スチレン-ブタジエンゴムと天然ゴムの共熱分解におけるガス状生成物生成メカニズム

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J. Hazard. Mater..2020 Jun;401:123302. S0304-3894(20)31291-7. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123302.Epub 2020-06-24.

スチレン-ブタジエンゴムと天然ゴムの共熱分解におけるガス状生成物生成メカニズム

Gas products generation mechanism during co-pyrolysis of styrene-butadiene rubber and natural rubber.

Qirong Yang
Shuangpeng Yu
Haowen Zhong
Ting Liu
Erren Yao
Yuan Zhang
Hansen Zou
Wei Du

PMID: 32653782 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123302.

抄録

本研究では、天然ゴム(NR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、混合ゴム(NR-SBR)の共熱分解時のガス状熱分解生成物生成機構と最適経路を実験と反応分子動力学を組み合わせて解明し、廃ゴムの効率的な回収を目指した。その結果、NRの熱分解温度はSBR添加により徐々に上昇することがわかった。SBRの熱分解初期に生成するモノマーは、主に1,3-ブタジエンとスチレンであり、スチレンの生成するHとCH=CHのエネルギー障壁は1,3-ブタジエンのそれよりも高く、さらに熱分解すると主なガス生成物はHとCHである。NR-SBRの共熱分解では、反応経路から、SBRの含有量が増加するにつれてH収率が増加し、CH収率が減少することが明らかになった。NRの熱分解とは対照的に、SBRではCH=CHの生成経路がより困難であるのに対し、Hを抽出するCH=CHの生成経路は容易であり、生成するCH=CHが最初に増加し、その後減少することがわかった。固定床実験とガスクロマトグラフィー(GC)分析により、3つのゴム(NR, SBR, NR-SBR)の主なガス生成物は、H, CH, CH=CHであることが確認され、SBR含有量の増加に伴う収率の変化はシミュレーション結果と一致した。

In this study, reaction molecular dynamics were combined with experiments to gain in-depth understanding of the gaseous pyrolysis products generation mechanism and optimal paths during natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR) and mixed rubbers (NR-SBR) for effective recovery of waste rubber. The results show that the pyrolysis temperature of NR increases gradually with SBR addition. The monomers produced during the initial stage of SBR pyrolysis are mainly 1,3-butadiene and styrene, in which the energy barriers of the formed H and CH=CH in styrene are higher than those in 1,3-butadiene, and during further pyrolysis the main gas products are H and CH. During co-pyrolysis of NR-SBR, the reaction paths show that increasing H yield and decreasing CH yield take place easily as SBR content rises. By contrast to pyrolysis of NR, the path of generating CH=CH in SBR is more difficult while that of CH=CH abstracting H occurred easily, leading to first enhancement in produced CH=CH followed by a decline. Fixed bed experiments and gas chromatography (GC) analysis identify the main gas products of the three rubbers (NR, SBR, NR-SBR)as H, CH and CH=CH and the change of yield caused by the increase of SBR content are consistent with the simulation results.