Петренко Т.В., Новічков Ю.О., Позднякова О.І., Мосякіна І.О.

Донбаська національна академія будівництва і архітектури

Актуальні проблеми гумовотехнічних відходів

в Україні

Одним з найбільш розповсюджених матеріалів в процесі виробництва є гума. Гумові відходи утворюються в промисловій сфері – в процесах виготовлення гумовотехнічних виробів, товарів народного споживання, в шинній промисловості та у сфері споживання, де основний внесок належить відпрацьованим автомобільним шинам.

Пневматичні покришки на основі гуми з металевим та текстильним кордом мають обмежений (до 3-5 років) термін експлуатації. Країни з інтенсивною автомобілізацією зіштовхнулися з проблемою нагромадження вичерпавших свій робочий ресурс автомобільних шин. В США щорічно кількість зношених шин складає 16000-18000 тис. т, причому вже накопичено біля 2 млрд. старих шин. В Англії вихід зношених шин складає 400 тис. т, у Японії – 600 - 750 тис. т., в Німеччині – 460 - 510 тис. т, в Італії – біля 250 тис. т. В країнах СНД накопилося 50 млн. зношених шин і щорічно утворюється більш ніж 25000 - 30000 тис. т. Рівень переробки та використання амортизованих шин за кордоном коливається в дуже широких межах: від 87% в Японії до 20 - 30% в США і більшості країн Західної Європи, а в Німеччині він досягає 50%.

Зношені шини утворюються і нагромаджуються у великих та дрібних автогосподарствах, підприємствах шиномонтажу та автосервісу, а також у приватному секторі. В більшості індустріальних країн є програми та методи, що спрямовані на підтримку збору та переробки відпрацьованих автопокришок. Деякі позитивні зміни в цьому напрямку намітилися і в нашій країні.

Автомобільна шина – це складна багатокомпонентна структура, для виготовлення якої було використано серію сировинних матеріалів різного профілю, тому під час вибору та розробки технології її утилізації треба обов’язково враховувати цей чинник.

Незважаючи на те, що автомобільні шини складаються з багатьох сировинних компонентів, основним з них все ж таки є шинна гума – цінна вуглеводнева сировина, тому знання її стандартних технічних і екологічних показників може послужити основою для вибору шляхів утилізації. Дослідження були проведені на базі протектору шин, виготовлених на основі каучука СКІ-3М з поліамідним кордом, який відокремлювався від бортових кілець, що містять значну кількість металу, і подрібнювався до крихти. Оскільки шинна гума – це горюча субстанція, з метою оцінки можливостей використання її у вигляді твердого палива досліджували теплоту спалювання, хімічний склад золи і газів, що при цьому утворюються. Проведені дослідження тільки підтверджують численні дані про теплоту згоряння шинної гуми різного складу – вона дорівнює 32,0 - 33,3 МДж/кг, що практично співпадає з кращими ґатунками кам’яного вугілля. Технічний аналіз гумової крихти з автопокришок включає визначення в ній вологості (W), зольності (А), виходу легких речовин (V), виходу і характеру твердого нелетучого залишку, а також загального вмісту сполук, що містять сірку, у перерахунку на сірку (S_t). Вихід легких речовин є найважливішим структурним показником, тому що кількість летючих речовин, що утворюються при даній температурі, характеризує кількість термічно нестійких атомних груп у макромолекулах матеріалу. Результати технічного аналізу гумової крихти наведені в табл. 1.1. Для порівняння поряд наведені аналогічні показники для кам’яного вугілля.

Таблиця 1.1– Результати технічного аналізу гумової крихти

Показники, %	Гумова крихта	Вугільний концентрат марки «Т»
Волога	1,2	5,6
Зольність	9,3	19,4
Вихід летючих речовин (на горючу масу)	74,0	48,0

Отже, за визначеними показниками гумова крихта має значно меншу зольність та вологість, ніж вугілля, проте вихід легких речовин значно більший, що свідчить про низьку термічну стійкість гуми.

Досить корисну інформацію про будь-яку органічну субстанцію дає елементний аналіз, завдяки якому можна орієнтовно прогнозувати її поведінку в тих чи інших умовах. Дані елементного аналізу гумової крихти наведені в табл. 1.2 поряд із аналогічними даними для кам’яного вугілля.

Таблиця 1.2– Дані елементного аналізу гумової крихти

Хімічний елемент	Гумова крихта, %	Вугілля марки Т, %
Вуглець, С^daf	84,9	80,0-85,0
Водень, Н^daf	8,5	5,0
Азот, N^daf	1,4	1,5-1,6
Кисень, О^daf	1,5	6,0-8,0
Сірка, St^d	1,2	1,5-3,0

З наведених даних можна зробити висновок, що за елементним складом гумова крихта наближається до кам’яного вугілля, за виключенням трохи більшого вмісту водню та меншого – кисню. Це легко пояснюється особливістю структури субстратів – макромолекули каучука, що утворюються під час полімеризації відповідних мономерів – типових вуглеводнів, зовсім не вміщують хімічно зв’язаного кисню, який в кам’яному вугіллі входить до складу гумінових структур. Вміст сірки в гумі теж трохи менший, ніж у вугіллі, що є позитивною ознакою, оскільки цей елемент є лімітуючим чинником при визначенні якості вуглецевих матеріалів. Слід відзначити, що, як показує експеримент, в складі гуми частка меркаптанової сірки – джерела вивільнення у повітря токсичного сірководню та меркаптанів – складає всього лише 0,01% від загального вмісту сірки, тоді як у вугіллі цей показник наближається до 0,05%.

Отже, за даними загального технічного аналізу гумова крихта за своїми характеристиками наближається до такого горючого субстрату, як кам’яне вугілля, що дає змогу прогнозувати її можливе використання в якості альтернативного виду твердого палива.