用路徑模型導解廢輪胎資源化難題（續）——從方法論角度介紹超細膠粉母料等的創新

文/ 陳匯宏 胡嘉慶 魚偉令 沙良寶

（上接第8 期第58 頁）

三、實驗驗證模導路徑

前面介紹的舉旗評判和建模探究，對廢輪胎可持續資源化循環利用的研發工作雖是以往上位工作的缺失，筆者團隊對此作了補缺的工作，但決定研發工作是否最后成功，還是要取決于能否拿出符合實際的技術方案。

如圖4 所述，走出廢輪胎可持續資源化循環利用迷宮的路徑方案是否可行，關鍵是在工業化裝置上要能求證E3、E2 和E1、E4 的可行性，以及最后得到產物bx——超細膠粉母料的應用品性是否理想。

經筆者課題組在工廠化裝置上試產樣品和將其發送客戶的應用實驗研究，最后都獲得預期的求證：

（一）用普通間歇式靜態罐或普通連續式裂解爐，來實施熱裂解干餾法的干餾裝備，能處理整胎或/ 和膠塊與纖維、鋼絲混合物，得到高質高值的鋼絲和燃料油類產品，即圖4 中所述的E 3 在現有熱裂解裝置上是能實現的；

（二）常溫精細膠粉法的細碎裝備能處理彈性體與剛性體的混和物料，并能在處理后得到85% 以上過100 目篩的彈性體與剛性體粉末的混和物料，即圖4 中所述的E2 在常溫精細膠粉法的細碎裝置上是能實現的；

（三）熱脫硫再生膠法的裝備，能將軟化劑與膠粉（20～100 目范圍）之比高于80/100 的混合物僅經70～100℃的密閉攪拌過程處理、即可獲得軟化劑與硫化膠的牛油狀混合物，且此過程和產物皆能實現無污染，即圖4 中所述的E1 在熱脫硫再生膠法的裝置上是能實現的；

（四）用現實的粉體混合機械能在常溫下大劑量快速處理過100 目篩的彈性體、剛性體粉末的混和物料與牛油狀混合物的復混處理，即圖4 中所述的E4 在粉體混合機械裝置上是能實現的；

圖4 廢輪胎可持續資源化循環利用路徑方案圖

（五）用筆者課題組所研發的超細膠粉母料1 噸，發送由上海橡膠工業同業公會所推薦近10 家橡膠制品企業作進一步的配方應用實驗，最后從上海裕浩輪胎有限公司、上海西郊橡膠制品廠、上海康艷橡膠制品有限公司等數家試用企業反饋的測試報告匯總，確認超細膠粉母料至少具有如下11 項具體特性（具體的實驗數據省略）：

（1）粒度細細于100 目且經塑化處理，用其摻入膠料，在模壓硫化膠料的刀切斷面中看不到明顯的膠粉顆粒；

（2）比重小約為1.17～1.3（遠小于普通炭黑的1.8）；

（3）含膠多大于等于40%；

（4）復原佳能保留原廢輪胎中硫化橡膠拉伸強度的2/3 左右（拉伸強度一般在12MPa 以上），并能保留膠粉所攜原輪胎料中的多種助劑的原物性；

（5）磨耗低超細膠粉母料樣品在加入量不多于60 份時，其混合硫化膠的磨耗不會高于被加入的背景膠料；在加入量等于20～30 份時，其混合硫化膠的磨耗會有一明顯遠低于背景膠料的磨耗下降[ 如：57～45(mm3/40m)]；硫化溫度從155℃～180℃范圍內，不會引起磨耗曲線的增量變化，當超細膠粉母料被大劑量加入時，如30～240 份范圍，其磨耗曲線僅呈平坦緩慢的上升直線[ 如：上升斜率為0.235(mm3/40m)/ 份（超細膠粉母料）]；

（6）分散快入輥即能成團，混煉方便，有助于降低混煉能耗；

（7）功能廣能改進硫化膠料的某些物理性能，如改善其硬度，定伸應力，疲勞生熱等指標；在橡膠制品硫化過程中比普通精細膠粉具有更強的消汽效應，能使產品合格率上升；能減少或省略塑煉工序（因其中含有嚼解劑組份）；具有良好的壓出性；

（8）環保好超細膠粉母料所用的配合劑中不含煤焦油、松焦油、芳烴油、妥而油等有臭有毒物料，即使是在180℃左右的硫化溫度下，被摻加的膠料也沒有發出傳統再生橡膠的特征性惡臭煙霧，被摻加的膠料與未加的對比膠料在熱硫化出模時無明顯的氣味差異、無發煙現象，故符合環保清潔產品的要求；

（9）摻量大橡膠制品配方中超細膠粉母料摻入量大，在24～8Mpa 拉伸強度的高、中檔制品膠料配方中，通常至少可摻入15 份（如在預硫化胎面膠）至400 份（如在皮鞋底膠料），這已是常規再生膠或/ 和精細膠粉在同類制品中3 至6 倍的加入量，由此引發的產業鏈綠色循環利用效益是顛覆性的；

（10）配合易加工中不摻入碳酸鈣、陶土等體質填料，既能方便地配入不用碳酸鈣、陶土等體質填料的高檔膠料，也能與摻入碳酸鈣、陶土等體質填料的中檔膠料配方相銜接；

（11）性價優超細膠粉母料，至少能以1.17 至1.3比重和9 至14MPa 的扯斷強度等優異指標，等重量或等體積地替代以大于等于1.4 比重和8 至12MPa 扯斷強度的新通用型橡膠、炭黑、氧化鋅、體質填料等新原料的集合，來配方生產各種通用型橡膠制品，使受超細膠粉母料摻配的通用型橡膠制品的性/ 價或性/ 本本比得以優化。

以在2014年7月中國市場相關原料市場價為例，新天然橡膠（1.6萬RMB/噸）、丁苯橡膠（1.3萬RMB/噸）、順丁橡膠（1.25萬RMB/ 噸）、普通有臭大于8MPa 的廢輪胎再生膠（0.45萬RMB/ 噸），超細膠粉母料價格即使是在遠高于普通有臭廢輪胎再生膠價的0.75萬元/ 噸出售，按等體積、等物性原則進行比較價格，仍較新料配方價要低約10%，產品在中高檔通用型橡膠制品客戶群中仍有需方；其價格已屬高值類的綠色二次橡膠原料產品，從使用和制造角度看，超細膠粉母料的性/ 件或性/ 本比都具有明顯的價格優勢。

最后，所有源于用上位理論導出的結果，都得到了滿意的求證。如上成果，本研發團隊以“用全額綠色高值節能化四項全扣合式組合法將廢輪胎制成超細膠粉母料新技術”為題，作成果申報。

2014年11月28日，中國物流與采購聯合會組織由中國輪胎循環利用協會的朱軍會長帶領的專家組來江蘇江陰華西，經現場查看和評審，順利通過對本成果的鑒定（此為省部級的國家鑒定，證書號：中物聯科鑒字[2014]第13 號），所獲鑒定的最后評語是：國際先進。

四、對路徑模型應用的舉一反三

首先，路徑模型所示的A 至B 的互相間無傳質往來的傳統路徑Ci，它們同處橡膠產業大環鏈上的靜脈回流鏈段，在現時的熱脫硫再生膠法C1（再生膠）、常溫精細膠粉法C2（膠粉）、熱裂解干餾法C3（裂解）的傳統路徑上，對廢輪胎原料呈爭搶的對立競爭狀態；而此成果證明，同處廢輪胎利用靜脈鏈上的各路徑C1、C2、C3，可發生C1 至3 鏈間的比例化耦合協同聯動，而由此組合出的新路徑Cx，產業化后有望形成C1、C2、C3 之間按比例有效益地啃吃廢輪胎的互利協同狀態；

其次，單從路徑模型上看，廢輪胎的可持續資源化循環迷宮的出口之解應有無數種，至少不會僅有開發超細膠粉母料等產品集合的這一種解；超細膠粉母料產品集合還僅是偏重于【廢輪胎源硫化膠粉物料的】常溫細碎路徑開發的一種出口之解，若僅從對稱原理猜想，一定還可由偏重于【（是或/ 和非）廢輪胎源硫化膠粉物料的】高溫處理路徑，也能開發出的某種出口之解；或還可由偏重于【（是或/ 和非）廢輪胎源物料的】熱裂解處理路徑開發的某種出口之解等。

圖5 傳統橡塑產業鏈中加入鏈節間和諧銜接新關系的路徑路線圖

在路徑模型的擴展應用上，如將前述路徑模型中的A 換成現時橡膠乃至整個橡塑產業鏈中的某個物料X 作起始點，將現時由前述某個物料X 的下游產品定義為路徑模型這中的B，再按筆者在二-（二）-2 所介紹的方法類推操作，最后獲得了在《傳統橡塑產業鏈中加入鏈節間和諧銜接新關系的路徑路線圖》（圖5 所示），項目組曾將此圖中的橡膠產業鏈部分的成果“橡膠產業鏈和諧鏈接新技術”在上海參加了2010年12月23日的第二屆上海發明創新大賽，獲上海發明創新二等獎。

如圖5 所示，其中的虛線就是新設的過程，所新創的過程都已獲中國專利的保護。

圖5 中所示的紅線為產業的動脈鏈，黑線為產業的靜脈鏈，虛線為本技術研發團隊開發的節點間的傳質新通道。

在圖5 中超細膠粉母料僅是研發體系中已成熟而露出水面成果的冰山一角，從圖5 中的粗箭頭標注可知，超細膠粉母料僅是隸屬于橡塑綠色二次原料產品——膠粉母料中的一種，按膠粉母料的上位定義：“廢橡膠或/ 和塑料：粉末輔料：環保化軟化劑”的重量比在“100:20～1500:8～150”范圍的不定量組合物；膠粉母料又衍生出另三個表兄弟系列：

高溫法獲得的廢橡膠塑化膠粉母料，常溫細碎法獲得的熱塑性彈性體膠粉母料，常溫細碎法獲得的含塑料粉母料；如圖5 中所示，屬于膠粉母料定義下的這些橡塑綠色二次原料產品，都與動脈鏈間建立了傳質聯系（如圖5中的紅虛線所示）。

概括地講，從超細膠粉母料的擴展性開發研究又獲得了諸多專利技術，這些后續技術的集成實施，將會對產業鏈形又成新的撬動作用，這些所述的作用至少在于：“創新橡塑綠色高值再生，拓展雜多再生資源領域，打通余能副產利用斷路，盡數利用低彈粘性物態，支持園區實施綠色產鏈”的和諧化作用。

五、由模型所導出技術發明的現實意義

由路徑模型所導出的對廢輪胎的組合法資源循環利用方式，率先于國內外實現了廢輪胎（廢橡膠）的資源綠色可持續循環利用，解決了國際橡膠業界多年的技術難題，能有效處理每年大量生成的廢輪胎，具有成為我國廢輪胎資源循環利用的主導、主流技術潛質。