Сможет ли восстановленный технический углерод rCB заменить первичный техуглерод

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".

Сайт, где можно приобрести рецептуру резиновой смеси

Резинщики, пора взглянуть в лицо новым вызовам и новым возможностям

В этот раз знакомим с переводом статьи Метью Огастина - руководителя отделя разработки продуктов #Continental, "Time to face our challenges and opportunities" из журнала Industrial Supply

Производство рукавов, транспортёрных лент и приводных ремней находится на переломном этапе, когда традиционные методы должны эволюционировать, чтобы соответствовать требованиям быстро меняющегося мира. В условиях экономических, экологических и технологических изменений выбор материалов будет определять наш дальнейшие пути развития.

#Инновации в способах производства рукавов, конвейерных лент, приводных ремней и других промышленных изделий позволят нам адаптироваться и обеспечить более устойчивое и жизнеспособное будущее. В этой статье мы рассмотрим некоторые из предстоящих вызовов и способы их преодоления с помощью новых и альтернативных производственных материалов и технологических инноваций.

Глобальный дефицит ключевых материалов, усугубленный пандемией #COVID и геополитическими проблемами, вынудил отрасль искать альтернативные материалы и внедрять инновации в материаловедении для поддержания уровня производства. Например, команда ContiTech компании Continental теперь использует нити и ткани из высокоэнергетических полиэфиров (High Energy Polyester HEP) взамен нейлоновых в лентах и ремнях, а также поликетоновую технологию — новый, экологически чистый полимер — в других областях.

High Energy Polyester HEP проще в производстве, он более экологичен и демонстрирует такие же или лучшие характеристики в отдельных областях применения, в то время как ограниченные мощности производства нейлона привели к значительному росту цен в последние годы. Поскольку HEP более доступнее чем #нейлон, он обеспечивает стабильность цепочки поставок, цен и сроков выполнения заказов, что в совокупности приводит к более надежным планам производства и поставок.

Кроме того, при производстве HEP расходуется меньше энергии, что снижает выбросы углекислого газа и, следовательно, углеродный след. Преимущества HEP с точки зрения устойчивого развития дополнительно подтверждаются тем фактом, что HEP подлежит вторичной переработке, что делает этот материал частью экономики замкнутого цикла, которая является неотъемлемой частью устойчивого развития в производстве.

Ряд производителей также внедряют поликетоны — новый, экологически чистый полимер, состоящий из монооксида углерода и олефинов. Использование этого армирующих поликетоновых материалов также снижает углеродный след. Он также более устойчив к воздействию влаги и показывает более стабильную цену. Что касается эксплуатационных характеристик, изделия у изделий с использованием поликетона они такие же или лучшие результаты, чем изделия нейлоновыми нитями.

Стоимость рабочей силы и инфляция

Рост затрат на рабочую силу, нехватка квалифицированных работников и инфляция снижают рентабельность производства. Инвестиции в автоматизацию и эффективные производственные процессы могут помочь компенсировать эти затраты, сохраняя при этом качество и конкурентоспособность.

Существует распространенное заблуждение, что автоматизация отнимает рабочие места. На самом деле автоматизация играет важную роль в заполнении вакансий, включая труднозаполняемые рабочие места или автоматизацию рутинных операций, чтобы работники могли сосредоточиться на более сложной и полезной деятельности.
Например, раньше работникам приходилось обрезать конвейерные ленты вручную, технологическая служба решила, что эту задачу можно автоматизировать для повышения точности и безопасности. Команда разработчиков сделал станок для обрезки лент. На одном из предприятий этот процесс выполняется на этапе прессования, после вулканизации.

Геополитические конфликты

Геополитическая напряженность нарушила цепочки поставок, что привело к росту затрат и неопределенности в доступности сырья. Мы видим введение тарифов против соседних стран, что создает дополнительную неопределенность, особенно в отношении ценообразования и цепочек поставок. Компаниям необходимо диверсифицировать источники поставок и разработать стратегии для смягчения таких рисков.

Изменение климата

Экстремальные погодные явления влияют на производство и цепочки поставок. Отрасль должна внедрять устойчивые методы и материалы, способные противостоять этим экологическим вызовам, которые наблюдаются во всех отраслях - все они указывают на необходимость нестандартного мышления и инноваций, меняющих отрасль. 

Использование технологий для повышения эффективности преобразования продукции — это путь в будущее, и он уже осуществляется в следующих областях:

• Искусственный интеллект (ИИ), который совершает революцию в проектировании продукции и производственных процессов. Используя ИИ, компании могут оптимизировать выбор материалов, прогнозировать потребности в техническом обслуживании и повышать производительность продукции.
• Рынок центров обработки данных, где их экспоненциальный рост увеличил спрос на передовые технологии охлаждения. Материалы, улучшающие теплоотвод и энергоэффективность, имеют решающее значение в этом секторе.
• Водородные технологии, которые по мере перехода мира к более чистой энергии активно развиваются. Отрасль производства рукавов, лент и ремней должна разработать материалы, которые могут безопасно и эффективно работать с водородом.
• Устойчивое развитие - актуальная тема для производителей всех видов промышленной продукции, но зачастую они по-прежнему рассматривают устойчивое развитие как формальность, а не как инструмент для осуществления реально значимых институциональных изменений. Для достижения реальных результатов в области устойчивого развития необходимо обратить внимание на используемые материалы и производственные процессы. Например:

1. Цикличность продукции, т.е. сокращение потребления и повторное использование становятся неотъемлемым принципом при выборе материалов. Разрабатывая продукцию с учетом принципов цикличности, отрасль может минимизировать отходы и воздействие на окружающую среду. Это включает в себя использование переработанных материалов, проектирование с учетом возможности разборки отработанных РТИ и внедрение программ рециклинга.
2. Устойчивость материалов. Один из примеров - инновационная технология ContiClean от ContiTech демонстрирует переход отрасли к более долговечным и экологичным материалам. Эта технология уменьшает накопление материала, продлевая срок службы РТИ, а также снижает потребность в техническом обслуживании, уменьшая таком образом количество отходов.

Производители рукавных изделий, транспортерных лент, приводных ремней и других #РТИ должны принять эти вызовы, возможности и решения, используя дальновидный подход. Отдавая приоритет экологически чистым материалам, используя передовые технологии и внедряя устойчивые методы, мы сможем справиться со сложностями современного мира и построить более устойчивое будущее. Выбор материалов, который мы делаем сегодня, не только определит успех нашей отрасли, но и внесет свой вклад в оздоровление планеты для будущих поколений.

Метью Огастин

Готовые рецепты резиновых смесей