MTA-BME Kutatócsoport






Őrölt gumihulladék értéknövelt újrahasznosítása mikrohullámú devulkanizációt követően gumi és termoplasztikus elasztomer keverékekben

Pályázati azonosító:
OTKA K115949
Támogató:
Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH)
Futamidő:
2015. szeptember 1. - 2019. január 31.
Témavezető (BME):
Dr. Bárány Tamás
Résztvevő kutatók (BME):
Prof. Dr. h.c. mult. Karger-Kocsis József
Dr. Mészáros László
Dr. Morlin Bálint Dénes
Dr. Tamás-Bényei Péter
Simon Dániel Ábel
Pirityi Dávid Zoltán

Pályázat összefoglalója

Az elhasznált gumi termékek (pl. abroncs, szállítószalag, gyártási hulladék) újrahasznosítása komoly kihívást jelent és igencsak aktuális napjainkban. Gazdasági és ökológiai szempontok, amelyeket a törvényhozás is lassan követ, arra utalnak, hogy az elhasznált gumi termékeket őrlet formájában célszerű újrahasznosítani magas nyersanyag- és a gyártáshoz befektetett energiamennyiség megőrzése végett. A gumiőrlet, granulátum (crumb rubber, CR) ma már kereskedelmi termék. A CR vulkanizálható kaucsukkeverékbe vagy hőre lágyuló polimerekbe való bevitele azonban a mechanikai tulajdonságok romlásával jár. A romlás mértéke annál nagyobb minél nagyobb a CR átlagos szemcsemérete és adott rendszerbeli mennyisége. A technika jelenlegi állása szerint legcélszerűbb az a stratégia, amely a CR felületi molekuláinak mozgékonyságát növeli. Az ilyen molekulák a mátrixéival hurkolódásra képesek, s ez jelentősen megnöveli a CR szemcsék és a mátrix közötti adhéziót. Ennek következtében nincs szükség igencsak költséges tapadásközvetítő polimerek alkalmazására. Kutatási stratégiánk az, hogy a CR térhálójának C-S és S-S kötéseit megbontva lánchurkolódásra képes molekulák jöjjenek létre, amelyet mikrohullámú térben való devulkanizációval kívánjuk elérni. A projekt célja kettős: i) kaucsukkeverékekben alkalmazható CR mennyiségének növelése a tulajdonságok romlása nélkül, és ii) olyan CR-tartalmú hőre lágyuló elasztomerek kifejlesztése, amelyek tulajdonság-együttes/költség tekintetében a jelenleg piacon lévőkkel versenyképesek lehetnek.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2015. szeptember 1. - 2016. augusztus 31.
A kutatási prokjetet két vonalon indítottuk el: ismert (általunk előállított) és nem ismert receptúrájú gumiőrlemények mikrohullámú devulkanizációjának vizsgálata és termoplasztikus dinamikus vulkanizátumok fejlesztése mikrohullámmal devulkanizált gumiőrlemények társításával. Mikrohullámú devulkanizációs kutatásunkban előkísérleteket hajtottunk végre különböző gyártóktól származó, valamint eltérő technológiával készülő gumiipari őrleményen, megvizsgálandó a mikrohullámú devulkanizációval történő újrahasznosíthatóságot. A mikrohullámú kezelés után a devulkanizáció sikerességét Soxhlet extrakcióval minősítettük. Megvizsgáltuk a devulkanizált minták újrahasznosíthatóságát különböző mennyiségben (15…60 phr) gumikeverékekbe adagolva. A gumikeverékek vizsgálata szerint a devulkanizált újrahasznosított gumi hozzáadása csekély mértékben csökkentette a statikus mechanikai jellemzőket, azonban jelentősen, 38%-kal javította a továbbszakító szilárdságot. A kutatási projektünk másik irányában célunk az, hogy a dinamikus vulkanizációval előállított termoplasztikus elasztomert (TDV) fejlesszünk ki, amelyben az elasztomer fázis minél nagyobb arányban kiváltható mikrohullámmal devulkanizált gumiőrleménnyel, ezáltal megvalósítva az értéknövelt újrahasznosítást. A kutatás első lépéseként célunk olyan TDV kifejlesztése, ahol a polipropilénhez olyan általunk előállított, sztirol butadién és természetes kaucsuk (SBR/NR) alapú kaucsukkeveréket társítunk, amelynek receptúrája a gumiabroncsokéhoz hasonló, de jelentősen leegyszerűsített. A TDV előállításához egyirányban forgó ikercsigás extrudert alkalmaztunk, az előállított granulátumokból föccsöntéssel állítottunk elő próbatesteket. A próbatesteken végzett mechanikai és morfológiai vizsgálatokból megállapítható, hogy a feldolgozás során megvalósult a fázis inverzió folyamata, az elasztomer tartományok felszakadtak, és mikron nagyságú szemcsék formájában eloszlottak a PP-ben.

2. munkaszakasz
2016. szeptember 1. - 2017. augusztus 31.
In the 2nd year of the project we continued the research in three directions: i) microwave devulcanization of ground tyre rubber (GTR); ii) development of thermoplastic dynamic vulcanization (TDV) and iii) utilization of ultrafine GTR powder in a thermoplastic polymer. i) Microwave devulcanization of GTR In the 2nd year we focused on GTR made from worn truck tires by a relatively new method, water jet milling. The particle size of rubber particles was between 75…2000 µm (mean particle size is about 450 µm), which was determined with an electromagnetic sieve shaker. Before microwave treatment, GTR samples were tested by thermogravimetric analysis (TGA) to determine the decomposition process. According to the results of TGA measurements, the decomposition temperature is about 350 °C. Rubber samples (50 g weight) were treated in a laboratory microwave oven (1000 W; temperature controlled; heating rate can be varied) in an oxidative as well as an inert atmosphere (N2, 15 l/minute volume rate) at different temperatures (150, 170, 190, 200, 210, 230, 250 °C) and for different holding times (1, 3, 5 minutes). The inert atmosphere was also used to prevent the ignition of GTR, which occurred at elevated temperatures, for longer holding times and with a higher heating rate (˃6 °C/min) in an oxidative atmosphere. During the treatment, rubber particles were mixed continuously with a mechanical stirrer. The efficiency of microwave devulcanization was investigated with Soxhlet extraction in acetone solvent. On the basis of Soxhlet results, the most effective treatment was at 230 °C in an oxidative atmosphere for the shortest holding time (more than 20% sol content of GTR – containing carbon black, curatives, etc.). Microwave treatment in nitrogen resulted in no significant change in sol content, compared to the reference value, so we pointed out that an oxidative medium is a must for devulcanization. In the next step, we tested the applicability of the devulcanized GTR (dGTR) i

3. munkaszakasz
2017. szeptember 1. - 2018. augusztus 31.
In the 3th year of the project we continued the research in two directions: i) microwave devulcanization of ground tyre rubber (GTR); ii) development of thermoplastic dynamic vulcanization (TDV) with devulcanized GTR.

4. munkaszakasz
2018. szeptember 1. - 2019. január 31.
4. munkaszakaszban kiegészítő mérésekre került sor, valamint publikációkat készítettünk elő.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Pirityi D. Z., Pölöskei K., Bárány T.: Etilén-propilén-dién-monomer gumi termomechanikai devulkanizációja hengerszéken. Polimerek, 6, 797-801 (2020)
  2. Simon D. Á., Pirityi D. Z., Bárány T.: Devulcanization of ground tire rubber: microwave and thermomechanical approaches. Scientific Reports, 10, 16587/1-16587/13 (2020) https://doi.org/10.1038/s41598-020-73543-w IF(2019)=3.998 Q1
  3. Simon D. Á., Pirityi D., Tamás-Bényei P., Bárány T.: Microwave devulcanization of ground tire rubber and applicability in SBR compounds. Journal of Applied Polymer Science, 137, 48351/1-48351/1-8 (2020) 10.1002/app.48351 IF(2019)=2.52 Q2
  4. Halász I. Z. , Kocsis D. , Simon D. Á. , Kohári A. , Bárány T. : Development of Polypropylene-based Thermoplastic Elastomers with Crumb Rubber by Dynamic Vulcanization: A Potential Route for Rubber Recycling. Periodica Polytechnica-Chemical Engineering, 64, 248-254 (2020) 10.3311/PPch.13962 IF(2019)=1.257 Q3
  5. Simon D. Á., Halász I. Z., Karger-Kocsis J., Bárány T.: Microwave Devulcanized Crumb Rubbers in Polypropylene Based Thermoplastic Dynamic Vulcanizates. Polymers, 10, 767/1-767/14 (2018) 10.3390/polym10070767 IF=3.164 Q1
  6. Simon D. Á, Tamás-Bényei P., Bárány T.: Gumihulladék mikrohullámú devulkanizációja. Zöld Ipar Magazin, 7, 17-19 (2017)
  7. Kocsis D., Bárány T.: Polipropilén alapú termoplasztikus dinamikus vulkanizátumok fejlesztése. Polimerek, 2, 301-304 (2016)

© 2014 BME Polimertechnika Tanszék - Készítette: Dr. Romhány Gábor