Десятки лет мир крутится вокруг проблемы возникающих отходов и все возрастающем их количестве. Бороться с этим неизбежным явлением человеческой (и не только человеческой) жизнедеятельности предлагают разными способами:
1. запретить отходы.
2. утилизировать отходы:
2.1. захоронить (закопать) в надежде, что в скором времени они естественным образом разложатся (т.е. под воздействием кислорода воздуха и живых организмов из почвы).
2.2. сжечь, получая энергию, т.к. эта реакция чаще всего экзотермическая.
2.3. сбросить в водные источники - реки, моря, океаны, в надежде, что как и в случае "могилизации", их съедят речные и морские обитатели.
3. подвергнуть рециклингу, т.е. вернуть в производство в чистом ли, в переработанном ли виде.
Посмотрим на проблему на примере резиновых отходов. Многочисленные фото свалок автомобильных шин нетрудно найти в сети. Но еще немало других примеров неперерабатываемых РТИ редко попадают в поле зрения неискушенного наблюдателя.
Рассматривать 1й случай, думаю, не стоит, иначе бороться придется с существованием современного человека на планете, т.к. изделия из резины встречаются на каждом шагу и без них жизнь может если не остановиться, то либо замедлиться, либо стать весьма некомфортной.
2й и 3й - интереснее и реалистичнее.
"Могилизация" отходов несет с собой серьезные риски, тем не менее, этот способ можно считать и вполне разумным, поскольку есть надежда, что технологии переработки захороненных материалов будут развиваться и станут экономически выгодными.
Сжигание - позволяет получать дополнительную энергию. Термический КПД сжигательных установок уже достигает 84%. Но при сжигании неизбежны выбросы газообразных веществ, т.е. создание дополнительных отходов, утилизация которых очень сложна. Да и объем золы, возникающей вследствие сгорания материалов, лишь немногим меньше объема сжигаемого.
Утопление отходов в водоемах, к счастью сходит на нет.
Взглянем тогда подробнее на вторичную переработку или, как принято теперь говорить, рециклинг.
Основные методы рециклинга:
1. Восстановление - обычно для шин. В процессе восстановления резина и армирующие материалы не претерпевают серьезных изменений.
2. Производство резиновой крошки. В процессе измельчения (дробления) резины получается материал, который может либо использоваться самостоятельно, либо стать полуфабрикатом продукта рециклинга следующего передела, например "регенерата"
3. Производство регенератов. В процессе происходит частичное разрушение пространственной сетки резины и макромолекул каучуков.
3. Пиролиз, т.е. термическое разложение резины при недостатке кислорода. Происходит полное разрушение каучука.
Восстановление шин (или шиноремонт) - это то, чем раньше занимались шиноремонтные заводы и даже мастерские в гаражах. С изношенной покрышки срезают либо стачивают остатки протектора и накладывают новый - либо единой заготовкой, либо ленточкой резиновой смеси, а затем приваривают его к шине в специальном форматоре-вулканизаторе. Получается изделие, для производства которого требуется только резина для протектора. Вполне качественная шина выходит. Известны истории, когда восстановленная шина ходила больше новых.
Казалось бы, рециклинг может решить вопрос с отходами. Но зачастую он превращается в перенос проблемы на будущее. К примеру, известная технология производства покрытий для полов и детских площадок типа Мастерфайбер использует шинную резиновую крошку обработанную полиуретаном. Казалось бы прекрасное решение - свалки изношенных шин в мире занимают сотни тысяч квадратных километров. Но есть маленькое НО... Жизненный цикл таких покрытий 5-10 лет. А что дальше? Технологии переработки вышедших из эксплуатации покрытий нет. Так что же - на свалку? Или в новую модификацию крошки, но уже покрытой полиуретаном? Или новое поле для поисков инженеров-резинщиков.
Исходя из этого примера (а таких примеров можно привести не один десяток) можно говорить, что продукты вторичной переработки правильнее было бы направлять на создание изделий с длительным жизненным циклом, либо с хорошо проработанной технологией вторичной же переработки изделия, где уже использован продукт вторичной переработки.
Увы, часто разработчики идут по пути наименьшего сопротивления, внедряя вторичные продукты невысокого уровня рециклинга в самые простые изделия исключительно с целью удешевления последних. Снизить себестоимость зачастую получается, но нередко за этим следует уменьшение срока эксплуатации "удешевленного" продукта. Пример - крошка в "лежачем полицейском".
При этом есть и хорошие примеры использования продуктов вторичной переработки с получением улучшенных технологических и эксплуатационных характеристик продукта. К примеру, регенерат, т.е. "девулканизат шинной резины" - материал, получаемый в процессе переработки вулканизованной резины и способный к повторной вулканизации. Регенерацию резины проводят при термическом, химическом и механическом воздействии на измельченный вулканизат под воздействием химических активаторов регенерации и мягчителей. На выходе получаем продукт, добавление которого в резиновую смесь позволяет улучшить его перерабатываемость, улучшает качество поверхности, повышает когезионную прочность, клейкость и текучесть, но снижает механическую прочность, эластичность, износостойкость вновь свулканизованной резины. А корректировкой рецептуры можно снивелировать негативные явления от использования регенерата.
Регенерат, или "девулканизат шинной резины" использовался в компаундах для обработки технических тканей, используемых в производстве транспортерных лент, и приводных ремней, как например, резиновая смесь 4-7-НТ-8 Уральского завода РТИ, облегчая процесс нанесения компаунда на ткань и "втирание" его в структуру ткани. Ещё раз отметим, что регенерат - это продукт более высокой степени рециклинга нежели резиновая крошка.
При этом важно понимать, что термин "регенерация", а тем более "девулканизация", вовсе не означают, то это химический процесс обратный вулканизации резины, когда рвем только поперечные связи между макромолекулами. Увы, но практически все известные на сегодня методы "девулканизации" ведут также и к разрыву основных полимерных цепей. Т.е. получаемый продукт - это не исходная резиновая смесь из которой была изготовлена резина, а совершенно новый продукт - регенерат, с совершенно новыми свойствами.
Кстати, в СССР экономический эффект использования регенерата достигался тем, что на него была установлена цена ниже себестоимости, а регенератные заводы субсидировались. Не самая плохая практика, кстати. Но негативным результатом "дешевизны" регенерата стало то, что до сих пор в сознании производителя РТИ - потребителя этого интересного вида сырья сидит то, что регенерат должен быть очень дешевым. Т.е. даже если вам удастся сделать такой продукт вторичной переработки резины, особенно если не шинной, то продать за серьезные деньги его будет очень трудно. Впрочем известны случаи, когда специальные регенераты продают по наименованием "компаунд", при этом не обманывая потребителя, поскольку любой регенерат - это обязательно компаунд, т.е. смесь полимера и ряда ингредиентов.
Но вернемся в упомянутой уже резиновой крошке, т.е. к продукту низшего передела. А как можно ее улучшить? Самый простой способ - измельчить ее до минимально возможного состояния. В этом случае удельная поверхность крошки в десятки раз увеличивается и появляется возможность использовать ее уже как инертный наполнитель, к примеру, эластомерных материалов. Довольно интересные характеристики получаются при введении в массу эластомера тонкоизмельченного резинового порошка несовместимой с ним резины. Такие работы мы проводили на Орловском заводе "Альфапластик" при разработке виброизоляционных материалов. Но надо понимать, что вводимый "несовместимый материал нужно было измельчить до состояния порошка, т.е. менее 500 мкм. К счастью, мельницы от наших коллег из компании "Ультрамол" позволяют получать такие уровни измельчения.
Другой способ "улучшить" резиновую крошку - это модифицировать ее поверхность, т.е. покрыть неким реагентом, который позволит обеспечить качественное совмещение крошки с полимерной матрицей создаваемого материала. Иногда решения поражают простотой. Так с целью улучшения совмешенимя резиновой крошки в асфальтом, ее смешивают с водой (а вода - самый распространенный на Земле реагент), затем полученную дисперсию нагревают до 80-90 град.С в течение 5 минут. Увеличиваясь в объеме частицы крошки выделяют содержащиеся в них масла и другие органические вещества, что положительно влияет на совместимость составляющих асфальта и, следовательно, на качество получаемого дорожного покрытия.
Пиролиз шин и РТИ проводят в вакууме, либо в среде с недостатком кислорода, либо в среде водорода, либо в эвтектической смеси хлорида лития. Различают пиролиз низкотемпературный (до +500 гр.С), среднетемпературный (500-800 гр.С) и высокотемпературный (выше 800 гр.С). Самый ценный продукт пиролиза - углеродный остаток, который впоследствии, после очистки от примесей используют для очистки топочных газов. Но пиролиз экономически малоэффективен, так как стоимость получаемых продуктов высока, получаемые продукты, в частности жидкие и газообразные продукты, требуют очистки до товарного качества, что неудивительно, принимая во внимание всевозможные химические реаrции, идущие в процессе пиролиза. Эффективность технологии пиролиза можно повысить, если обеспечить однородность перерабатываемых материалов. Но сортировка может привести к снижению экономических показателей для специализированных предприятий, совмещающих сбор и пиролиз. Однако для малых установок на предприятиях РТИ, выпускающих серийную продукцию, переработка собственных однородных отходов может оказаться даже рентабельной, поскольку состав сырья для переработчика понятен, примерный состав получаемых продуктов стабилен. Поэтому можно настроить оборудование как для переработки, так и доработки продуктов до приемлемого уровня.
И какой же вывод можно сделать из всего вышесказанного?
Разработчикам новых материалов и технологам следует отказаться от негативного отношения к отходам. Пожалуй, стоит начать их воспринимать не как некую субстанцию со свалки, а как сырье, которое мы еще не умеем перерабатывать, либо перерабатываем пока плохо. Такое изменение парадигмы позволит специалисту смотреть на утилизируемый ли, утилизированный ли или уже "переработанный" материал, как на один из видов потенциального сырья, которрый при определенных действиях со стороны инженеров-технологов может дать технологический, эксплуатационный, а в конечно счете - экономический эффект.