原创【废弃轮胎的回收与应用】

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1.Einleitung
1.1        Was ist Altreifen?
1.2        Welche Reifen gelten als Abfall?
1.3        Mengenentwirklungen der Altreifen
1.4        Reifenaufbau
2. Stoffliche Zusammensetzung von Altreifen
3. Chemische Zusammensetzung von Altreifen
4. Stand der Technik
4.1 Thermische Verwertung
4.2 Stoffliche Bewertungen
5. Die Eigenschaften des Gummis
6. Eigenschaften des Sandes
7. Eigenschaft des Gummi-Boden-Mischung
7.1 Elementgewichte
7.2 Scherfestigkeiten der Gummi-Boden-Mischung
7.3 Scher Wirksamkeit
7.4 Immediate Kompression
7.5 Spannung-Verformung-Kurven
7.6 Verformungsmodule
7.7 Langzeitkompressionen
7.8 Durchlässigkeit

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1. Einleitung

Altreifen sind wegen ihrer Form, Beschaffenheit und Brennbarkeit ein relativ problematischer Abfallstoff. Die Technik und das Know-how, Altreifen auf umweltfreundliche und wirtschaftliche Weise in einen wertvollen Rohstoff zu verwandeln, ist seit Jahren verfügbar, wird jedoch nicht in dem Maße eingesetzt, wie es im Sinne eines sinnvollen Umganges mit der Umwelt und den immer knapper werdenden Ressourcen und öffentlichen Mitteln wünschenswert wäre.

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1.1. Was ist Altreifen?

Altreifen sind Reifen, die nicht mehr für den jeweiligen Einsatzzweck geeignet oder zugelassen sind, wie beispielsweise Autoreifen mit weniger als 1,6 mm Profiltiefe oder wo das Gummi versprödet ist.

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1.2 Welche Reifen gelten als Abfall?
-        Reifen mit einer Profiltiefe von weniger als 1,6 mm;
-        wegen Beschädigungen nicht mehr bestimmungsgemäß verwendbare Reifen;
-        zerkleinerte Reifen in Form von Schnitzeln, Granulat oder Pulver
-        Karkassen, die zur Aufgummierung bestimmt sind.

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1.3 . Mengenentwirklungen der Altreifen in Deutschland

Im Jahre 1910 war die Automobilindustrie sich schnell entwirkt, und auch in dieser Zeit die Reifensmenge hat deutlich steigt, im 1910 hat man schon die Reifen durch die Mahlung und Separierung wiederzuverwerten , die einzige Gründ ist nicht wegen die Umwelt, sonder die Preis, weil damals die Preis von Naturgummi wie Silber teuer ist.

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Von obere zwei Tabelle können wir wissen, dass die relativ problematischer Abfallstoff-Altreifen eine große Problem für unsere Zukunft ist. Es wird somit wichtiger denn je, innovative Produkte aus Gummigranulat bzw. Gummimehl zu suchen. Das ist also meine heutige Therme -  Mechanisches Verhalten von Boden-Gummi-Mischungen. Ich möchte im folgende Punkte zu bearbeiten:

        Stoffliche und chemische Zusammensetzungen von Altreifen
        Stand der Technik ( Verwertungsarten )
        Die verwendeten Materialien sind anhand eigner Laboratoriumsversuche zunächst zu beschreiben ( Indexversuche )
        Bodenmechanische Kenngrößen von Boden-Gummi-Mischungen ( Durchlässigkeit, Scherfestigkeitsparameter, Zugfestigkeit, ....)

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2. Stoffliche und chemische Zusammensetzungen von Altreifen

2.1 Reifenaufbau

Reifen setzen sich aus einem Grundkörper (Karkasse) und dem Laufstreifen (4), der auf die Karkasse aufgebracht wird, Die Karkasse gibt dem Reifen die notwendige Festigkeit. Sie besteht in der Regel aus gummiummantelten Textilseilen (1) – heute vorwiegend aus Kunstfasern wie Rayon oder Nylon -, dem Gürtel (2) und dem Wulst. (3).

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2.2 Stoffliche Zusammensetzung von Altreifen
Altreifen bestehen zur Hauptsache aus synthetischem oder natürlichem Kautschuk, Russ und Siliziumoxid sowie Stahl und Gewebe (Tabelle 3).

Tabelle 3: Stoffliche Zusammensetzung von Altreifen (Beispiel PW)





Ein Reifen enthält so um 30 verschiedene Synthesekautschuke, etwa 8 Typen von Naturkautschuk, ca. 8 Qualitäten von Industrieruß, dann Stahl und Textilgewebe sowie etwa 40 weitere Substanzen wie Wachse, Öle, Pigmente, Antioxidaktien, etc.

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2.2.1 Kautschuk und Gummi

Naturkautschuk ist eine im Mischsaft tropischer Wolfsmischgewächse enthaltene langkettige Kohlenwasserstoffverbindung. Die Grundeinheit ist Isopren. Naturkautschuk besteht zu knapp 90% aus Kohlenstoff, den die Pflanzen aus dem Kohlendioxidanteil der Luft beziehen (ca. 3,3 kg CO2 pro kg Naturkautschuk). Auch Erdöl besteht aus Kohlenwasserstoffen, aus einer Mischung unterschiedlich langer C-Kettenmoleküle.

Kautschuk sind unvernetzte Kettenmoleküle (Polymere), deren Kristallisationstemperaturen ( Glastemperatur, weil sie dann glashart werden) unterhalb der Gebrauchstemperatur liegen, d.h. sie sind bei Zimmertemperatur weich. Werden sie erhitzt, wird die Masse ab der Erweichungstemperatur zähflüssig, und bei weiterer Erwärmung tritt schließlich die Zersetzung ein. Solche Polymere werden Thermoplaste genannt und können bei höheren Temperaturen und/oder dem Einfluss von deformierenden Kräften formgebend verarbeitet werden.

Chemisch leicht vernetztet Kautschuke werden Elastomere (Gummi) genannt. Die wesentliche Eigenschaft von Elastomeren ist ihre ausgeprägte Kautschuk- oder Gummielastizität. Durch Zusatz verschiedenster Additiv ( Weichmacher, Füllstoffe, Alterungsschutzmittel, etc.) werden die Verarbeitbarkeit und Mischbarkeit der Kautschuk verbessert, die Vernetzung gesteuert und insbesondere die Eigenschaften des Fertigproduktes stark beeinflusst.

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Natur- und Synthesekautschuk

Die Naturkautschuk-Produktion erfolgt vornehmendlich in Südostasien auf kleinbäuerlichen Betrieben. Thailand und Indonesien produzieren rund 80% der Weltproduktion von etwa 7000000 t pro Jahr. Ein Kautschukbaum produziert ca. 2 kg Naturkautschuk pro Jahr und kann 25-35 Jahre genutzt werden.

Durch Lieferengpässe beim Naturkautschuk ausgelöst, wurde 1911 vom Chemieunternehmen Bayer in Deutschland der erste Synthesekautschuk hergestellt. Die Ausgangsprodukte liefert die Petrochemie. Im Gegensatz zum Naturkautschuk enthält Synthesekautschuk Kohlenstoff.

In einem Reifen können mehr als 10 unterschiedliche Synthesekautschuke enthalten sein. Den dominierenden Anteil hat Styrol-Butadien-Kautschuk. Weitere sind Butadien-Kautschuk, Isopren-Kautschuk, Butyl-Kautschuk und chlorierter bzw. bromierter Butyl-Kautschuk. Synthesekautschuke sind chemisch reiner und einheitlicher und können hinsichtlich bestimmter Eigenschaften den Naturkautschuk übertreffen.

Die weltweite Jahresproduktion von Synthesekautschuk übertrifft jene des Naturkautschuks und liegt bei über 10000000 t; rund 60% des Synthesekautschuks geht in die Reifenproduktion.

Die weltweite Gummi-Produktion liegt im Bereich von 17 Mio.t2 Gemäss derselben Quelle liegt der Marktpreis in der EU für Naturkautschuk bei 750 Euro pro Tonne und jener für Synthesekautschuk bei 1400 Euro pro Tonne.



Bild.2  Naturkautschuk
Reifengummi

Damit ein Gummi die an ihn gestellt Aufgabe erfüllen kann, müssen der Kautschukmischung diverse Additive zugesetzt werden. Bei Reifen ist Russ der wichtigste Füllstoff. Russ erfüllt verschiedene Aufgaben und sorgt u.a. für eine verbesserte Verschleißbeständigkeit; ohne Russ würde der Reifen auch auf der Fahrbahn festkleben. In der Reifenherstellung werden 6-8 unterschiedliche Russqualitäten eingesetzt. Eine Teilmenge des Rußes kann durch Siliziumdioxid (SiO2) ersetzt sein, um den Reifen geräuscharmer zu machen und den Fahrwiderstand zu reduzieren. Um die natürliche Zersetzung von Kautschuk zu bremsen, werden Alterungsschutzmittel wie z.B. Antioxidaktien und Chelatbildner zugemischt. Pigmente und Styrolharze sind weitere Füllstoffe. Nach den Füllstoffen kommt den Weichmachern in Kautschukmischungen Mengenmäßig die nächstgrößte Bedeutung zu.

2.2.1 Russ

Der in der Reifengummi-Herstellung benötigte Russ ist nicht einfach aus irgendeiner Verbrennung, sondern ein großtechnisch hergestelltes Qualitätsprodukt, das genau spezifizierte physikalische, chemische und anwendungstechnische Eigenschaften aufweisen muss. Auch im Reifengummi werden nur genau spezifizierte Russqualitäten eingesetzt. Etwa 93% der Weltrussproduktion wird von der Gummiindustrie verwerte und davon rund 75% in der Reifenindustrie. Industrieruß wird durch kontrollierte Pyrolyse oder im Aerosolverfahren in einem Russreaktor durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen erzeugt. Beim Furnace-Verfahren wird ein Öl-Gas-Gemisch in einem Flammenreaktor eingeblasen und auf 1200-22000C erhitzt, um dann mit eingesprühten Wassertröpfchen als Kondensationskeimen feinste Russpartikelchen zuzeugen. Der Kohlenstoff des Rußes ist also fossilen Ursprungs.

Weil die Reifenherstellung den größten Russbedarf aufweist, wäre es sehr sinnvoll zu versuchen, den Russ aus den Altreifen jeweils wieder zurückzugewinnen und in die Reifenherstellung zurückzuführen.