowe wyroby, które gnąc i łamiąc felgi przecinają całkiem niekiedy nowe opony będąc przyczyną wielu wypadków i ofiar w szczególności w okresie zimowym.

 Na bazie przemiału gumowego możliwe jest wyprodukowanie całej gamy wyrobów mających zastosowanie przy budowie budynków mieszkalnych.

Drogi i autostrady

 Pokrycie wierzchniej warstwy dróg i autostrad z zastosowaniem mie- szanki granulatu pochodzącego z recyklingu opon z asfaltem, charakteryzującą się 12-krotnie większą trwałością, wytrzymałością i odpornością na zużycie zamiast np. mie- szanki asfaltu z bazaltem. Przykładem i potentatem w zastosowaniu tej techniki jest Kanada.

Obiekty sportowe

Pozbawiony zanieczyszczeń granulat gumowy znajduje obecnie powszechne zastosowanie przy budowie obiektów sportowych, rekreacyjnych, a także placów zabaw dla dzieci. Jest to materiał niezwykle elastyczny, dzięki czemu dużo bezpieczniejszy dla zdrowia, przede wszystkim dla stawów kolanowych. Sprężystość granulatu sprawia, że konsekwencje upadku na tego rodzaju nawierzchni są zdecydowanie mniej groźne w porównaniu z np. nawierzchnią asfaltową. Oprócz elastyczności i sprężystości cechą nawierzchni wykonanych z granulatu gumowego jest wysoka przyczepność, co mocno ogranicza ryzyko poślizgnięcia się i utraty równowagi.

Innymi ważnymi zaletami granulatu są niska ścieralność oraz wysoka odporność na warunki atmosferyczne. Granulat stosowany jest przede wszystkim na obiektach otwartych, niechronionych przed słońcem, wiatrem i opadami, narażonych na bardzo zróżnicowane temperatury. Właściwie położona nawierzchnia powinna wytrzymać bez uszkodzeń przez wiele lat. Nie zawiera on substancji rakotwórczych, związków toksycznych, ani nie jest źródłem nieprzyjemnego zapachu.

Zastosowanie:

• bieżnie lekkoatletyczne,
• korty tenisowe,
•    boiska do siatkówki, koszykówki i piłki ręcznej,
•    wielofunkcyjne boiska szkolne, m.in. Orlik 2012,
• place zabaw dla dzieci,
• hale sportowe,
• sale gimnastyczne.

Regenerat oponowy, spełniający rolę substytutu kauczuku i zachowujący jego parametry, znajduje obecnie szerokie zastosowanie w produkcji wyrobów gumowych. Już w latach 40. ubiegłego wieku po raz pierwszy próbowano pozyskać surowiec z odpadów gumowych poprzez mielenie i poddawanie termicznej destrukcji zużytej opony. Następnie w latach 50. i 60. zastosowano regeneraty jako systemy wzmocnienia budowli militarnych podczas wojny koreańskiej, a następnie wietnamskiej.

Kolejnym krokiem w rozwoju produkcji regeneratów było przeniesienie technologii stosowanych przez wojsko na grunt cywilny, gdzie rozpoczęto stosowanie regeneratów gumowych jako substytutu kauczuku do otrzymywania wyrobów z gumy. Regenerat oponowy jako tańszy zamiennik surowca naturalnego zyskuje sobie coraz większą liczbę zwolenników. Produkcja regeneratu gumowego rozpoczyna się od oceny jakościowej materiału ścieru gumowego przed rozpoczęciem procesu regeneracji. Przyjęty surowiec jest poddawany wstępnej separacji zanieczyszczeń metalicznych i mineralnych. Aby regenerat mógł spełnić wymagania jakościowe, należy rozdzielić ściery ze względu na frakcje. Tak przygotowany materiał do produkcji jest następnie uśredniany i mieszany ze zmiękczaczami oraz peptyzatorami.

Najważniejszym etapem produkcji regeneratu jest doprowadzenie do rozpadu wiązań sieciujących, nie naruszając przy tym łańcucha głównego makrocząsteczek kauczuku. Rozpad wiązań następuje podczas termicznej dewulkanizacji w środowisku pary wodnej i wysokiej temperatury, co gwarantuje uzyskanie przez regenerat właściwości zbliżonych do materiału oryginalnego. Ostatnim etapem jest obróbka mechaniczna rafinacja regeneratu na walcarkach rafinujących, gdzie regenerat jest formowany we wstęgę. Tak przygotowany regenerat po stabilizacji termicznej jest gotowy do zastosowania w produkcji wyrobów gumowych.

Recykling mikrofalowy

Pewna nowojorska firma opracowała technologię przetwarzania wyeksploatowanych opon na olej napędowy. Najpierw dokładnie rozdrabnia się zużyte opony, a potem poddaje je obróbce cieplnej w wielkim odpowiedniku kuchenki mikrofalowej. Efektem końcowym procesu jest olej napędowy oraz gaz, który może służyć do ogrzewania jak również niewielka ilość grafitu i stali. Z tych składników w dalszej produkcji opon używany jest grafit nadający ogumieniu kolor czarny.

Owa „mikrofalówka” różni się tym od domowej, że wykorzystywane jest w niej 1200 ściśle określonych częstotliwości fal radiowych. Są one tak dobrane by wywoływać drgania węglowodorów o określonej długości łańcuchów. Gdy wiązania pękną związek chemiczny zamienia się w kilka innych substancji o stanie skupienia gazowym lub ciekłym. Bilans energetyczny całego procesu jest dodatni. Oznacza to, że paliwo, które powstaje wytworzy więcej energii niż zostało zużyte podczas działania mikrofalówki. Według firmy z 9 kg ogumienia powstaje 4,5 l paliwa do silników Diesel, 3,4 kg grafitu, 1,4 m3gazu oraz 1 kg stali.

Ultradźwiękowa metoda recyklingu

Ultradźwięki wysokiej mocy są stosowane do dewulkanizacji kauczuku podczas wytłaczania i przy udziale wysokiego ciśnienia, ciepła i energii mechanicznej potrafią rozrywać wiązania sieciujące, dzięki czemu jedno przetłoczenie odpadowej gumy na wytłaczarce daje materiał, które może być ponownie formowany w nowe produkty gumowe.

Odzysk energetyczny

Jedną ze skutecznych metod zagospodarowania zużytych opon jest również odzysk energetyczny, polegający na odzyskaniu z opon energii poprzez spalenie. Wulkanizowana guma ze zużytych opon ma wysoką wartość kaloryczną. Poprzez spalanie całych lub rozdrobnionych opony w specjalnie skonstruowanych piecach, odzyskiwana jest energia, z powodzeniem zastępująca konwencjonalne paliwo. Ustalono, że spalając 1 t opon, można uzyskać 8000 kg pary grzejnej lub 1200 kW energii elektrycznej. Spalanie odbywa się w cementowniach, gdzie wapno znajdujące się w cemencie wiąże tlenki siarki do gipsu lub w elektrociepłowniach wyposażonych w systemy odsiarczania spalin. W przeciwnym przypadku do atmosfery dostawałoby się za dużo tlenków siarki.

Jak widzimy na podstawie tych kilku przykładów zakres technologii recyklingowych wykorzystywanych w celu zagospodarowania odpadów gumowych, a w szczególności zużytych opon jest bardzo szeroki. Możemy zaobserwować tu wszystkie typy recyklingu: funkcjonalny, materiałowy, surowcowy, energetyczny. Jest więc w czym wybierać i to daje nadzieję, że już niedługo spacerując po lesie czy innych pustkowiach przestaniemy napotykać „zapomniane” przez kogoś stare opony.