• Nem Talált Eredményt

2. IRODALMI ÖSSZEFOGLALÓ

2.3. Hulladék gumiabroncsok anyagában történő újrahasznosítása

2.3.1. Devulkanizáció

A térhálós gumiszerkezet megbontására alkalmas módszerek a mono-, di- és poliszulfid kötések felhasítása a szén-szén kötéshasadás minimalizálása mellett. Elvi síkon ez lehetséges is, mivel a kénkötések felhasításának energiaigénye kisebb, mint amekkora a szén-szén kötések felhasításához szükséges (4. ábra). Emiatt mind a devulkanizált termék, mind a gumi regenerát visszanyert gumiként (RTR) definiálható.

4. ábra A gumi visszanyerésének/devulkanizációjának folyamata [12]

(kiegészítve az egyes kötések felhasadásához szükséges energiával).

Az így kapott regenerátnak tartalmaznia kell elfogadható mennyiségű, nagy molekulatömegű aromás oldószerben, leggyakrabban toluolban oldható részt, amely meghatározó szerepet játszik a folytonos polimer mátrixszal kialakítható kölcsönhatás erősségében. A nagy molekulatömeggel rendelkező oldható rész biztosítja ugyanis az erős adhéziót a GTR és a polimer mátrix között. Minél nagyobb az oldható rész aránya és molekulatömege, annál jobb a feldolgozhatóság és kedvezőbbek a polimer/gumi végtermék mechanikai jellemzői. Ennek megvalósítása azonban meglehetősen nehéz a keresztkötések és a főlánc bizonytalanul irányítható felhasítása miatt. Jó minőségű regenerát kinyeréséhez elengedhetetlen némi gél frakció jelenléte is [12]. Az eredendően megolvaszthatatlan, oldhatatlan, háromdimenziós térhálós szerkezet gél-tartalma elvileg 100% és szol-tartalma nincs. A legtöbb gumi szol-tartalma alapvetően azonban nem 0%, amelyet a kis molekulatömegű adalékok és a feldolgozást segítő anyagok jelenléte okoz [45]. A gumi újrahasznosításának tehát az a célja, hogy a gumi feldolgozható legyen a térhálós szerkezet legalább részleges megbontásával. A részleges kötésfelhasadás eredményeképpen az anyag részlegesen oldhatóvá válik (szol-tartalom > 0%) és a térháló sűrűsége is kisebb lesz, mint kezdetben. Ideális esetben a devulkanizációs rendszer képes eltávolítani a keresztkötések mindhárom típusát (mono-, di- és poliszulfid) a gumi mátrixából. Rendkívül kritikus szempont a keresztkötések felhasításának mértéke, mivel a gumit nem lehet magas minőségű

Irodalmi összefoglaló

10 termékek előállítása céljából újrafeldolgozni, amennyiben a keresztkötések kevesebb, mint 80%-át hasítják csak fel, azaz a polimer láncok nagy részét nem teszik flexibilissé. A vulkanizálás következtében kialakult térhálós szerkezet ugyanis akadályozza a gumi molekulaláncainak mozgását és korlátozza a kölcsönható erőket a gumi és a polimer mátrix között, amelyek a mechanikai tulajdonságok csökkenését okozzák [47].

A gumik devulkanizációjára alkalmazott módszereket két fő csoportba szokás sorolni:

fizikai és kémiai. A fizikai [1, 13, 14, 38, 48-55] és kémiai [1, 13, 56-64] módszereken belüli eljárásokat, valamint azok jellemzőit az 5. ábra foglalja össze.

A fizikai visszanyerés kategóriájába olyan módszerek tartoznak, amelyek a gumi háromdimenziós térhálóját megbontják különböző külső energiaforrások alkalmazásával. A hulladék abroncsból származó gumit kisebb molekulatömeggel rendelkező fragmentumokra bontják a térháló felszakításával, amely ezt követően keverhetővé válik a nyers gumival.

5. ábra Gumiabroncsok és gumik devulkanizációjának és visszanyerésének fizikai és kémiai módszerei.

Saját készítésű ábra.

A gumik és gumiabroncsok devulkanizációs módszereit viszonyítja egymáshoz a 6. ábra az eljárások forrásigénye és terméktulajdonságok szerint. A módszereket energia-, nyersanyag-, technológia-, és vegyszerigényük, valamint az eljárásból származó hulladéktermelésük és károsanyag emisszió szempontjából hasonlították össze [65]. Emellett figyelembe vették, milyen mértékben képesek a kapott termékek megőrizni a kiindulási anyag mechanikai jellemzőit. Az általános értékelés szerint az eredeti tulajdonságok megőrzése mellett az ideális technológia forrásigénye is kicsi. A devulkanizált gumik fő előnyeként említhető,

Irodalmi összefoglaló

11 hogy olcsóbbak, mint az originális gumi. Így hozzájárulnak a költségek optimalizálásához is, feldolgozásuk során pedig tulajdonságaik sokkal kiegyenlítettebbek, kisebb duzzadásuk miatt. Használatuk megnövelheti a feldolgozás sebességét, és általánosságban zsugorodásuk is mérsékeltebb az originális alapanyagáénál. A visszanyert gumi kevésbé termoplasztikus a nyers gumihoz képest a benne található térhálós gél miatt, ezért a

6. ábra A különböző gumi devulkanizációs eljárások összehasonlítása a forrásigény és a kapott termék tulajdonságai alapján [65].

termék stabilitása minden irányban kedvezőbb, megtartja alakját forró levegő vagy gőz hatására is. A visszanyert gumit tartalmazó kompaundok „légtelenítő” jellegük miatt kevésbé levegősek, így a kalanderezés során visszaszorul a buborékképződés. Gyakorlati megfigyelések bizonyítják, hogy a visszanyert gumi bekeverése javítja a termék öregedési jellemzőit, és kevésbé válik hajlamossá a bomlásra [66]. Hátrányaként említhető, hogy bekeverés után csökkenti a nyerskeverék szilárdságát, majd a végtermék húzószilárdságát is, következtetésképpen a visszanyert gumi csak kis mennyiségben keverhető a nyers termékhez. Napjainkban a gumiabroncsgyártó cégek emiatt drasztikusan lecsökkentették a kompaundáláshoz felhasznált visszanyert gumi mennyiségét, mivel a radiál abroncs nagy nyerskeverék szilárdságot igényel a feldolgozás során. Az egész gumiabroncsból származó különböző típusú devulkanizált gumik keverékét tartalmazó nyersanyag bekeverése azért sem ajánlott, mivel alapvetően a gumiabroncs különböző részeit (pl. védőbetét, futófelület, oldalfal, övbetét) különböző típusú gumik alkotják. Tehát a visszanyert gumik felhasználása nagyobb mennyiségben csak gyengébb műszaki paraméterekkel rendelkező termékek esetében ajánlott, mint pl. mezőgazdasági gumiburkolatok, locsolótömlők, szállítószalagok stb. A devulkanizációs módszerek elkerülhetetlenül csökkentik a végtermék mechanikai jellemzőit és jelentős költségtöbbletet okoznak az energiafogyasztásuk miatt, emellett nagyon anyag- és időigényesek is (vulkanizáló rendszer, kén, peroxidok, iniciátorok stb.).

Rentábilis eljárások megvalósításához olyan kompaundok előállítására lenne szükség, amelyek a mechanikai jellemzők széles spektrumát fedik le, így különböző területeken való sikeres alkalmazhatóságot biztosítanak [67]. Jelenleg azonban a devulkanizáció költsége jelentős korlátja az eljárás fejlesztésének és az ipari méretekben történő alkalmazásnak. A hulladék és az originális gumi eladási ára közti árrés lényegesen kisebb, mint a devulkanizáció fajlagos költsége. Emellé társul, hogy a devulkanizált gumi tulajdonságai

Irodalmi összefoglaló

12 azonban csak megközelíthetik az originális gumiét. Egy 2004-es becslés alapján [68] a devulkanizációs eljárás költségét 80-90%-kal kellene csökkenteni ahhoz, hogy a gumitermék gyártása nyereséges legyen. Az akkori költségelemzés eredményei alapján a kutatás-fejlesztésnek a devulkanizáció költségének csökkentésére vagy pedig kis költségvetésű eljárások kidolgozására kellett irányulnia, mert amennyiben nem csökkenthető jelentősen a költség, a devulkanizált gumi tulajdonságainak fejlesztése csak korlátozott előnyökkel jár. Ez a meglévő eljárások költségcsökkentésére és az újonnan fejlesztett technológiákra is vonatkozott. A devulkanizációs eljárások engedélyeztetési és környezetvédelmi költségei jelentős korlátot állítottak a megvalósítás elé, ami napjainkban is érvényes. A környezetvédelmi költségek viszont 10-30% többletköltséget jelentenek a devulkanizációs eljáráséhoz képest. Általánosságban a kémiai devulkanizáció nagyobb költségekkel jár környezetvédelmi okokból, mint az ultrahangos vagy egyéb mechanikai devulkanizációs módszerek. Mivel az újrahasznosító technológiák sikere egyrészt a költségcsökkentésben, másrészt a szigorodó környezetvédelmi elvárások kielégítésében rejlik, ezért a jövőben várhatóan a fizikai devulkanizációs módszerek kerülnek előtérbe.