HUN-REN-BME Kutatócsoport





Gumiabroncs gumiőrlet újrahasznosítása ionizáló sugárzás segítségével

Pályázati azonosító:
F23036
Támogató:
Nemzetközi Atomenergiai Ügynökség
Futamidő:
2021. július 14. - 2026. szeptember 30.
Szerződött támogatás összege:
16000 EUR
Témavezető (BME):
Dr. Mészáros László

Résztvevő kutatók (BME):
Dr. Mészáros László
Dr. Molnár Kolos
Kiss Lóránt

Pályázat összefoglalója

A kutatás célja gumiőrlemény előzetes γ sugárzással segített újrahasznosítása. A gumiőrlemény besugárzással segített újrahasznosítását már széles körben tanulmányozták. E tanulmányok túlnyomó többsége a gumiőrlemény mátrixanyagba való bekeverése utáni besugárzással foglalkozott. Az előzetes besugárzás hasonlóan hatékony lehet, mint az utólagos de gazdaságosabb megoldás, és könnyebben bevezethető az iparban.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2021. július 14. - 2022. december 31.
1) A kutatáshoz a tehergépkocsi gumiabroncsok futófelületéből vízsugarasan őrölt, gumiabroncs őrletet választottunk (az Aquajet Kft. biztosította). Ennek oka, hogy a vízzel történő őrlés nagyobb fajlagos felületet biztosít más őrlési módszerekhez képest. Ez eredményesebb besugárzási hatásokat jelent, azaz az anyag tömegére vetítve több funkciós csoport várható a gumirészecskék felületén. 2) A besugárzást szobahőmérsékleten és légköri körülmények között végeztük. A dózisteljesítmény 2 kGy/h volt, és a helyiség levegőjét óránként hatszor cseréltük, hogy mindig legyen elegendő oxigén a funkciós csoportok kialakításához a gumirészecskék felületén. A vizsgált dózisok az irodalmi adatok alapján a következők voltak: 20, 40, 60, 80, 100, 250, 500, 750 és 1000 kGy. 3) E besugárzás felületmódosító hatását közvetett módon határoztuk meg. A besugárzott őrleményt friss gumihoz kevertük, majd azt vulkanizáltuk. A felület aktivált mivoltára a kialakult mechanikai tulajdonságokból következtettünk, amelyek közül a szakítószilárdság növekedése a legjobb mutatója a határfelületi kölcsönhatások minőségének. A mérések alapján az optimális besugárzási dózis 40-60 kGy körül van. 4) Annak érdekében, hogy mélyebben megértsük a gumiőrleményben a sugárzás hatására bekövetkezett változásokat, Horikx-elemzést végeztünk a Soxhlet extrakció és a duzzadási vizsgálatok eredményeinek felhasználásával. Ez az elemzés alkalmas arra, hogy meghatározzuk a véletlen láncbontás és a szelektív keresztkötés-szakadás arányát. Az eredmények alapján megállapítható, hogy 100 kGy dózisig a keresztkötések szelektív hasadása dominált, ami azt jelenti, hogy a kénes keresztkötések szelektíven szakadtak fel. A keresztkötés-sűrűség az elnyelt dózis növekedésével csökken, míg az oldható tartalom változatlan marad. 100 kGy felett a számított értékek arra utalnak, hogy a keresztkötések szakadása kevésbé volt domináns, hanem a véletlen lánchasadás került előtérbe.
A gumiőrlemény tartalmú gumikeverékek szakítószilárdsága a gammasugárzás dózisának függvényében

2. munkaszakasz
2023. január 1. - 2023. december 31.
1) A gumiőrlemény levegőben történő besugárzásánál célunk a felület aktiválása volt, ami 100 kGy dózisig volt hatékony. E fölött az örlet degradációja korlátozta a lehetséges alkalmazásokat. Ennek alapján vizes közegben is végeztünk besugárzási kísérleteket 100 kGy-ig. Ahhoz, hogy a kezelés hatékony és sikeres legyen, a vizes közeghez folyamatos levegőbuborékoltatást biztosítottunk, és kis mennyiségű felületaktív anyagot használtak a stabil szuszpenzió elérése érdekében. 2) A vizes besugárzás előnye, hogy egy vízsugaras őrlési lépés után beilleszthető a gyártási folyamatba, de ezt követően az őrleményt a további feldolgozáshoz meg kell szárítani. A kezelést követően a vizes szuszpenziókat 615 MN típusú redős szűrőpapíron keresztül szűrtük, majd szobahőmérsékleten levegőn tömegállandóságig szárítottuk. Az ezt követő vizsgálatok megerősítették, hogy ez a kíméletes szárítási módszer megőrizte az aktív csoportokat a felületen. 3) A besugárzott mintákban a szárítás után bekövetkezett szerkezeti változásokat Horikx-elemzéssel mutattuk ki. Kimutattuk, hogy a levegőn történő besugárzáshoz hasonlóan a keresztkötés-sűrűség a dózis növekedésével csökken, míg az oldható szilárdanyag-tartalom nem tér el jelentősen a referenciától. Ez megerősíti a szelektív térháló-bontás nagy arányát, ami rendkívül kedvező az újrahasznosítás szempontjából. 4) A kezelt gumiőrleményt friss gumival kevertük össze, vulkanizáltuk és vizsgáltuk a mechanikai és morfológiai tulajdonságokat. Az eredmények hasonlóak voltak a levegővel történő besugárzással kapott eredményekhez, azzal a lényeges különbséggel, hogy a kedvező mechanikai tulajdonságok már alacsony dózisoknál (20-40 kGy) is megfigyelhetőek voltak. Ez azt mutatta, hogy a vizes közegben történő felületaktiválás is hatékony és ez a módszer gazdaságosabb is a levegőn történő besugárzásnál.
A gumiőrleményt tartalmazó vulkanizátumok szakítószilárdsága.

3. munkaszakasz
2024. január 1. - 2024. december 31.

4. munkaszakasz
2025. január 1. - 2026. szeptember 30.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Tatár B., Mészáros L.: Shape memory effect in cross-linked polyethylene matrix composites: the effect of the type of reinforcing fiber. Polymer Bulletin, 81, 6311–6323 (2024) 10.1007/s00289-023-05003-0 IF=3.2 Q2
  2. Kiss L., Mészáros L.: Recycling waste tire rubber through an innovative water-medium ionizing radiation treatment: Enhancing compatibility and mechanical performance. Radiation Physics and Chemistry, 216, 111475/1-111475/8 (2024) 10.1016/j.radphyschem.2023.111475 IF=2.9 D1
  3. Kiss L., Simon D. Á., Bárány T., Mészáros L.: Synergistic effects of gamma pre-irradiation and additional vulcanizing agent in case of ground tire rubber containing vulcanizates. Radiation Physics and Chemistry, 201, 110414/1-110414/7 (2022) 10.1016/j.radphyschem.2022.110414 IF=2.9 D1

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