Devulkanizasyon Yöntemleri

Devulkanizasyon, atık lastiklerin geri dönüşümünde potansiyel bir metottur. Devulkanize kauçuk, devulkanize malzemenin yeniden vulkanize edilerek kullanışlı ürünlere dönüştürülebildiğinin görülmesinden sonra değerli bir atık kauçuk formu haline gelmiştir (Adhikari ve ark., 2000).

Birbirinden farklı prensiplere sahip çok sayıda devulkanizasyon metodu vardır. Aynı zamanda konunun çevresel etkileri ve güncelliği nedeniyle her geçen gün yeni metodlar geliştirilmektedir. Aşağıda, uygulamaya da geçirilmiş olan bazı devulkanizasyon metodları verilmiştir (California Environmental Protection Agency Report, 2004; Adhikari ve ark., 2000):

 Kimyasal Devulkanizasyon  Ultrasonik Devulkanizasyon  Mikrodalga Devulkanizasyonu  Biyolojik Devulkanizasyon  Mekanik Devulkanizasyon

Bu devulkanizasyon metodları, uygulanan prosesin esası ve etkin olduğu reaksiyon bölgesi açısından Çizelge 5.6.’da verilmiştir.

5.8.1. Kimyasal devulkanizasyon

Kimyasal maddeler kullanılarak atık kauçuğun devulkanizasyonu 1960’lardan beri yapılmaktadır. Kauçuk, devulkanize edici maddelerle birlikte miksere konulur ve ısıtılır. Bu maddeler karıştırılır, çalkalanır, filtreden geçirilir ve istenmeyen atık kimyasal maddelerin uzaklaştırılması için kurutulur.

Kimyasal devulkanizasyon prosesinde kullanılmak üzere birçok kimyasal madde geliştirilmiştir. Bunların içinde; petrol esaslı solventler, tiyolamin, hidroksit, disülfür bileşikleri veya klorlu hidrokarbonlar sayılabilir. Bazı kimyasal maddelerle birlikte reaksiyonları hızlandırmak için katalizör de kullanılmaktadır (California Environmental Protection Agency Report, 2004; Basel Convention, 2010).

5.8.2. Ultrasonik devulkanizasyon

Devulkanizasyon konusunda ultrasonik enerjinin kullanımı ile ilgili çalışmalar ilk kez 1973’de yapılmıştır. Ultrasonik devulkanizasyon aslında, ekstrüzyon ve ultrason proseslerinin birleşimi olan bir prosestir. Geliştirilen tasarımlar birbirine çok benzer ancak aralarındaki fark transduserlerin ekstrüderdeki yeri ve gerekli ultrasonik enerjiyi üretmek için kullanılan malzeme ve ekipman farklılıklarıdır. Bu sistemlerde, kauçuk parçacıkları besleyiciden ekstrüdere iletilir, ekstrüder mekanik olarak kauçuğu itme ve çekme hareketi uygular. Bu mekanik hareket kauçuk parçacıklarının ısınmasına ve yumuşamasına neden olur. Yumuşayan kauçuk ekstrüder haznesine doğru taşınır, burada kauçuk ultrasonik enerjiye maruz bırakılır. Isı, basınç ve mekanik olarak

Çizelge 5.6. Uygulanan prosesin esası ve reaksiyon bölgesine göre devulkanizasyon metodları (California Environmental Protection Agency Report, 2004)

Metod Prosesin Esası Reaksiyon Bölgesi

Kimyasal Kimyasallar/Kimyasal reaksiyonlar Malzemenin yüzeyi Ultrasonik Ultrasonik dalgalar Malzemenin içi

Mikrodalga Mikrodalgalar Malzemenin içi

Biyolojik Mikroorganizmalar Malzemenin yüzeyi

çiğnenmenin sonucunda çeşitli oranlarda devulkanizasyon gerçekleştirilir (Isayev, 2005). Ekstrüderden çıkan kauçuk soğutma banyosuna ve sonra da kurutmaya gönderilir.

5.8.3. Mikrodalga prosesi

Bu proses, ısı enerjisini çok çabuk ve üniform olarak atık kauçuğa iletir. Proses her tür kauçuğa uygulanamaz. Mikrodalgayla ısınmanın sağlanabilmesi için malzemenin polar bir yapıya sahip olması gerekir. Kauçukta bu polar yapı karbon siyahı ile sağlanır. Karbon siyahı içeren kauçuk, iyon veya ara yüzey polarizasyonundan dolayı mikrodalga prosesindeki yüksek frekanslara duyarlıdır. 915 veya 2450 MHz olan mikrodalga enerjisi çapraz bağları kırmaya yeterlidir, ama polimer zincirlerini kırmaya yetmez (California Environmental Protection Agency Report, 2004; Basel Convention, 2010).

5.8.4. Biyolojik prosesler

Bu proses, parçalanmış kauçuğun devulkanizasyonu için çeşitli bakteri ve mantarların kullanıldığı ve son otuz yıl içinde geliştirilen bir prosestir (Stevenson ve ark., 2008). Vulkanize malzemeler normal mikroorganizma saldırılarına karşı dirençli olmasına karşın, birçok araştırma değişik tipteki mikroorganizmaların, vulkanize elastomerlerdeki kükürt bağlarını bozduklarını ortaya koymaktadır.

Biyolojik devulkanizasyon, öğütülmüş ince kauçuk ve bakterilerin, sıcaklık kontrollü bioreaktörde karıştırılmasıyla uygulanır. Oluşan çamur, işlemin devam etmesi için uygulanan basınç ve sıcaklığa maruz bırakılır. Biyolojik kontak süresi yaklaşık 10 günden birkaç yüz güne kadar değişebilir. Devulkanize ürün mikroorganizmaların uzaklaştırılması için yıkanır ve filtreden geçirilir, sonra da kurutulur. Devulkanizasyon derecesinin istenilen oranda sağlanabilmesi için kauçuk tozlarının son derece küçük olması gerekmektedir(Stevenson ve ark., 2008).

5.8.5. Mekanik prosesler

Mekanik devulkanizasyon, kauçuk parçacıklarının özel sıcaklık ve basınç şartları altında tekrarlanan deformasyonuyla sağlanır. Geliştirilen mekanik proseslerden birisi,

bir modüler vida tipi reaktör kullanarak kauçuğa plastikleşene kadar gerilme uygulanması esasına dayanır (Toyoda Gosei (TG) prosesi) (Fukumori ve Matsushita, 2003). Kullanılan vida konfigürasyonu ile dönme hızı ve proses sıcaklığı işlem süresince kontrol edilebilmektedir. TG prosesinde kauçuk boyutu 5 – 10 mm’dir. Proseste enerji ihtiyacı 0.4 kW/kg’dır. NR ve SBR gibi farklı türdeki kauçuklara uygulanabilir.

Geliştirilen bir diğer proses, Watson ve arkadaşlarının çalışmasıdır (High Stress Mixing); başlangıçta bu yöntem, vulkanize edilmemiş malzeme stoklarındaki çiğnenme etkilerinin daha iyi anlaşılması için kullanılmıştır. 1950’de Watson ve arkadaşları, kırılmış bir ana zincirin bulunduğu merkez kısımlarında uzamış kauçuk zincirlerinden dolayı oluşan soğuk çiğnenme etkisiyle kauçuğun yumuşadığını göstermişlerdir. Bu proses, 1990’larda Watson’un, çapraz bağlarda tercihli kopmaların olduğu bir kauçuk ağını göstermek için yeni bir mikser kullanarak yapılan laboratuar ölçekli bir deney serisine dayanır. Burada muhtemel gerilme konsantrasyon bölgeleri, ana zincir yapıdaki C–C bağlarından daha zayıf olan kükürt bağlarını etkilemiş ve çapraz bağları beklenmedik şekilde kırmıştır (Myhre ve MacKillop, 2002).

5.8.6. Makine kimyasal prosesler

Bu yöntemin esası mekanik enerji uygulandığı zaman malzemenin kimyasal yapısında oluşan değişikliktir. Makine kimyasal proseslerin hepsinde prensip aynı olmasına karşın farklı sistemler ve ekipmanlar geliştirilmiştir.

Bu yöntemde öncelikle atık lastikler parçalanıp granül haline getirilir. Sonra devulkanize edileceği sisteme gönderilir. Devulkanizasyon işlemi sırasında atık kauçuk granüllerine çeşitli kimyasallar katılır. Bu kimyasallar ve mekanik kuvvetler etkisiyle çapraz bağlar koparılır (Myhre ve MacKillop, 2002; Yehia, 2004). Geliştirilen makine kimyasal proseslerden bazıları aşağıda verilmiştir (Rajan, 2005):

Trelleborg Soğuk Yenileme Prosesi (TCR): TCR prosesinde, öğütülmüş kauçuk tozuna az miktarda devulkanizasyon ajanı karıştırılır. Bu işlem, oda sıcaklığında veya biraz yüksek bir sıcaklıkta mikserde gerçekleştirilir. Devulkanizasyon ajanı olarak fenilhidrazin-metilhalid veya difenilguanidin kullanılır.

De-Link Prosesi: Bu proseste, kauçuk iki silindirli bir öğütücüde 50 ºC’nin altındaki bir sıcaklıkta yaklaşık 7 dk işleme tabi tutulur. Devulkanizasyon kimyasalı katılır. Bu proses çapraz bağları kırmada, konvansiyonel kükürt vulkanizasyonlarında,

yarı etkili ve etkili kükürt vulkanizasyonlarından daha etkindir. Bu proseste vulkanizasyondaki bozulma mekanik etkiyle sağlanır.

Sülfüroksitle Benzende Şişme: Bu proseste, vulkanize doğal kauçuk sülfüroksit bileşimi ile benzende şişerek bozunur. Bu kimyasalların kükürt bağlarını seçmeli olarak kopardıkları ifade edilmiştir. NR bu kimyasallara SBR’den daha duyarlıdır. Prosesin dezavantajı bu çözücülerin oldukça zehirli olmasıdır.