Комплексная регулируемая механо - термохимическая регенерация шинных отходов и технология производства изделий на их основе (02.03.2009)

Автор: Шаховец Сергей Евгеньевич

Шаховец Сергей Евгеньевич

КОМПЛЕКСНАЯ РЕГУЛИРУЕМАЯ МЕХАНО-ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ ШИННЫХ ОТХОДОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ НА ИХ ОСНОВЕ

05.17.06 – технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ

ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Санкт-Петербург

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский Государственный технологический институт (Технический университет)» и в обществе с ограниченной ответственностью «ЭЛАСТ-Технологии».

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Алексеев Александр Гаврилович

Доктор технических наук, профессор Гришин Борис Сергеевич

Доктор технических наук, профессор Мазур Андрей Семенович

Ведущая организация ОАО «НПК «Механобртехника», г. Санкт-Петербург

Защита состоится «___»______________ 2009 г. в___часов

на заседании диссертационного совета Д 212.230.05 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)» по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)».

Отзывы в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26, государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)», Ученому Секретарю.

Автореферат разослан «___»_____________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Ржехина Е. К.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. В соответствии с Федеральным Законом РФ от 24 июня

1998 г. «Об отходах производства и потребления» изношенные шины относятся к опасным источникам загрязнения окружающей среды. Проблема их утилизации имеет также существенное экономическое значение, так как потребности хозяйственного оборота в природных ресурсах непрерывно растут, а их стоимость постоянно повышается. В Российской Федерации ежегодно образуется более 1 млн. т изношенных шин. При этом на восстановление, переработку и утилизацию поступает лишь 12% от их общего числа. В то же время производственные мощности предприятий по переработке шин загружены немногим более, чем на 50%. Необходимость решения данной проблемы определена Перечнем критических технологий РФ («Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов»).

Создавшееся негативное положение в указанной области обусловлено отсутствием единой системы сбора, переработки и утилизации резиновых отходов. Такая система должна включать: общую концепцию обращения с изношенными шинами; эффективную и экологически безопасную технологию их утилизации; технические решения по созданию новых материалов и технологии производства изделий с использованием полуфабриката переработки изношенных шин. Создание такой комплексной системы является целью настоящей работы.

Научная новизна. Сформулирована общая концепция обращения с изношенными шинами, в соответствии с которой утилизация шин должна рассматриваться как система организационно-правовых и химико-технологических мероприятий. Предложена схема административно-правовых механизмов обращения с изношенными шинами в РФ.

Усовершенствованы теоретические основы технологии комплексной регулируемой механо-термохимической регенерации шинных отходов (получены и обобщены данные о физико-химических изменениях эластомерной основы шин в процессе их эксплуатации и регенерации; установлена качественная и количественная взаимосвязь между режимами регенерации, конструктивными параметрами применяемого оборудования и свойствами получаемого продукта).

Разработаны математическая и компьютерная модели технологического процесса, осуществляемого в новом оборудовании, и методики расчета и конструирования специальных червячных машин для регенерации шинных отходов.

Практическая ценность исследования. Разработана и внедрена в хозяйственный оборот Российской Федерации, Украины и Казахстана технология комплексной механо-термохимической регенерации шинных отходов. Созданы и серийно выпускаются новые виды червячных машин, совмещающие процессы диспергирования, регенерации резиновой крошки и охлаждения регенерата в непрерывном технологическом процессе. Предложена и внедряется в практику технология термохимической регенерации с применением электромагнитного поля. Созданы рецептуры композиционных материалов и налажен серийный выпуск новых изделий с использованием полуфабриката переработки изношенных шин. Сформулированы перспективные направления создания композиционных материалов и изделий с использованием регенерата и намечены возможные пути их реализации.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации опубликованы в 42 работах (из них 1 монография, разделы в книге, 1 брошюра, 7 работ в отраслевых журналах, 11 авторских свидетельств и патентов). Основные результаты работы доложены: на двух международных конференциях по каучуку и резине ( М., 1984 и 2004); на Всероссийской научно–практической конференции «Утилизация и переработка изношенных автомобильных шин», СПб, 2000; на 7-й научно-практической конференции «Сырье и материалы для резиновой промышленности», М., 2000; на международных научно–технических конференциях «Эластомеры: материалы, технология, оборудование, изделия», Днепропетровск, 2000, 2004, 2006; на международных научно–практических конференциях «Проблемы экологии и ресурсосбережения при переработке и восстановлении изношенных шин», М., 2001–2004; на первой Всероссийской конференции по каучуку и резине, М., 2002; на международной научно–практической конференции «Рынок шин, РТИ и каучуков: производство, наукоемкие технологии и сбыт», М., 2005; на секции пластмасс ВХО им. Д. И. Менделеева, СПб, 2005–2007; на заседаниях Ассоциации содействия восстановлению и переработке шин «Шиноэкология», 2005–2007.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений, и содержит 211 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 39 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Концепция обращения с изношенными шинами

Создание системы обращения с изношенными шинами представляет комплексную проблему, отдельные аспекты которой относятся к различным областям деятельности. Поэтому данная проблема рассмотрена с позиций системного анализа как сложный объект исследования. Рациональная схема обращения с изношенными шинами представлена как система, состоящая из двух взаимосвязанных совокупностей: организационно-правовой и химико-технологической, каждая из которых также является системой.

Во исполнение законов РФ и введенных в действие Постановлений Правительства РФ и федеральных министерств разработана схема административно-правовых механизмов ( рисунок 1), на основе которой впервые в РФ создана концепция обращения с изношенными шинами.

Совокупность химико-технологических разработок представлена в виде ряда последовательных этапов (рисунок 2), анализ которых позволил сделать вывод о том, что развитие исследований в области утилизации отходов целесообразно направить на создание методов более глубокой переработки крошки путем комбинированного воздействия полей различной природы с получением полезных продуктов, заменяющих исходную резину.

Методические вопросы экспериментального исследования

Сведения о методах исследования представлены на рисунке 3. В процессе эксплуатации и последующей переработки материал шин испытывает многочисленные физико-химические превращения. Исследованы изменения: молекулярного состава; микро- и макроструктуры каучуков, входящих в рецептуру шинных резин; их химической структуры; состояния микро агрегации, плотности вулканизационной сетки, уровня деструкции на различных стадиях переработки покрышек.

Объектами исследования служили: материал покрышек автомобильных шин отечественного и импортного производства, как новых, так и вышедших из эксплуатации (климатические зоны РФ и Западной Европы); различные по размерам фракции шинной резиновой крошки, а также регенерат, полученный из шинной крошки на разработанном червячно-деструкционном агрегате в режимах комбинированной механотермохимической и паровой деструкции. Для всех перечисленных объектов исследования осуществлено разделение материала на гель и золь фракции. Для исходных и прошедших эксплуатацию или переработку образцов проведен структурный анализ по результатам динамической механической спектроскопии (температурный интервал от -100 до +1500С, частота 20 Гц) на маятниковом эластометре в сканирующем температурном режиме. Для золь фракции проведены исследования молекулярного состава, химической структуры, гетерогенности (методами оптической микроскопии и светорассеяния).

Определение ММР проводили методом гельпроникающей хромотографии. В результате были получены сведения о количестве растворившегося полимера, средне численной и средне массовой молекулярной массе, полидисперсности, найдена величина характеристической вязкости. При сравнении различных способов регенерации методом световой микроскопии определяли размеры резиновых включений, которые не претерпели изменений в процессе обработки. На основе крошки и регенерата были получены вулканизаты по единой рецептуре и проведены стандартные испытания их физико-механических свойств.

Среди важнейших свойств регенератов, необходимых для оценки их способности к переработке и с точки зрения возможности использования при создании новых изделий, оценивали термоокислительную стабильность (дериватография, ДСК), теплофизические параметры и диэлектрические свойства (диэлектрический мост).


загрузка...