Графическая аннотация. Источник: Waste Management (2025). DOI: 10.1016/j.wasman.2025.114737

Шины необходимы для современного транспорта, но их производство и использование вызывают опасения с точки зрения экологии. Одна из важных проблем связана с оксидом цинка — распространенным активатором, используемым при вулканизации резины. Оксид цинка помогает резине образовывать сшитую сеть, которая придает шинам прочность, эластичность и долговечность. Однако цинк может попадать в окружающую среду в процессе производства, переработки и износа шин, оказывая негативное влияние на водные экосистемы.

Международная группа ученых из Университета Касетсарт в Таиланде и Университета Ньюкасла в Сингапуре исследовала возможность частичной замены оксида цинка в резине для протектора шин летучей золой — промышленными отходами угольных электростанций. Исследование опубликовано в журнале Waste Management.

Летучая зола содержит несколько оксидов металлов, в том числе оксид кальция, оксид магния, оксид алюминия и оксид железа. Эти соединения могут способствовать активации процесса вулканизации резины, а значит, летучая зола может не только выступать в качестве инертного наполнителя. Она также может помочь снизить зависимость от оксида цинка.

Тестирование золы-уноса в резиновой смеси для протектора

Исследователи приготовили резиновые смеси для протектора шин с разным соотношением оксида цинка и золы-уноса: 3:0 в качестве контроля, а также 2:1, 1:2, 0:3 и 0:5 частей на 100 частей резины. Затем они протестировали процесс вулканизации, плотность поперечных связей, механические свойства, динамические механические свойства, устойчивость к истиранию, выделение цинка в воду и воздействие на окружающую среду с помощью оценки жизненного цикла.

Результаты показали, что зола может способствовать вулканизации каучука даже при снижении содержания оксида цинка. Составы с соотношением оксида цинка и золы 2:1 и 1:2 показали степень сшивки, сравнимую с контрольным составом с обычным оксидом цинка. Это означает, что содержание оксида цинка можно снизить примерно на треть или на две трети без ущерба для эффективности вулканизации.

Механические характеристики также в значительной степени сохранились. Составы 2:1 и 1:2 показали прочность на разрыв, модуль упругости и плотность поперечных связей, сопоставимые с показателями контрольной резины. Их динамические механические свойства также были схожими, что позволяет предположить, что важные показатели, связанные с шинами, в том числе сцепление с дорогой и сопротивление качению, существенно не ухудшились.

Снижение выделения цинка, неоднозначные компромиссы

Экологическая польза была очевидна в тестах на выделение цинка. Через три месяца в воде состав с соотношением оксида цинка и летучей золы 1:2 снизил выделение цинка на 63% по сравнению с контрольным образцом. Это важно, поскольку выделение цинка из материалов шин может способствовать повышению водной экотоксичности.

Оценка жизненного цикла также показала, что замена оксида цинка на летучую золу снижает пресноводную и морскую водную экотоксичность, а также потенциал глобального потепления. Наименьшее воздействие на окружающую среду наблюдалось при полной замене оксида цинка в соотношении 0:3. Однако исследование также показало, что более высокая доля золы может повлиять на характеристики материала, поэтому частичная замена, по-видимому, обеспечивает наилучший баланс между свойствами резины и экологическими преимуществами.

Циркулярная экономика для использования золы

Исследование указывает на практический путь реализации экономики замкнутого цикла в сфере производства материалов для шин. Вместо того чтобы рассматривать золу только как отходы, ее можно использовать в качестве функционального ингредиента в резиновых смесях. В то же время производители шин могли бы сократить использование оксида цинка, уменьшить выделение цинка и улучшить экологический профиль составов для протектора шин.

Полученные результаты актуальны для производителей шин, компаундов для резиновых смесей, компаний, занимающихся утилизацией отходов, и специалистов по устойчивому развитию, которые ищут материалы с меньшим воздействием на окружающую среду для использования в транспортной отрасли. Они также указывают на возможности для стран, где развита как резиновая промышленность, так и утилизация отходов в виде летучей золы, по созданию более замкнутых промышленных цепочек поставок.