XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Переработка и вторичное использование резиновых отходов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Николаенко Г.А. 1

---

1МАОУ ДО "ЦДТ "Прикубанский"

Косич В.В. 1

---

1МАОУ ДО "ЦДТ "Прикубанский"

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

У нас у всех одна планета -

Другой такой на свете нету!

Нам планету нашу жалко:

Не хотим мы жить на свалке!

Земля - наш единственный дом,

Давайте не мусорить в нём!

Пусть каждый это поймёт,

Если себе не враг:

Земля и без нас проживёт,

А мы без неё - никак!

Люди! Весь мусор на нашей планете

Вы оставляете вашим детям!

Не поленитесь, и уберите:

Детям хороший пример покажите!

Актуальность

Резина относится к одному из самых стойких материалов. Старые шины и другие резиновые изделия, отправленные на свалку, очень вредят природе. Использованные резиновые покрышки и прочие резиновые изделия наносят окружающей среде огромный вред.

Резиновые отходы очень медленно разлагаются (около 120-140 лет), легко возгораются, превращаются в рассадник для крыс, занимают огромные территории с плодородной почвой, на которой можно было бы выращивать ценные сельскохозяйственные культуры, сильно загрязняют водные источники (в том числе подземные).

Зачастую шины даже не хранят на свалках, а просто сжигают. Это наносит непоправимый удар по всей экосистеме региона, ведь из одной тонны резины при сжигании выделяется более 400 килограмм токсичных субстанций и образуется около 300 килограмм вредоносной сажи.

Эти продукты опасны для здоровья и жизни человека и в целом негативно влияют на всю биосферу.

Резина хорошо поддается переработке, в связи с чем существуют различные технологии и способы ее утилизации.

Мы решили рассмотреть всем известное покрытие из резиновой крошки, которое часто применяют на спортивных площадках. Оно удобно, но достаточно быстро изнашивается. Можно ли увеличить прочность такого покрытия?

Актуальность нашей работы – это повышение прочности материалов из переработанных резиновых отходов.

Гипотеза

Возможно ли увеличить прочность материалов, изготавливаемых из переработанных резиновых отходов?

Цель работы:

Предложить способ увеличения прочности материалов из переработанных резиновых отходов.

Объект исследования:

Объектом нашего исследования улучшение прочности продуктов из переработанных резиновых отходов.

Предмет исследования:

Предметом нашего исследования являются покрытие из резиновой крошки.

Для достижения цели работы, выделим основные задачи:

1. Узнать, сколько накапливается резиновых отходов в разных странах мира, как их перерабатывают и что изготавливают из продуктов переработки.

2. Изготовить образцы покрытия из резиновой крошки стандарным способом и с применением различных наполнителей, упрочняющих данный материал.

3. Исследовать на прочность изготовленные образцы и посчитать экономическую эффективность введения упрочняющих добавок.

1. Резиновые отходы: накопление и переработка

В настоящее время переработка покрышек является самой актуальной проблемой для разрешения во всех странах мира, так как по данным статистики общемировые запасы изношенных автомобильных покрышек составляют 25 миллионов тонн с учетом ежегодного увеличения этого числа еще на 7 миллионов тонн.

Поступление изношенных шин

Рис 1. Поступление изношенных шин в разных странах мира

По экспертным оценкам ежегодно в России образуется около 1 миллиона тонн изношенных автомобильных шин, а на переработку попадает не более 10% этого объема.

Актуальность разработки рациональных методов утилизации изношенных автомобильных покрышек обусловливается тем, что во многих странах мира попросту нет места для их захоронения, в частности в Японии, а также тем, что в странах Евросоюза захоронение данного материала запрещено на законодательном уровне.

В разных странах переработка покрышек осуществляется по-разному, например, во Франции около 46% изношенных шин подлежат восстановлению и вторичному использованию, 18% сжигаются для получения энергии, 11% используются в портах, парках и 21% измельчают в крошку для использования в качестве материала для покрытия дорог и т.д.

В Японии переработка покрышек заключается в том, что более 70% данного материала сжигается с целью получения энергии, а оставшиеся 30% используются в качестве вторичного сырья.

С 2017 по 2019 год в РФ было утилизировано 130 тысяч тонн отработанных шин.

Всего на территории страны насчитывается около 30 предприятий. В Краснодарском крае открылось 2 завода, которые находятся в Сочи и поселке Афипском. Они способны пропустить через себя в сумме 8 тысяч покрышек, при том, что в крае скапливается около 40 тысяч тонн.

На то, чтобы полностью избавить страну от старых покрышек, может уйти не менее 20 лет.

Рис 2. Склад изношенных резиновых покрышек

Резина хорошо поддается переработке, в связи с чем существуют различные технологии и способы ее утилизации.

Методы утилизации покрышек

1. Переработка в крошку

2. Сжигание

3. Пиролиз

Наиболее перспективными и экологичными являются виды переработки, которые связаны с измельчением отходов резинотехнических изделий и отработанных покрышек.

Продукты вторичной переработки резиновых отходов

Резиновое покрытие обладает:

эластичностью,

прочностью.

стойкостью к истиранию,

невосприимчивостью к химическим веществам: щелочи и кислоте,

устойчивостью к перепадам температур,

водонепроницаемостью.

Кроме напольного и дорожного покрытия, из крошки также изготавливают:

лежачих полицейских;

отбойники;

бордюры;

статуэтки для оформления спортивных площадок;

подложки, защищающие грузы во время транспортировки;

некоторые виды звукоизолирующих отделочных материалов;

битумно-резиновую мастику;

диэлектрическую продукцию для электротехнической сферы.

2. Анкетирование по проблеме резиновых отходов

Чтобы понять, насколько наши одноклассники информированы об экологической проблеме переработки резиновых отходов и продуктах, которые их них изготавливаются, мы провели анкетирование.

Вопросы анкетирования приведены в Приложении №1.

Оказалось, что многие ребята не знают, что одним из часто используемых методов переработки использованных шины является сжигание, которое наносит непоправимый вред окружающей среде.

Зато все правильно указали, что срок разложения резины составляет 120-140 лет.

Примерно половина класса не знает, как можно вторично использовать старые автомобильные шины. И треть наших одноклассников не смогла привести пример изделия из переработанных покрышек.

Зато в качестве покрытия на спортивных площадках большинство наших одноклассников предпочли покрытие из резиновой крошки.

Значит продукты, произведенные из переработанных резиновых покрышек очень актуальны, причем очень важно заметить, что процесс производства покрытия из резиновой крошки более экологичен, чем сжигание резиновых отходов.

3. Изготовление новых продуктов из переработанных резиновых отходов

Мы решили рассмотреть всем известное покрытие из резиновой крошки, которое часто применяют на спортивных площадках. В прошлом году на площадке рядом с нашей школой сделали ремонт и застелили такое покрытие. Но в этом году мы заметили, что в некоторых метах оно начало портиться. Мы решили попробовать увеличить прочность такого покрытия и предложить новый усовершенствованный антивандальный материал.

По технологии, широко применяемой в настоящее время, используется резиновая крошка, полиуретановый клей и краситель.

С целью увеличения прочностных характеристик нами предложено применение в составе такого покрытия армирующих элементов – полипропиленовой фибры и фиберглассовой сетки.

Представим ход нашей работы:

Рис 3 Материалы, оборудование, средства индивидуальной защиты

Рис 4 Точная весовая рецептура

Рис 5 Добавление красителя

Рис 6 Ввод жидкого полиуретанового клея

Рис 7 Интенсивное перемешивание

Рис 8 Подготовка поверхности

Рис 9 Выгрузка полуфабриката

Рис 10 Разравнивание покрытия одинаковой толщины по маякам

Рис11 Просушка готовых образцов

Нами были изготовлены покрытия из резиновой крошки на полиуретановом связующем четырех разных видов:

1. Обычное покрытие без добавок (желтого цвета).

2. Покрытие, армированное полипропиленовой фиброй (синего цвета).

3. Покрытие, армированное фиберглассовой сеткой (зеленого цвета).

4. Покрытие, армированное полипропиленовой фиброй и фиберглассовой сеткой (красного цвета).

Рис 12 Образцы предлагаемых покрытий

4. Эксперимент по определению прочности улучшенного покрытия и расчет экономической эффективности

Изготовлены образцы покрытий из резиновой крошки без армирования и с армированием различными материалами и их комбинированием.

Проведены испытания на базе ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет», на факультете химии и высоких технологий, в учебно-исследовательской лаборатории кафедры общей, неорганической химии и информационно-вычислительных технологий в химии были исследованы адгезионные свойства полученных материалов на приборе Автоматический адгезиметр POSITEST AT-A.

Рис 13 Автоматический адгезиметр POSITEST AT-A.

Рис 14 Подготовка испытаний на адгезионную прочность к керамике

Рис 15 Проведение испытаний на адгезионную прочность к керамике

Адгезию защитных покрытий σ, МПа вычисляют по следующей формуле:

σ=F/A

По результатам эксперимента было получено заключение от кафедры неорганической химии КубГУ, представленное в Приложении №2.

Где σ- прочность при отрыве;

F - разрывное усилие, Н;

A - площадь заготовки, мм².

Примечание: В случае заготовок диаметром 20 мм, прочность при отрыве в мегапаскалях рассчитывают по формуле

σ= 4F / 400π = F/314

По результатам эксперимента дано заключение, представленное в Приложении №2.

Для неармированного образца усилие на отслаиваемом участке составило

F1=28Н.

Для армированного образца усилие на отслаиваемом участке составило

F2=38,6 Н.

Определим адгезию для неармированного образца:

σ1=28/314= 0,089 МПа

Определим адгезию для армированного образца:

σ2=38,6/314= 0,123 МПа.

Найдем процентное увеличение прочности:

0,123/0,089*100-100=38%

Таким образом, за счет армирующих элементов адгезионная прочность покрытия из резиновой крошки увеличилась на 38%.

Насколько же подорожало наше покрытие?

Средняя цена 1 м² покрытия из резиновой крошки составляет 1500 рублей. Стоимость фибры на 1 м² составляет около 140 рублей.

Рассчитаем процент удорожания улучшенного покрытия:

1500/140*100-100=11%

Значит, удорожание материала составило около 11%.

Занесем наши данные в таблицу:

Значит, предложенное нами усовершенствованное антивандальное покрытие из резиновой крошки увеличило прочность почти на 40%, а по стоимости возросло немного, всего на 10 %. Если его применять, то срок эксплуатации такого покрытия значительно увеличится.

А из образцов, изготовленных нами, для классного кабинета мы изготовили информационную доску. Теперь наш материал смогут проверить на прочность все ребята.

Заключение

Резиновое покрытие для детских площадок делается из вторичного сырья, что и объясняет ее доступную цену. Материал вырабатывают из старых автомобильных покрышек, которые способны послужить примером долговечности и износостойкости. А еще такой продукт абсолютно безвреден, что очень важно при обустройстве детских игровых зон. Резиновая крошка является одним из продуктов переработки вторичного резинового сырья (отходы резины, включая старые шины).

Нами предложен способ упрочнения покрытий из резиновой крошки на полиуретановом связующем за счет использования армирующих элементов, таких как полипропиленовое волокно (фибра), фиберглассовая (стеклопластиковая) сетка и их комбинации.

Предложенное нами усовершенствованное антивандальное покрытие из резиновой крошки увеличило прочность почти на 40%, а по стоимости возросло немного, всего на 10 %. Если его применять, то срок эксплуатации такого покрытия значительно возрастет.

Для своего классного кабинета мы изготовили информационный стенд с возможностью крепления объявлений кнопками. Он выполнен по технологии изготовления покрытий из резиновой крошки. На стенде применены наши экспериментальные материалы.

Без природы в мире людям 

Даже дня прожить нельзя. 

Так давайте к ней мы будем

Относиться как друзья.

Список литературы

Переработка и утилизация изношенных автомобильных шин http://hromax.ru/pererabotka_pokryishek.html

Автоматический адгезиметр POSITEST AT-A https://www.geo-ndt.ru/pribor-91-avtomaticheskii-adgezimetr-positest-at-a.htm

ГОСТ 32299-2013 (ISO 4624:2002) Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом отрыва http://docs.cntd.ru/document/1200105890

Технические характеристики резиновой плитки https://ecoplitka.ru/tehnicheskie-harakteristiki.html

Приложение №1

Анкетирование «Переработка резиновых отходов»

1. Как вы думаете, что делают со старыми изношенными шинами?

А) выбрасывают

Б) сжигают

В) перерабатывают

2. Как вы считаете, сколько разлагаются резиновые отходы?

А) 20-40 лет

Б) 60-80 лет

В) 120-140 лет

3. Знаете ли вы как можно вторично использовать старые автомобильные шины?

______________________________________________

4. Приведите пример вторичного изделия из переработанной шины?

______________________________________________

5. Какое покрытие на спортивной площадке вам больше нравится?

А) асфальт

Б) резиновое покрытие

Приложение №2