廢舊輪胎脫硫橡膠新材料的應用

仝玉勇

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

【關鍵詞】廢舊輪胎；脫硫橡膠；新材料；應用

【中圖分類號】TQ335 【文獻標識碼】A

一、廢舊輪胎脫硫橡膠現狀

隨著我國汽車產業的飛速發展，汽車數量在逐年增加，汽車配套產品輪胎的需求迅速增加，由此廢舊輪胎的產量也逐年增大。一方面，我國是橡膠嚴重缺乏國家，橡膠年消耗量達500萬噸左右，其中70%依賴進口；另一方面，廢舊輪胎產量正以6%的速度急劇增加，到2020年，我國廢舊輪胎產量將達到2000萬噸。廢舊輪胎大量堆積不僅容易滋生蚊蟲，造成環境污染，而且也容易引發火災，對公共安全造成隱患。因此，高效處理廢舊輪胎一直是環境保護和橡膠再生利用領域的重要課題。

在全球資源日益匱乏的今天，為了維持人類可持續發展，需要加強對資源的節約使用，對廢舊原料中的資源進行充分開發。以廢舊輪胎為原料，采用無污染脫硫技術制備脫硫橡膠。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，節能降耗，節省人力，具有良好的經濟效益和社會效益，解決廢舊輪胎無污染回收再利用這一全球性重大環保難題。

目前廢舊輪胎的處理方式主要有原形直接利用、輪胎翻新、生產再生橡膠和膠粉、焚燒和掩埋。為了推動我國資源綜合利用和節能減排，國家財政部出臺《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》。同時《廢橡膠綜合利用行業“十三五”發展規劃指導綱要》確立了廢橡膠綜合利用以再生橡膠生產為主，擴大翻胎和膠粉產能的產業目標。通過提高廢橡膠利用價值，優化產品結構；通過自主創新研發并推廣新的再生工藝裝備，推動廢橡膠行業的綠色轉型。

傳統的橡膠制品是通過研磨、壓膠、硫化等多道工序制成。由于廢舊輪胎橡膠材料的相對分子質量高、粘度大、流動性差、難以加工再利用，因此必須先經過脫硫，打破三維結構才能使用。傳統的高溫動態脫硫污染嚴重，得到的再生橡膠臭氣熏天，加工工作條件非常惡劣【1】。

根據當今市場需求情況和未來發展趨勢分析，結合國內外橡膠制品行業對橡膠材料的需求，需要研發一種投資少、環保又節能的脫硫橡膠新材料制備技術，以滿足市場需求，克服環境污染問題，提高企業經濟效益，促進產品結構調整，推動企業向高新技術方向發展。

二、廢舊胎橡膠脫硫再生技術

廢舊橡膠的脫硫再生是指采用一定的方法來斷裂硫化橡膠中的S-S鍵、S-C鍵等，從而破壞其交聯網狀結構，在其表面產生較多利于與共混材料鍵合的活性基團，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，如機械應力、微波、超聲波等，斷開廢舊橡膠分子中的硫交聯鍵，毀壞其立體網絡，形成具有一定塑性的脫硫橡膠的方法。機械應力脫硫法是利用機械剪切（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械法。微波脫硫法是一種利用微波發生器產生能量切斷S-S鍵、S-C鍵的非化學、非機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網狀結構的同時會導致橡膠主鏈發生熱氧老化反應等副反應，因此在操作過程中必須控制好微波脫硫時間和輻照功率【2】。

2.化學脫硫再生

化學脫硫法是指在一定溫度下，通過化學助劑與S-S鍵、C-S鍵反應，而盡可能的保留CC鍵，破壞硫化膠三維網絡結構，達到再生目的。常用的方法有油法、水油法和高溫高壓動態脫硫法等，其產品質量對比表1所示。化學再生方法的關鍵在于化學脫硫助劑的選擇，脫硫助劑如何從外向膠粒內部滲透。傳統的方法借助水蒸汽、油等介質，通過邊反應邊滲透的原理，實現了交聯鍵的解離。這種方法脫硫效果好，成本低，因此在工業界廣泛采用。目前，高溫動態脫硫法制備的再生橡膠展示出了最好的拉伸強度和伸長率。

3.生物脫硫再生

生物脫硫法是在常態溫度和壓力下，將經解毒處理的廢舊橡膠粉與微生物及營養物混合，經過一定時間的共培養，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廢橡膠再生處理，認為含硫醇基團的釀酒酵母提取物，易脫氫形成自由基，并與交聯硫結合而使交聯結構破壞，從而達到再生橡膠的目的。

三、脫硫橡膠的應用

隨著塑料工業的發展，必然對共混廢舊橡膠的品種、質量及產量的要求將更高更苛刻。對目前廢舊橡膠的脫硫再生及與塑料共混過程中存在的問題進行分析并展望，以期推動廢舊橡膠脫硫再生的發展以及脫硫橡膠在塑料中的應用。

就脫硫橡膠在塑料中的應用而言，目前脫硫再生膠在橡膠中的應用研究較多，而有關脫硫膠粉在塑料中的應用相對較少。因此，今后應進一步擴大脫硫橡膠在塑料中的應用，尤其可考慮脫硫橡膠/回收塑料復合材料的制備與應用研究，為同時回收再利用兩種或多種廢棄物提供一種切實可行的途徑，減少環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現適用于工業生產的脫硫微生物種類不多，化學脫硫法會造成一定程度上的環境污染且脫硫速度較慢。在今后的研發工作中除了可以逐步完善外，還可輔佐使用機械應力、超臨界流體等手段進行脫硫，進一步嘗試聯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，及酵母菌脫硫法補微波輻射法瞬時斷鍵不徹底或長時易致橡膠熱氧老化的缺點，對硫化廢膠粉進行脫硫處理。

就脫硫橡膠在塑料中的應用而言，目前脫硫再生膠在橡膠中的應用研究較多，而有關脫硫膠粉在塑料中的應用相對較少。因此，今后應進一步擴大脫硫橡膠在塑料中的應用，尤其可考慮脫硫橡膠/回收塑料復合材料的制備與應用研究，為同時回收再利用兩種或多種廢棄物提供一種切實可行的途徑，減少環境的污染并提高資源的利用。

四、結語

隨著人們環保意識的加強，市場對橡膠材料的要求也越來越高。如今受到國內勞動力成本不斷上升以及全球經濟一體化的發展影響，傳統的橡膠材料制作方式已不適應國內低成本、高效率的生產方式競爭需求。因此，環保、對人體無害、低成本、高品質是未來橡膠制品市場發展的主要方向。

【參考文獻】

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

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