土库曼斯坦发明家发现低成本回收橡胶和塑料废料的新方法

2021年12月

根纳季·加利法诺夫,专利律师,土库曼斯坦阿什哈巴德

认识到工业和生活垃圾造成的环境污染迫切需要得到解决,年轻的土库曼斯坦企业家埃尔达尔·里扎耶夫一直在寻找方法,将垃圾转化为二级原材料,用来制造有经济效益的产品。塑料和橡胶废料的转化,包括破旧轮胎在内,一直是他在工作中特别关注的领域。

最近的数据表明,全球每年产生约10亿条废旧轮胎(重约1,700万吨),75%的报废轮胎被填埋。 (图:Nikolay Zirov / iStock / Getty Images Plus)

问题的技术性质

将废物转为二级原材料,用于制造新产品,这一解决方案令人心动但又具有挑战性。橡胶的处理尤其麻烦。橡胶废料分解速度极其缓慢——可能需要100多年的时间。除此之外,橡胶的处理会造成严重空气污染;焚烧橡胶废料每吨产生250公斤以上烟尘和400公斤以上有毒气体。垃圾填埋场中大量高度易燃的橡胶废料也带来重大环境和健康问题,并成为啮齿动物和昆虫便利的栖息地,多为危险传染病的源头。

一个多世纪以来,回收废旧橡胶产品的努力一直未能成功,主要因为橡胶由热固性聚合物制成,受热通常不会熔解。因此,仍然难以找到方法将这些废料转化为原料用于制造新的橡胶制品。

政策环境的变化鼓励回收橡胶废料

过去,废橡胶制品通常会被焚烧。根据《欧盟填埋指令》(1999/31/EC) pdf, 2003年,欧盟禁止废橡胶焚烧和轮胎填埋处理。三年之后,2006年起也严禁在填埋场处理废橡胶(包括粉碎轮胎)。欧洲轮胎和橡胶制造商协会(ERTMA)等组织机构一直在与政策制定者合作,为消费者、驾驶员和欧洲轮胎业营造扶持性监管环境。

上述欧洲法律的修订促使许多国家建设加工厂,将橡胶废料转化为橡胶碎屑(来自报废轮胎),所用工艺不会改变材料的化学结构。然后,橡胶碎屑加入聚合物粘合剂——硬化剂、聚氨酯粘合剂、异相化学聚合物,用于制造各种建筑材料和铺设路面。但使用这些粘合剂成本高昂,大大增加了此类废料转化为后续使用产品的成本。因此加工废橡胶产品的速度远远低于橡胶废料积累的速度。最近的数据表明,全球每年产生约10亿条废轮胎(重约1,700万吨),75%的报废轮胎被填埋。

过去25年为鼓励回收废橡胶落实了各类激励措施,取得积极成果。例如,2018年挪威、塞尔维亚、瑞士、土耳其和欧盟成员国废旧轮胎回收处理的比例超过90%pdf; 比2017年提高约4%。

废橡胶和废塑料混合:降低成本的新思路

根据Garner Insights的数据,随着全球轮胎产量预期增长——预计将从2020年的21亿条提高到2029年的90亿条,轮胎回收市场呈现商机和增长潜力。

埃尔达尔·里扎耶夫看到这一机遇,加之有必要降低橡胶回收成本和聚合物粘合剂的高昂成本,因此开始寻找回收废橡胶和废塑料将其转化为有用产品的新方法。与废橡胶不同,废塑料为热塑性聚合物,重新受热会熔化,重新利用相对容易,可制造多种有用产品。

年轻的土库曼斯坦企业家埃尔达尔·里扎耶夫一直在寻找方法应对环境污染,他把塑料和橡胶废料转化为多种有用的产品。

里扎耶夫先生开始研究是否可通过结合热固性聚合物(废橡胶的特性,受热不熔化)与热塑性聚合物(废塑料的特性,受热熔化),将产生的熔融混合物用于制造各类新产品。他开始用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)验证自己的想法,PET来自日常使用的塑料瓶等各种容器。做出这个选择顺理成章,因为他的研究表明,所有橡胶和塑料材质的家庭固体废弃物中有80%以上未被回收,是宝贵的潜在原材料,可以生产各种有用产品。

他的实验结果超出所有预期。粉碎的PET混入橡胶屑后在挤出机中加热至220-240°C时产生的化学反应会形成聚合物与橡胶的混合物,可用于注塑制造各种具有防滑特性、耐磨耐用的地板材料,如地砖、板材、地毯和健身房及儿童游乐场地垫。

里扎耶夫先生开发了一种新工艺,将废橡胶(如废旧轮胎)和废塑料(如塑料瓶)放在一起加热,所形成的熔融混合物,可以压模制造各种耐磨耐用的地板材料。(图:Courtesy of Eldar Rizayev)

与橡胶碎屑添加聚合物粘合剂的标准工艺不同,里扎耶夫先生的工艺混合熔化的橡胶碎屑与熔化的PET,创造出具有更多重要特性的新型混合物。

为了优化共聚工艺,发明人根据制造熔融混合物所用各种废弃产品的具体特性调整了技术工艺流程,然后通过三段式挤出机,将熔融混合物送入各类模具,用于不同产品。

里扎耶夫先生提出的解决方案突出之处在于,它产生的熔融混合物具有的新特性非显而易见,前所未有。废橡胶和废塑料转化为有用的家用和建筑产品的工艺因为有了这一突破,成本效益和效率有所提高。

(图:Courtesy of Eldar Rizayev)

里扎耶夫先生受到成功的鼓舞,继续探索回收废橡胶的新方法,利用供应充足的其他类型塑料制品,如聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯,并完成了各种相关技术研究。联合国环境规划署2018年的报告估计,全球每年废塑料总量约为3亿吨,其中大部分最终被填埋。里扎耶夫先生的工作有助于解决重大的全球回收难题。在一代又一代科学家和发明家失败后,他成功完成了回收废橡胶和废塑料这两大关键任务。他的创新解决方案对于解决全球工业和生活垃圾问题而言是重要的一步。

发明背后的专利

因其工作成果,里扎耶夫先生获得土库曼斯坦财政和经济部国家知识产权局(第608和628号专利)和欧亚专利局(第028388和03328号欧亚专利)授予的专利。目前,他已将这些专利工艺完全融入自己的业务运营,大规模生产再生橡胶和塑料产品。

尽管发生了冠状病毒大流行,里扎耶夫先生与手下14名员工生产和销售的产品价值仍然超过1,000万马纳特(约合2,860万美元)。这位发明家继续推进科学和实验工作,应对建筑企业、体育界等组织机构对他生产的废弃物衍生材料的旺盛需求。

里扎耶夫先生继续投入时间和精力,开发令人兴奋的新机会,重新利用世界上的废料。

里扎耶夫先生积极推广其技术许可,正在与俄罗斯联邦多家企业进行初步谈判。由于财政困难,他只能在屈指可数的几个国家为这些技术申请专利,但随着财政状况改善,他希望能够在更多地区保护这些技术。

里扎耶夫先生继续投入时间和精力,开发振奋人心的新机会,为各种废料找到新用途。正在研制的一些新技术将不同类型的废弃物与新材料结合起来,例如土库曼斯坦卡拉沙漠新月型沙丘的沙子,可以降低成本,制造出更坚固、更有弹性的产品,如铁路枕木、海港和河港泊位挡板、电绝缘体、道路产品、泡沫地垫和更耐用的运动垫子。

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