duroplasty-guma

Tworzywa z odzysku
Recykling duroplastów – tworzyw chemoutwardzalnych
A co dalej ze zużytymi
wyrobami gumowymi?
Du ropla s t y, c z y l i t w o rzywa chemoutwardzalne
powszechnie kojarzą się nam
z twardymi żywicami, jednak
prawie połowa masy tych tak
różnorodnych tworzyw występuje w postaci tworzyw elastycznych, czyli miękkich.
W poprzednim artykule pisaliśmy o poliuretanach, a w tym
odcinku przyjrzymy się tworzywu będącemu synonimem
elastomerów, czyli gumie.
Najbardziej znanym wyrobem
gumowym jest opona. Istnieją
wiele możliwości zagospodarowania odpadów gumowych, a w szczególności zużytych opon.
 Jerzy Żelaziński
Guma
Jest to produkt wulkanizacyjny –
kauczuku naturalnego, syntetycznego lub też ich mieszanek zawierający około 3% siarki oraz różne
inne dodatki (zmiękczacze, barwniki i inne). Wulkanizacja to w istocie proces sieciowania kauczuku
za pomocą mostków siarkowych.
Został on został opatentowany
w 1843 roku w Stanach Zjednoczonych.
Właściwości gumy zależą od
rodzaju i ilości składników mieszanki gumowej zawłaszcza kauczuku. Przez odpowiedni dobór
składników mieszanki gumowej
16
PlastNews 3’2012
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, obo-
wiązującej ustawy o odpadach nie
powinny być składowane na wysypiskach i to zarówno w postaci
całych opon, jak i w formie roz-
 Rys. 1. Budowa opony:
1) opasanie, 2) osnowa, 3) drut,
4) felga, 5) bieżnik, 6) opona,
7) stopka.
Tworzywa z odzysku
drobnionej. 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.
dzące 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.
Dostępne
technologie
recyklingu opon
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).
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, wcho-
Recykling
mechaniczny
Na rys. 2 zostały zaprezentowana najpopularniejsze frakcje
powstające w procesie mielenia.
Podsypka drogowa
Centrum technologiczne hiszpańskiej firmy we współpracy z polską
firmą budowlaną opracowały i przetestowały 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 pocho-
 Rys. 2. Materiał pochodzący z recyklingu opon: a) czipsy gumowe
(10-50 mm), b) granulat gumowy (1-10 mm)
dzący 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 wytłumianie 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 mieszanki granulatu pochodzącego
z recyklingu opon z asfaltem, cha-
 Rys. 3. rozkładanie
mieszanki gumowej
PlastNews 3’2012
17
Tworzywa z odzysku
rakteryzującą się 12-krotnie większą
trwałością, wytrzymałością i odpornością na zużycie zamiast np. mieszanki 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.
18
PlastNews 3’2012
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.
Guma z opon
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 rege-
neracji. 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 m3
gazu 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, pole-
Tworzywa z odzysku
gający 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.
A w następnym odcinku opiszemy technologie recyklingu „bardzo twardego” duroplastu: laminatów, czyli żywica - włókno szklane. 
PlastNews 3’2012
19