Eine Herausforderung bei der hochwertigen Verwertung von Rezyklaten sind Unsicherheiten in Bezug auf Qualitäten. Um hier eine einheitliche Sprachweise zu haben, haben wir im Netzwerk Definitionen entwickelt, die für unsere Arbeit gelten und damit die Qualitäten und Verfahren klar kennzeichnen.
Wir verwenden täglich Begriffe wie Mahlen, Granulieren, Gummipulver (MRP), Mahlen bei Umgebungstemperatur oder kryogenes Mahlen, Cracker-Mühlen, Devulkanisation, Oberflächenaktivierung, Revulkanisation und viele weitere. Dabei brauchen wir ein gemeinsames Verständnis davon, was genau gemeint ist, wenn diese Begriffe verwendet werden.
Es ist schwierig, über Prozesse und neue Ideen zu diskutieren, wenn wir nicht dieselbe Sprache sprechen und dieselben Definitionen teilen. Es wird vermutlich nicht einfach sein, alle neuen und innovativen Verarbeitungsmethoden in dieses gemeinsame Verständnis einzubeziehen, da manche Entwickler ihre Verfahren nicht darin wiederfinden werden. Aber: Wenn wir es nicht versuchen, werden wir keine Fortschritte erzielen.
Altreifen
Der Altreifen besteht aus Gummi, Textil und Stahldraht. Das Gummi besteht aus einer Mischung aus Natur- und Synthesekautschuk sowie weiteren Inhaltsstoffen wie Füllstoffen, Weichmachern, Antiozon-Schutzmitteln, Antioxidantien und Vulkanisiermitteln.
ELT End-of-Life Tire (Altreifen)
Naturkautschuk (NR) Nachwachsender Rohstoff, der z. B. aus dem Milchsaft (Latex) von Kautschukpflanzen gewonnen wird.
Synthetischer Kautschuk (Synthesekautschuk) Jeder künstlich, hauptsächlich durch Polymerisation hergestellte Kautschuk.
Zuerst werden Altreifen in Schnitzel oder Chips vorgeschnitten. Stahl- und Textilfasern werden während des gesamten Prozesses durch Magnete und Absaugung entfernt. Anschließend erfolgen die weitere Zerkleinerung und Siebung.
Abschnitte (Cuts), ≥ 300 mm nach DIN EN 14243
Schnitzel (Shreds), 200–400 mm nach DIN EN 14243
Chips (chips), 10–50 mm nach DIN EN 14243
Gummigranulate, 0,8–20 mm nach DIN EN 14243
Gummigranulate, ≥ 1 mm nach Sächsischen Technischen Richtlinien für Gummimodifizierte Asphalte
Gummimehl (powder), ≤ 0,8 mm nach DIN EN 14243
Aus Ambienter Vermahlung (z. B. Crackermühlen) und Siebung oder aus Kryogener Vermahlung (z. B. Ultra Rotor Mühlen, Prall- und Hammermühlen) gewonnenes Material.
Gummimehl, ≤ 1 mm nach Sächsischen Technischen Richtlinien für Gummimodifizierte Asphalte
Aus Altreifen hergestellte Gummipartikel mit einer maximalen Korngröße von 1 mm. Gummimehl wird durch mechanische Zerkleinerung, z. B. Vermahlung bei tiefen Temperaturen (kryogenes Mahlverfahren) von LKW- und/oder PKW-Reifen gewonnen. Das Gummimehl besteht aus synthetischem Kautschuk, Naturkautschuk, Ruß und weiteren Bestandteilen wie Füllstoffen. Fasern und Stahlanteile werden im Herstellungsprozess nahezu vollständig entfernt.
MRP (Micronized Rubber Powder), < 0,4 mm
Aus Kryogener Vermahlung gewonnenes Material.
Ambiente Vermahlung In der ambienten (raumtemperierten) Mahlung wird das Gummi geschreddert, gemahlen und gesiebt, bis die gewünschte Korngröße erreicht ist. Das resultierende Granulat muss während des Mahlprozesses gekühlt werden, da durch die mechanische Reibung Wärme entsteht. Es entstehen Partikel mit ungleichmäßigen, aufgerauten Oberflächen und eher unregelmäßiger Form. Das Material wird beim Schreddern quasi „gerissen“, was zu rissigen und zerklüfteten Partikelstrukturen führt. Anschließend wird das Granulat fraktioniert (Siebtechnik) und nach Korngröße sortiert.
Kryogene Vermahlung In der kryogenen Vermahlung werden Gummigranulate mit flüssigem Stickstoff auf unter −80 °C und niedriger heruntergekühlt, bis sie spröde sind, und dann in Mühlen zerschlagen. Die entstehenden kryogenen Pulverpartikel sind nahezu kubisch mit glatten, intakten Oberflächen. Weil die Teilchen bei Kälte eher brechen als reißen, bleibt die Polymerstruktur an der Oberfläche unverändert. Kryogen hergestelltes Pulver ist dadurch sehr sauber und neuwertig in seinen chemischen Eigenschaften, hat aber pro Partikel weniger Oberflächenrauigkeit und damit potenziell geringere Adhäsionsfläche als ambientes Pulver. Es können feinere Pulver hergestellt werden.
Altreifen Recycling
Devulkanisation
Prozess, bei dem die Vulkanisationsvernetzungen im Gummi, hauptsächlich die Schwefelbrücken zwischen den Kautschukpolymeren, wieder aufgebrochen werden. Durch Vulkanisation ist Gummi dreidimensional vernetzt und dadurch elastisch und formstabil. Die Devulkanisation kehrt diesen Prozess teilweise um, indem die Sulfidbrücken gespalten werden, ohne die Polymerhauptketten vollständig abzubauen. Das Ergebnis ist devulkanisierter Gummi, oft auch Reclaim-Gummi genannt, der wieder plastisch formbar ist und im Idealfall ähnlich wie unvernetzter Rohkautschuk verarbeitet werden kann. Es wurden zahlreiche Devulkanisationsverfahren entwickelt, die sich in Art und Einwirkungsweise unterscheiden. Grob lassen sie sich in thermisch/chemische, mechanische und biologische Methoden einteilen. Oft werden sie auch kombiniert.
Thermisch-chemisch Nutzen Wärme und Chemikalien. Etwa wird Gummimehl in einem beheizten Reaktor oder Autoklav mit Zugabe von Chemikalien (Öle, Weichmacher, Desulfurisierungsmittel wie z. B. Diphenyldisulfid) über längere Zeit behandelt. Bei Temperaturen von 180 bis 220 °C und moderatem Druck werden die Schwefelbrücken gespalten.
Mechanisch Es kommen hohe Scherkräfte zum Einsatz, oft in Doppelschneckenextrudern oder Mischern, um das Gummi mechanisch zu „brechen“. Unterstützt durch Temperatur und ggf. Chemikalien können die Netzwerke gelöst werden. Ein Beispiel ist die Ultraschall-Devulkanisation: In einen Extruder integriert wird hochenergetischer Ultraschall auf das fließende Gummi angewandt. Die Ultraschallenergie spaltet gezielt S–S- und S–C-Bindungen im Gummi auf, so dass am Ende eine weiche Gummischmelze entsteht.
Strahlung Bestrahlung mit Mikrowellen kann Devulkanisation bewirken. Mikrowellen heizen insbesondere Stellen wie Metalloxide oder bestimmte Füllstoffe im Gummi auf, was lokal die Vernetzung knackt.
Biologisch Mikroorganismen oder Enzyme, die gezielt Schwefelbrücken angreifen. Bestimmte anaerobe Bakterienstämme können vulkanisierten Gummi oberflächlich „verdauen“ und den gebundenen Schwefel reduzieren. So lassen sich Gummipartikel biologisch an der Oberfläche devulkanisieren, während das Polymergerüst intakt bleibt. Diese Biodevulkanisation verläuft bei milden Temperaturen (< 50 °C) und vermeidet thermische Schäden. Allerdings ist sie relativ langsam (mehrere Tage).
Devulkanisations-/Modifizierungsmittel Sie verbleiben ganz oder teilweise in dem Recyclat (Herausforderung). Sie bestehen aus:
- Adipinsäure oder Oxalsäure;
- Kerosin, Nitrobenzol, Furfurol, Phenol, Dichlordiäthylenäther;
- Öl (aromatisch, naphthenisch, paraffinisch);
- 2-Butanol und Kohlendioxid.
Extrudervarianten Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder, Planetwalzenextruder.
Reclaim Gummi Aus dem Devulkanisationsprozess zurückgewonnener Gummi.
Oberfläche von recycelten Gummipartikeln so modifizieren, dass sie besser in neue Materialverbunde eingebunden werden können. D. h. die inert gewordene Gummioberfläche wird wieder reaktiv gemacht, um die Haftung an frischem Kautschuk oder anderen Bindern zu erhöhen. Ziel ist entweder, dass die Partikel beim erneuten Vulkanisieren chemische Bindungen mit der neuen Matrix eingehen, oder dass zumindest die physikalischen Adhäsionskräfte verbessert werden. Arten der Aktivierung sind chemische Beschichtung, Teil-Devulkanisation der Oberfläche und Additiv-Zugabe.
Beschichtung Beschichten der Gummipartikel mit haftungsfördernden Substanzen. Beispielsweise können Reifen-Gummigranulate mit speziellen Polymeren, Harzen oder Klebstoffen ummantelt werden, die als Haftvermittler wirken. Die Beschichtung vermittelt zwischen Altgummi und Neugummi, sodass im Vulkanisationsprozess Bindungen entstehen.
Teil-Devulkanisation Durch Oberflächendevulkanisation, z. B. mittels Wärme, Scherung oder Mikroorganismen (siehe biologische Devulkanisation), werden nur die äußersten Schichten (einige hundert Nanometer tief) entnetzt, während das Partikelinnere vulkanisiert bleibt. Dadurch erhält die Oberfläche wieder vulkanisationsfähige Gruppen.
Additive Additive als Kompatibilisierer, die beim Vulkanisieren sich sowohl mit dem Alt- als auch dem Neukautschuk vernetzen. Z. B. VESTENAMER® (trans-Polyoctenamer von Evonik). Es bestehen oft vorgemischte Produkte.
Oberflächenaktivierung
Gummimodifizierter Asphalt (GmA)
Ein im Nassverfahren oder Trockenverfahren modifizierter Asphalt.
Trockenverfahren (Direktmodifizierung) Verfahren, bei dem das additivierte Gummimehl (aGM) direkt beim Mischprozess in der Asphaltmischanlage zugegeben wird.
Nassverfahren Zugabe von additiviertem Gummimehl zum Bitumen („nasses Medium“) zur Modifikation im Vorfeld des Mischprozesses. Dieses Gemisch wird dann im Mischprozess zugegeben.
Gummimodifiziertes Bitumen (GmB) Ein mit additiviertem Gummimehl modifiziertes Bitumen. Gummimodifiziertes Bitumen entsteht großtechnisch erst im Mischprozess bei der Asphaltherstellung. Für Prüfungen wird GmB im Labor hergestellt.
Additiviertes Gummimehl (aGM) Gemäß der Sächsischen Technischen Richtlinien für Gummimodifizierte Asphalte speziell für die Verwendung im Asphalt hergestelltes Gummimehl mit Additiven. Additiviertes Gummimehl stellt einen Zusatz im Sinne der TL Asphalt-StB dar.
Reifezeit Zeit, die das additivierte Gummimehl (aGM) mit dem Bitumen im Asphaltmischgut nach dem Mischprozess bis zum Einbau benötigt, um die Wirksamkeit der Modifizierung zu erreichen. Die Reifezeit ist abhängig vom Herstellungsprozess. Sie muss vor Einbau des Mischgutes am Einbauort abgeschlossen sein. Transportzeiten von der Mischanlage zum Einbauort können auf die Reifezeit angerechnet werden. Die Reifezeit ist außerdem abhängig von der Temperatur, der Art der Additivierung und einer ggf. durchgeführten Vorbituminierung. Entsprechende Angaben sind vom Hersteller des aGM im Produktdatenblatt aufzuführen.