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】TQ335 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

一、廢舊輪胎脫硫橡膠現(xiàn)狀

隨著我國汽車產(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，我國是橡膠嚴(yán)重缺乏國家，橡膠年消耗量達(dá)500萬噸左右，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，我國廢舊輪胎產(chǎn)量將達(dá)到2000萬噸。廢舊輪胎大量堆積不僅容易滋生蚊蟲，造成環(huán)境污染，而且也容易引發(fā)火災(zāi)，對公共安全造成隱患。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，需要加強對資源的節(jié)約使用，對廢舊原料中的資源進(jìn)行充分開發(fā)。以廢舊輪胎為原料，采用無污染脫硫技術(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(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。為了推動我國資源綜合利用和節(jié)能減排，國家財政部出臺《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》。同時《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，擴大翻胎和膠粉產(chǎn)能的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。通過提高廢橡膠利用價值，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；通過自主創(chuàng)新研發(fā)并推廣新的再生工藝裝備，推動廢橡膠行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。

傳統(tǒng)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(zhì)量高、粘度大、流動性差、難以加工再利用，因此必須先經(jīng)過脫硫，打破三維結(jié)構(gòu)才能使用。傳統(tǒng)的高溫動態(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)今市場需求情況和未來發(fā)展趨勢分析，結(jié)合國內(nèi)外橡膠制品行業(yè)對橡膠材料的需求，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)，以滿足市場需求，克服環(huán)境污染問題，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，促進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動企業(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，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(yīng)力、微波、超聲波等，斷開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。機械應(yīng)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(fā)生器產(chǎn)生能量切斷S-S鍵、S-C鍵的非化學(xué)、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(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的同時會導(dǎo)致橡膠主鏈發(fā)生熱氧老化反應(yīng)等副反應(yīng)，因此在操作過程中必須控制好微波脫硫時間和輻照功率【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態(tài)脫硫法等，其產(chǎn)品質(zhì)量對比表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)，通過邊反應(yīng)邊滲透的原理，實現(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，高溫動態(tài)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(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養(yǎng)物混合，經(jīng)過一定時間的共培養(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廢橡膠再生處理，認(rèn)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(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(jìn)行分析并展望，以期推動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)用相對較少。因此，今后應(yīng)進(jìn)一步擴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(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(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)用相對較少。因此，今后應(yīng)進(jìn)一步擴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(huán)境的污染并提高資源的利用。

四、結(jié)語

隨著人們環(huán)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(nèi)勞動力成本不斷上升以及全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展影響，傳統(tǒng)的橡膠材料制作方式已不適應(yīng)國內(nèi)低成本、高效率的生產(chǎn)方式競爭需求。因此，環(huán)保、對人體無害、低成本、高品質(zhì)是未來橡膠制品市場發(fā)展的主要方向。

【參考文獻(xiàn)】

【1】樂初枝， 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]. 中國橡膠， 2017（20）.