轮胎弹性体回收的新方法

每年全世界各地报废的旧车轮胎总量超过15亿条，如果将这些报废轮胎一个个叠在一起，总长度可达38万公里，相当于地球到月球的距离。到目前为止，德国三分之一的旧轮胎通过焚烧来回收能源。德国开姆尼茨工业大学的科学家们试图寻找一种更为环保的方式来回收再利用旧轮胎中的弹性体。

这些数量巨大的旧轮胎到底可以用来做些什么呢？轮胎翻新的次数是有限的，当轮胎已经磨损到一定程度，过去的解决方法往往就是把它们扔进焚烧炉里，这是目前绝大多数旧轮胎的最终命运。但轮胎毕竟也属于高科技含量的产品，所以人们一直在寻求对于其升级的回收利用方法。

上万吨的旧卡车轮胎

作为一项高科技产品，传统轮胎需要满足多方要求。无论是松散砂砾的地面还是高温或潮湿的沥青路面，它都需要提供安全可靠的抓地力；在极端的高温或低温情况下，它都需要在保证安全运转的同时避免产生太多的磨损和噪音；最后一点，是在其撞击到坚硬的路缘或是在车辆发生紧急制动时，它都仍然能够保持其最佳状态。

现代汽车轮胎确实是一种高科技产品，虽然这一点并不是非常显而易见，现代汽车轮胎与早期的汽车轮胎在任何方面都不能相提并论，需要整体来看才能对现代汽车轮胎做出准确的评价。汽车轮胎是由硫化橡胶、纺织品和钢铁混合而成的。现如今，制造橡胶的原材料主要有天然橡胶、苯乙烯-丁二烯（SBR）以及聚丁二烯（PB）等合成橡胶，通过添加多达200种不同的填料和添加剂制造出适合在道路上行驶使用的汽车轮胎。虽然橡胶轮胎的主要成分已经众所周知，但是制造厂商们对其自己的轮胎制作配方与生产过程都相当保密，毕竟这是他们各自的成功秘诀，没有人会随意透露给自己的竞争对手。

由于轮胎在道路上的实际使用情况不同，因此制造商们已经开发出了许多种不同配方、各种型号的轮胎，都是使用多种材料与物质进行混合而制成的，这就导致了在轮胎材料回收过程中的主要难点问题，因为这些混合在一起的物质不太可能被准确地分离开并进行分类。轮胎中的弹性体是由一些特定的成分混合而成的，弹性体极易与其它物质发生反应，混合物的不同成分很容易在不经意间发生相互作用，这就解释了为什么只有非常少量的材料可以被回收用来制作新的轮胎，而且回收来的材料只是被用于制作如胎面之类的非关键部件。

反应器将轮胎弹性体残留物进行研磨，Stefan Hoyer博士正在查看研磨后的细粉，Stefan是开姆尼茨工业大学研究所的助理研究员。

将旧轮胎送至垃圾填埋场进行处理的方式经济效益极低，一味地堆积下去，很难想象最终那座废弃轮胎堆积山会有多巨大。不过，2006年以来欧盟已经禁止了这种旧轮胎的处理方法。那么剩下可供选择的方法就是通过轮胎焚烧来回收能量，尽管该方法也不是那么的理想，但还是有其道理的。2017年1月6日德国回收立法第8章第3节取消了有关能量值的相关规定，这一事实意味着焚烧也将不再是一个直接的选择了，所以让我们重新来仔细探究一下材料回收的潜力，其实这正是开姆尼茨工业大学轻质结构研究所的科学家们已经着手在做的事情，并且他们已经针对可行的解决方案提出了一些非常有趣的想法。来自挤压技术和回收部门的专家们称，他们所提出的方法是一项既灵活又有效的解决方案。

到目前为止，三分之一的旧轮胎被回收利用来制造新材料，它们通常被切碎成较粗的颗粒，再添加入粘合剂后被压缩到汽车用的地板、保护垫或橡胶层中。这些粗颗粒还可以被有效利用来制造运动场和游乐场里的人造草坪，但这就是其目前全部的应用了。开姆尼茨工业大学的科学家们却认为这还远远不够，他们在关注如何利用旧轮胎来制造更高品质和高效的新材料，如果你愿意，甚至可以通过不同的处理方法来制造出更复杂的材料。

Stefan Hoyer博士是开姆尼茨工业大学轻质结构研究所的科研人员，他带领了一个科学家团队来研究如何将旧轮胎橡胶研磨成非常细的粉末，因为研磨颗粒的大小和细度是至关重要的因素。研磨后的粉末会与热塑性塑料进行混合处理，显而易见地，通过这种方法制成的热塑性弹性体化合物可以熔化，并通过注塑成型工艺转变成复杂的组分。开姆尼茨工业大学在新闻报道中称，通过这种方法制成的产品，人们很难看出其原材料是来自于轮胎。

卡车轮胎经热熔挤出机后制造出的颗粒物，尺寸在2-5毫米（左）；橡胶研磨回收颗粒物，尺寸不大于800微米（右）

Stefan Hoyer和他的同事们为他们的回收方案开发了一种全新的处理加工技术：一步直接挤出法，该技术的特殊之处在于，将材料复合与型材挤出这两个步骤合二为一，即原材料的混合与成型合并在一起执行。Stefan Hoyer说：“我们把整个工艺过程减去了一个步骤，由此可以降低能量消耗，也可以保护材料免受热损伤。”据说，采用这种方法可以制造出无限长且高品质的防磨损隔音垫。Hoyer和他的同事们对其研究成果的质量与品质相当有信心，他们已经在考虑将这项研究成果应用于量产，“目前我们还处于市场发布阶段，但是我们已经和一家当地的公司一起开展合作，将这项研究投入量产阶段。”

当只有一个解决方案时，并没有最终完全解决问题，总是需要一个备选方案可供选择。开姆尼茨的科学家们也准备好了他们的第二种方案。在这种情况下，Stefan Hoyer和他的同事们专注于对现有技术的改进，目标是优化技术弹性体的回收利用，该项改进技术目前正在全球范围内推行，接下来让我们看看该技术的细节内容。

技术弹性体属于橡胶材料，可以有许多种不同的应用，比如不同形式的密封圈。在绝大多数的情况下，制造技术弹性体的过程会伴随着大量废弃物的产生，而处置这些废弃物又是很昂贵的开销。Hoyer解释称，他们的方案旨在对残留材料进行处理，使得它们能够很容易地再次回到生产制造环节中进行再利用。在多数情况下，被循环利用的材料仅仅是由单一物质组成的，可以简单地与原始材料再次混合并且一起进行加工。

通过将制造过程中产生的残留物进行处理，得到精细粉末状的回收材料，通常粉末的尺寸在200至600微米之间。回收材料被放置进反应器中，通过高机械应力的作用被研磨，这种工艺的优势在于可以有效防止F1赛车轮胎出现颗粒化。

轮胎颗粒化是赛车轮胎在使用过程中过度受压所造成的结果，特别是在滑动面上的轮胎橡胶由于高速行驶和过弯的应力作用下出现结构的破坏甚至是脱落。切碎的橡胶粘在一起覆在胎面上，这些颗粒能够减少轮胎与地面的接触面积，从而改变轮胎的表面温度，这个温度是决定抓地力的关键因素。

热研磨挤压技术并不算是新科技，但是Hoyer和他的同事们已经对这项技术进行了新开发和优化提升，他们的目标包括简化清洁环节、使材料结构更紧凑以及减少磨损。Stefan Hoyer非常自信，他们的工艺流程使得对单一分类物质进行最小批次经济有效的回收成为可能，这在业界尚属首次，而且该流程还成功地降低了60%左右的能源消耗。

弗劳恩霍夫位于开姆尼茨的模具和成型技术研究所中的反应堆设施

Hoyer和他的同事们在开发技术的同时也在考虑哪些潜在的客户可能对他们的研究成果感兴趣，他们称其技术为“特别是中小型企业提供了独立回收自身所产生剩余材料的途径”。Stefan Hoyer表示，他们的方法代表了一种有效回收利用弹性体的工具，可以将原始材料可持续地进行回收再利用，并且可以进一步降低能源损耗、减少废弃物处置成本、节约资源、以及降低二氧化碳排放量。

Stefan Hoyer指出他们的工作还没有结束，“我们有更多的计划”。开姆尼茨工业大学的科学家们希望能够获得德国研究基金会的资金支持，在德国杰出的MERGE集团背景下继续改进热塑性弹性体化合物的配方。科学家们另外还在研究热固性塑料和其它弹性体复合材料，为了在橡胶加工领域实践可持续发展原则，开姆尼茨的科学研究家们还建立了名为“Elasto Tech”的企业合作网络，网址为http://www.elastotech-netwerk.de，旨在发展高弹性聚合物复合材料的可持续技术。对于Stefan Hoyer来说，这也证实了开姆尼茨工业大学轻质结构研究所的科学家们正在努力实现的目标，即开发和表征新材料，并为实际应用开发高效的加工技术。