BR102016022898B1 - processo de tratamento de dregs, dregs tratado, seu uso, processo de vulcanização de borracha, e borracha vulcanizada - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE TRATAMENTO DE DREGS, DREGS TRATADO, SEU USO, PROCESSO DE VULCANIZAÇÃO DE BORRACHA, E BORRACHA VULCANIZADA. A invenção refere-se a um processo de tratamento de dregs para sua aplicação como ativador de vulcanização de borrachas, dando um fim a este resíduo gerado na indústria de celulose e proporcionando borrachas vulcanizadas com propriedades similares ou aprimoradas em relação àquelas já conhecidas. O simples processo de tratamento de dregs compreende as etapas de: (a) secagem do dregs; e (b) micronização do dregs seco a um tamanho médio de partícula (d50) de 2 a 45 micrômetros. A invenção refere-se, também, ao dregs tratado, ao uso do dregs tratado como ativador de vulcanização, bem como a um processo de vulcanização de borrachas e à borracha vulcanizada.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um processo de tratamento de dregs, que é um resíduo gerado no processo de produção de celulose, para a aplicação como ativador de vulcanização. A invenção refere-se ainda ao dregs tratado, ao uso do dregs tratado, ao processo de vulcanização de borrachas e à borracha vulcanizada utilizando o dregs tratado.
[002] O processo de produção de celulose se dá, em termos gerais, pela adição de cavacos de madeiras a um tanque digestor na presença do licor de cozimento, que consiste basicamente em uma solução aquosa de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, esta etapa tendo como objetivo separar a celulose da lignina, obtendo assim a celulose. A lignina separada fica incorporada ao licor que passa a ser denominado de licor negro. O licor negro segue para uma caldeira de recuperação. Nesta, ele será queimado e o calor formado será empregado para geração de calor e consequentemente energia. O subproduto da caldeira é então tratado com uma corrente diluída de soda cáustica e sulfeto de sódio formando-se então o licor verde, resultante da queima incompleta do licor negro na caldeira solubilizado; carbonato de sódio (Na2CO3); e sulfeto de sódio (Na2S). Neste ponto do processo é feito um make-up onde são adicionados sais de sódio e enxofre para manter o balanço daqueles elementos. Devido às condições fortemente alcalinas, um grande número de elementos minerais não processuais (como Al, Mg, Mn, Fe, Co, P, Si, Ca, Na) contidos no licor verde, é precipitado, sendo que este material é removido na clarificação do licor verde e denominado de dregs. A remoção do dregs pode ser realizada, por exemplo, utilizando um filtro. O licor verde segue no processo kraft para caustificação e formação do licor branco (NaOH/Na2OH) para retorno ao tanque digestor na etapa inicial como licor de cozimento.
[003] O dregs, que como indicado acima é o nome dado a um dos resíduos gerados pela indústria de celulose, especificamente ao resíduo gerado na clarificação do licor verde no processo kraft de obtenção de celulose, é um material de cor escura, pastoso e suavemente granular, que, em geral, apresenta consistências entre 35 a 60%. Devido às condições fortemente alcalinas de processo, o dregs possui um alto pH que varia de 11 a 13.
[004] A geração de dregs no processo de produção de celulose depende de vários fatores de processo e equipamentos, sendo que varia entre 7 a 15 kg por tonelada de celulose produzida. A produção de celulose no Brasil em 2015 foi de 17,2 milhões de toneladas, e, por conseguinte, a geração de dregs no Brasil em 2015 pode ser estimada em 200 mil toneladas. Deve-se lembrar que as unidades de produção de celulose mais modernas trabalham numa escala de 1,5 milhão de toneladas de celulose. Assim, uma planta deste porte gera em torno de 15 mil toneladas de dregs.
[005] Portanto, um grande desafio do setor é eliminar de forma sustentável este resíduo gerado. Atualmente, o dregsé misturado com outros resíduos (gritz, cinzas de caldeira e lama de cal) para ser usado no tratamento de solos e no preparo do plantio de florestas de eucalipto. Esta é uma utilização muito empregada pela indústria, porém devido ao grande volume do material, não resolve o problema.
[006] Uma alternativa é o uso de dregs durante o processo de vulcanização de borracha. No Brasil, em se tratando apenas de borracha natural (natural rubber -NR), pode-se estimar um consumo anual de aproximadamente 365.000 toneladas e possui maior aplicação no mercado de pneumáticos. Em relação às borrachas sintéticas, estas possuem um consumo anual de aproximadamente 400.000 toneladas, totalizando, portanto, um consumo anual de borrachas no Brasil de 765.000 toneladas.
[007] As principais borrachas sintéticas comercializadas no mercado brasileiro são: a borracha de estireno-butadieno (SBR); borracha de dímero etileno-propileno (EPDM), borracha de polibutadieno (BR); e borracha nitrílicas (NBR), como por exemplo borracha de acrilonitrila butadieno, e borracha nitrilo butadieno. Estas borrachas totalizam aproximadamente 87% do mercado de borrachas sintéticas no Brasil.
[008] A borracha é formada por um material elastomérico que, quando submetido a algumas condições especiais de temperatura, pressão e tempo, sofre uma alteração em seu comportamento reológico passando de uma condição plástica para uma condição elástica. Este processo de transformação é chamado de vulcanização, onde o enxofre reage com alguns pontos de instauração do elastômero formando ligações cruzadas entre duas ou mais cadeias poliméricas, alterando, assim, seu comportamento reológico. A reação geral de vulcanização é como segue:
[009] Um sistema de vulcanização contém enxofre, óxidos metálicos, compostos difuncionais e ou peróxidos e, se necessário, aceleradores, ativadores, retardadores, cargas de reforço (ou filler), etc., usados para produzir as características de vulcanização desejadas e as propriedades pretendidas da borracha vulcanizada.
[0010] O tempo de vulcanização é diminuído através da inclusão de aceleradores de cura. Produtos como tiazóis, ditiocarbamatos e aldeídos aminas são comumente empregados para este fim.
[0011] Óxidos de cátions metálicos, como o de zinco (ZnO) e o de magnésio (MgO), por exemplo, são empregados como ativadores. Tais cátions interagem com os aceleradores formando compostos de sulfurização que aceleram o processo de vulcanização. Dentre os óxidos de cátions metálicos, o óxido de zinco é o produto mais empregado como ativador. Usualmente, o óxido de zinco é utilizado em combinação com um ácido graxo, como o ácido esteárico, sendo os íons de zinco tornados solúveis pela formação do sal proveniente da reação química entre o ácido e o óxido. Particularmente, os ácidos graxos e o óxido de zinco são incorporados para formar um sal de zinco, que funciona como um doador de íons de zinco, que ativam do sistema de vulcanização. Entretanto, a baixa afinidade do óxido de zinco com a maioria dos elastômeros faz com que se busque sua diminuição de dosagem a fim de melhorar o tempo de incorporação do produto. Sua redução contribui, inclusive, para a diminuição de incrustações de sulfeto de zinco no molde de vulcanização afetando negativamente o rendimento do processo, através de uma menor troca térmica.
[0012] A lignina, que está contida no processo de produção de papel e de celulose, é uma substância orgânica e polimérica de alto peso molecular abundante e importante na madeira, atuando como agente permanente de ligação entre as células gerando uma estrutura resistente. Nesse sentido, o documento CN1044477 A descreve o uso da lignina como carga de reforço na produção de borracha, valendo-se de suas propriedades naturais de resistência. De forma similar, os artigos de Ismail, Rusli e Rashid (2005) (Maleated natural rubber as a coupling agent for paper sludge filled natural rubber composites. Polymer Testing 24 (2005) 856-862), Salmah, Ismail, e Abu Bakar (2007) (The Effects of Dynamic Vulcanization and Compatibilizer on Properties of Paper Sludge-Filled Polypropylene/Ethylene Propylene Diene Terpolymer Composites. Journal of Applied Polymer Science DOI 10.1002), e Ismail et al (2008) (The Effect of Partial Replacement of Paper Sludge by Commercial Fillers on Natural Rubber Composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 27, No. 16 17/2008) fazem menção a resíduos de fibras celulósicas obtidos do processo de fabricação de papel como cargas de reforço no processo de vulcanização de borrachas.
[0013] O negro de carbono, vulgarmente conhecido por negro de fumo, também é uma carga de reforço e juntamente com a sílica (SiO2) é uma das cargas mais utilizadas na produção de borrachas. Os negros de carbono são materiais essencialmente constituídos por carbono elementar sob a forma de partículas aproximadamente esféricas, de diâmetro máximo inferior a 1 μm, aglutinadas em agregados, e são produzidos pela conversão de hidrocarbonetos líquidos ou gasosos em carbono elementar e hidrogênio, por combustão parcial ou por decomposição térmica.
[0014] No âmbito de utilizar o resíduo de dregs gerado no processo de vulcanização, cita-se o documento BR102013016060-1, que revela o uso de um produto obtido a partir de processos seco e úmido de recuperação, beneficiamento e reaproveitamento do resíduo de dregs, no processo de vulcanização de borracha. De acordo com tal documento, devido ao alto teor de carbono do produto obtido, uma ótima vulcanização é obtida e por se tratar de um material com médio teor de carga como o calcário, mantém a resistência mecânica da borracha produzida. O documento indica que o produto obtido atua bem como uma carga de reforço, assim como o negro de carbono (negro de fumo) que possui alto teor de carbono.
[0015] Há, portanto, uma demanda pela eliminação / aplicação sustentável dos dregs, que são os resíduos gerados no processo de produção de celulose, particularmente gerados na clarificação do licor verde no processo kraft, especialmente em processo de vulcanização de borrachas.
[0016] Assim, é o objetivo da presente invenção proporcionar um processo alternativo, simples e menos trabalhoso de tratamento de dregs, particularmente para aplicação deste como ativador de vulcanização, dando um fim sustentável a este resíduo gerado na indústria de celulose, bem como proporcionar um produto de dregs tratado com características apropriadas para atuar como um ativador da vulcanização, e proporcionar borrachas vulcanizadas tendo propriedades similares ou aprimoradas em relação àquelas já conhecidas.
[0017] A invenção refere-se a um processo de tratamento de dregs, que compreende as etapas de: (a) secagem do dregs; e (b) micronização do dregs a um tamanho médio de partícula (d50) de 2 a 45 micrômetros.
[0018] A invenção refere-se, também, ao dregs tratado, ao uso do dregs tratado como ativador de vulcanização de borracha, bem como também está voltada a um processo de vulcanização de borracha que compreende a etapa de adicionar um ativador de vulcanização à borracha (ou elastômero) a ser vulcanizada, em que o ativador de vulcanização é o dregs tratado, e também à borracha vulcanizada contendo o dregs tratado.
[0019] A Figura 1 apresenta o ciclo do sódio e cálcio na produção da celulose, em que o dregs é removido na clarificação do licor verde kraft (Na2CO3/Na2S).
[0020] A Figura 2 apresenta curva de distribuição do tamanho de partícula do dregs que entra no processo da invenção.
[0021] A Figura 3 apresenta um exemplo de curva de distribuição do tamanho de partícula do dregs tratado da invenção.
[0022] O dregs é um resíduo que resulta da precipitação de um grande número de elementos minerais não processuais (como Al, Mg, Mn, Fe, Co, P, Si, Ca, Na), devido às condições fortemente alcalinas no meio, contidos no licor verde que compreende resíduos gerados a partir da queima incompleta do licor negro, carbonato de sódio (Na2CO3) e sulfeto de sódio (Na2S).
[0023] O dregs é composto por uma mistura de óxidos à base de cátions metálicos, como, por exemplo, alumínio; de metais alcalinos e alcalinoterrosos como sódio, magnésio e cálcio; de transição como manganês, ferro e cobalto. A composição usual do dregs gerado no processo de clarificação do licor verde, em % em massa com base na massa total da composição do dregs, é:
[0024] Perda ao Fogo (P.F.): 35 a 45;
[0025] SiO2: 0,5 a 2,0;
[0026] Al2O3: 0,5 a 1,5;
[0027] Fe2O3: 0,5 a 1,5;
[0028] TiO2: 0,0 a 1,0;
[0029] CaO: 35 a 50;
[0030] MgO: 2 a 20;
[0031] K2O: 0,0 a 1,0;
[0032] Na2O: 0,5 a 5,0;
[0033] P2O5: 0,2 a 1,5;
[0034] BaO: 0,0 a 0,2;
[0035] SrO: 0,0 a 0,5;
[0036] MnO: 0,1 a 2,0; e
[0037] SO3: 0,5 a 5,0.
[0038] Tendo em vista a composição do dregs surpreendentemente identificou-se que este resíduo apresenta potencial para diminuir o uso de óxido de zinco, que é ativador de vulcanização, bem como pode atuar inclusive na diminuição dos aceleradores, pois facilita a reação de sulfurização, condição básica para a formação de ligações cruzadas de enxofre, ou seja, vulcanização. Além disso, dregs possui também em sua composição Sílica (SiO2) que é normalmente empregada como um agente de reforço atuando na melhoria da coesão do composto de borracha.
[0039] Dessa forma, desenvolveu-se um processo de tratamento de dregs, que o torna apto para aplicação como ativador de vulcanização, sendo capaz de substituir óxido de zinco. O processo de tratamento de dregs compreende as etapas de: (a) secagem do dregs; e (b) micronização do dregs a um tamanho médio de partícula (d50) de 2 a 45 micrômetros.
[0040] A distribuição de tamanho de partícula do dregs na entrada do processo é de 90% passante em 4 mm e 50% passante em 1 mm na entrada do processo; ou seja, 90% do material que entra apresenta tamanho inferior a 4 mm e a metade do material apresenta tamanho inferior a 1 mm, conforme apresentado na Figura 2.
[0041] A micronização do dregsé realizada até o tamanho médio de partícula (d50) atingir de 2 a 45 micrômetros e, preferencialmente, o tamanho médio de partícula é de 10 a 15 micrômetros.
[0042] Com a micronização do dregs a um tamanho médio de partícula (d50), controlado e baixo, de 2 a 45 micrômetros, preferencialmente de 10 a 15 micrômetros e, mais preferencialmente de 10 micrômetros, é possível obter um dregs tratado eficiente como ativador de vulcanização que proporcione propriedades similares ou aprimoradas à borracha.
[0043] A variação nesta faixa do tamanho médio de partícula (d50) atua diretamente na área superficial do produto. Portanto, quanto maior a área superficial maior será sua efetividade, pois quanto maior a atividade superficial maior será a ancoragem no elastômero facilitando sua incorporação e sua ação como ativador de vulcanização. Assim, de acordo com a micronização do dregs, atinge-se uma variação de área superficial de 2 a 18 m2/g, preferencialmente de 13 a 15 m2/g, e ainda mais preferencialmente de 15 m2/g.
[0044] Tendo o dregsconsistências que variam de 35 a 60%, particularmente tendo uma consistência média de 60%, antes do processo de micronização é necessária a secagem do resíduo para permitir uma perfeita cominuição das partículas. A etapa (a) de secagem é realizada por um secador de túnel, secador de tambor rotativo (a ar quente ou contato), ou secador de leito fluidizado.
[0045] A etapa (b) de micronização é realizada utilizando moinho de martelo, moinho de bolas, moinho de barras, moinho a jato de ar, moinho pendular, e/ou moinho de vão longo (long gap mill).
[0046] Em uma modalidade da invenção que a etapa (a) de secagem pode ser realizada no mesmo equipamento de realização da etapa de micronização (b), sendo que o equipamento é, por exemplo, o moinho pendular, moinho a jato de ar ou moinho de vão longo.
[0047] As condições de processo são as seguintes:
[0048] A capacidade de secagem é de 60 a 6.000 kg H2O/hora.
[0049] A potência de acionamento da secagem é de 11 a 700 kW.
[0050] A velocidade do secador é de 20 a 6.000 rpm para secadores integrados, e de 10 a 500 rpm para secadores a tambor.
[0051] A vazão de ar do secador é de 500 a 15.000 Nm3/hora.
[0052] A capacidade de micronização é de 1.000 a 15.000 kg/hora.
[0053] O consumo energético do moinho é de 100 a 1500 kWh.
[0054] O processo da invenção é realizado somente através dessas duas etapas e consegue prover um dregs tratado com características apropriadas para a aplicação como ativador de vulcanização de borrachas. O dregs tratado compreende a mesma composição do dregs que entra no processo, porém atinge granulometria adequada a seu uso como ativador de vulcanização; ou seja, a composição do dregs tratado é, em % em massa com base no dregs tratado: P.F.: 35 a 45; SiO2: 0,5 a 2,0; Al2O3: 0,5 a 1,5; Fe2O3: 0,5 a 1,5; TiO2: 0,0 a 1,0; CaO: 35 a 50; MgO: 2 a 20; K2O: 0,0 a 1,0; Na2O: 0,5 a 5,0; P2O5: 0,2 a 1,5; BaO: 0,0 a 0,2; SrO: 0,0 a 0,5; MnO: 0,1 a 2,0; e SO3: 0,5 a 5,0.
[0055] Para um perfeito rendimento do dregs como ativador de vulcanização suas partículas devem ser reduzidas a pequenos tamanhos. Ou seja, o dregs tratado contendo a composição indicada acima apresenta um tamanho médio de partícula (d50) de 2 a 45 micrômetros, preferencialmente 10 a 15 micrômetros, e ainda mais preferencialmente 10 micrômetros; e um corte superior (d97) de 10 a 200 micrômetros, preferencialmente 10 a 60 micrômetros, e ainda mais preferencialmente 35 micrômetros. Corte superior (d97) significa que 97% das partículas apresentam um diâmetro inferior a certo diâmetro especificado.
[0056] Com o tamanho de partícula acima identificado o dregs tratado apresenta uma área superficial de 2 a 18 m2/g, preferencialmente de 13 a 15 m2/g, e ainda mais preferencialmente de 15 m2/g.
[0057] A invenção refere-se também ao uso do dregs tratado conforme descrito acima como ativador de vulcanização de borracha.
[0058] Na faixa de tamanho de partícula descrita acima, o dregs tratado é utilizado em teores que variam de 1 a 5 partes por 100 partes de elastômero na composição de diversos tipos de borracha. Preferencialmente utiliza-se o dregs tratado em teores de 2 partes por 100 partes de elastômero.
[0059] O processo de vulcanização de borracha da presente invenção compreende a etapa de adicionar um ativador de vulcanização ao elastômero a ser vulcanizado, em que o ativador de vulcanização é o dregs tratado como descrito acima. O elastômero (ou borracha) a ser vulcanizado é qualquer borracha conhecida, como, a borracha natural, borracha de butadieno-estireno (SBR), borracha de dímero etileno- propileno (EPDM), borracha de polibutadieno (BR); e borracha nitrílica (NBR) como, por exemplo, borracha de acrilonitrila butadieno e borracha nitrilo butadieno.
[0060] No processo de vulcanização de borracha da invenção, como acima indicado, são adicionadas 1 a 5 partes do dregs tratado por 100 partes da borracha a ser vulcanizada, preferencialmente 2 partes por 100 partes de elastômero.
[0061] A borracha vulcanizada apresenta propriedades similares ou aprimoradas em relação àquelas já conhecidas. A borracha vulcanizada de acordo com a invenção compreende os seguintes componentes, em % em massa com base na massa da borracha vulcanizada:
[0062] Elastômero: 100 partes
[0063] Óxido de zinco: 0 a 5 partes
[0064] Estearina (Lubrificante): 1 a 2 partes
[0065] Aceleradores: 0,5 a 1,5 parte
[0066] Dregs tratado: 1 a 5 partes
[0067] Plastificante: 8 a 12 partes
[0068] Antioxidante: 0,8 a 1,2 parte
[0069] Negro de Fumo: 48 a 52 partes
[0070] Enxofre: 1 a 2 partes
[0071] A seguir, são apresentados os exemplos de realização da invenção.
[0072] 15000 kg de um resíduo de dregs proveniente da clarificação do licor verde no processo kraft foram secos utilizando um moinho secador de tambor a vapor saturado. Os seguintes parâmetros de secagem foram aplicados:
[0073] - capacidade de secagem: 2.500 kg/h
[0074] - potência de acionamento: 50 kW
[0075] - velocidade do secador: 20 rpm
[0076] - consumo térmico: 150 Kcal/kg
[0077] - evaporação de água: 1500 kg H2O/h
[0078] Em seguida, o processo de micronização é feito seguindo-se os seguintes parâmetros utilizando um moinho de bolas.
[0079] - capacidade: 5000 kg/h
[0080] - consumo energético: 260 KWh
[0081] - velocidade: 200 rpm
[0082] O dregs foi moído até atingir uma granulometria de: tamanho médio (d50) de 10 micrômetros; e corte superior (d97) de 35 micrômetros. A composição do dregs tratado ao final do processo foi a seguinte, em % em massa com base na massa do dregs tratado:
[0083] 15000 kg de um resíduo de dregs proveniente da clarificação do licor verde no processo kraft foram secos e moídos utilizando um moinho de vão longo utilizando um moinho secador de tambor a vapor. Os seguintes parâmetros de secagem e micronização foram aplicados:
[0084] Condições de secagem:
[0085] - capacidade de secagem: 5.000 kg/h
[0086] - potência de acionamento: 160 kW
[0087] - velocidade do secador: 2500 rpm
[0088] - vazão de ar do secador: 12.000 Nm3/h
[0089] - temperatura do ar: 180° C
[0090] - evaporação de água: 3000 kg H2O/h
[0091] Condições de micronização:
[0092] - capacidade de micronização: 5.000 kg/h
[0093] - consumo energético do moinho: 200 kWh
[0094] O dregs foi moído até atingir uma granulometria de: tamanho médio (d50) de 5 micrômetros; e corte superior (d97) de 15 micrômetros. A composição do dregs tratado ao final do processo foi a seguinte, em % em massa com base na massa do dregs tratado: A composição obtida é igual a do exemplo anterior.
[0095] O dregs tratado de acordo com o processo descrito na invenção foi avaliado nos seguintes tipos de borrachas (ou elastômeros): NR, SBR, NBR e EPDM; e em substituição parcial do óxido de zinco até 40%.
[0096] Abaixo são indicadas as formulações empregadas para as vulcanizações dos elastômeros. Cada formulação é submetida à respectiva vulcanização devendo ser, portanto, a formulação final de cada borracha vulcanizada. As condições de vulcanização para todos os exemplos apresentados abaixo foram: temperatura de 170°C por um tempo de 12 minutos.
[0097] A tabela a seguir expressa uma comparação entre as formulações das borrachas NR vulcanizadas sem e com dregs tratado, em partes por centena de borracha
[0098] As propriedades das borrachas NR vulcanizadas obtidas são apresentadas abaixo:
* T1 = Tempo inicial de vulcanização **T90 = Tempo no qual a vulcanização está completa *** Tempo de envelhecimento = 70 horas
[0099] A partir da comparação realizada, nota-se que a borracha NR vulcanizada obtida utilizando dregs apresenta: melhor curva reométrica, tanto no início do processo quanto no fim do processo; similares durezas tipo A antes e após o envelhecimento; similar tensão de ruptura antes do envelhecimento; melhor alongamento de ruptura antes do envelheci-mento; similar Δ dureza; melhor resistência à abrasão; igual densidade após 70h/100°C; muito melhor DPC (22h/100°C); e similar resiliência.
[00100] A tabela a seguir expressa uma comparação entre as formulações das borrachas SBR vulcanizadas sem e com dregs tratado, em partes por centena de borracha (Part per Hundred Rubber - PHR).
[00101] As propriedades das borrachas SBR vulcanizadas obtidas são apresentadas abaixo:
* T1 = Tempo inicial de vulcanização **T90 = Tempo no qual a vulcanização está completa *** Tempo de envelhecimento = 70 horas
[00102] A partir da comparação realizada, nota-se que a borracha SBR vulcanizada obtida utilizando dregs apresenta: melhor curva reométrica, tanto no início do processo quanto no fim do processo; similares durezas tipo A antes e após o envelhecimento; similar tensão de ruptura antes do envelhecimento; similares alongamentos de ruptura antes e após o envelhecimento; igual Δ dureza; similar Δ alongamento de ruptura; similar resistência ao rasgamento; similar resistência à abrasão; igual densidade após 70h/100°C; melhor DPC (22h/100°C); e similar resiliência. 2.3 Vulcanização da NBR
[00103] A tabela a seguir expressa uma comparação entre as formulações das borrachas NBR vulcanizadas sem e com dregs tratado, em partes por centena de borracha (Part per Hundred Rubber - PHR).
[00104] As propriedades das borrachas NBR vulcanizadas obtidas são apresentadas abaixo:
* T1 = Tempo inicial de vulcanização **T90 = Tempo no qual a vulcanização está completa *** Tempo de envelhecimento = 70 horas
[00105] A partir da comparação realizada, nota-se que a borracha NBR vulcanizada obtida utilizando dregs apresenta: melhor curva reométrica, tanto no início do processo quanto no fim do processo; iguais durezas tipo A antes e após o envelhecimento; similar tensão de ruptura antes e após o envelhecimento; similares alongamentos de ruptura antes e após o envelhecimento; igual Δ dureza; similar Δ tensão de ruptura; similar Δ alongamento de ruptura; similar resistência ao rasgamento; muito melhor resistência à abrasão; similar densidade após 70h/100°C; muito melhor DPC (22h/100°C); e igual resiliência.
[00106] A tabela a seguir expressa uma comparação entre as formulações das borrachas EPDM vulcanizadas sem e com dregs tratado, em partes por centena de borracha (Part per Hundred Rubber - PHR).
[00107] As propriedades das borrachas EPDM vulcanizadas obtidas são apresentadas abaixo:
* T1 = Tempo inicial de vulcanização **T90 = Tempo no qual a vulcanização está completa *** Tempo de envelhecimento = 70 horas
[00108] A partir da comparação realizada, nota-se que a borracha EPDM vulcanizada obtida utilizando dregs apresenta: igual curva reométrica ao início do processo; similar curva reométrica ao fim do processo; igual dureza tipo A antes do envelhecimento; similar dureza tipo A após o envelhecimento; melhor tensão de ruptura após o envelhecimento; melhor alongamento de ruptura após o envelhecimento; similar Δ dureza; muito melhor Δ tensão de ruptura; muito melhor Δ alongamento de ruptura; similar resistência ao rasgamento; similar resistência à abrasão; igual densidade após 70h/100°C; similar DPC (22h/100°C); e igual resiliência.
[00109] O objetivo da presente invenção é atingido pelo desenvolvimento do simples processo de tratamento de dregs desenvolvido, que proporciona um dregs tratado apropriado para a aplicação como ativador de vulcanização de borrachas, que substitui o óxido de zinco, e proporciona borrachas com propriedades similares ou aprimoradas em comparação àquelas já conhecidas.
[00110] As vantagens do processo desenvolvido do tratamento de dregs e de sua aplicação em processos de vulcanização de borrachas representam um aproveitamento adequado e consciente de um subpro-duto da fabricação de celulose e sua consequente valorização. Para os fabricantes de artigos de borracha, o uso do dregs tratado como ativador de vulcanização também é notável, já que é proporcionado um produto (dregs) competitivo, que apresenta fácil incorporação aos compostos de borracha, menor impacto ambiental e, também, um ganho de produtivi-dade uma vez que promove uma vulcanização mais eficiente. Assim, a presente invenção proporciona um produto altamente sustentável e benéfico para a indústria de celulose e indústria de borracha.
[00111] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.
Claims (23)
1. Processo de tratamento de dregs que o torna apto para aplicação como ativador de vulcanização, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) secagem do dregs gerado na clarificação do licor verde no processo kraft de obtenção de celulose; e (b) micronização do dregs a um tamanho médio de partícula (d50) de 2 a 45 micrômetros.
2. Processo de tratamento de dregs de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) de secagem é realizada por secador de túnel, secador de tambor rotativo, ou secador de leito fluidizado.
3. Processo de tratamento de dregs, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) de micronização é realizada até o tamanho médio de partícula (d50) do dregs atingir, preferencialmente, 10 a 15 micrômetros, e mais preferencialmente, 10 micrômetros.
4. Processo de tratamento de dregs, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) de micronização é realizada utilizando moinho de martelo, moinho de bolas, moinho de barras, moinho a jato de ar, moinho pendular, e/ou moinho de vão longo (long gap mill).
5. Processo de tratamento de dregs, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) de secagem pode ser realizada no mesmo equipamento de realização da etapa de micronização (b).
6. Processo de tratamento de dregs, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o equipamento é o moinho pendular, moinho a jato de ar ou moinho de vão longo.
7. Processo de tratamento de dregs, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a capacidade de secagem é de 60 a 6.000 kg H2O/hora.
8. Processo de tratamento de dregs, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a potência de acionamento da secagem é de 11 a 700 kW.
9. Processo de tratamento de dregs, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a velocidade do secador é de 20 a 6.000 rpm para secadores integrados e de 10 a 500 rpm para secadores a tambor.
10. Processo de tratamento de dregs, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a vazão de ar do secador é de 500 a 15.000 Nm3/hora.
11. Processo de tratamento de dregs, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a capacidade de micronização é de 1.000 a 15.000 kg/hora.
12. Processo de tratamento de dregs, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o consumo energético do moinho é de 100 a 1500 kWh.
13. Dregs tratado, de acordo com o processo definido nas reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende, em % em massa com base no dregs tratado: Perda ao Fogo (P.F.): 35 a 45; SiO2: 0,5 a 2,0; Al2O3: 0,5 a 1,5; Fe2O3: 0,5 a 1,5; TiO2: 0,0 a 1,0; CaO: 35 a 50; MgO: 2 a 20; K2O: 0,0 a 1,0; Na2O: 0,5 a 5,0; P2O5: 0,2 a 1,5; BaO: 0,0 a 0,2; SrO: 0,0 a 0,5; MnO: 0,1 a 2,0; e SO3: 0,5 a 5,0.
14. Dregs tratado, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que apresenta área superficial de 2 m2/g a 18 m2/g.
15. Dregs tratado, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que apresenta tamanho médio (d50) de 2 a 45 micrômetros.
16. Dregs tratado, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 13 a 15, caracterizado pelo fato de que apresenta corte superior (d97) de 10 a 200 micrômetros.
17. Dregs tratado, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de que compreende, em % em massa com base na massa do dregs tratado: Perda ao Fogo (P.F.): 40,90; SiO2: 1,62; Al2O3: 0,82; Fe2O3: 0,92; TiO2: 0,04; CaO: 46,7; MgO: 3,58; K2O: 0,10; Na2O: 1,77; P2O5: 0,57; BaO: 0,08; SrO: 0,28; MnO: 0,61; e SO3: 1,61.
18. Uso de dregs tratado como definido em qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado pelo fato de ser como ativador de vulcanização de borracha.
19. Uso, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de ser em teores de 1 a 5 partes por 100 partes de borracha a ser vulcanizada.
20. Processo de vulcanização de borracha, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de adicionar um ativador de vulcanização à borracha a ser vulcanizada, em que o ativador de vulcanização é o dregs tratado como definido em qualquer uma das reivindicações 13 a 17.
21. Processo de vulcanização de borracha, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a borracha é borracha natural, borracha de butadieno-estireno (SBR), borracha de dímero etileno-propileno (EPDM), borracha de polibutadieno (BR), ou borracha nitrílica (NBR).
22. Processo de vulcanização de borracha, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que são adicionadas 1 a 5 partes do dregs tratado por 100 partes da borracha a ser vulcanizada.
23. Borracha vulcanizada, obtida de acordo com o processo definido nas reivindicações 20 a 22, caracterizada pelo fato de que compreende, em % em massa com base na massa da borracha vulcanizada: Elastômero: 100 partes Óxido de zinco: 0 a 5 partes Estearina (Lubrificante): 1 a 2 partes Aceleradores: 0,5 a 1,5 parte Dregs tratado, como definido em qualquer uma das reivindicações 13 a 17: 1 a 5 partes Plastificante: 8 a 12 partes Antioxidante: 0,8 a 1,2 parte Negro de Fumo: 48 a 52 partes Enxofre: 1 a 2 partes.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
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