Как в обиходе человечества появилась резина, а затем и шины, без которых, как известно, сегодня далеко не уедешь? Откуда взялось столько работы поколениям армии переработчиков шин?
Резина, эластомеры, это прежде всего, каучук. Появлению резины, в том виде, в каком её знают сегодня все, человечество обязано наблюдательным и трудолюбивым коренным жителям Южиной Америки. Ещё задолго до колонизации американских материков они обратили внимание на удивительные свойства млечного сока дерева гевей растущих на берегах Амазонки. Сочившийся из повреждений в коре сок (позже этот сок назовут «латексом»), при высыхании и незначительном нагреве, превращался в упругую, водоотталкивающую, смоловидную массу. Такую смолу, сделанную из латекса, назвали каучук (от слов "каа" – "дерево" + "учу" – "течь, плакать").
Мячик, сделанный из этой массы, после незначительной механической деформации всегда возвращался к своей начальной форме и отскакивал, при ударе далеко от препятствия. Такие мячи использовались в религиозных обрядах, т.к. из-за своих удивительных свойств, считались священными предметами. В других племенах находили более практичное применение необычных свойств каучука и, кроме мячей, делали из него подобие непромокаемой ткани, фляги, обувь, даже детские игрушки. С его помощью шпаклевали каноэ, использовали, как топливо в факелах. А мячами они играли в разные игры наподобие сегодняшних командных.
Историки утверждают, что именно, наблюдая за игрой аборигенов с мячом на островах Гаити во время одного из своих плаваний в 1493 г., Христофор Колумб заинтересовался необычным мячом, и прихватил с собой в Европу кусок каучука. Впрочем, Европа вовсе не впечатлилась тогда этой диковиной, о чём можно судить по отсутствию реальных подтверждений обратному вплоть до середины XVIII века.
В 1751 г. посланник Франции Шарль де Кондамин отравил в парижскую академию образец каучука. Наверное, тогда, французские академики и придумали слово «Caoutchouc». Как бы там не было на самом деле, а каучук попал в Европу, и началось развитие резиновой отрасли.
Кстати, слово «резина» произошло от лат. «rezina» - смола.
В 1770 г. некто Е. Нерн успешно заменил хлебный мякиш на ластик (стирательную резинку). Ещё через пол века в 1820 г. французы научились делать из ткани с каучуком подтяжки-подвязки. В Вене в 1821 г. заработала первая фабрика изделий из каучука. Англичанин Чарльз Макинтош в 1823 г. разработал трёхслойную водонепроницаемую ткань (внутренний слой - каучук), из которой потом шились знаменитые плащи – макинтоши.
Предпринимались попытки применить каучук везде, где были нужны гидро-защитные свойства материала. Первые попытки изготовить, что-то типа галош, обуви, шляп, кровельных материалов, успехов не принесли. Изделия получались недолговечными, каучук быстро трескался при минусовой температуре и разжижался летом, зловонил, отслаивался от осно́вного материала. Тем не менее, попытки продолжались, что стремительно увеличивало европейский спрос на экзотическую новинку.
Экспортёром-монополистом каучука того периода второй половины ХIX века являлась Бразилия. Это был пора её расцвета, обогащения и процветания. Основой процветания служил местный закон, под страхом смертной казни, категорически запрещавший вывоз из страны семян гевеи.
Дальше начинается история, в которой просвещённый Старый Свет, предстаёт в весьма непривлекательном свете.
Могучая Британия заболевает желанием переклевать бразильское счастье и любой ценой начать производство каучука в своих обширных колониях с близкими к бразильским климатическими условиями. Так, в 1876 г. некто Генри Викхэм, британский шпион с риском для жизни, тайно на корабле вывозит в Англию несколько десятков тысяч семян бразильской гевеи и доставляет их в Англию. В лондонском ботаническом саду из них успешно выращивают саженцы, и затем рассылают в Индию, Индонезию, Сингапур.1880 год можно считать годом начала массового производства каучука на плантациях британских колоний. Итак, Европа обеспечила значительную часть своих потребностей в каучуке, снизив монополию Бразилии, и нарастив собственную.
США, как раз входящие тогда в эпоху индустриализации, пытаются не отставать, и создают свои плантации каучука в Африке, начинают скупать плантации в Бразилии. Бурный рост спроса на каучук в Европе и США привёл к возникновению мощных каучуковых компаний, появлению на их плантациях сборщиков - рабов индейцев и завезённых африканцев, уничтожению, вырубке лесов, изгнанию с обжитых земель целых поселений, племён коренных жителей.
Причиной порождения взрывного спроса на каучук стало открытие возможности его вулканизации, которая, как раз и устраняла все проблемы применения сырого каучука, и более того, позволяла получать новые эластичные в широком диапазоне температур материалы, так же и с другими, востребованными в промышленности свойствами.
Первооткрывателем метода вулканизации каучука принято считать Чарльза Гудиера, городского чудака из Белфаста, который по известной версии, годами экспериментировал с каучуком, смешивал его со всем-чем, от соли до супа, в попытках улучшить его свойства, чем довёл себя до полной нищеты. Считается, что однажды Чарльз случайно обронил на горячую плиту смесь каучука с серой. После чего, тот приобрёл новые свойства, главное из которых, эластичность и прочность. Случилось это в 1839 г., а уже в 1844 г. он запатентовал вулканизированный каучук в виде листового материала - резины. Далее первооткрыватель научается вести процесс до получения желаемого качества резины, меняя процент добавки серы и температурные параметры процесса.
Во всех развитых странах начали появляться производства новой резиновой отрасли. Первое резиновое производство в России (Санкт-Петербург) было запущено в 1860 году.
«Вулканизацию» назвали так, по имени бога Вулкана, покровителя и хранителя очистительного огня в древнеримской мифологии, главными атрибутами которого были жар и сера. Эти же атрибуты сопутствуют в процессе преобразования каучука в резину.
Освоив и развивая процесс вулканизации, человечество пошло по пути массового производства резины и изделий из неё. Самым значимым из них, стали автомобильные шины, которые начали активно замещать металлические и деревянные колёса транспортных средств того времени. Изобретателем первой пневматической шины стал Джон Бонд Данлоп… ветеринарный врач, земляк Чарльза Гудиера из Белфаста. Оба, как известно, потом явились основателями компаний Goodyear (США), Dunlop (Англия), выросших до масштабов мировых гигантов шинной промышленности, действующих и в наше время.
Тогда же зазвучали на весь мир имена братьев Мишлен (Michelin). Сегодня, их детища, могучие шинные концерны, с вековой историей. Кроме упомянутых выше, появились новые громкие бренды «шинников», такие как, Cooper, Pirelli, Bridgestone, Yokohama, Nokian, Hankook, Kumho, Toyo, Gislaved, Firestone.
Резина получила широчайшее распространение в мировой индустрии. Не было ни одной отрасли производства, где бы широко не применялись резино-технические изделия (РТИ). Потребность человечества в натуральном каучуке постоянно росла, технология производства РТИ совершенствовалась. Как всегда в таких случаях, ажиотажный спрос породил необходимость поиска его заменителей.
Технологическая монополия натурального каучука закончилась в 1917 г. когда немецкий учёный, Фриц Гофманн, разработал первый искусственный каучук из каменного угля, а в Леверкузене немецкий концерн Байер приступил к промышленному его производству. В СССР синтетический каучук в промышленном производстве был впервые получен С. В. Лебедевым в 1931 году. А, уже в последующие четыре года были построены и введены в действие четыре завода по производству синтетических каучуков.
Дальше «шинники», только тем и занимались, что делали всё возможное, чтобы добиться высокого качества своей продукции, добавляя в них метал, текстиль, всевозможные химикаты, совершенствуя свои технологии, тем самым, обеспечивая работой и проблемами, целую армию переработчиков шин, отслуживших свой срок. От них не отстают автомобилестроители, и многие прочие, выпускающие всё больше изделий, в составе которых используется резина самых разных видов.
Около 60% всего каучука в мире используется в автомобильной промышленности, в основном, для производства автомобильных покрышек. Натуральный и синтетический каучуки являются основой производства покрышек для военной, строительной, карьерной, специальной и тракторной техники, огромного спектра резино-технических изделий, необходимых во всех, без исключения, отраслях производства Известно, что для получения одной тонны натурального каучука необходимо собирать его с 250 каучуковых деревьев в течение года! Для производства 1 т синтетического каучука требуется значительное количество нефти. Его производство сопровождается большим выбросом в атмосферу СО2 и высоким расходом пресной воды.
В результате, человечество столкнулось с проблемой появления и накопления огромного количества разнообразных отходов РТИ. Развитие авто,-тракторо,-авиа-строения, использующих в основном резину в виде самых разнообразных шин, от мелких до размером с двух этажных дом, с относительно коротким сроком службы резко усилило проблему накопления таких отходов. Объёмы, вышедших из употребления шин в мире, составляют по разным подсчётам > 10 млн. тонн ежегодно. И если средний уровень их переработки в ЕС лежит в пределах 80÷85 %, то в среднем по миру, в оптимистичной оценке, он составляет, только 20÷25 %. В РФ, при поступлении на полигоны порядка 1,4 млн. тонн шин, - перерабатывается 10÷15%. Учтённые накопления изношенных шин в мире с большой долей погрешности из разных источников колеблются в диапазоне 120 ÷ 200 млн. тонн.
Отслужившие свой ресурс автомобильные и прочие шины наносят окружающей среде непоправимый вред, так как они могут загрязнять грунтовые воды, создавать жизненную среду для размножения насекомых, разносящих инфекции, легко воспламеняемы и трудно поддаются тушению. Широкое распространение получают технологии по утилизации ОРТИ и восстановлению (ретрейдингу) шин.
При создании новых шин и РТИ, делается всё, для того, чтобы они были прочными и химостойкими. Чем лучше достижения в этих усилиях, тем сложней и затратней технологии по утилизации этих изделий.
Известные технологии рециклинга утильных шин основаны на всевозможных видах деструкции состава матералов, из которых они изготовлены:
Все эти технологии построены по одному принципу: ОРТИ подвергаются различным видам разрушения, в результате получают новые продукты – газ, жидкое топливо, тех. углерод, резиновую мультиразмерную крошку, металл, затем применяемые в новом качестве по новому назначению. Резиновая крошка и тех. углерод в незначительных количествах возвращаются в виде добавок в новые резиновые смеси, которые используются затем, при изготовлении малоответственных РТИ.
Применение новых продуктов, полученных в результате традиционных методов утилизации, весьма ограничено в силу невысоких качеств таких продуктов. Этим фактором объясняется несоответствие объёмов производства мировой индустрии утилизации с темпами прироста объёмов накопления отходов РТИ, рост которых резко опережает утилизационные способности мирового сообщества.
Изменить эту тупиковую ситуацию, на наш взгляд, возможно, только, путём широкого распространения производства девулканизированной резины из утильных шин, способной существенно заместить каучук и другие компоненты в новых смесях, для изготовления новых ответственных РТИ.
Преобладающий традиционный метод возвращения вулканизированной утильной резины в новый резинооборот, - метод автоклавной девулканизации, в которой получают регенерат, применяемый в небольших количествах, при изготовлении новых РТИ. Такие регенераты резины, до сих пор доминируют на мировом рынке вторичных материалов, возвращаемых в состав новых резиновых смесей. Они пластичны и хорошо смешиваются с другими ингредиентами резиновой смеси. Тем не менее, технология автоклавирования ведёт к разрушению полимерной молекулы резины, что обусловлено влиянием химических агентов, которые при высоких температурах и давлении приводят не только к разрыву серных цепочек между молекулами, обуславливающих вулканизационные свойства материала, но и к разрушению углеродных связей в основной полимерной цепочке молекулы. Так же, к образованию значительного количества золь, гель-фракций, что в свою очередь, резко снижает качество на выходе продукта, ограничивает его применение.
В силу всего вышесказанного, становится очевидной высокая потребность в новых эффективных технологиях девулканизации ОРТИ. Получают распространение технологии термохимической и экструзивной девулканизации. Постоянно ведутся поиски новых рентабельных технологий холодной девулканизации отходов резины.
Мы считаем, что возвращение утильной резины в новый резино-оборот с помощью технологии, именно "холодной" девулканизации крошки утильных шин, является самой перспективной в мировом рециклинге отходов резины.
Эта технология может стать качественным прорывом в защите окружающей среды, дать высокий экономический эффект от рециклинга ОРТИ. Наша компания имеет положительный практический опыт промышленного внедрения данной технологии. Подробнее об этой технологии можно узнать здесь Точка зрения руководителя компании о ситуации в отрасли рециклинга ОРТИ и перспективах технологии холодной девулканизации в России изложена в письме-обращении к Президенту и Правительству РФ. С материалами можно ознакомиться по ссылке на видео ниже , и в статье, опубликованной в журнале « Изобретатель и рационализатор» №5 за 2018 г. (см. ниже).
