BASE
DEL SAPERE

Innovazione nel riciclaggio dei rifiuti di gomma

15.03.2017

Ogni anno 7 milioni Mg di pneumatici usati finisce tra i rifiuti, costituendo un grande pericolo per l’ambiente, il riciclo dei quali è una delle attuali sfide del riciclaggio. Un metodo innovativo e futuristico di gestione dei rifiuti di gomma è la rigenerazione termomeccanica della gomma eseguita nell’estrusore bivite.

Lo sviluppo del riciclaggio della gomma è gestito non solo dalle norme legali (dal 2003 vige il divieto di stoccaggio degli pneumatici e le attuali direttive unitarie impongono i livelli di riciclaggio introdotti dalla “Direttiva Purificante” del 7 febbraio 2003), anche il recupero dei materiali di gomma è motivato in termini economici ed ecologici, perché la loro devulcanizzazione permette di ottenere materiali di gomma di buona qualità e con un ampio campo di applicazioni.

Rigenerazione della gomma - devulcanizzazione

La rigenerazione dei rifiuti di gomma consiste nella trasformazione della gomma tramite l’energia termica, meccanica o chimica. Durante questo processo la struttura reticolare tridimensionale della gomma viene distrutta, permettendo la trasformazione, la formatura e la vulcanizzazione del materiale ottenuto - gomma rigenerata. Ci sono diversi metodi di rigenerazione della gomma che si differenziano per il metodo di fornitura dell’energia.

Il riscaldamento della gomma vulcanizzata comporta la rottura dei legami tra gli atomi del polimero reticolato. Avviene la rottura sia dei legami reticolanti tra gli atomi di zolfo e carbonio (legami S-S e C-S) che dei legami nella catena principale tra gli atomi di carbonio. La rottura dei legami C-C nella catena principale è un fenomeno sfavorevole, comporta il peggioramento della qualità del materiale. La rottura dei ponti disolfuri è lo scopo della devulcanizzazione perché comporta la separazione delle catene reticolate e il ripristino delle proprietà plastiche.

Disegno 1 Schema dei legami presenti nella gomma reticolata, i ponti disolfuri, indicati con il colore rosso, vengono rotti durante il processo di devulcanizzazione.

 

La rigenerazione termica classica permette dunque di ottenere un materiale rigenerato con proprietà molto peggiori del caucciù grezzo perché si ottengono catene di polimero più corte. Come risposta a questo problema, è stata elaborata una tecnologia di rigenerazione termomeccanica negli estrusori bivite.

 

Soluzioni innovative

L’utilizzo dell’estrusore bivite per la rigenerazione termomeccanica dei rifiuti di gomma è un metodo di riciclaggio della gomma piuttosto nuovo. Questa tecnologia è stata elaborata dal reparto di ricerca Toyota R&D Division.

Nel metodo termomeccanico le reazioni chimiche che comportano la rottura dei legami nella catena del polimero, possono essere controllate tramite la selezione dei parametri nell’estrusore, cioè forze taglienti, temperature, pressione interna, permettendo di raggiungere una soddisfacente qualità del prodotto rigenerato.

Nel processo tecnologico, nel quale dagli pneumatici di gomma otteniamo la gomma rigenerata, distinguiamo le seguenti fasi:

  • separazione del filo dallo pneumatico e taglio della gomma a pezzi nel mulino a coltelli, separazione della tortiglia d’acciaio e tessile durante la lavorazione sui rulli scanalati;
  • ottenimento del granulato di gomma del diametro di 1-2 mm sul granulatore;
  • rigenerazione termomeccanica sull’estrusore bivite (in scala di laboratorio ad es. EHP 2x 20 ZAMAK MERCATOR)

Estrusore bivite

Nel processo vengono utilizzati gli estrusori bivite di robusta e speciale costruzione, con una costruzione modulare delle viti che lavorano in modo simultaneo garantendo il raggiungimento delle forze taglienti ottimali nel sistema di plastificazione.  La vite è composta da segmenti trasportatori e impastatori. I segmenti impastatori, composti da dischi a camme, permettono la modifica dell’intensità di miscelazione distributiva e lavorativa. Molti esami, documentati da pubblicazioni scientifiche, dimostrano che l’estrusore EHP 2x20 dell’azienda ZAMAK MERCATOR con la costruzione speciale delle viti risulta molto efficiente nel processo termomeccanico di riciclaggio dei rifiuti di gomma.

Il processo di rigenerazione è costante e l’estrusore può essere diviso in zona di polverizzazione e nella successiva zona di devulcanizzazione. Nella zona di polverizzazione il materiale sottoposto nella forma di granulato del diametro di circa 2 mm viene sminuzzato sotto l’effetto di forze taglienti e del riscaldamento fino alla temperatura in cui viene eseguita la vulcanizzazione. Il materiale passa attraverso un’altra parte dell’estrusore in un tempo che garantisce la prolungata azione del calore fino al raggiungimento della devulcanizzazione. Nella zona di devulcanizzazione le catene sono fortemente tese sugli elementi impastatori, portano alla plastificazione.

Disegno 2 Schema delle zone nel processo di rigenerazione termomeccanica.

Applicazione della gomma rigenerata

Grazie all’ottima qualità della gomma rigenerata con il metodo termomeccanico, essa può essere utilizzata come materiale riempitivo negli pneumatici nuovi, abbassando i costi della loro produzione (anche in una quantità pari al 10%, gli pneumatici mantengono la resistenza standard). Il metodo di rigenerazione descritto può essere utilizzato anche nella produzione di elastomeri termoplastici (TPE) con il metodo costante in un estrusore, aggiungendo la zona di alimentazione della matrice termoplastica dopo la zona di devulcanizzazione.

La gomma rigenerata ha proprietà simili al caucciù grezzo, perciò può essere spesso utilizzata come equivalente della materia più cara.

 

Letteratura

[1] Krzysztof Formela, Investigating the combined impact of plasticizer and shear force on the efficiency of low temperature reclaiming of ground tire rubber (GTR), Polymer Degradation and Stability, 125 (2016), 1-11

[2] Michał Gągol, Investigation of volatile low molecular weight compounds formed during continuous reclaiming of ground tire rubber, Polymer Degradation and Stability, 119 (2015), 113-120

[3] Kenzo Fukumori, Material recycling technology of crosslinked rubber waste, R&D Review of Toyota CRDL, Vol.38 No.1

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