Автомобильные шины и покрышки  после измельчения и обработки марганцовкой можно смешать со строительными бетонами.

Что можно сделать из изношенной автомобильной шины или покрышки? Небольшую клумбу, или, скажем, резиновых лебедей для палисадника под окном. Но ежегодно в мире появляется 25 миллионов тонн покрышек. Резиновые лебеди здесь явно не выход.

(Фото: olly18 / Depositphotos) 

Около половины изношенных шин и покрышек сгорает в печах современных цементных или целлюлозно-бумажных заводов; остальные отправляются на свалку. Нужен какой-то метод, который позволял бы утилизировать их, причём утилизировать так, чтобы не загрязнять среду продуктами горения, парниковыми газами и пр. Один из таких подходов – измельчать шины и покрышки и вводить их в состав геополимеров. Геополимеры состоят из двух частей: твёрдой алюмосиликатной фазы и так называемого активационного вещества, например, гидроксида натрия. При смешивании активационных веществ с измельченной твёрдой фазой получается материал, пригодный для строительной промышленности.

Твёрдая фаза геополимеров обычно представлена минеральными соединениями, поэтому в названии есть корень «гео». Сырьём для них могут служить как природные геологические породы (например, глины), так и крупнотоннажные промышленные отходы – доменные гранулированные шлаки, золы уноса, хвосты обогащения металлических руд, или же измельчённая автомобильная резина. Однако геополимеры с резиновой крошкой не столь прочны, как следовало бы.

Сотрудники Ростовского государственного университета путей сообщения и Инновационного центра «Сколково» предложили метод, который позволяет улучшить механические свойства «резиновых» геополимеров. Всё дело оказалось в способе обработки резиновую крошки перед тем, как вводить её в геополимер. Исследователи обрабатывали её щёлочью, серной кислотой, ацетоном, перманганатом калия и ультрафиолетом. Общая схема включала в себя несколько этапов: выдерживание резиновой крошки в соответствующем растворе при комнатной температуре, промывание водой и высушивание, или облучение ультрафиолетом в закрытой камере. Затем крошку смешивали с геополимером, после чего смесь отвердевала в сушильной камере.

Полученные композиты проверяли на прочность, а также исследовали их с помощью оптической микроскопии и инфракрасной спектроскопии, которая позволяет изучать строение материала по спектрам поглощения инфракрасного излучения. В статье в Journal of Environmental Chemical Engineering говорится, что лучшие результаты показал образец с резиновой крошкой, обработанной марганцовкой, то есть раствором перманганата калия: он реже ломался и выдерживал наибольшие нагрузки. Это объясняется тем, что после обработки перманганатом на поверхности каучука появляются химические группы, делающих поверхность гидрофильной – то есть склонной взаимодействовать с водой. В результате наполнитель лучше взаимодействует с геополимерной матрицей, и прочность композита остаётся высокой.

Этот метод позволяет перерабатывать большое количество резиновых отходов, вводя их в экологичные геополимерные бетоны без ущерба для их прочности – такие бетоны можно использовать в строительстве, не боясь, что построенное разрушится.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ).

По материалам пресс-службы РНФ.