胶粉的生产利用现状及前景分析

胶粉的生产利用现状及前景分析
孙玉海1,2,张培新2,刘剑洪2Ξ
(1.广西大学化学化工学院,广西南宁530004;
2.深圳大学师范学院,广东深圳518060)
摘要:废橡胶作为工业垃圾,已为世界所公认,介绍了废橡胶回收利用的意义和方法,着重阐述了胶粉的生产利用现状,并简要分析了胶粉的生产利用前景。

关键词:废橡胶;回收利用;胶粉
1　概述
尽管废橡胶在固体废弃物总量中只占一小部分,但却是固体废弃物处理的主要问题之一。

由于废橡胶属于热固性的聚合物材料,在自然条
3.1　现状
2000年,中国塑料生产总量已超过630万t,当年产生的废塑料为250万t,其中填埋占93%,焚烧占2%,回收率仅占5%,与发达国家比较,塑料废弃物的资源化率极低。

通过焚烧回收热能,对能源紧缺而且综合利用水平较低的我国,具有重要的现实意义。

在我国通过燃烧从废塑料废物中回收热量的工作进展缓慢,没有形成工业体系,相关技术还有待于开发。

3.2　展望
根据国家中长期科学技术发展纲要,对再生资源领域里废塑料部分规划的战略目标是:到2020年再生利用废塑料293万t,再生利用率达到50%;研究废有机高分子材料再生利用技术,提出现行废塑料再生工艺的改进方法,在解决预处理技术的基础上,借鉴国外先进经验,研究推广适合我国国情的废塑料再生技术,以提高产品性能和质量。

3.3　对策
首钢将塑料废弃物用于工业焦炉的实验已经获得成功,可于近期用于工业生产。

首钢焦炉对塑料废弃物的年处理能力为20～30万t,北京市目前的塑料废弃物年产量约为15万t,每年大约以8%的速度递增。

首钢完全能满足北京市的白色垃圾处理工作。

希望尽快出台有关塑料包装废弃物相关法规,以支持企业对塑料废弃物再利用。

我国至今还未建立一套完善、切实可行的有关塑料废弃物的回收、管理、利用的法规和制度。

这也给塑料废弃物的回收利用带来一定的难度。

再者,调动和发挥企业再利用塑料废弃物的积极性,需要给予优惠政策。

现有的综合利用优惠政策尚不足以使塑料废弃物回收利用企业形成良性的市场机制。

为了不增加政府负担,可以借鉴国外塑料包装物生产销售者负责处理包装废弃物的办法,同时体现“污染者付费”的原则,应要求产生废弃物者自行回收利用,不能自行回收利用的企业或个人要交纳回收处理费,作为对回收利用者的补偿。

有关专家指出,入世后我国塑料行业应根据自身的实力,积极研究对策,扬长避短,发展壮大我国塑料行业要重视环境保护,加强废旧塑料的回收利用和CFCs替代物的研究工作。

随着塑料制品使用的增多,产生的废塑料将给环境带来一定的污染,因此要把废弃塑料的回收利用作为一项战略性工作抓好,特别是要加强废塑料的回收再利用,做到变废为宝,物尽其用。

参考文献:
[1]《城市固体废弃物管理与处理处置技术》.国家环保总局污染控制司.北京:中国石化出版社出版,2000.
(收稿日期:2003-07-04)
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Ξ作者简介:孙玉海,男,(1978—)硕士研究生,主要研究方向:废橡胶的资源化回收利用。

件下很难发生降解,弃于地表或埋于土里的废橡胶十几年都不变质,不腐烂。

废橡胶的堆积占用土地,污染环境,整条废轮胎堆集在一起还会滋生蚊虫,对居民健康造成损害,且易引起火灾。

废橡胶作为工业垃圾,已为世界所公认。

废橡胶的回收利用成本较高,技术难度大。

因此,过去英、美等国家一直把它们看成是废物,只考虑如何处理干净。

但是进入20世纪70年代以后,随着科技的发展,人们发现回收利用废橡胶可以节约生产合成橡胶所消耗的大量原油,开始把废橡胶称为“新型黑色黄金”(new black g old),千方百计设法回收利用,或者作为橡胶、塑料的填充材料,或者单用胶粉生产橡胶制品,从而开辟了废橡胶利用的新时代。

从各个方面来讲,在能源相对紧缺的今天,回收利用废橡胶都具有十分重大的意义。

我国是一个橡胶消费大国,2000年共消耗生胶2100kt,仅次于美国,居世界第2位。

每年产生的废橡胶复合材料将近5000kt。

如此大量的废橡胶材料,若不及早处理,除了污染环境以外还是资源的极大浪费。

同时我国又是一个生胶资源短缺的国家,几乎每年生胶消耗量的45%左右需要进口,而且这种情况短时期内不会有根本的转变,所以如何解决橡胶原料来源及代用材料是十分迫切的任务。

处理好废旧橡胶,对于充分利用再生资源,摆脱自然资源匮乏,减少环境污染,改善人类的生存环境是非常重要的。

目前,废旧橡胶回收利用项目已列入《中国21世纪议程》方案中。

2　废橡胶回收利用的分类
废橡胶的回收利用大体有三种方式:即整体利用、再生利用和热利用。

整体利用是指对废橡胶进行整体的利用,如进行复原性的加工,使之恢复原有用途的翻新、鱼礁、水土保持材、护舷、施工用泥桶、体育游戏器材、道路垫、轨道缓冲材、牧场栅栏等;再生利用是指将废橡胶制成再生胶或胶粉;热利用分高温分解和直接燃烧两类。

高温分解是指将废橡胶在高温下经催化热裂解得到混合油、热解气及碳黑等多种干馏分解物。

直接燃烧是指将废橡胶作为燃料直接加以利用。

3　胶粉的生产应用现状
用废橡胶制造再生橡胶是我国废橡胶利用的主要方式,再生胶是将废橡胶“脱硫”后获得的产品。

20世纪50～60年代是再生胶发展的鼎盛时期,但是由于再生胶的能耗高,附加值低,还有二次污染,到了70年代,世界上几个主要发达国家的再生胶产量和使用量都在不断下降。

1980年英国全面停止了再生橡胶生产,美国30多家再生胶工厂只剩下2家。

特别是70年代中期生胶价格急剧下跌,还有物美价廉的充油丁苯橡胶夺走了部分再生胶的市场,使再生胶的生产一度陷入困境。

随着再生胶的逐步没落,废胶粉的生产已成为回收利用废橡胶的主要途径。

311　胶粉的生产现状
我国胶粉生产始于20世纪80年代后期。

1989年我国首次组团赴德国考察废橡胶利用情况,90年代初废胶粉生产进入活跃期。

我国现有胶粉生产厂40多家,产量约为50kt/a。

在中国废橡胶是有偿使用的,而且废橡胶冷冻粉碎工艺的制冷剂液氮价格十分昂贵,所以,在中国使用液氮低温冷冻粉碎技术十分困难。

因此,“八五”规划中由青岛化工学院与山东高密再生胶厂、航空航天部第609研究所合作,承担原化工部下达的“低温冷冻法生产微细胶粉及其应用研究”的攻关项目,在低温粉碎技术领域开发成功了空气涡轮制冷法。

空气涡轮制冷法的技术核心是将飞机制造业中的涡轮膨胀技术应用到低温粉碎技术中,该方法与国外的液氮法相比具有细粉率高、成本低等特点。

此后中国科学院低温工程中心、北京航空航天大学也开展了这方面研究工作。

这期间,一些再生胶生产厂家利用粉碎后的粗胶粉(40目左右中间产品),经活化处理生产数量不多的活化胶粉;同时国内一些省市地区先后从美国、意大利、法国、德国等国家的不同公司引进10多条胶粉生产线及单机设备,使我国胶粉生产开始起步,但这些生产线多采用常温法生产,几乎都只能生产粗胶粉和细胶粉(60目)。

为此,国内一些机械设备制造厂也开始研制采用常温法制备微细胶粉的设备,目前已有成功报道。

如青岛绿叶橡胶有限公司开发的LY型液氮制冷系统,该系统具有独特的冷能交换装置及多种冷能循环利用技术,使液氮的冷能得到充分有效的利用。

利用该法生产1kg微细胶粉仅消耗液氮0.32kg。

在国际上同类液氮冷冻法制造微细胶粉液氮消耗量一般在0.5kg以上,所以该方法达到了国际先进水平。

由
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于液氮消耗量的降低,微细胶粉的成本也大幅降低。

深圳东部橡塑实业有限公司成功开发了常温法工业化生产精细橡胶粉新技术,该技术以物理手段为主,辅之以化学手段,在常温条件下,以简化的工艺流程生产万吨规模的60～120目精细橡胶粉,产品的粒度均匀,能耗低,成本低,生产过程对环境无污染,并达到了废轮胎胶料、骨架材料的全部综合利用。

最近还有资料报道国内正在研制用物理化学方法制备精细胶粉,该项技术的关键在于溶胀剂的配制回收和高能搅拌磨粉工艺。

试验表明这种方法制备的胶粉比普通工艺制备的胶粉要细化的多而且机械强度明显提高。

这些新技术能够提高胶粉的质量,并降低成本,对胶粉的应用推广将产生重大的促进作用。

日前《中国化工报》报道,浙江绿环橡胶粉体工程有限公司将投资1.5亿元建成国内最大规模的废旧轮胎常温精细粉碎设备生产基地及年产2万吨精细胶粉加工示范生产线,并准备以此为基础形成废旧轮胎回收处理、深加工及再生利用产业链。

312　废橡胶粉的应用现状
胶粉有很广泛的应用领域。

它不但可以直接或经过表面活化掺入胶料替代部分生胶制造轮胎、胶鞋等橡胶制品,而且还能与沥青很好的混合后用于铺路。

另外,胶粉还可以用来改性塑料、改良土壤;精细胶粉还能用于防腐涂料、彩色地砖和防水卷材等非橡胶领域。

31211　胶粉与橡胶并用
胶粉尽管是一种交联网状的硫化胶颗粒,但仍存在一定量的不饱和键,因而可以采用硫磺—促进剂交联体系直接进行硫化模压成型,也可采用过氧化物硫化或硫磺—促进剂与过氧化物并用的体系,所得模压品可用作对力学性能要求不苛刻的各类垫片和吸音材料等。

在橡胶工业中,早在20世纪40年代,人们就利用粒径为0.5～1.0mm的胶粉制造胶鞋底,随后胶粉在减震垫和一些要求不高的橡胶制品中也得到了应用。

70年代出现了100～250um(60～150目)的精细胶粉用于制造汽车轮胎。

胶粉在作为橡胶填料时所表现的性能比再生橡胶更具有优势。

据试验,在原胶中掺入5%～30%的胶粉不会影响橡胶的性能。

近年来许多发达国家在再生胶粉与橡胶的共混研究和应用研究方面作了大量的工作,并取得了良好的效果。

31212　胶粉与树脂并用
胶粉除了与橡胶并用外,也可以采用简单共混法和动态硫化法与树脂并用,以增韧改性树脂。

早在20世纪80年代初国外就已经开始将胶粉加入到聚乙烯、聚丙烯、环氧等各种热塑性聚合物中,进行胶粉增韧聚合物的研究。

美国的R osehill公司将胶粉与热塑性树脂在高温下直接混合后制成厚为1～4mm、宽为0.5～1m的片材,用于垫毯、道路铺设、油田管道保护等。

美国的G reenman工程技术公司则用胶粉制成屋顶材料供应经常遭受冰雹袭击的美国南部和中西部地区,这些材料因为含有胶粉所以不但具有一定的弹性能有效的防止冰雹对屋顶的冲击,还能起到绝缘和隔音的作用。

31213　胶粉的改性利用
胶粉改性技术可以说是与新型橡胶再生技术并列的新技术,改性胶粉是将胶粉进行表面的、化学的改性而得到。

将胶粉进行活化改性,不但可以大幅度提高其在橡胶制品中的掺用量,而且可以改善工艺性能,降低成本。

胶粉改性技术发展呈两种趋势:一是表面活性剂的全面应用;二是新型材料技术的渗透。

目前应用较多的有接枝或互穿聚合物网络改性、机械力化学改性、聚合物涂层改性等。

改性废胶粉可分为交联胶粉、活化胶粉、塑化胶粉、阻尼胶粉、接枝胶粉等。

最近有资料报道,美国正在研究用氯化物对胶粉进行表面活化处理,经过处理后的胶粉的物理性能得到了极大的改善。

31214　胶粉改性沥青
沥青中添加胶粉能提高稳定性,并可增加与基料的粘接性。

由于胶粉具有一定弹性和耐磨、抗滑等性能,而且其中含有防老剂,因此用胶粉改性的沥青铺设人行道、高速路、机场跑道、球场极为合适,且能够提高路面的质量和寿命。

实践证明,废胶粉改性沥青仅铺33mm,寿命可达10年,相当于普通沥青路面的2倍。

美国利用胶粉作为沥青的添加剂用于筑路已有20多年历史了,在1982～1986年,已试铺了200多个路段,这种路面具有稳定性好、耐磨、防冻、防滑和维修费用低等特点。

美国还颁布了联邦法令要求从1994年起所有国家资助的公路项目,废胶粉在沥青中的应用比例必须在15%以上。

国内废胶粉用于筑路也早有尝试,江西、湖北、广州、北京
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等地相继铺设了试验路段。

使用情况证明,用胶粉改性的沥青铺设的公路,可以减少路面龟裂和软化,路面不易结冰和打滑,提高了行驶安全性,还可以提高路面寿命,比一般的沥青路面的使用寿命至少提高了1倍。

同铺设高速公路原理一样,在飞机跑道材料中掺用硫化胶粉,可增加跑道弹性和地面磨擦性,提高夏天抗日晒、冬天抗冰冻的能力。

从而使飞机的起落平稳,安全可靠性提高,跑道缩短,机场使用寿命延长。

4　结束语
废橡胶的回收利用有很高的经济效益和环保效益,它一方面使废旧橡胶实现了回收利用,解决了废旧橡胶污染环境的问题;另一方面可以代替部分生胶,缓解了天然橡胶严重匮乏的局面。

我国废橡胶粉的利用产业已经具备一定基础,具有常温粉碎、低温粉碎等达到世界先进水平的技术,具有广阔的橡胶应用市场。

但是目前我国废橡胶粉利用产业小、散、乱的现象比较突出,非常不适应发展的需要。

胶粉的利用应该以橡胶工业为基础,努力提高胶粉在橡胶制品中的掺用量;同时以在公路中的应用为发展的一个关键突破口,用胶粉改性的沥青不仅价格便宜而且性能优越。

在国外,将胶粉用于路面铺设材料,已成为胶粉的最主要用途之一。

1.63公里的路面就可以消耗掉1万条轮胎,“十五”期间我国还要建成“五纵七横”,因此,如果将胶粉用于公路铺设将有无限光明的前景。

另外也应努力拓宽胶粉在彩色地砖、防腐涂料、防水卷材等非橡胶领域中的应用。

总而言之,我国的胶粉工业即前景广阔又任重道远。

我国应大力开发废橡胶粉的应用领域,用胶粉代替再生胶来解决橡胶原料来源及代用材料短缺问题,废胶粉的应用应立足于国内废旧橡胶回收利用,尽量减少国外废胶粉的进口。

参考文献:
[1]聂永丰1三废处理工程技术手册[M]1北京:化学工业出版社,20001587～5941
[2]范仁德1废橡胶利用产业的新进展和我国的发展方向[J],中国橡胶,2000,18(13):3～41
[3]李岩1废橡胶的国内外利用研究现状[J]1合成橡胶工业,2003,26(1):59～611
[4]刘增元1国内外废橡胶资源利用趋势及胶粉的应用现状[J]1再生资源研究,2000,(5):15～191
[5]Fedchenko,G reenMan to use scrap tire rubber to produce shingles[J],Rubber&Plastics News,2002,V ol.321
[6]Amit K umar Naskar,S K De,Anil K Bhowmick,Sur face chlorination of ground rubber tire and its characterization[J], Rubber Chemistry and T echnology,Sep/Oct2001.
[7]Fedchenko,Scrap tire use increases but stockpiles remain [J],Rubber&Plastics News,10/7/2002,V ol.32,Issue51 [8]M T ipanna,D D K ale,C om posites of waste,ground rubber particles and poly(vinyl chloride)[J],Rubber Chemistry and T echnology,N ov/Dec1997.
[9]Amit K Naskar,S K De,A KBhowmick,Characterization of ground rubber tire and its effect on natural rubber com pound [J],Rubber Chemistry and T echnology,N ov/Dec20001 [10]朱正吼1精细胶粉物理化学法制备及其机械性能研究[J]1世界橡胶工业,2002,29(3):20～231
[11]程源1废胶粉应用前瞻[J]1合成橡胶工业,2001,24 (2),65～661
[12]韩秀山1我国废旧橡胶利用[J]1化工新型材料, 2001,10(10):17～191
(收稿日期:2003-09-01)
Status and prospection on production and
utilization of ground rubber
SUN Yu-hai,1,2,ZH ANG Pei-xin2,LIU Jian-hong2
(1.C ollege of chemistry and chemical engineering,G uangxi University,Nanning,530004,China;
2.Department of chemistry and biology,N ormal college,Shenzhen University,Shenzhen,518060,China)
Abstract:Waste rubber as industrial waste has been acknowledged by the w orld.Method and im portance of recy2 cling used tires were introduced in this paper.The author focus on status of production and utilization of ground rubber,and analysis the prospection of it in briefly.
K eyw ord:waste rubber;recycling;ground rubber
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