一、廢橡膠回收與再利用的目的和意義
近五十多年來，石油化工異軍突起，合成樹脂、合成纖維、合成橡膠等三大合成材料迅猛發(fā)展。
帶來的污染問題
大量廢棄的高分子材料制品散落在社會上，形成“白色污染”、“黑色污染”，極大地污染環(huán)境，侵占有用土地，損害人體健康。
過去廢輪胎常采用堆積、掩埋、填海等方法處理。占用土地、污染環(huán)境、滋生蚊蟲、細菌，損害居民健康，而且易引起火災(zāi)。燃燒導(dǎo)致的污染使周圍寸草不生，生態(tài)環(huán)境造成極大的危害。
要實現(xiàn)我國在本世紀中葉人均國民生產(chǎn)總值達到中等發(fā)達國家水平的第三步戰(zhàn)略目標，其關(guān)鍵之一是保證
生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。
可持續(xù)發(fā)展的必然要求
自1992年聯(lián)合國制定《21世紀議程》以來，世界各國都在采取行動促進可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為世界各國共同追求的目標。
2003年中共十六屆三中全會提出了“以人為本，全面、協(xié)調(diào)，可持續(xù)發(fā)展”的科學(xué)發(fā)展觀，這標志著我國的發(fā)展戰(zhàn)略有了重大調(diào)整，步入了一個全新的發(fā)展階段。
為了可持續(xù)發(fā)展、充分利用資源和保護環(huán)境，發(fā)達國家對回收利用廢膠十分重視，較早走上了法制軌道，并建立了一整套符合市場經(jīng)濟規(guī)律的回收利用管理辦法。
一個橡膠應(yīng)用大國
2004年共消耗生膠450萬噸，居世界第1位
輪胎生產(chǎn)量超過2.3億條
報廢的輪胎4000-6000萬條，加上膠管、膠帶、膠鞋及其它橡膠制品，廢橡膠材料近300萬t/年。
一個橡膠資源短缺的國家
每年橡膠消耗量的45%左右需要進口
2004年進口橡膠約240萬噸
短時期內(nèi)不會有根本的改變。
據(jù)各種渠道的不精確統(tǒng)計，我國的廢舊橡膠的回收率約
65％ ,與芬蘭、美國、日本等國家相比，相差很大。
生膠消耗量大，但回收率低，故我國的橡膠工業(yè)還處于嚴重的產(chǎn)出－利用－回收不平衡的局面。
從石化資源的供給角度 世界石油資源日益枯竭
世界探明儲量： 1511億噸
剩余探明儲量： 1374億噸
按現(xiàn)有生產(chǎn)水平石油資源僅可開采： 40多年
2005年國際油價最高已超過： 70美元/桶
我國是石油消耗大國，“九五”期間已成為石油凈進口國。
以石油為主要原料的合成橡膠以及主要補強材料－炭黑的發(fā)展必然隨著石油的枯竭而受到極大的影響。
在能源相對緊缺的今天，回收利用廢橡膠具有重大意義。
?研究廢膠利用的新方法，利用廢膠研制高附加值的橡膠代用品，為創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的和諧社會提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
?為了適應(yīng)循環(huán)經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，必須依靠科技進步，限定時期淘汰舊技術(shù)，開發(fā)新技術(shù)，系列化、規(guī)范化建立廢膠回收的創(chuàng)新技術(shù)平臺。
二、廢橡膠回收、再生及應(yīng)用技術(shù)進展
廢橡膠循環(huán)利用方法
1、原物及改形利用
2、直接燃燒，回收熱能
3、采用高溫裂解技術(shù)，回收小分子化學(xué)品
4、利用物理和化學(xué)再生技術(shù)，使不溶不熔的交聯(lián)橡膠重新獲得可塑性，成為可再加工利用的彈性體材料。
5、制造膠粉作為高分子的替代材料，用于橡塑加工業(yè)、建筑行業(yè)、道路交通等。
A、輪胎的原形利用和翻新
原形利用
建議：
１． 對輪胎產(chǎn)品，提高翻新率，然后針對翻新使用后的輪胎產(chǎn)品再進行其他類型的回收和再利用。
２． 針對非輪胎產(chǎn)品，也要考慮翻新的問題，如不能翻新和不能再次翻新，進行其他類型的回收和利用；
３． 這樣，可以充分利用橡膠資源。但是一定要開發(fā)下游的再利用技術(shù)。
Ｂ． 直接燃燒，回收熱能
廢輪胎的熱值很高，1ｋｇ重的廢輪胎相當(dāng)于11ｋｇ的煙煤，但廢輪胎燃燒不完全放出有毒氣體造成大氣污染，必須配予環(huán)境保護措施。是一種低值的利用方法。
焚燒：可以解決占有土地的問題，但沒有充分的利用其價值，還會帶來嚴重的大氣污染！
美國、日本、西歐各國的多家水泥廠、發(fā)電廠、造紙廠、鋼鐵廠等采用廢舊輪胎作燃料，據(jù)統(tǒng)計熱能利用廢胎占廢胎總量約50％。這種回收方法不能使廢舊橡膠制品在高分子材料循環(huán)領(lǐng)域發(fā)揮效益，而最終也只是單純的消耗了寶貴的不可再生資源。
我國尚未見工業(yè)化的報道，如果要建立相關(guān)企業(yè)必須有系統(tǒng)的環(huán)境保護工程，投資不小。
Ｃ． 高溫裂解，回收小分子化學(xué)品
采用高溫裂解技術(shù)，將廢橡膠裂解成小分子的化學(xué)品，如燃料油、炭黑、同時還可以回收大量的鋼絲等。
存在的問題：國內(nèi)外目前存在的問題是廢膠裂解設(shè)備造價偏高，裂解產(chǎn)物如重油的分離提純工藝難控制，同時獲得的粗炭黑的質(zhì)量差，尚需進一步加工改善，故目前的效果也不明顯。
我國也有廠家（如中國浙江麗水市萬寶廢輪胎加工廠、臺北榮積工業(yè)股份有限公司）實施，但處理量不大。
道路和交通運輸?shù)拇罅Χ劝l(fā)展，促使輪胎業(yè)大發(fā)展。高速、安全、高耐磨的高性能輪胎已成為需求的主流。據(jù)統(tǒng)計，2004年世界的輪胎生產(chǎn)量已達30億條，每年還在以幾億條的速度在增長。
Ｄ． 廢橡膠生產(chǎn)再生膠
利用廢膠生產(chǎn)再生膠是傳統(tǒng)的廢膠回收再利用方法。
再生橡膠現(xiàn)狀：
2004年我國再生膠產(chǎn)量為30萬噸，每年可為國家創(chuàng)造12億的產(chǎn)值。再生膠一直是橡膠工業(yè)的重要原材料，原理上講將網(wǎng)絡(luò)狀的橡膠大分子解離為線性大分子，重新作為橡膠材料來使用是非常理想的回收再利用的方式，有多方面的優(yōu)勢。
我國目前用的方法主要是油法和高溫動態(tài)脫硫技術(shù)，但仍有一定的污染性。
由于再生膠的可塑化成形性和價格低廉等特點，
短時間仍然無法被完全替代，市場的需求仍比較大。
研究新型的無污染的再生技術(shù)是使再生膠更好的成為循環(huán)經(jīng)濟社會中一員的基本條件。
傳統(tǒng)的油法和水油法目前發(fā)達國家已基本不生產(chǎn)。我國目前用的方法主要是高溫動態(tài)脫硫制技術(shù)，但仍有一定的污染性。
剪切流場反應(yīng)控制技術(shù)：
采用與硫交聯(lián)鍵反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，將其與膠粉在常溫、高速剪切場中混合翻煉，動態(tài)原位反應(yīng)使膠粉形成可流動的再生膠。
☆用桔子皮、大蒜素、榴蓮殼等提取物，可對廢膠交聯(lián)網(wǎng)進行剪切流場反應(yīng)控制再生。
☆印度兩個博士從植物提取物中制備了Delink再生劑，可通過剪切流場反應(yīng)控制技術(shù)剪切流場反應(yīng)控制技術(shù)對廢膠的交聯(lián)網(wǎng)進行定向脫硫再生，也收到了很好的效果。
靶向脫硫再生：
微波再生：
微波脫硫法是一種非化學(xué)、非機械的一步脫硫再生法。它利用微波能的作用使膠粉中的Ｓ－Ｓ和Ｓ－Ｃ鍵斷裂。
微波場：f=2450或915MHz，含極性基團橡膠在高強交頻電磁場作用下隨電磁波的變化而擺動，因分子本身的熱動力和相鄰分子的相互作用，在極性基團和分子之間產(chǎn)生巨大的能量。使膠粉中的弱鍵斷裂。
微波脫硫法最早由美國Norety等人研究，現(xiàn)已在美國投入工業(yè)應(yīng)用，日本專利也有微波脫硫工藝的介紹。
微波對白炭黑補強膠的再生效果優(yōu)于炭黑補強膠。
微波加熱方式對硫化膠性能的影響
微波加熱方式對硫化膠性能的影響
超聲波再生：
１． 阿克隆大學(xué)于1993年發(fā)明超聲波脫硫法。此法是利用高密度能量場來破壞交聯(lián)鍵而保留分子主鏈，從而達到再生的目的。
２． 超聲波場可在多種介質(zhì)中產(chǎn)生高頻伸縮應(yīng)力，高振幅振蕩波能引起固體碎裂和液體空穴化。聲波空
穴化作用引起超聲波的能量集中于分子鍵的局部位置，使較低能量密度的超聲波場在破壞空穴處轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芰棵芏取?/P>
３． 據(jù)報道，Isayev A.Ier.a1.用GRT（廢輪胎膠粉）超聲波再生后，測得其硫化膠的物理機械性能為：拉伸強度約為9MPa，拉斷伸長率為270％。而此性能已高于普通再生膠。
４． Isayev A.I等還對超聲波脫硫的過程進行了數(shù)學(xué)的描述，并建立了一個拓樸學(xué)模型。超聲波脫硫法是對廢橡膠的真正再生，但該法尚未掃除商業(yè)化生產(chǎn)的成本和技術(shù)障礙，商業(yè)化生產(chǎn)還需要一段時間。
直角機頭超聲波脫硫裝置原理圖
同軸機頭超聲波脫硫裝置原理圖
電子束再生：
調(diào)節(jié)電子束能量選擇性地破壞交聯(lián)鍵而保留分子主鏈，使硫化橡膠達到再生的目的。
微生物再生：
微生物再生是近年來新的再生技術(shù)，符合社會可持續(xù)發(fā)展的方向。
Fliermans等人利用某些喜溫性微生物在65℃時處理硫化膠粉，使硫化膠的化學(xué)鍵有選擇性地斷裂，并將硫從膠粉顆粒表面逐漸去除，得到表面交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)疏松的膠粒。
Lions 等人利用硫細菌從廢橡膠中分離元素硫和硫酸，可以利用簡單的方式同時獲得再生膠和硫磺。
Straube將廢橡膠粉放入含有噬硫菌的溶液中在空氣中進行生化反應(yīng)，噬硫細菌使橡膠粒子表面幾個μm厚度的硫鍵斷裂，呈現(xiàn)再生膠性能。此時硫磺從表層游離出來或者經(jīng)反應(yīng)生成硫酸。
Romine等將廢膠粉放置于含有脫硫細菌或由這種細菌所產(chǎn)生的酶中進行反應(yīng)。細菌或者酶將硫化膠中S－S、S－C中的S轉(zhuǎn)化為亞砜或者砜。
Bredbreg等使用氧化亞鐵硫桿菌對冷凍粉碎的輪胎橡膠粉料表面進行處理。
Arenskotter等認為使橡膠降解的幾種常用的微生物為：放線菌、分支桿菌和土壤絲菌等。
近年來我們課題組在國家基金和863項目的資助下，正在研究微生物再生菌劑的培養(yǎng)和脫硫工藝方法，已獲得一些較明顯的成果。
培育了新型的微生物菌劑和氧化亞鐵硫桿菌。
研究了微生物菌劑和氧化亞鐵硫桿菌對膠粉脫硫的工藝及效果，獲得很有意義的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
培養(yǎng)的生物菌：
Ｅ． 廢膠粉碎制備膠粉
將廢橡膠制備成膠粉是近年來新的一種回收方法，經(jīng)冷凍或機械剪切粉碎制備廢膠粉，然后作為高分子材料的代用品使用。
廢膠常溫粉碎：
采用破膠機、開煉機、磨盤式粉碎機可將廢膠粉碎到40～60目左右的細度。價格比較便宜。
廢膠冷凍粉碎：
其一，液氮冷凍粉碎廢膠，可粉碎到200目以上的細度。回收鋼絲簾線。0.5升液氮／kg膠粉。
其二，渦輪冷凍粉碎廢膠，可粉碎到80-100目以上的細度。回收鋼絲簾線。耗電較高。
“八．五”期間國家科技部立項，對廢膠的粉碎技術(shù)和表面活化技術(shù)進行聯(lián)合攻關(guān)。
經(jīng)國內(nèi)多家科研院所的努力已設(shè)計出了常溫機械粉碎機和渦輪制冷粉碎機，并建立了年生產(chǎn)能力近
萬噸的多條膠粉及活化膠粉生產(chǎn)線。
目前，膠粉的生產(chǎn)企業(yè)遍地開花，形成了較大規(guī)模的產(chǎn)量。
各色膠粉：
膠粉的生產(chǎn)和應(yīng)用是廢橡膠回收再利用最有希望的方式之一。
膠粉的生產(chǎn)與應(yīng)用在國外稱為“朝陽”產(chǎn)業(yè)，是廢舊橡膠綜合利用的第二次變革，給廢舊橡膠綜合利用帶來新的生機和活力。
應(yīng)用1： 廢膠粉改性瀝青做鋪路材料北京市路政局2007年3月膠粉瀝青及混合料設(shè)計施工指南》今年起，本市道路大修中將推廣使用膠粉改性瀝青。
在一個3英寸深、兩車道的公路上，每英里能夠使用16000個廢舊輪胎。
歐美等國利用廢膠粉改性瀝青技術(shù)已有20多年的歷史。
美國已有1.1萬公里的高速公路鋪裝了膠粉改性的瀝青材料。
美國在ISTEA（州際道路運輸效能法）第1038(d)頁中規(guī)定，各州在瀝青道路鋪設(shè)工程中要使用回收的廢輪胎。
廢膠粉廢膠粉／瀝青高等級公路材料的性能：
膠粉改性瀝青能顯著的改善瀝青的耐高低溫性能（70℃不流淌，－35℃不脆裂），增大瀝青路面的摩擦系數(shù)、減弱光反射，安全、行車舒適，延長道路的使用壽命。尤其是降低噪音效果顯著，其相當(dāng)于減少30％的交通流量。
我國每年新增高速公路5萬公里，每年需鋪設(shè)瀝青800萬噸。鋪設(shè)瀝青800萬噸。若用10～15％的膠粉改性瀝青，年需求膠粉80～120萬噸，可創(chuàng)造產(chǎn)值400億元。
膠粉／瀝青公路材料的制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化：
膠粉改性瀝青存在的主要問題：
一是將廢棄膠粉加入是將廢棄膠粉加入160～165℃的瀝青中對其進行改性時，體系的粘度突然增加，流動性變差，使得攪拌操作難以進行，提高攪拌溫度，雖可以降低體系粘度，但膠粉和瀝青都產(chǎn)生一定程度的老化，嚴重影響改性瀝青的質(zhì)量；
二是膠粉／瀝青的界面結(jié)合不好，相態(tài)穩(wěn)定性差，在將改性瀝青攪拌均勻，且還沒有與路面石料進行混合時，改性瀝青就產(chǎn)生了沉淀、離析，使得施工質(zhì)量難以控制。
北京化工大學(xué)與北京路新改性瀝青股份有限公司、北京市公路研究設(shè)計院聯(lián)合，創(chuàng)制了一種“低溫高剪切原位改性方法”制備高性能膠粉改性瀝青。
該項研究正在進行之中，可望為我國的膠粉改性瀝青事業(yè)做出重要貢獻。
應(yīng)用2 制備活化膠粉作為橡膠的代用品
美國、日本、俄羅斯等國利用膠粉生產(chǎn)各種橡膠制品，如鞋底、膠板、防水建材、運輸帶、消音板等，也大量摻用于輪胎胎面，可明顯改善胎面膠的性能，同時也降低成本。
我國廢膠粉行業(yè)的進展：
受發(fā)達國家的啟發(fā)，“八五”期間國家科技部立項，對廢膠的粉碎技術(shù)和表面活化技術(shù)進行聯(lián)合攻關(guān)。
經(jīng)國內(nèi)多家科研院所的努力，已設(shè)計出了常溫機械粉碎機，并建立了年生產(chǎn)能力近萬噸的活化膠粉生
產(chǎn)線。
在轎車和載重輪胎胎面膠中摻用15～20％的活化膠粉，收到顯著的社會和經(jīng)濟效益。
“八五”攻關(guān)之后，膠粉的生產(chǎn)企業(yè)遍地開花，形成了一定規(guī)模。
應(yīng)用3 膠粉與塑料共混制備熱塑性彈性體材料
生產(chǎn)高附加值的滲灌管、密封件、阻尼板材、防水卷材等。
廢橡膠粉熱塑性彈性體的制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化
北京化工大學(xué)與北京東方雨虹防水材料有限公司合作，開發(fā)了新一代WRP/WRP/樹脂樹脂TPV低成本防水卷材。
應(yīng)用4 “高溫高壓燒結(jié)成形高溫高壓燒結(jié)成形”制備制硬韌性的橡膠制品
應(yīng)用5 制備橡膠地磚制品
展望
利用利用靶向脫硫技術(shù)生產(chǎn)再生膠、廢橡膠制備膠粉和活化膠粉、裂解回收小分子油品和碳黑等，是與環(huán)境友好的廢膠循環(huán)利用的主要途徑和方法。大量廢輪胎的良性循環(huán)利用必將使我們的社會環(huán)境更美好。
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