廢輪胎橡膠是重要的可再生資源，將廢輪胎制備成再生材料，再循環(huán)應(yīng)用于新輪胎中，對(duì)于消除廢輪胎黑色污染、降低橡膠資源對(duì)外依存度意義重大。但現(xiàn)有的輪胎循環(huán)再利用技術(shù)存在高污染、低效率、質(zhì)量差的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)綠色化、資源化、高值化的輪胎循環(huán)再利用技術(shù)非常迫切。由中策橡膠集團(tuán)股份有限公司、南京綠金人橡塑高科有限公司、北京化工大學(xué)等合作開(kāi)發(fā)的“萬(wàn)噸級(jí)廢輪胎橡膠材料綠色自循環(huán)再生及應(yīng)用技術(shù)示范”項(xiàng)目突破了廢輪胎綠色高值化再利用技術(shù)，建成了輪胎綠色自循環(huán)應(yīng)用示范，并于近日榮獲2023年度中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

　　目前，我國(guó)廢輪胎形成了以制備再生橡膠為主，制備膠粉、輪胎翻新、熱裂解協(xié)同發(fā)展的再利用格局。其中，廢載重輪胎橡膠一般采用高溫高壓動(dòng)態(tài)脫硫罐技術(shù)制備固體再生橡膠。該技術(shù)存在解交聯(lián)不可控、長(zhǎng)時(shí)間高溫高壓導(dǎo)致能耗高和生產(chǎn)過(guò)程中廢氣、廢水難處理等問(wèn)題。解決這些問(wèn)題的核心是實(shí)現(xiàn)廢橡膠的可控解交聯(lián)再生。

　　“輪胎橡膠的分子結(jié)構(gòu)本是線型的，為達(dá)到其使用性能通常需在其中加入硫黃進(jìn)行硫化，使其形成三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的熱固性材料。該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致廢橡膠材料不溶，難以通過(guò)簡(jiǎn)單加工后再應(yīng)用到新輪胎中，所以廢輪胎橡膠回收的第一步就是將橡膠中的硫交聯(lián)鍵解交聯(lián)，破壞其三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其具有可再加工性能。”南京綠金人橡塑高科有限公司總經(jīng)理史金煒博士解釋道，可控選擇性解交聯(lián)并不容易，廢載重輪胎橡膠中的交聯(lián)鍵只有不到2%、又有多種交聯(lián)鍵類型。在課題研究之初，優(yōu)異、穩(wěn)定再生性能的解交聯(lián)機(jī)理和綠色化再生廢橡膠的裝備均尚無(wú)先例。

　　另外，廢乘用胎通過(guò)熱裂解技術(shù)回收制備裂解油、裂解炭黑，一般采用的“土法煉油”因污染大被國(guó)家禁止，而通過(guò)環(huán)保高溫?zé)崃呀饧夹g(shù)回收廢乘用胎，存在設(shè)備投資大、產(chǎn)品收率低、產(chǎn)品品質(zhì)差等問(wèn)題。

　　“這是因?yàn)閺U乘用車輪胎的補(bǔ)強(qiáng)體系復(fù)雜，特別是因‘綠色輪胎’的要求，配方中白炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑的用量越來(lái)越高，而經(jīng)過(guò)高于450℃高溫?zé)崃呀夂螅亢凇滋亢诘妊a(bǔ)強(qiáng)劑失活，性能差，且難分離、難改性，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)附加值低。”史金煒解釋道，因此急需原創(chuàng)一種新的再生橡膠材料，既可實(shí)現(xiàn)解交聯(lián)又不破壞補(bǔ)強(qiáng)體系，實(shí)現(xiàn)高收率、高附加值。

　　“除此之外，所得再生材料在輪胎中的應(yīng)用因缺乏系統(tǒng)理論研究而脫節(jié)，應(yīng)用后輪胎高性能不能保持、不能穩(wěn)定，只能少量摻用，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)發(fā)展。”史金煒補(bǔ)充道，如何精準(zhǔn)結(jié)合輪胎不同部位性能要求，實(shí)現(xiàn)再生材料的高性能穩(wěn)定再應(yīng)用，科學(xué)的配方設(shè)計(jì)也是一大難題。

　　研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)十幾年的攻關(guān)，研發(fā)出廢輪胎橡膠材料綠色自循環(huán)再生技術(shù)，終于解決了上述難題。該技術(shù)有以下創(chuàng)新點(diǎn)：第一，闡明了廢橡膠解交聯(lián)再生機(jī)理及再生材料結(jié)構(gòu)、性能演變，指導(dǎo)了滿足必要再生條件的專用設(shè)備設(shè)計(jì)和制造。第二，首創(chuàng)建立了廢膠粉摩擦傳遞機(jī)理，研制了脫硫、精煉、中度裂解、冷卻排氣等不同功能的系列雙螺桿擠出機(jī)核心裝備，目前已實(shí)現(xiàn)單條線回收1萬(wàn)噸廢載重輪胎和5000噸廢乘用胎。第三，結(jié)合雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的剪切場(chǎng)和溫度場(chǎng)的模擬設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了螺桿組合結(jié)構(gòu)和工藝控制技術(shù)。第四，設(shè)計(jì)了固/液體再生橡膠在輪胎胎面、胎側(cè)、胎體等部件上的應(yīng)用配方和工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樹(shù)脂、油、炭黑、合成橡膠等石化產(chǎn)品和天然橡膠的替代應(yīng)用，在保證性能的同時(shí)，降低了材料成本。

　　該項(xiàng)目已經(jīng)形成了輪胎生產(chǎn)—銷售—回收處置—再利用的全周期自循環(huán)模式，為國(guó)內(nèi)廢輪胎規(guī)范回收和體系健全提供了示范，為廢載重輪胎和廢乘用車胎的回收再利用提供了綠色化、資源化、高值化的中國(guó)解決方案，降低了我國(guó)橡膠資源對(duì)外依存度，有利于橡膠行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　目前，該技術(shù)成果已落地應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。中策橡膠循環(huán)科技有限公司初步構(gòu)建了廢輪胎循環(huán)利用體系，形成了年處理5萬(wàn)噸廢輪胎的規(guī)模，近3年累計(jì)處理廢輪胎約8萬(wàn)噸，碳減排約2.3萬(wàn)噸，應(yīng)用再生橡膠材料的輪胎銷售收入達(dá)208.4億元，節(jié)省成本約6000萬(wàn)元。