BR112014014978B1 - método para reciclagem de uma borracha de sucata, em particular, pneus, pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, grânulo de carbono preto peloteado derivado de borracha de sucata e uso de um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata - Google Patents
método para reciclagem de uma borracha de sucata, em particular, pneus, pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, grânulo de carbono preto peloteado derivado de borracha de sucata e uso de um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata Download PDFInfo
- Publication number
- BR112014014978B1 BR112014014978B1 BR112014014978-0A BR112014014978A BR112014014978B1 BR 112014014978 B1 BR112014014978 B1 BR 112014014978B1 BR 112014014978 A BR112014014978 A BR 112014014978A BR 112014014978 B1 BR112014014978 B1 BR 112014014978B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- pyrolysis
- stage
- black
- scrap rubber
- carbon
- Prior art date
Links
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 title claims abstract description 185
- 239000005060 rubber Substances 0.000 title claims abstract description 185
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 112
- 239000003738 black carbon Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 239000008187 granular material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title description 22
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 169
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 92
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 claims description 50
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 47
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 34
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 24
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 23
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 claims description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 15
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 15
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims description 14
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 12
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 claims description 12
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 11
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 6
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 claims description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 5
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 abstract description 104
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 55
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 18
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 17
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 12
- 239000010920 waste tyre Substances 0.000 description 12
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 7
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 6
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthene Chemical compound C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N pyrene Chemical compound C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KHNYNFUTFKJLDD-UHFFFAOYSA-N Benzo[j]fluoranthene Chemical compound C1=CC(C=2C3=CC=CC=C3C=CC=22)=C3C2=CC=CC3=C1 KHNYNFUTFKJLDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- WDECIBYCCFPHNR-UHFFFAOYSA-N chrysene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=C3C4=CC=CC=C4C=CC3=C21 WDECIBYCCFPHNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- KGHMWBNEMFNJFZ-UHFFFAOYSA-N Dibenzo[a,e]pyrene Chemical compound C1=C2C3=CC=CC=C3C=C(C=3C4=CC=CC=3)C2=C2C4=CC=CC2=C1 KGHMWBNEMFNJFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000010902 jet-milling Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N phenanthrene Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3C=CC2=C1 YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 3
- OJOWICOBYCXEKR-KRXBUXKQSA-N (5e)-5-ethylidenebicyclo[2.2.1]hept-2-ene Chemical compound C1C2C(=C/C)/CC1C=C2 OJOWICOBYCXEKR-KRXBUXKQSA-N 0.000 description 2
- DXBHBZVCASKNBY-UHFFFAOYSA-N 1,2-Benz(a)anthracene Chemical compound C1=CC=C2C3=CC4=CC=CC=C4C=C3C=CC2=C1 DXBHBZVCASKNBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ALRLPDGCPYIVHP-UHFFFAOYSA-N 1-nitropyrene Chemical compound C1=C2C([N+](=O)[O-])=CC=C(C=C3)C2=C2C3=CC=CC2=C1 ALRLPDGCPYIVHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 1755-01-7 Chemical compound C1[C@H]2[C@@H]3CC=C[C@@H]3[C@@H]1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 0.000 description 2
- YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 1H-indene Chemical compound C1=CC=C2CC=CC2=C1 YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- INYHZQLKOKTDAI-UHFFFAOYSA-N 5-ethenylbicyclo[2.2.1]hept-2-ene Chemical compound C1C2C(C=C)CC1C=C2 INYHZQLKOKTDAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ARSRBNBHOADGJU-UHFFFAOYSA-N 7,12-dimethyltetraphene Chemical compound C1=CC2=CC=CC=C2C2=C1C(C)=C(C=CC=C1)C1=C2C ARSRBNBHOADGJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- STJXCDGCXVZHDU-UHFFFAOYSA-N 7H-Dibenzo[c,g]carbazole Chemical compound N1C2=CC=C3C=CC=CC3=C2C2=C1C=CC1=CC=CC=C12 STJXCDGCXVZHDU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N Benz[a]pyrene Chemical compound C1=C2C3=CC=CC=C3C=C(C=C3)C2=C2C3=CC=CC2=C1 FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYFAGKUZYNFMBN-UHFFFAOYSA-N Benzo[ghi]perylene Chemical group C1=CC(C2=C34)=CC=C3C=CC=C4C3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 GYFAGKUZYNFMBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HAXBIWFMXWRORI-UHFFFAOYSA-N Benzo[k]fluoranthene Chemical compound C1=CC(C2=CC3=CC=CC=C3C=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 HAXBIWFMXWRORI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JNCSIWAONQTVCF-UHFFFAOYSA-N Dibenz[a,h]acridine Chemical compound C1=CC=C2C(N=C3C=CC=4C(C3=C3)=CC=CC=4)=C3C=CC2=C1 JNCSIWAONQTVCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ANUCHZVCBDOPOX-UHFFFAOYSA-N Dibenz[a,j]acridine Chemical compound C1=CC=CC2=C(C=C3C4=CC=CC=C4C=CC3=N3)C3=CC=C21 ANUCHZVCBDOPOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JHOWUOKQHJHGMU-UHFFFAOYSA-N Dibenzo[a,e]fluoranthene Chemical compound C1=CC=C2C(C3=CC=CC=C33)=C4C3=CC3=CC=CC=C3C4=CC2=C1 JHOWUOKQHJHGMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RXUSYFJGDZFVND-UHFFFAOYSA-N Dibenzo[a,h]pyrene Chemical compound C1=C2C3=CC=CC=C3C=C(C=C3)C2=C2C3=C(C=CC=C3)C3=CC2=C1 RXUSYFJGDZFVND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPQNQXQZIWHJRB-UHFFFAOYSA-N Methylcholanthrene Chemical compound C1=CC=C2C3=CC4=CC=C(C)C(CC5)=C4C5=C3C=CC2=C1 PPQNQXQZIWHJRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- CWRYPZZKDGJXCA-UHFFFAOYSA-N acenaphthene Chemical compound C1=CC(CC2)=C3C2=CC=CC3=C1 CWRYPZZKDGJXCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- FTOVXSOBNPWTSH-UHFFFAOYSA-N benzo[b]fluoranthene Chemical compound C12=CC=CC=C1C1=CC3=CC=CC=C3C3=C1C2=CC=C3 FTOVXSOBNPWTSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- LHRCREOYAASXPZ-UHFFFAOYSA-N dibenz[a,h]anthracene Chemical compound C1=CC=C2C(C=C3C=CC=4C(C3=C3)=CC=CC=4)=C3C=CC2=C1 LHRCREOYAASXPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JNTHRSHGARDABO-UHFFFAOYSA-N dibenzo[a,l]pyrene Chemical compound C1=CC=CC2=C3C4=CC=CC=C4C=C(C=C4)C3=C3C4=CC=CC3=C21 JNTHRSHGARDABO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010058 rubber compounding Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- GOHBXWHNJHENRX-UHFFFAOYSA-N 5-Methylchrysene Chemical compound C1=CC=CC2=C3C(C)=CC4=CC=CC=C4C3=CC=C21 GOHBXWHNJHENRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXVHTIQJNYSSKO-UHFFFAOYSA-N BeP Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3C3=CC=CC4=CC=C1C2=C34 TXVHTIQJNYSSKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 description 1
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HEAFLBOWLRRIHV-UHFFFAOYSA-N [Na].[P] Chemical compound [Na].[P] HEAFLBOWLRRIHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004054 acenaphthylenyl group Chemical group C1(=CC2=CC=CC3=CC=CC1=C23)* 0.000 description 1
- HXGDTGSAIMULJN-UHFFFAOYSA-N acetnaphthylene Natural products C1=CC(C=C2)=C3C2=CC=CC3=C1 HXGDTGSAIMULJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- RYAGRZNBULDMBW-UHFFFAOYSA-L calcium;3-(2-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2-[2-methoxy-4-(3-sulfonatopropyl)phenoxy]propane-1-sulfonate Chemical compound [Ca+2].COC1=CC=CC(CC(CS([O-])(=O)=O)OC=2C(=CC(CCCS([O-])(=O)=O)=CC=2)OC)=C1O RYAGRZNBULDMBW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000000599 controlled substance Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 description 1
- 150000001993 dienes Chemical class 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000012632 extractable Substances 0.000 description 1
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- NRZWYNLTFLDQQX-UHFFFAOYSA-N p-tert-Amylphenol Chemical compound CCC(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 NRZWYNLTFLDQQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 1
- -1 polymethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000012758 reinforcing additive Substances 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
- 239000006234 thermal black Substances 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/0081—Composite particulate pigments or fillers, i.e. containing at least two solid phases, except those consisting of coated particles of one compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/482—Preparation from used rubber products, e.g. tyres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
- C01B32/324—Preparation characterised by the starting materials from waste materials, e.g. tyres or spent sulfite pulp liquor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/36—Silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
- B29B2017/0424—Specific disintegrating techniques; devices therefor
- B29B2017/0496—Pyrolysing the materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2030/00—Pneumatic or solid tyres or parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/19—Oil-absorption capacity, e.g. DBP values
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
MÉTODO PARA RECICLAGEM DE UMA BORRACHA DE SUCATA, EM PARTICULAR, PNEUS, PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, GRÂNULO DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA PELOTIZADO, USO DE UM PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, E, COMPOSIÇÃO DE BORRACHA. A presente invenção se refere a um método para reciclagem de borracha de sucata compreendendo as etapas de pirólise de borracha de sucata para obter um material de carvão e moagem do material de carvão assim obtido. A presente invenção também se refere a pós de carbono preto e grânulos de carbono preto obtidos pelo método, de acordo com a invenção. Ademais, a presente invenção se refere ao uso do dito pó de carbono preto e a composições compreendendo os ditos pós de carbono preto.
Description
[001] A presente invenção se refere a um método para reciclagem de borracha de sucata compreendendo as etapas de pirólise de borracha de sucata para obter um material de carvão e moagem do material de carvão assim obtido. A presente invenção também se refere a pós de carbono preto e grânulos de carbono preto obtidos pelo método, de acordo com a invenção. Ademais, a presente invenção se refere ao uso do dito pó de carbono preto e a composições compreendendo os ditos pós de carbono preto.
[002] Reciclagem de pneu ou reciclagem de borracha é o processo de reciclagem de pneus (geralmente, pneus de veículo) que não são mais adequados para uso em veículos, devido a desgaste ou dano irreparável (como perfurações). Esses pneus também são conhecidos como pneus de ‘Fim de Vida’ (ELT). Esses pneus estão dentre as fontes de resíduo mais amplas e mais problemáticas, devido ao grande volume produzido e sua durabilidade.
[003] Pneus de borracha utilizados de fontes, como automóveis e caminhões incluem materiais que, se reciclados com sucesso, podem ser utilizados para uma ampla variedade de usos industriais. A extensão do tempo de vida útil dos materiais nesses pneus é uma área de intenso interesse, em particular, na implementação de produtos de berço a berço na indústria de pneus.
[004] Reciclagem de pneus é, entretanto, um processo difícil e custoso e, como resultado, milhões de pneus por ano são desgastados e acumulados, geralmente em locais de aterro sanitário. Pneus de sucata são volumosos e consomem uma quantidade significativa de espaço, mesmo se compactados. Além disso, esses pneus utilizados também causam poluição do ar se queimados.
[005] Uma maneira conhecida de reciclar pneus é por meio de pirólise. A pirólise usa calor na ausência de oxigênio para decompor o pneu para produzir aço, gases voláteis e resíduos carbonáceos. O material de carvão carbonáceo é rico em carbono preto, que pode ser utilizado para diversas aplicações.
[006] Entretanto, uma maneira economicamente viável para reprocessar os pneus de sucata em materiais finais valiosos não é conhecida. Exemplos de produtos valiosos nos quais pó de carbono preto derivado de borracha de sucata poderia ser composto incluem pneus de carro e caminhões leves, solas e saltos de sapato, correias de transporte, carpetes de carro e domésticos, pastilhas de freio e embreagem, correias V, piso, isolamento de cabos, mangueiras.
[007] Atualmente, o pó de carbono preto derivado de pneus de sucata tem diversos problemas associados a ele, por exemplo, um alto teor volátil evita que o carbono preto da técnica anterior seja moído a um tamanho de partícula de menos que 40 micra. Isso se deve às altas quantidades de voláteis reduzirem a disponibilidade do carvão a ser moído. Na técnica, um material de carvão com um alto teor volátil é conhecido como ‘quebradiço’. Esse denominado estado quebradiço é um fator importante na determinação da capacidade de moagem de um material, tronando-se, portanto, o material de carvão progressivamente menos passível a moagem conforme o teor volátil aumenta. Assim, esse carbono preto não pode ser adicionado aos ditos produtos valiosos.
[008] O documento US5037628 revela um método de pirólise para a recuperação de materiais carbonáceos de pneus de sucata por pirólise dos pneus de sucata em um processo de etapa de pirólise para formar um material de carvão.
[009] O documento US2002119089 descreve um processo de um estágio para pirólise de pneus de sucata envolvendo o uso de uma broca giratória. O produto de carbono preto tem um tamanho médio de partícula de 0,125 mm, tornando o produto adequado somente para aplicações de baixo grau.
[010] O documento US 2008286192 descreve um processo por lotes para pirólise de dois estágios de pneus. O material de carvão não é moído, mas utilizado diretamente em formulações de borracha.
[011] Um problema com o material de carvão obtido por pirólise de borracha de sucata, de acordo com métodos da técnica anterior, é a incapacidade de moer o material de carvão a um tamanho de partícula que seja adequado para uso em produtos valiosos. Níveis inaceitavelmente altos de voláteis que estão presentes nos materiais de carvão obtidos evitam a moagem a pó de carbono preto.
[012] Portanto, é um objetivo da presente invenção prover um método de pirólise de pneus de sucata para produzir um material de carvão que pode ser moído para produzir um pó de carbono preto que pode ser utilizado em composições de borracha e termoplásticas.
[013] Outro objetivo da presente invenção é prover um pó de carbono preto para uso como um excipiente ou reforço em borracha tendo propriedades aprimoradas.
[014] Outro objetivo da presente invenção é prover pó de carbono preto tendo a distribuição de tamanho de partícula de alguns pós de carbono preto comercialmente disponíveis com o uso de uma matéria-prima muito mais barata e mais prontamente disponível (pneus de sucata).
[015] A presente invenção provê, em um primeiro aspecto, um método para reciclagem de uma borracha de sucata, em particular, pneus, esse método compreende as seguintes etapas: i) pirólise de uma borracha de sucata para obter um material de carvão; ii) moagem do material de carvão obtido na etapa i) para obter um pó de carbono preto;
[016] caracterizado pela pirólise, na etapa i), compreender pelo menos um processo de pirólise de dois estágios, em que a dita pirólise de dois estágios compreende: a) um primeiro estágio de pirólise para obter um material de carvão intermediário e b) um segundo estágio de pirólise para obter um material de carvão e em que pelo menos um dos estágios a) ou b) é realizado em uma estufa giratória.
[017] Em uma realização, no primeiro estágio de pirólise a), a porcentagem de voláteis presentes na dita borracha de sucata é reduzida a uma quantidade de cerca de 510% em peso com base no peso total do material de carvão intermediário, e em que o material de carvão intermediário é introduzido no segundo estágio de pirólise b), no qual a porcentagem de voláteis é adicionalmente reduzida a uma porcentagem de menos que 2,5% em peso, preferencialmente menos que 2,0% em peso, com base no peso total do material de carvão.
[018] Em uma realização, a temperatura durante o primeiro estágio de pirólise a) é
[019] preferencialmente de 500-800 °C, mais preferencialmente 600-700 °C e ainda mais preferencialmente 630-670 °C.
[020] Em uma realização, a temperatura durante o segundo estágio de pirólise b) é
[021] preferencialmente entre 550-800 °C, mais preferencialmente 650-750 °C e ainda mais preferencialmente 680-720 °C.
[022] Em uma realização, o tempo de permanência de cada um dentre o primeiro estágio de pirólise a) e o segundo estágio de pirólise b) é, de maneira independente, entre 2050 minutos, preferencialmente 25-45 minutos e mais preferencialmente 30-40 minutos.
[023] Em uma realização, o tempo de permanência de cada um dentre o primeiro estágio de pirólise a) e o segundo estágio de pirólise b) é substancialmente igual em duração.
[024] Em uma realização, no segundo estágio de pirólise a), a porcentagem voláteis é reduzida para menos que 1,0% em peso com base no peso total do material de carvão.
[025] Em uma realização, a moagem da etapa ii) é realizada por moagem a jato utilizando ar comprimido ou vapor.
[026] Em uma realização, a moagem da etapa ii) é realizada de maneira que o pó de carbono preto obtido da etapa ii) tenha uma distribuição de tamanho de partícula de D50<10 μm e D99<40 μm, preferencialmente, uma distribuição de tamanho de partícula de D50<5 μm e D99<20 μm, mais preferencialmente, uma distribuição de tamanho de partícula de D50<1 μm e D99<10 μm, ainda mais preferencialmente, uma distribuição de tamanho de partícula de D50<0,5 μm e D99<2 μm.
[027] Em uma realização, uma etapa adicional de pelotização ((etapa iii)) é realizada após a etapa ii).
[028] Em uma realização, a pelotização da etapa iii) é realizada ao misturar um agente de ligação com o pó de carbono preto obtido na etapa ii) e pelotização da mistura assim obtida para obter um pó de carbono preto pelotizado.
[029] Em uma realização, o agente de ligação é amido pré-gelatinizado.
[030] A invenção também se refere a um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, em que o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata compreende: a) 60-98 % em peso de carbono preto, b) menos que 2,0% em peso de voláteis, c) 0-30% em peso de sílica.
[031] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, ainda compreende 1-5% em peso de óxido de zinco, com base no peso total do pó de carbono preto,
[032] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, ainda compreende 1-5% em peso de sulfeto de zinco, com base no peso total do pó de carbono preto.
[033] Em outra realização, a proporção entre óxido de zinco e sulfeto de zinco é entre 1:10 a 10:1, preferencialmente entre 1:2 e 2:1.
[034] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem uma distribuição de tamanho de partícula de preferencialmente D99 menos que 30 μm e D50 menos que 6 μm, preferencialmente D99 menos que 20 μm e D50 menos que 4 μm, mais preferencialmente D99 menos que 9 μm e D50 menos que 3 μm, ainda mais preferencialmente D99 menos que 4 μm e D50 menos que 0,3 μm.
[035] Em outra realização, um pó de carbono
[036] preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem uma área de superfície BET de pelo menos 60 m2/g, preferencialmente, pelo menos 70 m2/g e ainda mais preferencialmente uma área de superfície BET de pelo menos 75 m2/g.
[037] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem uma distribuição de tamanho de partícula de D50<0,5 μm e uma área de superfície BET de pelo menos 75 m2/g.
[038] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem uma área de superfície STSA (de espessura estatística) de entre 46-86 m2/g, preferencialmente 59-79 m2/g, ainda mais preferencialmente 64-74 m2/g.
[039] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem um teor de hidrocarboneto poliaromático (PAH) de menos que 0,50 mg/kg, preferencialmente menos que 0,25 mg/kg, mais preferencialmente menos que 0,01 mg/kg.
[040] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem um número de absorção de óleo entre 67-97 m3/g, preferencialmente 72-92 m3/g, mais preferencialmente 77-87 m3/g.
[041] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem um tamanho de partícula primário de 20-40 nm, preferencialmente 26-36 nm, mais preferencialmente 2834 nm.
[042] A invenção também se refere a um grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata compreendendo: a) 60-98% em peso de carbono preto, b) menos que 2,0% em peso de voláteis, c) 0-30% em peso de sílica e d) 0,5 - 1,0% em peso de agente de ligação.
[043] Ainda, em outra realização, o grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem um agente de ligação que é amido, preferencialmente amido pré-gelatinizado.
[044] Ainda, em outra realização, o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata pelotizado, de acordo com a invenção, tem uma concentração de amido preferencialmente entre 0,1 e 6,0% em peso, mais preferencialmente 0,3 e 5,0% em peso, ainda mais preferencialmente 0,5 e 3,0% em peso, ainda mais preferencialmente 0,5 e 1,5% em peso do peso total do grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata.
[045] Em outro aspecto da invenção, a invenção se refere ao uso de um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, como uma agente excipiente ou de reforço em uma composição de borracha, uma tinta, uma pintura, um betume, uma composição termoplástica ou um elastômero termoplástico.
[046] Em outro aspecto da invenção, a invenção ser refere a uma composição de borracha compreendendo um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, a dita composição de borracha tendo uma resistência à tensão de 15-30 MPa, preferencialmente 20-29 MPa, mais preferencialmente 22-28 MPa.
[047] Mais realizações da presente invenção são mencionadas nas reivindicações anexas. A invenção será adicionalmente elucidada na descrição detalhada abaixo.
[043] O que segue são definições de alguns dos termos utilizados ao longo de toda a descrição e reivindicações.
[044] Com ‘borracha de sucata’ se entende material de resíduo de borracha. De modo geral, mas não exclusivamente, essa borracha de sucata é obtida de pneus que não são mais adequados para uso.
[045] Com ‘material de carvão’ se entende um material carbonáceo sólido obtido da pirólise de um material de borracha de sucata. Os componentes típicos de um material de carvão são carbono preto, material de resíduo, sílica, voláteis e água.
[046] Com ‘material de resíduo’ se entende um ou mais dentre uma cinza inorgânica e quaisquer outros compostos ou elementos presentes no material de carvão (ou pó de carbono preto, conforme aqui definido) que constitui o equilíbrio de massa do material de carvão. O material de resíduo pode conter opcionalmente óxido de zinco (ZnO), sulfeto de zinco (ZnS), dióxido de titânio (TiO2), óxido de cálcio (CaO), óxido de alumínio (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), óxido de magnésio (MgO), fósforo de sódio, bromo, cloro, potássio e flúor.
[047] Com ‘carbono preto’ se entende uma forma finamente dividida preta de carbono amorfo. Em outras palavras, um carbono elementar virtualmente puro na forma de partículas coloidais. Carbono preto é, por exemplo, produzido por combustão incompleta ou decomposição térmica de hidrocarbonetos gasosos ou líquidos sob condições controladas. Sua aparência física é a de um grânulo ou pó dividido finamente, preto. Seu uso em pneus, produtos de borracha e plástico, tintas de impressão e revestimentos é relacionado a propriedades de área de superfície específica, tamanho de partícula e estrutura, condutividade e cor.
[048] A definição de carbono preto, conforme aqui utilizado, não inclui fuligem (carbono dividido finamente depositado de chamas durante a combustão incompleta de substâncias orgânicas, como carvão) ou carbono preto (carbono puro em diversas formas ligadas, obtidas por meio da combustão incompleta de materiais contendo carbono). Fuligem e carbono preto são os dois termos genéricos mais comuns aplicados a diversos subprodutos carbonáceos indesejados, resultantes da combustão incompleta de materiais contendo carbono, como óleo, combustíveis ou gasolina, carvão, papel, borracha, plásticos e material de resíduo. Fuligem e carbono preto também contêm grandes quantidades de materiais extraíveis de diclorometano e tolueno e podem apresentar um teor de cinza de 50% ou mais.
[049] Carbono preto é química e fisicamente diferente de fuligem e carbono preto. A maioria dos tipos de carbono preto contém mais de 97% de carbono elementar, o dito carbono elementar é geralmente disposto como particulado aciniforme (agrupamento do tipo cacho).
[050] No caso de carbonos pretos comercialmente disponíveis, contaminantes orgânicos, como hidrocarbonetos aromático policíclicos ou poliaromáticos (PAHs; definidos abaixo)) estão presentes em quantidades extremamente pequenas (por exemplo, entre 200-736 mg/kg, dependendo do grau, método de fabricação e tipo de matéria-prima) e, portanto, não são considerados biologicamente disponíveis.
[051] Com ‘carbono preto de fornalha’ se entende carbonos pretos comercialmente disponíveis, derivados da combustão incompleta de hidrocarbonetos líquidos sob condições controladas. Esse método é adequado para produção de massa, devido à sua alta produção, e permite amplo controle de suas propriedades, como o tamanho de partícula ou estrutura. Esse é atualmente o método mais comum utilizado para a fabricação de carbono preto para diversas aplicações de reforço de borracha a coloração. Exemplos de carbonos pretos de fornalha incluem, N110, N220, N330, N550, N660 e N772 fabricados por empresas, como Birla Carbon, Cabot Corporation e Orion Engineered Carbons.
[052] Com ‘carbono preto térmico’ se entende um carbono preto derivado da decomposição térmica de gás natural, na ausência de oxigênio.
[053] Por ‘pó de carbono preto’ se entende uma forma em pó de carbono preto. Em outras palavras, particulados finos de carbono preto. Pó de carbono preto na composição, de acordo com a invenção, obtido por moagem de um material de carvão, o pó de carbono preto compreendendo, por exemplo, carbono preto, material de resíduo, sílica, voláteis e água.
[054] Com ‘pó de carbono preto derivado de borracha de sucata’ se entende um pó de carbono preto derivado de uma borracha de sucata, preferencialmente, um pó de carbono preto que é obtido da pirólise de uma borracha de sucata.
[055] Com ‘pirólise’ se entende um processo de decomposição termo-química em temperaturas elevadas de um material orgânico na ausência de oxigênio.
[056] Com ‘pirólise de dois estágios’ se entende um processo de pirólise que é conduzido em pelo menos dois estágios separados, isto é, pelo menos um primeiro estágio e pelo menos um segundo estágio. Em outras palavras, pelo menos dois processos de pirólise subsequentes são realizados. Portanto, é claro que a invenção também se refere à pirólise de dois estágios que compreende mais de duas etapas consecutivas, por exemplo, pelo menos uma terceira etapa de pirólise e, opcionalmente, por exemplo, pelo menos uma quarta etapa de pirólise. Também é possível que haja dois primeiros estágios de pirólise, em outras palavras, em que um estágio adicional é introduzido entre o primeiro e o segundo estágios a) e b). O produto do pelo menos primeiro estágio de pirólise é aqui mencionado como um material de carvão intermediário e o produto do pelo menos segundo estágio de pirólise é aqui mencionado como um material de carvão. O pelo menos segundo estágio de pirólise também pode ser mencionado como o estágio de polimento. Os dois estágios podem ser conduzidos no mesmo aparelho de pirólise ou em dois aparelhos de pirólise separados. Os dois estágios podem ser conduzidos, por exemplo, em uma estufa giratória, por exemplo, em duas estufas giratórias, ou, por exemplo, em um reator em lotes e uma estufa giratória.
[057] Com ‘estufa giratória’ se entende um recipiente cilíndrico, inclinado levemente ao horizontal, que é girado sobre seu eixo. O material a ser processado é alimentado à extremidade superior do cilindro. Conforme a estufa gira, o material se movimenta gradualmente para baixo, em direção à extremidade inferior e pode se submeter a uma determinada quantidade de agitação e mistura. Gases quentes passam ao longo da estufa. Os gases podem passar ao longo da estufa na mesma direção que o material de processo (na corrente), mas passam preferencialmente ao longo da estufa na direção oposta (contra corrente). Os gases quentes podem ser gerados em uma fornalha externa, ou podem ser gerados dentro da estufa, por exemplo, por uma chama.
[058] Com ‘volátil’ se entende qualquer elemento ou composto que é removido em um estado gasoso, durante a pirólise de borracha de sucata. Em outras palavras, um elemento ou composto que é prontamente evaporado. Tipicamente, os voláteis liberados durante pirólise podem ser classificados como não condensáveis e condensáveis.
[059] Os ‘voláteis não condensáveis’ são voláteis tendo um ponto de ebulição baixo entre -200 °C e 80 °C. Exemplos são hidrogênio (H2), metano (CH4, ponto de ebulição -162 °C), etano (C2H6, ponto de ebulição -89 °C), propano (C3H8, ponto de ebulição -42 °C), butano (C4H10, ponto de ebulição 0 °C), pentano (C5H12 , ponto de ebulição 36 °C), hexano (C6H14, ponto de ebulição 69 °C), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), enxofre (S) ou nitrogênio (N2). Os voláteis não condensáveis estão presentes em aproximadamente 10-40% em peso, preferencialmente 15-30% em peso, mais preferencialmente 20-25% em peso do peso total de voláteis. Tipicamente, pelo menos 70% dos voláteis não condensáveis tem um ponto de ebulição na variação de -200 °C a 80 °C.
[060] Os ‘voláteis condensáveis’ são voláteis tendo um ponto de ebulição entre 85 e 290 °C. Os voláteis condensáveis contam aproximadamente 60-90% em peso, preferencialmente 70-85% em peso, mais preferencialmente 7580% em peso do peso total de voláteis. Os voláteis condensáveis são geralmente componentes de combustível.
[061] Os voláteis condensáveis têm uma variação típica de ponto de ebulição entre 85 °C e 138 °C, entre 139 °C e 155 °C, entre 156 °C e 180 °C, entre 181 °C, e 206 °C, entre 207 °C e 245 °C, entre 246 °C e 270 °C ou entre 271 °C e 290 °C. Tipicamente, pelo menos 70% dos componentes de voláteis condensáveis tem um ponto de ebulição na variação de 85 °C e 290 °C.
[062] Com ‘tempo de permanência’ se entende a extensão de tempo ou duração na qual o material está presente no aparelho de pirólise, durante a etapa de pirólise em si. Em outras palavras, o tempo durante o qual o processo de pirólise ocorre. Em outra palavra, o tempo durante o qual o aparelho de pirólise está em operação. Em outras palavras, o tempo de reação do processo de pirólise.
[063] Com ‘moagem’ se entende o processo de quebra de um material (na presente invenção, o material de carvão) em partículas menores, preferencialmente, partículas individuais (a saber, não aglomeradas) ou pequenos aglomerados (por exemplo, menor que 40 micra de diâmetro). O material que é obtido após moagem é, na presente invenção, um pó de carbono preto. O técnico no assunto é familiar com diversos métodos adequados para a moagem de material de carvão. Exemplos desses métodos e aparelhos de moagem são moagens a jato oposto de leito fluidizado e moagens a jato em espiral em combinação com classificadores de ar.
[064] Com ‘distribuição de tamanho de partícula de D99’ ou ‘distribuição de tamanho de partícula de D50’ se entende a 99a e 50a porcentagem da distribuição de tamanho de partícula, respectivamente, conforme medida pelo volume. A D99 descreve uma amostra de partículas, com a qual 99% em volume das partículas tem um tamanho menor que a distribuição de tamanho de partícula declarada. Com D99 < x micrometro se entende que 99% em volume das partículas tem um tamanho de menos que x micrometro. O D50 descreve uma amostra de partículas, com a qual 50% em volume das partículas tem um tamanho menor que a distribuição de tamanho de partícula declarada. Com D50 < x micrometro se entende que 50% em volume das partículas tem um tamanho de menos que x micrometro.
[065] Distribuição de tamanho de partícula de carbono preto é uma propriedade importante. Para um determinado carregamento de carbono preto, a intensidade de preto e a potência de reforço aumentam com a redução da distribuição de tamanho de partícula.
[066] A forma e tamanho de agregados (estrutura) também afeta um desempenho de uso final do carbono preto, uma vez que a estrutura de carbono preto maior aumenta a viscosidade e aprimora a dispersão. A rigidez (módulo) de sistemas elastoméricos se torna significativamente maior com o aumento da estrutura. O método preferido para medir essas propriedades é a microscopia de elétron de transmissão.
[067] A distribuição de tamanho de partícula pode ser determinada de acordo com o método revelado em: ASTM D3849 - 2011. A distribuição de tamanho de partícula também pode ser determinada utilizando difração a laser seco ou úmido em um instrumento, como um Malvern Mastersizer S Ver 2.19. Se um agente umectante for necessário, ele pode ser, por exemplo, uma mistura dos produtos comercialmente disponíveis Morvet® + Supragil® (proporção de 70:30). Um técnico no assunto conhecerá qual tipo de agente umectante é adequado para uso durante uma medição de difração a laser úmida. Ultrassom externo pode ser aplicado para evitar agregação das partículas. Mais detalhes sobre as condições exatas utilizadas para as medições na presente invenção podem ser encontradas nos exemplos abaixo.
[068] Com ‘área de superfície BET’ se entende a área de superfície e porosidade das partículas presentes em uma amostra. A área de superfície BET é uma medida da adsorção física de moléculas de gás em uma superfície sólida e serve como uma base para uma técnica de análise importante para a medição da área de superfície específica do carbono preto. BET mede a área de superfície específica de 1 grama de carbono preto, expressa em metros quadrados. A área de superfície BET, portanto, provê informações sobre a adsorção física de moléculas e gás em uma superfície sólida. Moléculas de um gás adsorbato são adsorvidas fisicamente nas superfícies de partícula, incluindo as superfícies internas de quaisquer poros, sob condições controladas dentro de uma câmara de vácuo. Um isotermo de adsorção é obtido ao medir a pressão do gás acima da amostra como uma função do volume de gás introduzido na câmara. A região linear do isotermos de adsorção pode ser, então, utilizada para determinar o volume de gás necessário para formar uma monocamada ao longo da área de superfície de partícula disponível, utilizando a teoria BET, conforme descrito pela seguinte equação:
[069] onde v é o volume de gás, P é a pressão, Po é a pressão de saturação, vm é o volume de gás necessário para formar uma monocamada e c é a constante BET. O traço da pressão relativa, Φ (=P/P0), e volume, permite que o volume de uma monocamada seja determinado do gradiente e cruzamento da linha. A área de superfície específica pode ser, então, calculada utilizando a área de seção transversal das moléculas de gás, o volume molecular do gás e o peso da amostra. As áreas de superfície BET podem ser medidas de acordo com ASTM D-6556- 2010.
[070] Com ‘área de superfície de espessura estatística’ ou ‘STSA’ se entende a área de superfície específica que é acessível à borracha, por metro quadrado por grama (m2/g). Isso é utilizado pela indústria de borracha para definir o nível de finura do carbono preto - quanto maior o número menor é o carbono preto. Isso pode ser medido de acordo com ASTM D-6556-2010.
[071] 74 Com ‘hidrocarboneto poliaromático’ ou ‘hidrocarboneto aromático policíclico’ ou ‘PAH’ se entende uma classe de moléculas que consiste em anéis de carbono aromáticos, fundidos que não contêm heteroátomos ou carregam substituintes (que não hidrogênio). Exemplos de PAHs incluem, entre outros, Benzo(a)antraceno, (CAS 56-553) Benzo(a)fenantreno (criseno), (CAS 218-01-9), Benzo(a)pireno, (CAS 50-32-8), Benzo(b)fluoranteno, (CAS 205-99-2) Benzo(j)fluoranteno (CAS 205-82-3), Benzo(k)fluoranteno, (CAS 207-08-9), Benzo(j,k)fluoreno (fluoranteno), (CAS 206-44-0), Benzo(r,s,t)pentafeno, (CAS 189-55-9) Dibenz(a,h)acridina (CAS 226-36-8), Dibenz(a,j)acridina (CAS 224-42-0), Dibenzo(a,h)antraceno(CAS 53-70-3) Dibenzo(a,e)fluoranteno (CAS 5385-75-1), Dibenzo(a,e)pireno (CAS 192-65-4), Dibenzo(a,h)pireno (CAS 189-64-0), Dibenzo(a,l)pireno (CAS 191-30-0), 7H- Dibenzo(c,g)carbazol (CAS 194-59-2), 7,12Dimetilbenz(a)antraceno (CAS 57-97-6), Indeno(1,2,3cd)pireno (CAS 193-39-5), 3-Metilcolantreno (CAS 56-49-5), 5-Metilcriseno (CAS 3697-24). Nitropireno (CAS 5522- 43-0), Acenafteno, (CAS 83-32-9), Acenaftileno (CAS 208-968), Antraceno (CAS 120-12-7), Benzo(g,h,i)perileno (CAS 19124-2), Fluoreno (CAS 86-73-7), Fenantreno (CAS 85-01-8), Pireno, (CAS 129-00-0).
[072] Com ‘tamanho de partícula primário’ se entende o tamanho de uma partícula de pó de carbono preto, conforme medido por métodos de difração. O tamanho de partícula primário pode ser medido de acordo com ASTM D6556-2010. Carbonos pretos não existem como partículas primárias como tal. Durante a fabricação de carbono preto, as partículas primárias se fundem para formar agregados. A forma e grau de ramificação de agregado é mencionada como estrutura. O aumento da estrutura aumenta tipicamente o módulo, dureza, condutividade elétrica e viscosidade do composto e aprimora a capacidade de dispersão do carbono preto. O tamanho de partícula primário de carbono preto típico varia de 8 nanômetros para pretos de fornalha a 300 nanômetros para pretos térmicos. Partículas mais finas (a saber, tendo um tamanho de partícula primário de menos que 50 nanômetros) aumentam o reforço, resistência à abrasão, e aprimoram a resistência à tensão.
[073] [075] Com ‘número de absorção de óleo’ ou ‘OAN’ se entende o número de gramas de óleo necessário para ligar um grama de partículas. A absorção de óleo é a medida de estrutura com um alto número representando estrutura maior. Absorção de óleo é medida de acordo com ASTM D-2414-2012. De modo geral, pretos de alta estrutura transmitem níveis maiores de reforço mecânico a um composto de borracha (por exemplo, resistência à tensão) e desempenho dinâmico menor (por exemplo, resiliência de ressalto, conforme definido abaixo), enquanto pretos de estrutura baixa transmitem níveis relativamente menores de reforço mecânico e melhor desempenho dinâmico.
[074] Com ‘resistência à tensão’ se entende a tensão que uma partícula pode suportar sem deformação, conforme medida em força por área de unidade, N/m2 ou MPa. Os testes foram conduzidos de acordo com ISO 37-2011.
[075] Com ‘densidade cruzada’ se entende a diferença entre o torque máximo e mínimo, conforme medida em um composto de borracha, utilizando um Reômetro de Disco Oscilante (ODR) ou um Reômetro de Matriz de Movimento (MDR), geralmente mencionada como valor de “MHML” ou “Delta S”.
[076] Com ‘agente de ligação’ se entende uma substância que permite a aglomeração das partículas individuais do pó de carbono preto em grânulos fluidizantes de força estrutural adequada e aprimora a estabilidade. Um agente de ligação também é conhecido na técnica como um aglutinante.
[077] Com ‘SBR’ se entende borracha de estireno- butadieno. SBR descreve uma família de borracha sintéticas derivadas de estireno e butadieno. Esses materiais têm uma boa resistência à abrasão e boa estabilidade de envelhecimento, quando protegidos por aditivos. SBR é a borracha mais comum da qual pneus são feitos. A proporção de estireno/butadieno influencia as propriedades do polímero: com alto teor de estireno, as borrachas são mais duras e menos flexíveis.
[078] Com ‘EPDM’ se entende borracha de monômero de etileno-propileno-dieno (classe M). Classe M se refere à sua classificação no padrão ASTM D-1418-2010. A classe M inclui borrachas tendo uma cadeia saturada do tipo de polimetileno. Dienos atualmente utilizados na fabricação de borrachas EPDM são diciclopentadieno (DCPD), etilideno norborneno (ENB), e vinil norborneno (VNB).
[079] Com ‘fadiga DeMatia flex’ se entende a resistência de um composto de borracha à flexão cíclica e é medida de acordo com ISO 132-2011.
[080] Com ‘M100’ se entende a tensão medida em 100% de força em uma borracha em forma de sino padrão. M100 é medida de acordo com ISO 37-2005.
[081] Com ‘M300’ se entende a tensão medida em 300% força em uma borracha em forma de sino padrão. M300 é medida de acordo com ISO 37-2005.
[082] Com ‘alongamento’ se entende o alongamento final na quebra de uma borracha em forma de sino padrão. Alongamento é medido de acordo com ISO 37-2005.
[083] Com ‘resiliência de ressalto (Schob)’ se entende a porcentagem de resiliência de um composto de borracha como uma indicação de perda de energia histerética que também pode ser definida pela relação entre módulo de armazenamento e módulo de perda. A porcentagem de ressalto medida é inversamente proporcional à perda histerética. Resiliência de ressalto é medida de acordo com ISO 4662-2009.
[084] Com ‘PHR’ se entende Partes por Centenas de Borracha. PHR é uma medida que é utilizada por químicos de borracha para retratar qual quantidade de determinados ingredientes é necessária na composição de borracha.
[085] Os inventores descobriram um método para reciclagem de uma borracha de sucata, em particular, pneus, esse método compreende as seguintes etapas: i) pirólise de uma borracha de sucata para obter um material de carvão; ii) moagem do material de carvão obtido na etapa i) para obter um pó de carbono preto;
[086] caracterizado pela pirólise, na etapa i), compreender pelo menos um processo de pirólise de dois estágios, em que a dita pirólise de dois estágios compreende:
[087] um primeiro estágio de pirólise para obter um material de carvão intermediário e
[088] um segundo estágio de pirólise para obter um material de carvão e em que pelo menos um dos estágios a) ou b) é realizado em uma estufa giratória.
[089] A invenção tem base no que segue. Em primeiro lugar, os inventores descobriram que o tamanho de partícula do carbono preto derivado de borracha de sucata da técnica anterior é muito grande para atender às atuais demandas de pós de carbono preto. Os inventores ainda descobriram que a moagem do material de carvão obtido dos processos de pirólise de borracha de sucata da técnica anterior não é suficientemente possível. Depois, os inventores descobriram, de maneira inventiva, que esse problema com moagem era, pelo menos parcialmente, devido ao alto teor volátil do material de carvão. Subsequentemente, os inventores inventaram o presente processo de pirólise de dois estágios, a fim de prover material de carvão tendo um teor volátil menor. Esse material de carvão inventivo é adequado para moagem a um tamanho de partícula menor e, com isso, atende às atuais necessidades no campo de carbono preto.
[090] Em outras palavras, os inventores inventaram um novo processo para reciclagem de borracha de sucata, preferencialmente, de pneus. O presente método de reciclagem compreende as etapas de i) pirólise da borracha de sucata para obter um material de carvão e ii) moagem do material de carvão assim obtido para obter um pó de carbono preto, em que a etapa de pirólise consiste em pelo menos dois estágios.
[091] A borracha de sucata (preferencialmente, pneus de sucata) que pode ser utilizada no método, de acordo com a invenção, pode ser qualquer tipo de borracha, preferencialmente, pneus de veículo. Embora haja uma discussão abaixo do presente método em relação a pneus, it deve ser observado que a presente invenção não é limitada a pneus. Pneus de sucata são processados na forma de partículas, por exemplo, na forma de grânulos ou lascas. Preferencialmente, as partículas de borracha de sucata (utilizadas como a borracha de sucata na presente invenção) têm um tamanho de partícula máximo de 30 x 30 x 30 mm, mais preferencialmente, um tamanho de partícula máximo de 20 x 20 x 20 mm, ainda mais preferencialmente um tamanho de partícula máximo de 10 x 10 x 10 mm.
[092] A composição de borracha utilizada em um pneu de veículo é específica para a função do pneu. Em outras palavras, durante a fabricação de um pneu, a sua composição é selecionada para o tipo e função do pneu que é produzido. Por exemplo, pneus de caminhão são tipicamente baixos em sílica (aproximadamente 5% em peso, com base no peso total da composição de borracha). Pneus de automóveis, especificamente, pneus de carro de passeio, podem ser designados como ‘sílica baixa’ (aprox. 10% em peso, com base no peso total da composição de borracha) ou ‘sílica alta’ (aprox. 15% em peso, com base no peso total da composição de borracha). Acredita- se que a adição de sílica a uma borracha resulte em uma redução na resistência a rolamento. A resistência a rolamento é definida como a quantidade de energia que um pneu absorve conforme gira e deflexiona. Presumindo que pressões de pneu corretas são mantidas e admitindo velocidade variante e diferentes características de acionamento, uma redução de 20% na resistência a rolamento pode ser alcançada ao adicionar sílica à composição de borracha utilizadas para pneus de automóvel. Quanto menor a resistência a rolamento, menos combustível é necessário para impulsionar o veículo para frente. A redução da resistência a rolamento, entretanto, resulta comumente em uma redução no desempenho de agarre no molhado, o que é, de fato, inaceitável. Para isso, é buscado um compromisso durante a fabricação de um pneu entre a redução da resistência a rolamento, por um lado, e aumento do desempenho de agarre no molhado, por outro lado. Dependendo do tipo e função dos pneus, a quantidade ideal de sílica é selecionada.
[093] Dada a variedade de pneus de sucata, o método, de acordo com a invenção, é adequado para pirólise de borracha de sucata com quantidades variantes de sílica. Preferencialmente, os pneus de matéria-prima utilizados para preparar a borracha de sucata utilizada como um material inicial no presente método têm um teor de sílica de menos que 15%, mais preferencialmente menos que 10% e ainda mais preferencialmente menos que 5%.
[094] Os pneus de matéria-prima (utilizados para preparar a borracha de sucata utilizada como um material inicial no presente método) são, em uma realização da presente invenção, reduzidos em tamanho e alimentados ao aparelho de pirólise por meio de um aperto de alimentação gravimétrico. O aparelho de pirólise pode ser, por exemplo, uma estufa giratória que opera em um modo de dois estágios. Resumidamente, a estufa giratória é um cilindro giratório inclinado em um ângulo (por exemplo, um ângulo de 1,5°) que é envolvida em uma fornalha ao longo de sua extensão ativa e pode ser equipada com vedações hermética de gás que evitam troca entre a atmosfera interna e as condições ambientes locais. Conforme o cilindro gira, o material é suavemente derramado conforme flui da extremidade de alimentação do cilindro para a extremidade de descarga.
[095] Por exemplo, a pirólise pode ser realizada em uma estufa giratória aquecida indiretamente que é preferencialmente aquecida a gás ou aquecida eletricamente. Preferencialmente, pelo menos um ou ambos os estágios a) e b) da pirólise são realizados em uma estufa giratória que opera em fluxo contra corrente. A estufa giratória pode ser preparada para pirólise contínua da matéria-prima de borracha de sucata que opera em fluxo contra corrente. Por fluxo contra corrente, entende-se que os óleos (a saber, os voláteis condensáveis) e vapores (a saber, voláteis não condensáveis) liberados durante a etapa de pirólise são removidos da estufa giratória no meso lado da estufa no qual a matéria-prima (borracha de sucata) é adicionada. Parâmetros técnicos típicos para essa estufa giratória são uma extensão geral de 9,0 m, um diâmetro interno de 0,4 m, uma extensão de zona de aquecimento de 3,0 m em uma atmosfera de nitrogênio (atmosfera livre de oxigênio) com uma velocidade de rotação de 1 - 2 RPM, por exemplo, 2-3 RPM, por exemplo, 3-4 RPM, por exemplo, 4-5 RPM.
[096] A construção e operação dessa estufa giratória, conforme descobertas pelos inventores, permitem que uma pirólise de dois estágios seja realizada, na qual a borracha de sucata é aquecida a uma primeira temperatura durante o estágio a) e, então, a uma segunda temperatura durante o estágio b), que é preferencialmente maior que a primeira temperatura. O material de carvão resultante, obtido após o segundo estágio de pirólise b) tem um baixo teor volátil, preferencialmente menos que 2,0% em peso e o material de carvão assim obtido pode ser, então, moído para obter um pó de carbono preto.
[097] A invenção, entretanto, não é limitada ao uso de somente uma estufa giratória. Por exemplo, um primeiro estágio de pirólise a) pode ocorrer em uma primeira estufa giratória e o segundo estágio de pirólise b) em uma segunda estufa giratória. Nessa configuração, a segunda estufa é mencionada como uma estufa de polimento e, ao utilizar essa estufa de polimento, que um teor volátil muito baixo pode ser alcançado.
[098] Em um exemplo adicional, o primeiro estágio de pirólise a) pode ser conduzido em um reator em lotes que é conhecido PER SE na técnica. O segundo estágio de pirólise b) pode ser, então, conduzido em uma estufa giratória. Um reator em lotes tem desvantagem sobre a estufa que opera em modo contínuo em que um reator em lotes pode conter somente uma quantidade limitada de matéria-prima e deve ser preenchido alternadamente, a etapa de pirólise conduzida e, então, esvaziado. Entretanto, obtendo um material de carvão intermediário de um reator em lotes e, então, sujeitar o material de carvão assim obtido intermediário a um segundo estágio de pirólise em uma estufa giratória que opera de acordo com a invenção, permitiria que um material de carvão inventivo seja produzido com um teor volátil baixo.
[099] Sem desejar se vincular a qualquer teoria, os inventores do presente descobriram que se o material de carvão compreender mais de 5% em peso de voláteis, a moagem do material de carvão obtido é difícil e leva a um produto de baixo grau que não tem a dispersão necessária, distribuição de tamanho de partícula ou qualidades de reforço necessárias para ser utilizado em composições de borracha ou termoplásticas.
[100] A pirólise da borracha de sucata, de
[101] acordo com a invenção, permite que o material de carvão seja moído, de modo que um pó de carbono preto seja obtido que pode ser utilizado em produtos finais valiosos. Um ou mais dos objetivos da invenção são, portanto, alcançados.
[102] Em uma realização da invenção, no primeiro estágio de pirólise a), a porcentagem de voláteis na borracha de sucata é reduzida a uma quantidade de cerca de 5-10 % em peso com base no peso total do material de carvão intermediário.
[103] Em outra realização da invenção, no segundo estágio de pirólise b), a porcentagem de voláteis presentes no dito material de carvão intermediário é reduzida a uma porcentagem de menos que 2,5% em peso com base no peso total do material de carvão.
[104] O processo de dois estágios, de acordo com a presente invenção, permite que a porcentagem em peso de compostos voláteis seja reduzida a menos que 10% em peso após o primeiro estágio, e a menos que 2,5% em peso, preferencialmente menos que 2,0% em peso após o segundo estágio. Esse teor volátil baixo do produto final não pode ser obtido pelos métodos presentes na técnica anterior. Os inventores descobriram que os voláteis são preferencialmente removidos em uma estufa giratória. Sem desejar se vincular a qualquer teoria, uma estufa giratória permite que voláteis sejam removidos de maneira mais fácil do processo de pirólise. Especificamente, um processo de pirólise compreendendo um primeiro e um segundo estágio de pirólise é suficientemente eficiente para reduzir o teor volátil para abaixo do nível de 2,0% em peso desejado, de maneira economicamente viável. Isso contrasta ao processo em lotes típico, no qual o material de carvão obtido dele tem um teor volátil na variação de cerca de 6% a 15%. Entretanto, um processo em lotes é bastante adequado para uso durante o pelo menos um primeiro estágio de pirólise.
[105] Preferencialmente, um fluxo contra
[106] corrente de gases é aplicado na estufa giratória durante sua operação. Um fluxo contra corrente permite que um material de carvão seja produzido com uma baixa porcentagem em peso de compostos voláteis. Isso se deve aos gases serem retirados do produto e, assim, quaisquer voláteis, que se tornam livres durante a etapa de pirólise, não permanecem em contato com o material de carvão e, assim, não podem ser reabsorvidos pelo material de carvão. Em outras palavras, o uso de um fluxo contra corrente durante pirólise aumenta a produção de redução de voláteis.
[107] Em uma realização, a temperatura
[108] durante o primeiro estágio de pirólise da pirólise na etapa i) é preferencialmente de 500-800 °C, mais preferencialmente 600-700 °C e ainda mais preferencialmente 630-670 °C. As vantagens dessas variações são que os voláteis condensáveis e as frações removidas mais prontamente dos componentes voláteis (a saber, os voláteis não condensáveis) podem ser removidos sem levar a aumento de decomposição (ou avançada) do material de carvão intermediário.
[109] Em uma realização, a temperatura
[110] durante o segundo estágio de pirólise da etapa de pirólise em i) é preferencialmente entre 550-800 °C, mais preferencialmente 650-750 °C e ainda mais preferencialmente 680-720 °C. A vantagem dessas variações é que a fração menos volátil dos componentes voláteis no material de carvão intermediário é removida sem causar decomposição adicional indesejada do material de carvão. Se a temperatura for muito alta, reações físicas e químicas podem ocorrer no material de carvão. Por exemplo, a estrutura do carbono preto pode ser afetada de maneira adversa e o carbono pode ser oxidado por quaisquer espécies de oxigênio residuais presentes no aparelho de pirólise.
[111] A temperatura do primeiro e/ou segundo
[112] estágio de pirólise é, com isso, entendida para significar a temperatura a qual o aparelho de pirólise é aquecido. A temperatura durante o primeiro e/ou segundo estágios de pirólise é preferencialmente constante de maneira substancial durante o tempo de permanência. Com substancialmente constante se entende um desvio de, no máximo, ± 10% da temperatura ajustada (a saber, a temperatura a qual o aparelho de pirólise é ajustado) durante o tempo de permanência.
[113] Por exemplo, uma estufa giratória pode ser dividida em zonas e cada zona aquecida de maneira independente. Por exemplo, em uma estufa giratória subdividida em quatro zonas, zona 1 e zona 2 podem ser aquecidas a 630 °C e zona 3 e zona 4 podem ser aquecidas a 680 °C. Portanto, é claro que as zonas 1 e 2 compreendem o primeiro estágio de pirólise e as zonas 2 e 3 compreendem o segundo estágio de pirólise. De fato, há combinações adicionais de zonas e temperaturas possíveis que estão dentro do escopo da invenção.
[114] Preferencialmente, a temperatura no segundo estágio de pirólise a) é maior que no primeiro estágio de pirólise b), pois essa temperatura maior coleta os componentes menos voláteis do material de carvão.
[115] Mais preferencialmente, a temperatura no segundo estágio de pirólise a) é de pelo menos 30 °C, preferencialmente pelo menos 50 °C maior, mais preferencialmente pelo menos 80 °C maior, que no pelo menos primeiro estágio de pirólise b), pois essa temperatura maior coleta os componentes menos voláteis do material de carvão. Dessa forma, o primeiro estágio de pirólise remove a primeira parte de todos os voláteis em uma temperatura menor para reduzir qualquer risco de decomposição. Durante o segundo estágio de pirólise, uma grande parte dos voláteis restantes é removida, que não podem ser removidos tão facilmente na temperatura menor na qual o primeiro estágio de pirólise é realizado (pelo menos, não aceitável durante tempos de permanência). Isso é porque, durante o segundo estágio de pirólise, a temperatura é aumentada.
[116] Em uma realização, os tempos de permanência de cada um dentre o primeiro estágio de pirólise a) e o segundo estágio de pirólise b) são, de maneira independente, entre 20-50 minutos, preferencialmente 25-45 minutos e mais preferencialmente 30-40 minutos.
[117] Em uma realização, o tempo de permanência de cada um dentre o primeiro estágio de pirólise a) e o segundo estágio de pirólise b) é substancialmente igual em duração. Com substancialmente igual se entende um desvio de, no máximo, ± 10% do tempo de permanência entre os primeiro e segundo estágios de pirólise. Por exemplo, se o tempo de permanência do primeiro estágio de pirólise for 35 minutos, então, o tempo de permanência do segundo estágio de pirólise deve ser entre 32,5 e 38,5 minutos a fim de ser marcado como tendo um tempo de permanência substancialmente igual.
[118] Em outra realização, o tempo de permanência do primeiro estágio de pirólise é conforme mencionado acima (a saber, entre 20-50 minutos, preferencialmente 25-45 minutos e mais preferencialmente 3040 minutos) e o tempo de permanência do segundo estágio de pirólise b) é mais curto, preferencialmente, o tempo de permanência do segundo estágio de pirólise é entre 5-10 minutos, mais preferencialmente 10-15 minutos e ainda mais preferencialmente 15-20 minutos.
[119] A vantagem dessa realização (em outras palavras, uma realização do tempo de permanência do primeiro estágio de pirólise é substancialmente maior que o tempo de permanência do segundo estágio de pirólise) é que o material de matéria-prima não está em contato com o calor maior da estufa, conforme utilizada durante o segundo estágio de pirólise, por um período de tempo prolongado, evitando, assim, a decomposição indesejada do material de carvão. Além disso, um tempo de permanência ideal garante que o processo ocorra em uma taxa econômica.
[120] Os inventores descobriram, após experimento, que há temperaturas e tempos de permanência preferidos, a fim de otimizar o teor volátil do material de carvão. A temperatura da primeira etapa é escolhida para reduzir o teor volátil do material de carvão a menos que 10% em peso, e a temperatura do segundo estágio é escolhida para reduzir o teor do material de carvão a menos que 2,5% em peso, mais preferencialmente menos que 2,0% em peso. De maneira importante, o uso do perfil de temperatura de dois estágios descrito acima, por exemplo, em uma estufa giratória que opera no modo contra corrente, é que o tempo de processo total é vastamente reduzido comparado ao processo em lotes para a pirólise de borracha de sucata.
[121] Em um exemplo da invenção, a pirólise de etapa total tem um duração entre 30 minutos e 80 minutos. Isso é consideravelmente menor que os métodos comparáveis na técnica anterior, onde a pirólise de etapa tem uma duração na ordem de diversas horas ao invés de minutos. Subsequentemente, a invenção provê um meio mais econômico para pirólise de borracha de sucata. Há um benefício de energia para a invenção de pirólise de duas etapas comparado ao processo em lotes, associada à redução de energia residual devido à readsorção volátil. A invenção remove os voláteis de maneira muito mais eficiente que o processo completamente em lotes da técnica anterior, devido ao fluxo contínuo de gás que flui através de uma estufa giratória (utilizada em pelo menos um dos estágios de pirólise).A re-adsorção de volátil é, portanto, reduzida e, com isso, também facilita a possibilidade de reduzir o teor volátil final para abaixo de 2,0% em peso, de maneira economicamente viável.
[122] Em uma realização, no segundo estágio da pirólise na etapa i) a porcentagem de voláteis é reduzida a uma porcentagem de menos que 1,0% em peso, em que a % em peso tem base no peso total do material de carvão após a etapa i).
[123] A vantagem de um teor volátil de menos que 1,0% em peso é que esse material de carvão pode ser moído em pó de carbono preto dividido finamente. O pó de carbono preto moído resultante tem um tamanho de partícula de menos que 50 nm, então, pode ser incorporado em produtos finais valiosos. A pirólise, de acordo com a invenção, permite que essa baixa porcentagem de voláteis seja alcançada.
[124] Em uma realização, a etapa ii) é realizada por moagem a jato utilizando ar comprimido ou vapor.
[125] O material de carvão carbonáceo provido pelo processo de pirólise de dois estágios, após a etapa i), pode ser reduzido a partículas divididas finamente ou forma de “penugem” por meio de técnicas de pulverização conhecidas. Entretanto, a mistura e dispersão de partículas divididas finamente de material de carvão carbonáceo em borracha e plásticos são conhecidas por serem problemáticas. Portanto, uma etapa de moagem ii) é conduzida para preparar um pó de carbono preto com uma distribuição de tamanho de partícula definida.
[126] A vantagem do material de carvão, de acordo com a invenção, sobre o material de carvão da técnica anterior é que o material de carvão, de acordo com a invenção, não bloqueia ou obstrui o aparelho de moagem. Isso se deve ao teor volátil baixo do material de carvão, de acordo com a invenção.
[127] A etapa de moagem pode ser conduzida em um moinho vibratório, em um moinho a jato (de ar) ou em uma combinação de um moinho vibratório e um moinho a jato (de ar). Os inventores descobriram que uma combinação de um moinho vibratório e um moinho a jato de ar dá uma distribuição de tamanho de partícula de D50 < 2,3 μm e D99 < 9,2 μm, o que produz um pó de carbono preto adequado para uso nos produtos de alta qualidade. Entretanto, para determinados usos, moagem utilizando um moinho vibratório, produzindo uma distribuição de tamanho de partícula de D50 <9,0 μm e D99 < 35,0 μm poderia ser suficiente. Por exemplo, moagem pode ser conduzida em um moinho de tamanho de laboratório em uma temperatura de 20 °C e em uma velocidade de classificador de 22.000 rpm, utilizando o ar como um meio, em uma pressão de 3 bar. Ar quente até cerca de 220 °C ou vapor superaquecido a uma temperatura de cerca de 300 °C também pode ser utilizado. Velocidades de classificador de ar, em termos de RPM, variarão de acordo com o diâmetro do poço classificador, devido à velocidade periférica do poço aumentar para uma determinada RPM, conforme o diâmetro aumento. Por exemplo, um moinho a jato de laboratório pode operar em 22.000 RPM, enquanto uma máquina de escala industrial, tendo um diâmetro de 800 mm, pode alcançar os mesmos resultados em uma velocidade de cerca de 6000 RPM.
[128] Em uma realização, a etapa ii) é realizada de modo que o pó de carbono preto obtido da etapa ii) tenha uma distribuição de tamanho de partícula de D50<10 μm e D99<40 μm, preferencialmente D50<5 μm e D99<20 μm, mais preferencialmente D50<1 μm e D99<10 μm, ainda mais preferencialmente D50<0,5 μm e D99<2 μm.
[129] A vantagem da moagem de um material de carvão, de acordo com a invenção, é que uma distribuição de tamanho de partícula de D50<10 μm e D99<40 μm pode ser obtida. Em outras palavras, menos que 50% das partículas tem um tamanho de partícula de 10 μm e menos que 99% das partículas tem um tamanho de partícula de 40 μm. Em uma realização, a etapa ii) tem uma distribuição de tamanho de partícula de D50 < 1 μm e D99<4 μm. Em outras palavras, menos que 50% das partículas tem um tamanho de partícula de 1,0 μm e menos que 99% das partículas tem um tamanho de partícula de 4,0 μm.
[130] Há diversos graus de carbono preto no mercado. Um exemplo desse grau é N550, tendo um D50 <2,1 μm e D99 < 6,2 μm. Outro exemplo desse grau é N650 tendo um D50 < 2,6 μm e D99 < 10,9 μm. Para esses graus, a combinação de um determinado limite superior para D50 e um determinado limite superior para D99 é necessária para prover um nível de controle de qualidade entre os lotes. Entretanto, outras características desses carbonos pretos.
[131] Em uma realização, uma etapa adicional de pelotização ((etapa iii)) é realizada após a etapa ii). Em outras palavras, o presente método compreende uma etapa de pirólise de dois estágios, uma etapa de moagem e uma etapa de pelotização no presente aspecto da invenção.
[132] A fim de aprimorar a manipulação e armazenamento do pó de carbono preto obtido por moagem, uma etapa de processamento adicional pode ser feita. O pó de carbono preto pode ser pelotizado. Um pó solto poderia prover algumas dificuldades durante o armazenamento e manipulação comparado a um produto pelotizado. Uma variedade de métodos para converter partículas individuais de carbono preto em grânulos para mistura e dispersão aprimoradas é conhecida na técnica. Por exemplo, um carbono preto dividido finamente pode ser agitado sob condições secas, de maneira a reduzir a quantidade de ar ou outros gases associados ao carbono preto e causar um grau de aglomeração das partículas diferentes do carbono preto.
[133] Em uma realização, a etapa iii) é realizada ao misturar um agente de ligação com o pó de carbono preto obtido na etapa ii) e pelotização da mistura assim obtida para obter um pó de carbono preto pelotizado.
[134] O uso de um agente de ligação é conhecido na técnica como pelotização sob condições úmidas. Nessas condições, o carbono preto dividido finamente pode ser agitado na presença de meio de pelotização líquido suficiente, como água, ou uma solução aquosa diluta de um agente de ligação. Agentes de ligação adequados incluem, entre outros, açúcar, melaço, dextrina, amido, sulfonato de lignina de cálcio e similares. Os agentes de ligação permitem a aglomeração das partículas individuais em grânulos de fluxo livre de potência estrutural adequada e estabilidade aprimorar. Um agente de pelotização adequado é, por exemplo, amido, preferencialmente amido pré-gelatinizado. Amido pode ser adicionado em até 0,5% em peso, preferencialmente, até 1,0% em peso, com base no peso total do pó de carbono preto. O pó de carbono preto pelotizado é, portanto, fácil de manipular e é mais fácil de armazenar que o carbono preto em pó.
[135] Em uma realização da presente invenção, uma etapa de resfriamento (etapa iv) é realizada entre a etapa de pirólise e a etapa de moagem. Durante essa etapa de resfriamento, o material de carvão obtido durante a etapa de pirólise é resfriado antes de ser introduzido na etapa de moagem.
[136] Em uma realização da presente invenção, uma etapa de remoção de metal ferromagnético (etapa v) é realizada antes da etapa de moagem. Em alguns pneus, em particular, aço de pneu de caminhão (metal ferromagnético) pode estar presente como reforço, esse metal poderia ter um efeito prejudicial no processo de moagem. O uso de ímãs ou separação magnética é preferível para essa etapa. Um técnico no assunto saberá qual equipamento utilizar para essa etapa.
[137] A invenção também se refere a um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, em que o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata compreende: a) 60-98 % em peso de carbono preto, b) menos que 2,0 % em peso de voláteis, c) 0-30 % em peso de sílica.
[138] A composição do pó de carbono preto, de acordo com a invenção, tem, surpreendentemente, baixo teor de voláteis. Esse baixo teor de voláteis se deve ao método de pirólise de dois estágios inventivo. A composição do pó de carbono preto é diferente, dependendo da composição da matéria-prima. Por exemplo, quando forem utilizados pneus de caminhão, uma composição de pó de carbono preto típica compreende 88% em peso de carbono preto, 2,7% em peso de sílica, 6,5% em peso de material de resíduo, 2,3% em peso de voláteis e 0,5% em peso de água. Por exemplo, quando a matéria- prima for pneus de automóvel com pouca sílica, uma composição de pó de carbono preto típica compreende 75% em peso de carbono preto, 13,9% em peso de sílica, 7,8% em peso de material de resíduo, 2,2% em peso de voláteis e 0,5% em peso de água. Por exemplo quando a matéria-prima for pneus de automóvel com bastante sílica, uma composição de pó de carbono preto típica compreende 66% em peso de carbono preto, 23,6% em peso de sílica, 8,0% em peso de material de resíduo, 1,9% em peso de voláteis e 0,5 % em peso de água.
[139] Em outra realização, o pó de carbono preto tem uma quantidade de óxido de zinco entre 1-5% em peso, com base no peso total do pó de carbono preto.
[140] Em outra realização, o pó de carbono preto tem uma quantidade de sulfeto de zinco entre 1-5 % em peso, com base no peso total do pó de carbono preto.
[141] Óxido de zinco e sulfeto de zinco são reagentes importantes na ativação de cura de enxofre na composição de borracha, que é uma parte do processo de fabricação de pneu. Os inventores descobriram que é possível reduzir substancialmente a quantidade de óxido de zinco que é necessário que seja adicionada nas fórmulas de borracha (curadas com enxofre) quando o presente pó de carbono preto de borracha de sucata for utilizado como um excipiente, comparado a quando o carbono preto da técnica anterior for utilizado. Isso se deve à presença de óxido de zinco e sulfeto de zinco no pó de carbono preto derivado de borracha de sucata. Por exemplo, pelo menos 3 partes por cento de borracha (PHR). Óxido de zinco deve ser adicionado ao carbono preto de fornalha da técnica anterior, a fim de obter a densidade cruzada máxima em um Composto de Teste SBR de ASTM D3191-2010, comparado a somente 1,5 (PHR) quando o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, é utilizado.
[142] Qualquer redução no uso de ZnO beneficiará o meio-ambiente pela redução no consumo de recurso natural de zinco-a de disponibilidade finita e que diminui rapidamente, o que se torna uma causa para preocupação global. Óxido de zinco também foi identificado como sendo uma substância ambientalmente nociva, assim, qualquer redução em seu uso é benéfico.
[143] Em outra realização, o presente pó de carbono preto derivado de borracha de sucata tem uma distribuição de tamanho de partícula de D50<10 μm e uma área de superfície BET de pelo menos 66 m2/g. Em outras palavras, pelo menos 50% das partículas do pó de carbono preto, de acordo com a invenção, tem uma distribuição de tamanho de partícula de menos que < 10 μm e as partículas têm uma área de superfície BET (conforme definida acima) de pelo menos 66 m2/g. Alta área de superfície é associada à alta interação de polímero:excipiente e, portanto, altos níveis de reforço, definidos pelos níveis de reforço de borracha aumentados. Uma distribuição de tamanho de partícula D99 de menos que 10 μm é necessária para incorporar o pó de carbono preto em produtos finais valiosos. Para outros produtos finais menos valiosos, um valor de D99 maior pode ser suficiente.
[144] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata tem uma distribuição de tamanho de partícula de preferencialmente D99 menos que 30 μm e D50 menos que 6 μm, preferencialmente D99 menos que 20 μm e D50 menos que 4 μm, mais preferencialmente D99 menos que 9 μm e D50 menos que 3 μm, ainda mais preferencialmente mais preferencialmente D99 menos que 4 μm e D50 menos que 0,3 μm.
[145] Em outra realização, pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com [SIC], tem uma distribuição de tamanho de partícula de D50<0,15 μm e D99<0,5 μm. Em outras palavras, o pó de carbono preto, de acordo com a invenção, tem a mesma distribuição de tamanho de partícula que os produtos pretos de fornalha N550 e N660, o que é surpreendente, tendo em vista o carbono preto da técnica anterior, derivado da borracha de sucata, que tem uma distribuição de tamanho de partícula de pelo menos 100 μm.
[146] Em outra realização, um pó de carbono preto de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem uma área de superfície de STSA (espessura estatística) entre 46-86 m2/g, preferencialmente 59-79 m2/g, ainda mais preferencialmente 6474 m2/g. A STSA provê uma indicação das propriedades de reforço do carbono preto quando composto em uma composição de borracha. Uma STSA de entre 46-86 m2/g, preferencialmente 59-79 m2/g, ainda mais preferencialmente 64-74 m2/ é desejável, a fim de obter características de reforço suficientes.
[147] Em uma realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem um teor de hidrocarboneto poliaromático (PAH) de menos que 0,50 mg/kg, preferencialmente menos que 0,25 mg/kg, mais preferencialmente menos que 0,01 mg/kg. A pirólise de dois estágios, de acordo com a invenção, também provê um meio para controlar o teor de hidrocarboneto poliaromático no pó de carbono preto. O PAH também é excepcionalmente baixo quando comparado a outros carbonos pretos derivados de borracha de sucata. Por exemplo, menos que 0,5 mg/kg, preferencialmente menos que 0,25 mg/kg, mais preferencialmente menos que 0,01 mg/kg. Esse teor de PAH baixo não pode ser alcançado em um processo de pirólise de uma etapa. Tipicamente, após um processo de pirólise de uma etapa, o carbono preto tem um teor de PAH de 71 mg/kg, mesmo se o teor volátil for de somente 2,9% em peso.
[148] A invenção, portanto, provê um nível surpreendente de controle sobre o teor de PAH do pó de carbono preto, de acordo com a invenção. O controle do nível de PAH é altamente importante, uma vez que PAHs são carcinógenos e, como tal, são substâncias controladas, cujos níveis devem ser mantidos os mais baixos possíveis, de acordo com as orientações da indústria.
[149] Em outra realização, um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tem um número de absorção de óleo entre 67-97 m3/g, preferencialmente 72-92 m3/g, mais preferencialmente 77-87 m3/g. A vantagem de ter um número de absorção de óleo entre 67 e 87 m3/g é que propriedades de reforço mecânico maiores, como resistência à tensão, podem ser obtidas.
[150] Em outra realização, o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata da invenção tem um tamanho de partícula primário de 20-40 nm, preferencialmente 26-36 nm, mais preferencialmente 28-34 nm. O pó de carbono preto, de acordo com a invenção, tem um tamanho de partícula primário altamente definido de 2040 nm, preferencialmente 26-36 nm, mais preferencialmente 28-34 nm. A invenção, portanto, provê um meio para controlar o tamanho de partícula. Isso é importante, uma vez que a dimensão do tamanho de partícula de carbono preto determina as potência e características de reforço da composição de borracha, na qual o pó de carbono preto é utilizado. Além disso, o pó de carbono preto, de acordo com a invenção, tem um tamanho de partícula primário na mesma ordem de magnitude que o carbono preto derivado de fornalha disponível comercialmente, por exemplo, a série N500 tem um tamanho de partícula primário típico entre 40 nm e 48 nm e a série N600 tem um tamanho de partícula primário típico entre 49 nm e 60 nm.
[151] Sem desejar se vincular a qualquer teoria, a etapa de moagem provê um meio de desaglomeração de grandes partículas “amontoadas” de material de carvão em partículas mais finas. Quanto mais finas as partículas são moídas, mais as partículas primárias são expostas. Portanto, a área de superfície BET pode ser controlada ao controlar a distribuição de tamanho de partícula de D99 durante o processo de moagem.
[152] A invenção também se refere a um grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata compreendendo: a) 60-98% em peso de carbono preto, b) menos que 2,0% em peso de voláteis, c) 0-30% em peso de sílica e d) 0,5 - 1,0% em peso de amido.
[153] Todas as realizações mencionadas para o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata também são aplicáveis para o grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata.
[154] Em outra realização, o grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata tem um agente de ligação que é amido pré-gelatinizado.
[155] Em outra realização, o grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata tem uma concentração de amido, preferencialmente, amido prégelatinizado preferencialmente entre 0,1 e 6,0% em peso, mais preferencialmente 0,3 e 5,0% em peso, ainda mais preferencialmente 0,5 e 3,0% em peso, ainda mais preferencialmente 0,5 e 1,5% em peso do peso total do grânulo de carbono preto derivado de borracha de sucata. A porcentagem em peso do agente de ligação é otimizada para produzir um grânulo adequado para mistura em composições de borracha. Se a porcentagem em peso for muito baixa, o grânulo não se manterá junto, e se a porcentagem em peso do agente de ligação for muito alta, o grânulo não se dispersará na etapa de composição de borracha.
[156] A invenção também se refere ao uso de um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a presente invenção, ou obtido por meio dos presentes métodos em um ou mais dentre uma composição de borracha, uma tinta, uma pintura, um betume, uma composição termoplástica e um elastômero termoplástico. O pó ou grânulo de carbono preto inventivo pode ser incorporado como um aditivo de reforço, por exemplo, em borrachas SBR e EPDM.
[157] A invenção também se refere a uma composição de borracha compreendendo um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, tendo uma resistência à tensão de 15-30 MPa, preferencialmente 2029 MPa, mais preferencialmente 22-28 MPa. Quando o pó de carbono preto, de acordo com a invenção, for utilizado em uma borracha EPDM como um componente de reforço, a borracha EPDM tem uma resistência à tensão de mais que 15 MPa. Por exemplo, uma borracha EPDM compreendendo 100 PHR de pó de carbono preto, de acordo com a invenção, tem uma resistência à tensão de 15,7 MPa, comparado a 15,5 MPa ou 15,9 MPa quando N600 e N500 forem utilizados respectivamente. O pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, portanto, concede propriedades vantajosas à borracha EPDM. Isso é surpreendente, tendo em vista outros carbonos pretos derivados de borracha de sucata produzidos pelos métodos da técnica anterior.
[158] Também, em uma composição de borracha SBR, por exemplo, o carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a invenção, também tem um efeito positivo nas propriedades mecânicas da borracha. Quando 50 unidades de PHR de pó de carbono preto, de acordo com a invenção, forem adicionadas a composição SBR, a composição resultante tem uma resistência à tensão de 25,1 MPa. Essa resistência à tensão notavelmente alta é comparável à resistência à tensão obtida em uma composição de SBR compreendendo N550 preto de fornalha comercialmente disponível (25,2 MPa) e ainda melhor que a resistência à tensão de uma composição de SBR compreendendo N600 preto de fornalha comercialmente disponível (21,6 MPa). Outros meios padrão para medir as propriedades mecânicas de uma composição de borracha, por exemplo, o teste de fadiga DeMattia flex e resiliência de ressalto (Schob) também são comparáveis entre o pó de carbono preto derivado de carvão compreendendo a composição de borracha e o preto de fornalha compreendendo composição de borracha.
[159] As propriedades mecânicas de composições de borracha compreendendo pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, de acordo com a presente invenção, são semelhantes, que apresentam que o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata pode ser adicionado a composições de borracha sem comprometer as propriedades físicas das composições de borracha.
[160] A invenção será elucidada adicionalmente por meio de um Desenho explicado abaixo. DESENHO
[161] A Figura 1 apresenta um fluxograma de processo para o processo de acordo com a invenção.
[162] A Figura 1 apresenta um fluxograma de processo que explica uma realização da presente invenção. Esse fluxograma não é limitante da presente invenção, mas é meramente para fins ilustrativos.
[163] Pneus de matéria-prima granulada (borracha de sucata) são misturados de dois alimentadores de matéria- prima (1) em um misturador de matéria-prima (2). A matéria- prima misturada resultante é adicionada a uma primeira estufa giratória (3) na qual o pelo menos primeiro estágio de pirólise a) ocorre para obter um material de carvão intermediário. O material de carvão intermediário é adicionado a uma segunda estufa (estufa de polimento, 4) para obter um material de carvão, de acordo com a presente invenção.
[164] Os voláteis liberados no primeiro e pelo menos segundo estágio de pirólise são coletados nas linhas de recepção (5) e, opcionalmente, utilizados para geração de vapor ou geração de eletricidade. Os voláteis condensáveis (a saber, óleos) coletados do pelo menos primeiro estágio de pirólise são condensados em um condensador (7).
[165] Subsequentemente, o material de carvão obtido é alimentado em um resfriador de carvão (8), esse material de carvão é, então, desagregado em um moinho de quebra (9). Um separador magnético (10) é utilizado para remover quaisquer componentes de aço remanescentes (resultantes do reforço de aço dos pneus de matéria-prima) antes da alimentação do material de carvão em um aparelho de moagem a jato (11). O produto da etapa de moagem é conhecido como um pó de carbono preto e é, subsequentemente, pelotizado em um pelotizador (12). O pó de carbono preto pelotizado é, então, alimentado por meio de um leito de fluido (13) para produzir o pó de carbono preto de produto final (14).
[166] A invenção deve ser, agora, exemplificada, por diversos exemplos não limitantes. EXEMPLOS
[167] Os exemplos a seguir apresentam diversas etapas de processo da presente invenção. PIRÓLISE
[168] Esse exemplo apresenta uma estufa giratória que opera em um modo de pirólise de dois estágios.
[169] A borracha de sucata obtida de pneus foi adicionada ao aparelho de pirólise na forma de um granulado, em que 100% das partículas tem uma extensão de menos que 30 mm, uma amplitude de menos que 25 mm e uma altura de menos que 30 mm, e 95% das partículas tem uma extensão de menos que 25 mm, tem uma amplitude de menos que 25 mm e uma altura de menos que 25 mm. A composição da borracha de sucata obtida dos pneus de matéria-prima tendo um baixo teor de sílica (A), um teor de sílica médio (B) ou um teor de sílica alto (C) é apresentada na Tabela 1 abaixo. Todos os números estão em porcentagem em peso, com base no peso total da borracha de sucata.
[170] Tabela 1 A composição de pneus de matéria- prima típicos é:
[171] A Tabela 2 abaixo revela as condições que foram utilizadas para a pirólise de diversos Exemplos, de acordo com a invenção, (Exemplos 1-7) e não de acordo com a invenção (Exemplo comparativo). Os Exemplos 1 e 2 foram realizados em duas partes, 1A e 1B, e 2A e 2B, respectivamente. 1A e 2A se referem ao primeiro estágio do processo de pirólise, enquanto 1B e 2B se referem ao segundo estágio do processo de pirólise. Isso foi feito a fim de determinar a porcentagem de voláteis no material de carvão intermediário obtido após o primeiro estágio de pirólise (1A e 2A).
[172] Tabela 2 Condições utilizadas para o primeiro e segundo estágio da etapa de pirólise e o teor volátil do produto obtido a partir disso.
EXEMPLOS 1-7 E EXEMPLO COMPARATIVO 1
[173] Uma estufa giratória aquecida eletricamente foi configurada utilizando um tubo cilíndrico OD de 238 mm (9,38”), expandido com um cartucho de vôo interno, integral, sem zona de resfriamento, um conjunto de suporte de alimentação vedado com duas portas corrediças para minimizar a infiltração de ar, dois aquecedores que foram instalados em série um em relação ao outro para pré-aquecer o gás de nitrogênio antes de entrar nos dutos de alimentação e cilindro. Um sistema condensador de dois estágios, após os dutos de descarga, foi instalado para coletar o óleo condensável que foi produzido durante a pirólise. Um totalizador de gás com disposição de desvio foi instalado nas linhas de respiro a jusante do condensador para obter medições periódicas da taxa de fluxo de gás para fora. A estufa foi ajustada para fluxo simultâneo. Um dreno de nitrogênio foi utilizado para manter uma atmosfera inerte no interior da estufa durante a pirólise; os recipientes em compartimento de produto também foram purgados com nitrogênio.
[174] O processo de pirólise de pneu foi realizado em dois estágios, com os sistemas de equipamento, conforme descritos acima. O primeiro estágio sendo o estágio de “carbonização”, em que 10 kg de material de alimentação foi aquecido ao ponto de liberação dos voláteis (operação simultânea) e a estufa foi girada a 1-2 rpm; e o segundo estágio sendo o estágio de “polimento e resfriamento”, em que o material de carvão intermediário, com uma pequena quantidade de matéria volátil residual restante, foi removido e a estufa foi girada a 3-4 rpm. Conforme observado na Tabela 2 acima, para alguns dos Exemplos e Exemplo Comparativo, o primeiro ou segundo estágio de pirólise foi omitido.
[175] Antes de conduzir os estudos de teste, todos os componentes de sistema de linha de respiro sem gás foram pesados e registrados, de modo a obter um equilíbrio de massa preciso do material constituído para o primeiro estágio e o segundo estágio, o estágio carbonização da pirólise de pneu. ANÁLISE DE HIDROCARBONETO POLIAROMÁTICO (PAH)
[176] O material de carvão obtido da pirólise de pneus de sucata, conforme descrito nos Exemplos 6, 7 e Exemplo Comparativo 1, foi analisado de acordo com DIN 51720-2001 (teor volátil), DIN 51719-1197 (teor de cinza) e DIN ISO 11465-1996 (umidade) e Merkbl. 1, LUA-NRW (GCMSD) (PAH). O material preparado, de acordo com a invenção, (a saber, Exemplo 6 e Exemplo 7) foi comparado ao material preparado de acordo com a técnica anterior (Exemplo Comparativo 1), que foi processado somente no primeiro estágio de pirólise. Dois materiais de carvão adicionais foram testados, ambos são produtos nãos disponíveis comercialmente que são denotados como Exemplo Comparativo 2 (obtido da Carbon Clean Tech, Germany [Alemanha]) e Exemplo Comparativo 3 (obtido da Erus d.o.o., Slovenia [Eslovênia]). Esses Exemplos Comparativos 2 e 3 são, ambos, pós de carbono preto obtidos por métodos da técnica anterior. A composição dos materiais de carvão é dada na Tabela 3 abaixo e a análise de hidrocarboneto poliaromático é dada na Tabela 4 abaixo.
[177] Tabela 3 Comparação do material de carvão obtido pela invenção e pela técnica anterior.
[153] Tabela 4 Teor de PAH para o material de carvão listado na Tabela 3
MOAGEM
[154] Os materiais de carvão obtidos nos Exemplos 6 e 7 foram moídos em um aparelho de moagem Lab AFG 100 (de Hosokawa Alpine). O aparelho de moagem foi operado em uma temperatura de 20 °C e 22.000 rpm, utilizando o ar como o meio, em uma pressão de 3 bar, a alimentação foi adicionada diretamente ao moedor através de 3 bicos com um diâmetro de 1,9 mm.
[155] O produto moído foi medido em relação à distribuição de tamanho de partícula (D50 & D99) utilizando difração a laser úmida em um Malvern Mastersizer S Ver 2.19. A lente de variação foi 300 RF mm, o comprimento de feixe foi de 2,40 mm. O modo de análise utilizado foi Polidispersão. Uma mistura, a Morvet® + Supragil® comercialmente disponível (utilizada em uma proporção de 70:30) foi utilizada como o agente umectante e ultrassom externo foi aplicado para evitar a agregação das partículas. Os resultados obtidos são apresentados nas Tabela 5 e Tabela 6 abaixo. Na Tabela 6 abaixo, medições foram realizadas em dois pretos de fornalha comercialmente disponíveis, denotados como Exemplo Comparativo 4 (N550 de Birla Carbon) e Exemplo Comparativo 5 (N660 de Birla Carbon).
[156] Tabela 5 Distribuição de tamanho de partícula de pó de carbono preto moído, de acordo com a invenção.
[157] Tabela 6 Distribuição de tamanho de partícula e área de superfície BET do pó de carbono preto derivado de borracha de sucata (de acordo com a invenção) e preto de fornalha (técnica anterior).
COMPOSIÇÃO DE BORRACHA EPDM
[158] Composições de borracha foram feitas ao misturar pó de carbono preto derivado de borracha de sucata ou carbono derivado de fornalha comercialmente disponível com uma borracha EPDM e outros componentes, conforme apresentado na Tabela 7.
[159] Tabela 7 Composição de uma borracha EPDM compreendendo carbono preto derivado de borracha de sucata.
[160] A composição da borracha comercialmente disponível utilizada (Keltan) é elucidada adicionalmente na Tabela 8 abaixo.
[161] Tabela 8 Composição de Keltan® 8340A
[162] Medições sobre as propriedades mecânicas das composições de borracha são resumidas na Tabela 9 abaixo. O Exemplo Comparativo 6 é uma composição de borracha, de acordo com a Tabela 7, em que um carbono preto, de acordo com o Exemplo Comparativo 4, é utilizado. O Exemplo Comparativo 7 é uma composição de borracha, de acordo com a Tabela 7, em que um carbono preto, de acordo com o Exemplo Comparativo 5, é utilizado. O Exemplo 8 é uma composição de borracha, de acordo com a Tabela 7, em que um carbono preto, de acordo com o Exemplo 2 (após as etapas 2A e 2B), é utilizado.
[163] Tabela 9 Propriedades mecânicas de composições de borracha EPDM compreendendo carbono preto derivado de carvão e carbono preto derivado de fornalha.
#1: Resistência à tensão foi medida, de acordo com ISO 37-2011. #2: M100 foi medido, de acordo com ISO 37-2005. # 3: M300 foi medido, de acordo com ISO 37-2005. # 4: Fadiga DeMattia flex foi medida, de acordo com ASTM D2230-2012. # 5: Resiliência de ressalto (Schob) foi medida, de acordo com ISO4662-2009.
[164] As medições apresentadas na Tabela 8 apresentam claramente que a composição de borracha EPDM do Exemplo 8, de acordo com a presente invenção, tem os módulos de rigidez M100 e M300 muito menores, enquanto mantém a resistência à tensão comparada às composições de borracha de técnica anterior.
[165] Essa combinação de propriedades permite carregamento maior dos pós de carbono preto, de acordo com a presente invenção, comparado aos pós de carbono preto da técnica anterior, sem comprometer as propriedades físicas. Isso resultará em custo de composto reduzido, devido á diluição aumentada do polímero mais caro. COMPOSIÇÃO DE BORRACHA SBR
[166] Composições de borracha foram feitas ao misturar pó de carbono preto derivado de borracha de sucata ou carbono derivado de fornalha disponível comercialmente, com uma borracha SBR e outros componentes, conforme apresentado na Tabela 10. Composições de borracha foram feitas de acordo com ASTM D3191-2010.
[167] Tabela 10 Composições de borracha SBR
[168] A composição da borracha comercialmente disponível utilizada (SBR 1500) é elucidada adicionalmente na Tabela 11 abaixo.
[169] Tabela 11 A especificação de SBR 1500
[170] As medições sobre as propriedades mecânicas das composições de borracha são resumidas na Tabela 12 abaixo. O Exemplo Comparativo 8 é uma composição de borracha, de acordo com a Tabela 9, em que um carbono preto, de acordo com o Exemplo Comparativo 4, é utilizado. O Exemplo Comparativo 9 é uma composição de borracha, de acordo com a Tabela 9, em que um carbono preto, de acordo com o Exemplo Comparativo 5, é utilizado. O Exemplo 9 é uma composição de borracha, de acordo com a Tabela 9, em que um carbono preto, de acordo com o Exemplo 2, (após as etapas 2A e 2B) é utilizado.
[171] Tabela 12 Propriedades mecânicas de composições de borracha SBR compreendendo carbono preto derivado de carvão e carbono preto derivado de fornalha
#1: Resistência à tensão foi medida, de acordo com ISO 37-2011. # 2: M100 foi medido, de acordo com ISO 37-2005. # 3: M300 foi medido, de acordo com ISO 37-2005. # 4: Alongamento foi medido, de acordo com ISO 372005. # 5: Fadiga DeMattia flex foi medida, de acordo com ASTM D2230-2012. # 6: Resiliência de ressalto (Schob) foi medida, de acordo com ISO4662-2009.
[172] Semelhante às composições de borracha EPDM relatadas acima, a composição de borracha SBR do Exemplo 9, de acordo com a presente invenção, tem módulos de rigidez M100 e M300 muito maiores e um alongamento muito maior, comparado às composições, de acordo com os Exemplos Comparativos, enquanto mantém a resistência à tensão.
[173] A composição do Exemplo 9 tem uma combinação particularmente superior de propriedades mecânicas em relação às composições comparativas. O exemplo comparativo 8 tem uma alta resistência à tensão, mas o alongamento é baixo e a fadiga à flexão é especialmente baixa. O exemplo comparativo 9 tem um alongamento e fadiga à flexão razoáveis, mas a resistência à tensão é baixa. A composição do Exemplo 9 tem boas propriedades em todos esses aspectos.
[174] Essa combinação de propriedades permite maior carregamento dos pós de carbono preto, de acordo com a presente invenção, comprado aos pós de carbono preto da técnica anterior, sem comprometer as propriedades físicas. ATIVIDADE DE ZnO NO PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA
[175] A fim de avaliar a atividade de óxido de zinco (ZnO), foram realizados diversos testes. Óxido de zinco tem um efeito na densidade de ligação cruzada. Preferencialmente, a mais baixa quantidade de ZnO que ainda dará uma densidade de ligação cruzada máxima é utilizada. Em outras palavras, é preferido manter a quantidade de ZnO a mais baixa possível. Portanto, é procurado um carbono preto que proveja densidade de ligação cruzada máxima em uma baixa quantidade de ZnO.
[176] Composições de borracha compreendendo SBR 1500 (ASTM D3191-2010), um pó de carbono preto (do Exemplo 2 ou do Exemplo Comparativo 4) e diversas quantidades de óxido de zinco foram feitas e vulcanizadas. A partir do resultado disso, a quantidade de ZnO, na qual a densidade de ligação cruzada máxima foi obtida, foi determinada.
[177] Uma composição de borracha compreendendo carbono preto, de acordo com o Exemplo Comparativo 4, apresentou uma densidade de ligação cruzada máxima em 3% em peso de ZnO adicionado.
[178] A composição compreendendo o pó de carbono preto do Exemplo 2 apresentou uma densidade de ligação cruzada máxima em 1,5% em peso de ZnO adicionado.
[179] Um aumento do ZnO adicionado para 3% em peso não deu um aumento adicional da densidade de ligação cruzada.
[180] A partir desses experimentos, pode ser deduzido que menos ZnO é necessário quando o carbono preto, de acordo com a presente invenção, for utilizado, comparado à técnica anterior. Os inventores da presente acreditam, sem desejar se vincular a qualquer teoria, que o carbono preto, de acordo com a presente invenção, já compreende uma determinada quantidade de ZnO, de modo que a adição de ZnO extra durante a composição de borracha possa ser reduzida significativamente, o que é um benefício da presente invenção.
[181] Os experimentos acima apresentam claramente que um ou mais objetivos da presente invenção são obtidos pelas realizações mencionadas acima e nas reivindicações anexas.
Claims (15)
1. MÉTODO PARA RECICLAGEM DE UMA BORRACHA DE SUCATA, EM PARTICULAR, PNEUS, o dito método compreendendo as seguintes etapas: i) pirólise de uma borracha de sucata para obter um material de carvão; j) ) moagem do material de carvão obtido na etapa i) para obter um pó de carbono preto; caracterizado pela pirólise, na etapa i), compreender pelo menos um processo de pirólise de dois estágios, em que o dito processo de pirólise de dois estágios compreende: k) um primeiro estágio de pirólise para obter um material de carvão intermediário, e l) um segundo estágio de pirólise para obter um material de carvão, em que o primeiro estágio a) é realizado em uma primeira estufa giratória, em que a temperatura durante o primeiro estágio de pirólise a) está entre 500 - 800°C, e temperatura durante o segundo estágio de pirólise b) está entre 550 - 800°C, a temperatura durante o segundo estágio de pirólise b) sendo mais alta do que a temperatura do primeiro estágio de pirólise a).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no pelo menos primeiro estágio de pirólise a) a porcentagem de voláteis presentes na dita borracha de sucata ser reduzida a uma quantidade de 5-10% em peso com base no peso total do material de carvão intermediário, em que o material de carvão intermediário é introduzido no segundo estágio de pirólise b) no qual a porcentagem voláteis é adicionalmente reduzida a uma porcentagem de menos que 2,5% em peso, preferencialmente, menos que 2,0% em peso, com base no peso total do material de carvão, em que um fluxo contínuo de gás que flui através da estufa giratória usada em pelo menos um dos estágios citados a) e b).
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela temperatura durante o primeiro estágio de pirólise a) ser 600-700 °C e preferencialmente 630-670 °C, e a temperatura durante o segundo estágio de pirólise b) ser entre 650-750 °C e preferencialmente 680-720°C.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela temperatura no segundo estágio de pirólise b) ser de pelo menos 30°C, preferencialmente pelo menos 50°C, mais preferencialmente pelo menos 80°C mais alta que no primeiro estágio de pirólise a).
5. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo tempo de permanência de cada um dentre o primeiro estágio de pirólise a) e o segundo estágio de pirólise ser independentemente entre 20-50 minutos, preferencialmente 25-45 minutos, e mais preferencialmente 3040 minutos, e, preferencialmente, o tempo de permanência de cada um dentre o primeiro estágio de pirólise a) e o segundo estágio de pirólise b) ser igual em duração.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por no segundo estágio de pirólise b) a porcentagem de voláteis ser reduzida para menos que 1,0% em peso com base no peso total do material de carvão.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela moagem da etapa ii) ser realizada de modo que o pó de carbono preto, obtido da etapa ii), tenha uma distribuição de tamanho de partícula de D50<10 μm e D99<40 μm, preferencialmente uma distribuição de tamanho de partícula de D50<5 μm e D99<20 μm, mais preferencialmente uma distribuição de tamanho de partícula de D50<1 μm e D99<10 μm, ainda mais preferencialmente uma distribuição de tamanho de partícula de D50<0,5 μm e D99<2 μm.
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma etapa adicional de pelotização ( etapa iii) ) ser realizada após a etapa ii), em que a pelotização da etapa iii) é realizada ao misturar um agente de ligação com o pó de carbono preto obtido na etapa ii) e pelotizar a mistura assim obtida para obter um pó de carbono preto pelotizado.
9. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela estufa giratória ser um recipiente cilíndrico, suavemente inclinado para a horizontal, o qual gira sobre seu eixo, em que o material para ser processado é alimentado pela extremidade superior do cilindro e gradualmente se desloca para baixo em direção a uma extremidade mais baixa à medida que a estufa gira.
10. PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, obtido pelo processo descrito na reivindicação 1, em que o pó de carbono preto derivado de borracha de sucata é caracterizado por compreender: a) 60-98% em peso de carbono preto, b) menos que 2,0% em peso de voláteis, c) 0-30% em peso de sílica. e tem um conteúdo de hidrocarboneto poli aromático (HPA) menor que 0,25 mg/kg.
11. PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo pó de carbono preto derivado de borracha de sucata ter um conteúdo de hidrocarboneto poli aromático (HPA) menor que 0,25 mg/kg, mais preferencialmente menor que 0,01 mg/kg.
12. PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 11, caracterizado por compreender ainda óxido de zinco em uma quantidade de 1 a 5% em peso, baseado no peso total do pó de carbono preto, e/ou sulfeto de zinco em uma quantidade de 1 a 5% em peso, baseado no peso total do pó de carbono preto, em que a proporção entre o óxido de zinco e o dito sulfeto de zinco é entre 1:10 a 10:1, preferencialmente entre 1:2 e 2:1.
13. PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizada por ter uma área de superfície BET de pelo menos 60 m2/g, preferencialmente pelo menos 70 m2/g e ainda mais preferencialmente uma área de superfície BET de pelo menos 75 m2/g, ter uma STSA (área de superfície de espessura estatística) entre 46-86 m2/g, preferencialmente 59-79 m2/g, ainda mais preferencialmente 64-74 m2/g, ter um número de absorção de óleo entre 67-97 m3/g, preferencialmente entre 7292 m3/g, mais preferencialmente entre 77-87 m3/g, e ter um tamanho de partícula primário entre 20-40 nm, preferencialmente entre 26-36 nm, mais preferencialmente entre 28-34 nm.
14. GRÂNULO DE CARBONO PRETO PELOTEADO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, compreendendo um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 10 a 13 e um agente de ligação, caracterizado pela quantidade de agente de ligação ser de 0,5 a 1,0% em peso.
15. USO DE UM PÓ DE CARBONO PRETO DERIVADO DE BORRACHA DE SUCATA, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 13, ou obtido conforme o método definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por ser como um agente excipiente ou de reforço em uma composição de borracha, uma tinta, uma pintura, um betume, uma composição termoplástica ou um elastômero termoplástico.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP11195394 | 2011-12-22 | ||
| EP11195394.9 | 2011-12-22 | ||
| PCT/NL2012/050919 WO2013095145A1 (en) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | A method for obtaining a carbon black powder by pyrolyzing scrap rubber, the carbon black thus obtained and the use thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112014014978A2 BR112014014978A2 (pt) | 2017-06-13 |
| BR112014014978B1 true BR112014014978B1 (pt) | 2021-05-11 |
Family
ID=47633528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR112014014978-0A BR112014014978B1 (pt) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | método para reciclagem de uma borracha de sucata, em particular, pneus, pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, grânulo de carbono preto peloteado derivado de borracha de sucata e uso de um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9580606B2 (pt) |
| EP (1) | EP2794766B1 (pt) |
| CN (1) | CN104125988B (pt) |
| BR (1) | BR112014014978B1 (pt) |
| ES (1) | ES2675128T3 (pt) |
| PL (1) | PL2794766T3 (pt) |
| WO (1) | WO2013095145A1 (pt) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10320000B2 (en) | 2013-07-18 | 2019-06-11 | Ut-Battelle, Llc | Pyrolytic carbon black composite and method of making the same |
| NL2011973C2 (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-18 | Black Bear Carbon B V | Paint comprising carbon black. |
| NL2014585B1 (en) | 2015-04-03 | 2017-01-13 | Black Bear Carbon B V | Rotary kiln made of a metal alloy |
| BR112017023407B1 (pt) * | 2015-04-30 | 2023-02-07 | Cabot Corporation | Processo para a preparação de partículas revestidas de carbono, as referidas partículas, composição de borracha ou artigo de borracha compreendendo as mesmas e equipamento para a preparação das referidas partículas |
| US9941058B2 (en) | 2015-05-26 | 2018-04-10 | Ut-Battelle, Llc | Flexible and conductive waste tire-derived carbon/polymer composite paper as pseudocapacitive electrode |
| CN105542495B (zh) * | 2016-01-01 | 2018-01-02 | 长安大学 | 改性炭黑、改性沥青及改性炭黑和改性沥青的制备方法 |
| NL2016124B1 (en) | 2016-01-20 | 2017-07-25 | Black Bear Carbon B V | A method for sorting tires |
| NL2016229B1 (en) | 2016-02-05 | 2017-08-21 | Black Bear Carbon B V | Method for treatment of a hot pyrolysis gas |
| US9663662B1 (en) * | 2016-03-04 | 2017-05-30 | Long Arc Technologies Corporation | System and method for tire conversion into carbon black, liquid and gaseous products |
| US9884804B2 (en) * | 2016-05-24 | 2018-02-06 | Ut-Battelle, Llc | Surface treated carbon catalysts produced from waste tires for fatty acids to biofuel conversion |
| DK201670548A1 (en) * | 2016-07-21 | 2018-02-19 | Syntes One Eng Group Aps | Pyrolysis system and process |
| CN106146932A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-11-23 | 钟光 | 一种碳纳米环保橡胶复合材料及其制备方法 |
| DE102017207813A1 (de) * | 2017-05-09 | 2018-11-15 | Continental Reifen Deutschland Gmbh | Fahrzeugreifen |
| CN110330203B (zh) * | 2018-03-28 | 2022-03-18 | 北京清怡环保科技有限公司 | 一种环保橡胶补强剂的制备方法及设备 |
| EP3599219A1 (en) | 2018-07-27 | 2020-01-29 | Black Bear Carbon B.V. | Recovered carbon black and composite material comprising said recovered carbon black |
| EP3867306A4 (en) | 2018-10-19 | 2022-07-06 | Bolder Industries | SYSTEM AND PROCESS FOR PELLETING CARBON BLACK RECOVERED FROM SCRAP TIRES |
| PL431333A1 (pl) | 2019-09-30 | 2020-03-09 | Reoil Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Instalacja do produkcji i sposób produkcji oleju, gazu i karbonizatu do sadzy technicznej z elastomerów, zwłaszcza odpadów gumowych, w procesie ciągłej pirolizy |
| US10876057B1 (en) * | 2019-10-13 | 2020-12-29 | M.E.D. Energy Inc. | Waste to energy conversion without CO2 emissions |
| AU2020403018A1 (en) | 2019-12-11 | 2022-08-04 | Novoloop, Inc. | Compositions and methods for the degradation of waste polypropylene |
| NL2024848B1 (en) | 2020-02-06 | 2021-09-13 | Atlantis Carbon Black B V | A method for processing mixed rubber waste streams |
| GB2613874A (en) * | 2021-12-17 | 2023-06-21 | Plastic Energy Ltd | A method for the production of a rubber composition |
| WO2023122582A2 (en) * | 2021-12-21 | 2023-06-29 | Beyond Lotus Llc | Method of enhancing carbon product performance in elastomers |
| JP2024079277A (ja) * | 2022-11-30 | 2024-06-11 | 株式会社ブリヂストン | リサイクルカーボンブラック、ゴム組成物及びタイヤ |
| CN116640467A (zh) * | 2023-05-26 | 2023-08-25 | 安徽固瑞特新材料科技有限公司 | 一种高品质废轮胎回收炭黑的环保活化生产工艺 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3644131A (en) * | 1970-03-25 | 1972-02-22 | William W Gotshall | Reinforcing agent from scrap rubber char |
| US5037628A (en) | 1987-08-14 | 1991-08-06 | American Tire Reclamation, Inc. | Method for reclaiming carbonaceous material from a waste material |
| US6221329B1 (en) * | 1999-03-09 | 2001-04-24 | Svedala Industries, Inc. | Pyrolysis process for reclaiming desirable materials from vehicle tires |
| AU2100701A (en) | 1999-12-14 | 2001-06-25 | Tirenergy Corporation | Processes for pyrolyzing tire shreds and tire pyrolysis systems |
| US8323793B2 (en) | 2007-05-17 | 2012-12-04 | Tellus Technology, Inc. | Pelletization of pyrolyzed rubber products |
| US8865112B2 (en) | 2009-09-25 | 2014-10-21 | Pyrolyx Ag | Process and apparatus for multistage thermal treatment of rubber waste, in particular scrap tires |
| DE102009045060A1 (de) * | 2009-09-28 | 2011-03-31 | Evonik Degussa Gmbh | Ruß, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung |
| TWI404748B (zh) * | 2009-11-10 | 2013-08-11 | Enrestec Inc | 連續式裂解系統及其應用 |
| EP2465904A1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-06-20 | Eco Logic Sp. z o.o. | A method and apparatus for manufacturing of carbon black/mineral filler from scrap tires and a carbon black/mineral filler |
-
2012
- 2012-12-21 PL PL12821150T patent/PL2794766T3/pl unknown
- 2012-12-21 BR BR112014014978-0A patent/BR112014014978B1/pt active IP Right Grant
- 2012-12-21 ES ES12821150.5T patent/ES2675128T3/es active Active
- 2012-12-21 EP EP12821150.5A patent/EP2794766B1/en active Active
- 2012-12-21 CN CN201280070380.5A patent/CN104125988B/zh active Active
- 2012-12-21 WO PCT/NL2012/050919 patent/WO2013095145A1/en active Application Filing
- 2012-12-21 US US14/367,121 patent/US9580606B2/en active Active
-
2017
- 2017-01-06 US US15/400,451 patent/US10119031B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10119031B2 (en) | 2018-11-06 |
| CN104125988A (zh) | 2014-10-29 |
| WO2013095145A1 (en) | 2013-06-27 |
| ES2675128T3 (es) | 2018-07-06 |
| EP2794766B1 (en) | 2018-04-04 |
| BR112014014978A2 (pt) | 2017-06-13 |
| US9580606B2 (en) | 2017-02-28 |
| EP2794766A1 (en) | 2014-10-29 |
| CN104125988B (zh) | 2016-01-27 |
| US20170114222A1 (en) | 2017-04-27 |
| US20140371385A1 (en) | 2014-12-18 |
| PL2794766T3 (pl) | 2018-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BR112014014978B1 (pt) | método para reciclagem de uma borracha de sucata, em particular, pneus, pó de carbono preto derivado de borracha de sucata, grânulo de carbono preto peloteado derivado de borracha de sucata e uso de um pó de carbono preto derivado de borracha de sucata | |
| US11466139B2 (en) | Carbon and elastomer integration | |
| Dwivedi et al. | Recycling of waste tire by pyrolysis to recover carbon black: Alternative & environment-friendly reinforcing filler for natural rubber compounds | |
| KR100319736B1 (ko) | 탄소피브릴을함유하는고무조성물및공기타이어 | |
| US20220251333A1 (en) | Tire tread | |
| US11781020B2 (en) | Silica-graphenic carbon composite particles and elastomeric materials including such particles | |
| CA2702228A1 (en) | Elastomer composition with reclaimed filler materials | |
| Wang et al. | Rubber reinforcement with particulate fillers | |
| Galimberti et al. | sp2 carbon allotropes in elastomer matrix: From master curves for the mechanical reinforcement to lightweight materials | |
| Medalia et al. | Carbon black | |
| Wampler et al. | Carbon black | |
| Uddin et al. | Recent Progress on Synthesis, Characterization and Applications of Carbon Black Nanoparticles | |
| Martınez et al. | Recovered carbon black: characteristics and properties in compounds | |
| Chakraborty | Carbon black morphology and its application in elastomer and polymer matrix | |
| Spahr et al. | Carbon Black as 14 | |
| Saifee Valsadwala | Understanding the Crystallinity of Carbon Black and its Effect on Filled Rubber Compounds | |
| COAKER | CARBON BLACK | |
| Wang et al. | Sample Pages Rubber Reinforcement with Particulate Fillers | |
| JP2729972B2 (ja) | ゴム組成物 | |
| Norman | Basic Chemistry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 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] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 21/12/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |