Исследователи представят свою работу сегодня на 252-м Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS).
«Основная идея этого проекта заключалась в том, чтобы превратить побочный продукт нефтехимической промышленности в пригодные для вторичной переработки химикаты с добавленной стоимостью для использования в шинах и других областях применения», — говорит Роберт Туба, доктор философии.D., один из ведущих исследователей проекта. "Мы хотим сделать что-то хорошее для общества и окружающей среды."
По данным Ассоциации производителей каучука, в США было выброшено около 270 миллионов шин.S. в 2013 году — более одной шины на одного взрослого, проживающего в стране.
Тысячи складываются на свалки. А поскольку шины не поддаются разложению, они потенциально могут оставаться в эксплуатации на неопределенный срок.
Более половины из них превращаются в топливо, полученное из шин — измельченные утильные шины, которые смешиваются с углем и другими материалами для использования в цементных печах, целлюлозно-бумажных комбинатах и других предприятиях. Но экологи обеспокоены тем, что выбросы от этой практики могут добавлять в воздух вредные загрязнители.
Одним из возможных решений проблемы перенасыщения ломом шин в стране было бы производство новых шин из разлагаемых материалов.
С 2012 года исследовательская группа под руководством Хассана С. Бацци, доктор философии.D., в кампусе Техасского университета A&M в Катаре (ТАМУ-Катар) работает над этим вариантом. Они начали с основной молекулы под названием циклопентен. Циклопентен и его предшественник циклопентадиен представляют собой малоценные основные компоненты многочисленных отходов нефтехимической нефтепереработки, в частности фракцию C5, образующуюся при паровом крекинге, которая содержит углеводороды с пятью атомами углерода. Вместе с коллегами из Калифорнийского технологического института они экспериментировали с катализаторами, связывающими молекулы циклопентена вместе, чтобы получить полипентенамеры, похожие на натуральный каучук.
В настоящее время производители синтетического каучука используют бутадиен в качестве основного материала, но его стоимость в последнее время выросла, что открывает возможности для конкуренции. Поэтому Туба обратился к циклопентену как к потенциальной альтернативе. Расчеты показали, что полимеризация циклопентена и его разложение в относительно мягких условиях реакции — и, следовательно, требует минимальных затрат энергии и затрат — должны быть возможны.
«Мы провели теоретические исследования, чтобы спрогнозировать осуществимость синтеза и повторного использования добавок для шин на основе полипентенамера с использованием равновесной метатезисной полимеризации с раскрытием кольца», — объясняет Антисар Хлил, также в TAMU-Qatar. «Затем мы провели экспериментальные исследования и обнаружили, что концепция работает очень хорошо."
Используя рутений, катализатор переходного металла, исследователи полимеризовали циклопентен при 0 градусах Цельсия и разложили полученный материал при 40-50 градусах Цельсия. Для промышленности это низкие температуры, не требующие больших затрат энергии.
Кроме того, в лаборатории они смогли восстановить 100 процентов исходного материала из нескольких разработанных ими добавок для шин на основе полипентенамера.
В настоящее время проводятся новые исследования, в которых синтетический каучук смешивается с другими материалами шин, включая металлы и наполнители.
Исследователи также расширяют масштабы своих лабораторных экспериментов, чтобы увидеть, может ли шинная промышленность реально использовать их процессы.
«Если фундаментальные исследования будут очень многообещающими — а на данный момент мы полагаем, что это так — — тогда наш партнер по отрасли продолжит этот проект и выведет материал на рынок», — говорит Туба.