Поговорим о одном из продуктов, получаемых правильным способом переработки массовых отходов - о восстановленном техуглероде или как его обозначают rCB (Recovered Carbon Black), получаемом при пиролизе автомобильных шин.
 |
| rCB |
Пиролиз шин
Пиролиз — это термохимический процесс расщепления органических и неорганических веществ на более простые соединения под действием высоких температур (от 400 до 1100°C), протекающий в условиях отсутствия или острого дефицита кислорода. Т.е. изношенные шины направляются не на свалку, а в специальные реакторы, где происходит нагрев в условиях недостатка кислорода. Основными продуктами пиролиза автошин становятся сажа (или технический углерод, газ, жидкая фаза, состоящая из различных масел и низкомолекулярных полимеров и металл. И есть вполне очевидное желание использовать эти продукты в производстве тех же автомобильных шин или в смежной отрасли - в промышленности резинотехнических изделий.
Стратегическое направление на создание циркулярной экономики диктует необходимость использования не ископаемых ресурсов, а именно возобновляемых. Очевидно, что получение и повторное использование восстановленного техуглерода - хороший пример движения по этому пути.
Может ли восстановленный технический углерод заменить первичный?
Широкие общественные дискуссии сосредоточены на вопросах устойчивого развития, сокращения углеродного следа и достижении целей циркулярной экономики. Т.е. обычно речь идет о переработке отходов любой ценой здесь и сейчас.
Однако инженеры и технологи, которые разрабатывают составы резиновых смесей, задают другой вопрос: «А как будет rCB работать?»
Что хотят от rCB инженеры
Многие до сих пор считают, что одного лишь требования устойчивого развития достаточно для широкого внедрения rCB. Но переработчики, а это и шинное производство и предприятия РТИ, едва ли с этим согласятся. Они берут технический углерод не потому, что он переработанный и очень экологичный, а с той целью, чтобы он обеспечил требуемые свойства, как технологические, в т.ч. перерабатываемость резиновых смесей и полуфабрикатов, так и эксплуатационные - для готовых изделий. Цена - тоже немаловажный критерий выбора.
Напомним, что типичная шина имеет в составе 25–35% технического углерода по массе, а в некоторых рецептурах - может составлять 30–50% стоимости всей резиновой смеси. И даже незначительное изменение качества технического углерода способно существенно повлиять на:
- прочностные показатели;
- стойкость к истиранию;
- гистерезис;
- электропроводность;
- перерабатываемость, в т.ч. на способности смеси к шприцеванию и каландрованию;
- срок эксплуатации изделия.
Противоречия и как их разрешить
Именно здесь индустрия rCB вступает в противоречие с требованиями переработчиков.
Большинство обсуждений с масс-медиа и блогосфере сосредоточено на:
- доле переработанного сырья;
- снижении выбросов CO₂;
- циркулярной экономике;
- утилизации отработанных шин.
Но реальные потребители, т.е. предприятия, которые материал используют как составляющее для производства автомобильных шин и резинотехнических изделий, смотрят совсем на другие показатели:
Параметр | Важность |
Содержание золы (%) | Очень высокая |
Летучие вещества (%) | Очень высокая |
Удельная поверхность (BET) | Высокая |
Йодное число | Высокая |
Структурность (по поглощению ДБФ) | Высокая |
Распределение частиц по размерам | Высокая |
Примеси металла | Высокая |
Способность к диспергированию в смеси | Очень высокая |
Стабильность качества от партии к партии | Критическая |
Рассмотрим некоторые из них подробнее.
Во многих коммерческих марках rCB содержание золы составляет 10–20%, тогда как у первичных марок технического углерода этот не выше 1,0%! И поскольку реального углерода в продукте меньше, то высокая зольность уменьшает эффективность техуглерода, снижает усиливающие свойства, электропроводность и даже цветовые характеристики вулканизованного изделия.
Другая проблема - остаточные летучие вещества, выделяющиеся в процессе пиролиза - в т.ч. остатки той самой жидкой фазы, которые негативно влияют на стабильность технологических показателей резиновых смесей, усложнять прогнозирование процессов вулканизации резины, давать выпотевание масел на поверхности изделия, неприятный запах.
Из этих двух проблем вытекает следующая - снижение способности к равномерному распределению техуглерода в смеси, что ведёт к ухудшению прочностных характеристик изделия, дефектам поверхности и, как следствие, к росту брака.
Исследования и практика промышленного применения показывают, что rCB способен заменить от 10% до 100% первичного технического углерода в зависимости от области использования. В некоторых рецептурах боковин легковых шин сообщалось о замещении на уровне 30–50%, тогда как в отдельных РТИ возможна значительно более высокая доля замены, особенно в т.н. "неответственных" изделиях.
Восстановленный технический углерод rCB не аналог первичному
То есть rCB не является универсальной заменой первичному техническому углероду по принципу «один к одному», даже если показатели условной поверхности частиц близки или даже совпадают. Первичный технический углерод представляет собой специально спроектированный материал со строго контролируемыми характеристиками:
- удельной поверхностью;
- структурностью;
- морфологией;
- усиливающими характеристиками.
В отличие от него rCB полученные пиролизом шин дают:
- смесь различных частиц технического углерода;
- цинксодержащую золу;
- кремнезёмные и другие неорганические наполнители;
- серосодержащие остатки;
- непереработанные продукты пиролиза.
Поэтому необработанный rCB часто ведёт себя скорее как полуусиливающий, либо вовсе как неактивный наполнитель, а не как прямой эквивалент высококачественных марок первичного технического углерода.
А так делать нехорошо
Поэтому заявления отдельных поставщиков восстановленного технического углерода о возможности «прямой замены без изменений рецептуры» можно считать маркетинговой уловкой, причем весьма низкого уровня.
Куда движутся производители rCB
Но участники отрасли активно работают над совершенствованием технологии, стараясь добиться:
- снижения содержания золы;
- деминерализации;
- дополнительного термического воздействия;
- модификации поверхности частиц;
- снижения разброса размера частиц.
Поэтому сегодня вопрос должен звучать не "Как rCB заменит первичный технический углерод?"
Уместнее спросить: «Какая марка rCB может заменить какую марку первичного технического углерода, в каком применении и при каком уровне эксплуатационных характеристик?»
Кто победит?
Преимуществом для производителей восстановленного техуглерода станет внедрение комплексного подходя к производству, включающего следующие факторы:
- сортировку и контроль исходного сырья;
- стабильность технологического процесса;
- контроль температуры в реакторе;
- технологии постобработки;
- снижение содержания золы;
- качественное гранулирование;
- разработку марок под конкретные применения;
- надёжные системы качества.
Выиграют от этого не те, кто производит больше rCB, а те, кто производит наиболее стабильный и кастомизированный продукт.
Внедрение rCB - дело общее
Отдельно отметим, что переработчики, т.е. шинники и резинщики не должны оставаться в стороне от решения данной задачи. Рецептурщики должны изыскивать возможности по использованию rCB как в имеющихся рецептурах, путем их корректировки, так и в рецептах, разрабатываемых для производства новых изделий и не только (и даже не столько) "неответственных".