廢舊輪胎脫硫橡膠新材料的應(yīng)用

仝玉勇

【摘 要】隨著資源的日漸匱乏，做好資源節(jié)約是非常重要的。本文主要探討了廢舊輪胎中脫硫橡膠的應(yīng)用，從廢舊輪胎脫硫橡膠現(xiàn)狀出發(fā)，分析了廢舊橡膠的脫硫再生技術(shù)，并提出了脫硫橡膠的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】廢舊輪胎；脫硫橡膠；新材料；應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TQ335 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

一、廢舊輪胎脫硫橡膠現(xiàn)狀

隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，汽車數(shù)量在逐年增加，汽車配套產(chǎn)品輪胎的需求迅速增加，由此廢舊輪胎的產(chǎn)量也逐年增大。一方面，我國(guó)是橡膠嚴(yán)重缺乏國(guó)家，橡膠年消耗量達(dá)500萬(wàn)噸左右，其中70%依賴進(jìn)口；另一方面，廢舊輪胎產(chǎn)量正以6%的速度急劇增加，到2020年，我國(guó)廢舊輪胎產(chǎn)量將達(dá)到2000萬(wàn)噸。廢舊輪胎大量堆積不僅容易滋生蚊蟲(chóng)，造成環(huán)境污染，而且也容易引發(fā)火災(zāi)，對(duì)公共安全造成隱患。因此，高效處理廢舊輪胎一直是環(huán)境保護(hù)和橡膠再生利用領(lǐng)域的重要課題。

在全球資源日益匱乏的今天，為了維持人類可持續(xù)發(fā)展，需要加強(qiáng)對(duì)資源的節(jié)約使用，對(duì)廢舊原料中的資源進(jìn)行充分開(kāi)發(fā)。以廢舊輪胎為原料，采用無(wú)污染脫硫技術(shù)制備脫硫橡膠。這種新型脫硫橡膠較好地保留了橡膠的高分子特性，可直接注射成型制備橡膠零部件，節(jié)能降耗，節(jié)省人力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，解決廢舊輪胎無(wú)污染回收再利用這一全球性重大環(huán)保難題。

目前廢舊輪胎的處理方式主要有原形直接利用、輪胎翻新、生產(chǎn)再生橡膠和膠粉、焚燒和掩埋。為了推動(dòng)我國(guó)資源綜合利用和節(jié)能減排，國(guó)家財(cái)政部出臺(tái)《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》。同時(shí)《廢橡膠綜合利用行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)綱要》確立了廢橡膠綜合利用以再生橡膠生產(chǎn)為主，擴(kuò)大翻胎和膠粉產(chǎn)能的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。通過(guò)提高廢橡膠利用價(jià)值，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；通過(guò)自主創(chuàng)新研發(fā)并推廣新的再生工藝裝備，推動(dòng)廢橡膠行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。

傳統(tǒng)的橡膠制品是通過(guò)研磨、壓膠、硫化等多道工序制成。由于廢舊輪胎橡膠材料的相對(duì)分子質(zhì)量高、粘度大、流動(dòng)性差、難以加工再利用，因此必須先經(jīng)過(guò)脫硫，打破三維結(jié)構(gòu)才能使用。傳統(tǒng)的高溫動(dòng)態(tài)脫硫污染嚴(yán)重，得到的再生橡膠臭氣熏天，加工工作條件非常惡劣【1】。

根據(jù)當(dāng)今市場(chǎng)需求情況和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外橡膠制品行業(yè)對(duì)橡膠材料的需求，需要研發(fā)一種投資少、環(huán)保又節(jié)能的脫硫橡膠新材料制備技術(shù)，以滿足市場(chǎng)需求，克服環(huán)境污染問(wèn)題，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動(dòng)企業(yè)向高新技術(shù)方向發(fā)展。

二、廢舊胎橡膠脫硫再生技術(shù)

廢舊橡膠的脫硫再生是指采用一定的方法來(lái)斷裂硫化橡膠中的S-S鍵、S-C鍵等，從而破壞其交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在其表面產(chǎn)生較多利于與共混材料鍵合的活性基團(tuán)，形成具有一定可塑性和表面活性的脫硫橡膠。

1.物理脫硫再生

物理脫硫法是利用外界能量，如機(jī)械應(yīng)力、微波、超聲波等，斷開(kāi)廢舊橡膠分子中的硫交聯(lián)鍵，毀壞其立體網(wǎng)絡(luò)，形成具有一定塑性的脫硫橡膠的方法。機(jī)械應(yīng)力脫硫法是利用機(jī)械剪切（擠出）力，使拌入再生劑的廢舊橡膠在熱、氧的作用下脫硫并獲得較高塑性的機(jī)械法。微波脫硫法是一種利用微波發(fā)生器產(chǎn)生能量切斷S-S鍵、S-C鍵的非化學(xué)、非機(jī)械的硫化橡膠脫硫再生法。微波脫硫法在破壞橡膠三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致橡膠主鏈發(fā)生熱氧老化反應(yīng)等副反應(yīng)，因此在操作過(guò)程中必須控制好微波脫硫時(shí)間和輻照功率【2】。

2.化學(xué)脫硫再生

化學(xué)脫硫法是指在一定溫度下，通過(guò)化學(xué)助劑與S-S鍵、C-S鍵反應(yīng)，而盡可能的保留CC鍵，破壞硫化膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到再生目的。常用的方法有油法、水油法和高溫高壓動(dòng)態(tài)脫硫法等，其產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比表1所示。化學(xué)再生方法的關(guān)鍵在于化學(xué)脫硫助劑的選擇，脫硫助劑如何從外向膠粒內(nèi)部滲透。傳統(tǒng)的方法借助水蒸汽、油等介質(zhì)，通過(guò)邊反應(yīng)邊滲透的原理，實(shí)現(xiàn)了交聯(lián)鍵的解離。這種方法脫硫效果好，成本低，因此在工業(yè)界廣泛采用。目前，高溫動(dòng)態(tài)脫硫法制備的再生橡膠展示出了最好的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。

3.生物脫硫再生

生物脫硫法是在常態(tài)溫度和壓力下，將經(jīng)解毒處理的廢舊橡膠粉與微生物及營(yíng)養(yǎng)物混合，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的共培養(yǎng)，從混合物中分離得到脫硫膠粉的新方法。采用釀酒酵母提取物對(duì)廢橡膠再生處理，認(rèn)為含硫醇基團(tuán)的釀酒酵母提取物，易脫氫形成自由基，并與交聯(lián)硫結(jié)合而使交聯(lián)結(jié)構(gòu)破壞，從而達(dá)到再生橡膠的目的。

三、脫硫橡膠的應(yīng)用

隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，必然對(duì)共混廢舊橡膠的品種、質(zhì)量及產(chǎn)量的要求將更高更苛刻。對(duì)目前廢舊橡膠的脫硫再生及與塑料共混過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并展望，以期推動(dòng)廢舊橡膠脫硫再生的發(fā)展以及脫硫橡膠在塑料中的應(yīng)用。

就脫硫橡膠在塑料中的應(yīng)用而言，目前脫硫再生膠在橡膠中的應(yīng)用研究較多，而有關(guān)脫硫膠粉在塑料中的應(yīng)用相對(duì)較少。因此，今后應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大脫硫橡膠在塑料中的應(yīng)用，尤其可考慮脫硫橡膠/回收塑料復(fù)合材料的制備與應(yīng)用研究，為同時(shí)回收再利用兩種或多種廢棄物提供一種切實(shí)可行的途徑，減少環(huán)境的污染并提高資源的利用。

微生物脫硫只能作用于膠粉表面且發(fā)現(xiàn)適用于工業(yè)生產(chǎn)的脫硫微生物種類不多，化學(xué)脫硫法會(huì)造成一定程度上的環(huán)境污染且脫硫速度較慢。在今后的研發(fā)工作中除了可以逐步完善外，還可輔佐使用機(jī)械應(yīng)力、超臨界流體等手段進(jìn)行脫硫，進(jìn)一步嘗試聯(lián)合使用兩種或多種脫硫方法，比如可嘗試耦合微波法與酵母菌脫硫法，利用微波預(yù)處理克服酵母菌僅作用于膠粉表面且不能斷裂S-C鍵的不足，及酵母菌脫硫法補(bǔ)微波輻射法瞬時(shí)斷鍵不徹底或長(zhǎng)時(shí)易致橡膠熱氧老化的缺點(diǎn)，對(duì)硫化廢膠粉進(jìn)行脫硫處理。

就脫硫橡膠在塑料中的應(yīng)用而言，目前脫硫再生膠在橡膠中的應(yīng)用研究較多，而有關(guān)脫硫膠粉在塑料中的應(yīng)用相對(duì)較少。因此，今后應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大脫硫橡膠在塑料中的應(yīng)用，尤其可考慮脫硫橡膠/回收塑料復(fù)合材料的制備與應(yīng)用研究，為同時(shí)回收再利用兩種或多種廢棄物提供一種切實(shí)可行的途徑，減少環(huán)境的污染并提高資源的利用。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，市場(chǎng)對(duì)橡膠材料的要求也越來(lái)越高。如今受到國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本不斷上升以及全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展影響，傳統(tǒng)的橡膠材料制作方式已不適應(yīng)國(guó)內(nèi)低成本、高效率的生產(chǎn)方式競(jìng)爭(zhēng)需求。因此，環(huán)保、對(duì)人體無(wú)害、低成本、高品質(zhì)是未來(lái)橡膠制品市場(chǎng)發(fā)展的主要方向。

【參考文獻(xiàn)】

【1】樂(lè)初枝， 林文森. 一種廢舊橡膠再生脫硫的裝備與技術(shù)[J]. 木工機(jī)床， 2018， 152（03）：23-26.

【2】張燕斌. 再生橡膠四種脫硫工藝的技術(shù)探討[J]. 中國(guó)橡膠， 2017（20）.