废旧橡胶现状及回收利用技术

姜军

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津市，300384）

废旧橡胶现状及回收利用技术

姜军

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津市，300384）

废旧橡胶属固体废弃物，如处理不当会造成经济损失并污染环境，对其进行合理利用尤为重要。本文介绍了废旧橡胶（主要是废旧轮胎）的回收利用方法，概述了废旧橡胶在水泥、沥青、木材等领域的应用，提高废旧橡胶的利用技术。

废旧橡胶，废旧轮胎，回收利用

随着生产力的不断发展，我国已经成为世界废橡胶产生量最大的国家之一，废旧橡胶最主要的就是废旧轮胎，据统计，在全球范围内每年产生近 15亿条废弃轮胎，且速度在不断增长，废旧轮胎的可被用作生产纸张、水泥煅烧、生产钢铁等。现代社会对环境的质量要求越来越高，21世纪，人类进入知识经济、循环经济时代。世界各国正把“发展循环经济”和“建立循环型社会”作为实现可持续发展的重要途径。循环经济是一种建立在物质不断循环利用基础上的经济发展模式，它要求以废旧物资“减量化，无害化，资源化，再使用，再循环”为社会经济活动的行为准则。传统处理废旧橡胶的方法如填埋、焚烧等会造成环境污染，进而影响身体健康，如何合理回收利用废旧橡胶成为关注的问题，对废旧橡胶的合理回收利用也体现了经济可持续发展、充分利用再生能源的理念。

1　废旧橡胶回收利用的处理方法

目前废旧橡胶回收利用的方法有直接利用、胶粉制作再利用、再生胶、燃烧热能利用。

1.1直接利用或翻新

直接利用可将废轮胎捆成多层胎礁或与石料混合，投入入场中，作为人工鱼礁［1，2］，改善水质，是海洋生物的理想场所，此外，废旧轮胎作为优良的缓冲材料，可将其固定在码头、船只、车辆、赛车道等设施周围，充分利用。

对胎体较好的废旧轮胎进行翻新利用，特点是节约成本、有效利用，翻修轮胎的寿命最多可达新胎的九成，且在特定条件下可多次翻修。

目前世界上最先进的技术叫冷翻法，即把已经硫化成型的胎面胶粘合到经过打磨处理的胎体上，装上充气内胎和包封套，送入硫化罐，在较低温度和压力下硫化［3］，冷翻法主要有两种技术路线［4］，一种是以美国 BANDAG公司为代表的条形硫化翻胎技术，另一种是以意大利MARANGONI公司为代表的环形翻胎技术，二者主要区别在于后者取消了装内胆和上钢圈，缩短了硫化时间，这是高效利用的办法，因为轮胎可多次翻新，经过多次翻新后的轮胎总寿命可达新胎的 1～2倍，而使用原材料是新胎的15%～30%。

1.2胶粉制作再利用

利用机械将废旧橡胶加工成胶粉再利用是废旧橡胶回收利用最主要的途径，同时也可以缓解橡胶资源短缺的局面，胶粉仍保持其弹性体的固有属性。来自于废旧轮胎的胶粉可直接作为生产轮胎或其他橡胶制品（如制鞋、传送带、管材、油漆等）的原材料。现阶段主流有以下几种方法：常温粉碎法、低温粉碎法、湿法或溶液法。常温粉碎是利用滚筒或其他设备的剪切作用在常温下对废旧橡胶进行粉碎，其生产工序主要为粗随与细碎：首先将大块废旧橡胶破碎成胶块，然后用粗碎机将胶块再粉碎成胶粒，将胶粒送入金属分离机和风选机中分离出金属杂质，除去废纤维，最后用细碎机将上述胶粒进一步磨碎后，经筛选分级最后得到粒径不同的胶粉。低温粉碎是在低温作用下是废旧橡胶脆化，然后再通过机械粉碎完成的方法，其基本原理是利用冷冻室的橡胶分子链段失去运动能力而脆化，易于粉碎，用这种方法制得胶粉粒径可比常温粉碎法更小。湿法或溶液法是我国自行开发的胶粉生产新工艺，这种方法是通过溶剂对磨成一定粒度的胶粉进行溶胀，再进行粉碎而制成超细胶粉。一般来说，常温粉碎法生产的胶粉粒度在50目以下，低温粉碎法生产的胶粉粒度为50～200目，而湿法或溶液法生产的胶粉粒度在 200目以上。

还有助磨剂法 D蒂雷利等［5］粉碎硫化橡胶的方法是将5～20℃的水作为冷却液，加入到粉碎设备中，加入不超过硫化胶质量的10%，再加入硫化胶质量0.5%～10%的研磨助剂，研磨助剂选用硅酸盐或碳酸盐以及混合物，提高了粉碎效率和产量。此外，近年来世界各国有研发了一些废旧橡胶制作胶粉新工艺，如俄罗斯罗伊工艺实验室利用臭氧处理回收废旧轮胎，Ivanov等利用固相剪切挤出法回收处理废旧橡胶，通过剪切力使废橡胶破碎再与其他材料混合，Shahidi等又对此法改进，通过解决剪切过程中的生热问题使生产效率得到很大提高，还有高压爆破法和定向爆破法等［6］。

1.3再生胶

将废弃的橡胶制品作为原料，经过脱硫加工成能重新使用的橡胶称为再生橡胶，简称再生胶。再生工艺分为物理再生化学再生两大类别。物理再生法主要有微波脱硫、超声波脱硫、电子束辐射脱硫、远红外线脱硫、剪切流动场反应控制技术、微生物再生、超临界 CO2流体脱硫再生等。化学再生常用的方法为油法、水油法和动态脱硫法，因其通常使用大量的化学药品，会对环境造污染。目前化学再生法有瑞典的 TCR 再生法、De. Link 橡胶再生工艺、RV 橡胶再生等。

再生胶最大的优点是价格仅为生胶的1/3～1/4，但是它也存在非常严重的问题，例如二次污染严重、生产效率低、需要的能耗高，尤其是污染，与现代世界提倡绿色环保是背道而驰，同时随着合成橡胶，尤其是低成本的充油丁苯橡胶通过低成本的优势占据了大部分的再生胶市场，更大的冲击来自于技术手段的进步使得生产不同目数、不同规格以及用途的胶粉便捷轻松，而胶粉具备更广阔的潜在使用领域以及更高的经济价值。所以在上世纪八十年代以后再生胶不断走下坡路，目前发达国家已经停止了通用型再生胶的生产，在英国，再生胶已经被全面禁止，德国的再生胶生产也已经到了可忽略不计的比例。

1.4燃烧热能利用

废橡胶加热后产生热解气、热解油及碳质。废旧轮胎是热值高，其燃烧热约为30～35MJ/kg。但如果将废旧轮胎作为燃料，采用直接燃烧的方式，将会引起环境污染，与经济社会发展要求不符。目前废旧轮胎的燃烧利用主要用于焙烧水泥、火力发电以及参与制成固体垃圾燃料（RDF）。其中，焙烧水泥是对废旧轮胎利用率较高的回收方式：在水泥焙烧过程中，废旧轮胎中的钢丝变成氧化铁，氧化铁为水泥原料的主要组成部分，硫黄变成石膏，石膏是生产水泥过程中在得到水泥熟料以后掺入的材料，掺入石膏对目的是调整水泥的凝结时间。经这样的处理，水泥质量不会受到影响，同时不污染环境。

在美国，热能利用为主要的利用方式，约占废旧轮胎产量的一半左右。

2　废旧橡胶的合理应用

2.1在水泥中的应用

在过去的 20多年时间里，虽然国内外学者对废旧橡胶改性水泥基材料的各项性能以及潜在的工程应用进行了大量的研究。然而，其结论却不尽相同，原因在于不同学者采用的橡胶颗粒的参数不同。可见废旧橡胶的参数对水泥基材料的影响很大，如对新拌混凝土的流动性的影响取决于胶粒大小，掺量等。

大体积混凝土施工时尤其要考虑混凝土开裂的问题，在材料选择上要求尽量选择水化热低的水泥，因水泥是热的不良导体，随着水泥水化作用的不断进行，当工程内部产生的水化热积聚过多时，会引起温度应力造成大体积混凝土工程开裂，橡胶改性混凝土抗裂性能具有明显的效果。

废旧橡胶粉应用到水泥中还有很多好处，如水泥的抗冻性能，水泥基材料的疲劳性能，抗氯离子渗透性能，水泥基材料的疲劳性能，水泥基材料的阻尼性能，水泥基材料的降噪隔热性能等都得以提高［7］。

2.2在沥青中的应用

沥青的用途很广泛，可用于铺路的沥青混凝土，防水材料等。橡胶改性沥青是通过一定的工艺将废旧橡胶粉按比例地加入沥青中得到的一种改性沥青混合料。

重庆交通大学的聂浩［8］研究了橡胶改性沥青混合料的性能。介绍了橡胶沥青混合料的主要原料组成、橡胶改性沥青研制与机理、橡胶改性沥青混合料性能评价。通过室内试验，对橡胶改性沥青混合料进行了车辙试验、低温弯曲试验和残留稳定度试验，并与基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料进行对比，检验橡胶改性沥青混合料的高、低温稳定性能以及抗水损害性。研究表明，橡胶粉具有良好的复合改性作用，能够很好地改善沥青混合料的低温抗裂性能和抗水损害性能力，有效延长沥青路面的使用寿命。

太原科技大学的葛泽峰等［9］对废旧轮胎橡胶改性沥青进行了报道，文中介绍了废旧轮胎的组成及胶粉裂解产物、橡胶沥青的含义及原理、轮胎种类对改性沥青性能的影响、橡胶沥青的改性机理以及影响橡胶沥青性能的各种因素。废旧轮胎的主要成分为橡胶与炭黑，这两种成分在改性过程中起主要作用；不同类型废旧轮胎对改性沥青的影响主要在于轮胎中橡胶含量不同；橡胶改性机理以物理溶胀填充为主、化学共混为辅，重点讨论了胶粉粒径、胶粉添加比例、搅拌条件等对橡胶沥青性能的影响。

福建师范大学的许兢［10］等对废胶粉改性沥青进行了报道，文中介绍了废胶粉改性沥青的物理共混机理及化学共混机理、影响胶粉改性沥青性能的因素：沥青组分、胶粉种类、粒径和用量、加工条件、废胶粉改性沥青的储存稳定性。

2.3与木材复合共用

木材－橡胶复合材料是近年来才被提出来的一类功能复合材料，综合体现了人工林的高效利用、废旧轮胎的无污染循环利用和提高林产品附加值等方面的价值，具有良好的防水、防腐、防蛀、防静电、隔音吸音、阻尼减震、隔热保温等性能，可以用作室内装修装饰材料、隔音吸音材料、阻尼减震材料、隔热保温材料。孙伟圣［11］等从木材与橡胶复合材料的结构设计等方面进行研究，力学性能和静音效果都有综合性的提高。T.G.Vladkova等［12］将松木粉作为填充剂，分别添加到天然橡胶和丁腈橡胶中，研究了添加松木粉后两种橡胶的硫化特性和机械性能。在研究添加松木粉对天然橡胶性能影响时发现，未经任何预处理的松木粉不会延迟天然橡胶的硫化，硫化机械性能受松木粉添加量的影响非常显著；对松木粉进行电晕处理可以提高其对天然橡胶的增强作用，并使得其它机械性能得到一定提高。在氨气环境中对松木粉进行电晕预处理比在空气中效果更为显著。

总的来说，国内外对木材-橡胶复合材料的报道相对较少，市场前景巨大，如能广泛应用，对废旧橡胶回收利用又是一大促进。

结 语

我国目前已经是世界上最大的橡胶消费国，也是世界上最大的废橡胶产生国，废旧轮胎越来越多，且我国生胶又依赖进口，这就需要我们更加认识到充分利用废旧橡胶，对其回收利用的重要性，本文介

1 Azevedo F B B，Carloni G G，Carvalheira L V.Conlonization of benthic organisms on different artificial substratum in Ilha Grande bay，Rio de Janeiro，Brazil［J］.Brazilian Archives Biology Techn，2006，49（2）：263

2 Brown C J.Epifaunal colonization of the Loch Linnhe artificial reef：Influence of substratum on epifaunal assemblage structure［J］.Biofouling，2005，21（2）：73

3 所同川，李忠明.废旧橡胶回收利用新技术［J］.江苏化工 2014，12，32（6）：1

4 彭永利，郭伟，吴兆勇.轮胎翻新技术发展概况［J］.国外建材科技，2002，23（3）：86

5 D.蒂雷利，M.加尔布塞尔，F.佩鲁佐蒂，等.硫化橡胶材料的粉碎方法［P］.中国：CN 1720124，2006，1

6姜敏等.废旧橡胶回收与利用的研究进展［J］.合成橡胶工业，2013，5，36（3）：239～243

7马海峰，袁江，韩云阁，张亚梅.废旧橡胶改性水泥基材料的研究进展［J］.混凝土语水泥制品，2012，3，3绍的对废旧橡胶的回收及利用是非常具有市场使用价值的，因此，从长远发展来看，废旧橡胶回收利用可有效利用现有资源，节约成本，改善环境，对经济社会发展具有重要意义。

8聂浩.橡胶改性沥青混合料性能研究［J］.国防交通工程与技术，2014，（3）：37-40.

9葛泽峰，薛永兵，苏深.废旧轮胎橡胶改性沥青的研究进展［J］.公路与汽运，2014，164（5）：79-83. 10许兢，应祎，钱庆荣. 废胶粉改性沥青研究与应用现状［J］. 再生资源与循环经济，2014，7（6）：41-44.董诚春.废橡胶资源综合利用［M］.北京：化学工业出版社，2003

11孙伟圣.木材-橡胶复合材料及其在静音地板中的应用研究［D］.北京，中国林业科学研究院，2009

12 T.G.Vladkova， P.D.Dineff，D.N.Gospodinova.Wood flour：a new filler for the rubber processing industry. Ⅲ .Cure characteristics and mechanical properties of nitrile butadiene rubber compounds filled by wood flour in the presence of phenol formaldehyde resin［J］.Journal of Applied Polymer Science，2004，92：95-101

Waste rubber is a solid waste， if it is not handled properly will cause economic losses and pollution of the environment，it is very important to make rational use of them. This paper introduces the method of recycling waste rubber （mainly used in waste tire）， and summarizes the application of waste rubber in the field of cement， asphalt， wood and so on.

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姜军，男，（1982～）辽宁工程技术大学材料学硕士。现就职天津市橡胶工业研究所有限公司，研发工程师。