ES2274068T3

ES2274068T3 - Procedimiento para la regeneracion de caucho a partir de materiales de desecho.

Info

Publication number: ES2274068T3
Application number: ES02754014T
Authority: ES
Inventors: Roland Fulford; Daniel Martin; El Hadi Zaddi
Original assignee: Fulford Group Inc
Current assignee: Fulford Group Inc
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: MXPA04001194A; DE60215210D1; KR20040023816A; EP1442076B1; CN1252156C; ATE341583T1; DK1442076T3; DE60215210T2; JP2004536956A; KR100878557B1; EP1442076A1; AU2002322876B2; PT1442076E; US7342052B2; WO2003014207A1; CA2456498A1; CN1541244A; US20040242711A1

Abstract

Un procedimiento para la conversión de un elastó-mero procedente de material de desecho en un elastómero re-generado que comprende las etapas de: a) introducir el elastómero procedente de ma-terial de desecho en un recipiente; b) agitar el elastómero procedente de material de desecho; c) calentar el elastómero procedente de mate-rial de desecho a una temperatura por debajo de una temperatura a la cual el elastómero se em-pieza a degradar; d) introducir un aceite en dicho recipiente y mezclar juntos el elastómero procedente de ma-terial de desecho y el aceite; y e) enfriar el elastómero regenerado así forma-do, por medio de lo cual el elastómero regenerado tiene propiedades similares a un elastómero virgen correspondiente, realizándose dichas etapas (b) y (c) simultánea o sepa-radamente y realizándose dichas etapas (c) y (d) simultánea o separadamente.

Description

Procedimiento para la regeneración de caucho a partir de materiales de desecho.

La presente invención se refiere a mejoras en el campo del caucho reciclado. Más particularmente, la invención se refiere a un procedimiento para la conversión de un caucho procedente de materiales de desecho en un caucho regenerado.

El reciclado de los elastómeros en general y más particularmente el reciclado del caucho constituye una preocupación importante desde un punto de vista social y ambiental. Como los pequeños progresos en la producción de productos de caucho de elevada calidad obtenidos a partir del caucho vulcanizado han dejado de cumplir la calidad requerida en la industria, la situación actual exige el desarrollo de nuevas tecnologías, para mostrar la capacidad de expandir un mercado muy exigente mediante la producción de un gran número de productos de elevada calidad y competitivos obtenidos a partir de caucho procedente de materiales de desecho. Esto se puede conseguir si el elastómero o caucho reciclado se trata con los mismos métodos de tratamiento convencionales que se utilizan para el elastómero o caucho virgen.

Existen varios mercados más importantes en uso hoy en día para el reciclado de elastómeros procedentes de materiales de desecho, caucho procedente de materiales de desecho, combustible obtenido de los neumáticos, productos perforados o estampados procedentes de las carcasas de los neumáticos, esterillas y muchas aplicaciones de baja calidad que usan tecnologías de aglutinación de las partículas de caucho. Sin embargo, estos artículos que utilizan caucho regenerado obtenido a partir de algún tratamiento químico del caucho vulcanizado constituyen una alternativa prometedora para unas soluciones duraderas. Diversos métodos patentados reivindican el uso con éxito de una desvulcanización química parcial del caucho procedente de material de desecho que usa un tratamiento químico que implica energía térmica y mecánica u otra forma de energía tal como los ultrasonidos. La desvulcanización se define como una reacción inversa a la de la unión carbono-azufre. Desafortunadamente, las aplicaciones en gran escala comercial de estos métodos son prohibitivas bien desde un punto de vista económico o bien con respecto a las malas propiedades de los productos obtenidos a partir de los procedimientos propuestos.

Es por lo tanto un objeto de la invención proporcionar un procedimiento para la conversión de un elastómero procedente de un material de desecho en un elastómero regenerado. Es otro objeto de la presente invención proporcionar un elastómero regenerado que tiene propiedades similares a un elastómero virgen correspondiente.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para la conversión de un elastómero procedente de material de desecho en un elastómero regenerado que comprende las etapas de:

a): introducir el elastómero procedente de material de desecho en un recipiente equipado con medios de agitación, estando el elastómero procedente de material de desecho en una forma en polvo;

b): agitar y calentar el elastómero procedente de material de desecho, limitando el calentamiento del elastómero procedente de material de desecho a una temperatura por debajo de la temperatura a la cual el elastómero se empieza a degradar;

c): introducir un aceite en el recipiente y mezclar juntos el elastómero procedente de material de desecho y el aceite; y

d): enfriar el elastómero regenerado así formado, por medio de lo cual el elastómero regenerado tiene propiedades similares a las de un elastómero virgen correspondiente.

El término "elastómero" según se usa en la presente invención se refiere a un polímero reticulado que tiene una estructura que forma una red en la que las cadenas del polímero están unidas juntas. Este término se usa como un término más amplio que el de caucho puesto que en muchos casos los cauchos pueden comprender también otros aditivos tales como los agentes de carga y los agentes de vulcanización.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un elastómero regenerado obtenido vía el procedimiento descrito en el primer aspecto de la invención o en cualquiera de sus realizaciones preferidas.

El Solicitante ha encontrado de manera completamente sorprendente que mediante la agitación y el calentamiento de un elastómero procedente de material de desecho con anterioridad a su mezcla con aceite precalentado, es posible convertir el elastómero procedente de material de desecho en un elastómero regenerado y evitar su degradación. También, el Solicitante ha encontrado que mediante el uso de un procedimiento tal, el elastómero regenerado obtenido es un polvo expandido y blando que no es pegajoso y no masticado o sin masticar. El elastómero regenerado no ensucia las manos al tacto y tiene un tacto aterciopelado característico. Además, el elastómero regenerado tiene propiedades similares a un elastómero virgen correspondiente. Durante los experimentos, se demostró que el elastómero regenerado es compatible con el elastómero virgen correspondiente y tiene un contenido en polímero similar. Así, en las mezclas de elastómeros, el elastómero regenerado puede reemplazar una parte del elastómero virgen usado normalmente sin afectar a las propiedades de la mezcla.

En una realización preferida del procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención el recipiente puede ser un recipiente del tipo de doble hervidor. Preferiblemente, el hervidor comprende una cámara de mezcla y una cámara de calentamiento. El medio de agitación comprende preferiblemente un rotor que tiene al menos una hoja montada sobre un eje central. La agitación del elastómero procedente de material de desecho se puede llevar a cabo mediante la rotación del rotor para generar las fuerzas de cizallamiento. Preferiblemente, el rotor se hace rotar a una revolución comprendida entre 150 y 1200 rpm y más preferiblemente comprendida entre 160 y 200 rpm. El elastómero procedente de material de desecho se puede convertir en el elastómero regenerado en un período de tiempo comprendido entre 30 segundos y 20 minutos, y preferiblemente comprendido entre 5 minutos y 15 minutos y más preferiblemente de aproximadamente 10 minutos.

En otra realización preferida del procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, el recipiente es preferiblemente un mezclador y más preferiblemente un mezclador termo-cinético. El elastómero procedente de material de desecho se puede calentar por medio del calor generado a través de la energía termo-cinética producida por la agitación. El medio de agitación preferiblemente comprende un rotor que tiene al menos una hoja montada sobre un eje central. La agitación del elastómero procedente de material de desecho se puede llevar a cabo mediante la rotación del rotor para generar las fuerzas de cizallamiento. El rotor se puede rotar a una revolución comprendida entre 1500 y 3000 rpm y preferiblemente comprendida entre 1800 y 2000 rpm. El elastómero procedente de material de desecho se puede convertir en el elastómero regenerado en un período de tiempo comprendido entre 30 segundos y 5 minutos, y preferiblemente comprendido entre 45 segundos y 3 minutos y más preferiblemente de aproximadamente 1 minuto.

Recipiente

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, el recipiente puede estar equipado con un dispositivo para el control de la temperatura que comprende un medio de calentamiento. El dispositivo para el control de la temperatura puede comprender además un sistema de refrigeración.

Etapas adicionales

De acuerdo con el primer aspecto de la invención, el procedimiento puede comprender además después de la etapa (b) y antes de la etapa (c):

b'): parar la agitación y la agitación se comienza de nuevo en la etapa (c), después de la introducción del aceite en el recipiente. El procedimiento puede comprender además después de la etapa (c) y antes de la etapa (d):

c'): expulsar el elastómero regenerado del recipiente.

Temperatura

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, el elastómero procedente de material de desecho se calienta preferiblemente a una temperatura t_{1} comprendida entre 50 y 200ºC, más preferiblemente comprendida entre 140 y 170ºC e incluso más preferiblemente a aproximadamente 160ºC.

Tamaño de partícula

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, el polvo puede tener un tamaño de partícula de malla de aproximadamente 15 a aproximadamente 200, preferiblemente de malla de aproximadamente 20 a aproximadamente 120 y más preferiblemente de malla de aproximadamente 80 a 100. El polvo puede estar también constituido por al menos 90% de partículas que tienen un tamaño de al menos malla 15 y preferiblemente de al menos malla 30. El polvo puede estar constituido además por al menos 99% de las partículas teniendo un tamaño de al menos malla 15 y preferiblemente de al menos malla 30.

Agitación

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, la agitación se realiza preferiblemente para evitar tener partículas estancadas del elastómero en el recipiente. La agitación se puede realizar también para calentar regularmente el elastómero procedente de material de desecho y por lo tanto impedir su degradación. La agitación se puede mantener durante la etapa (c) y preferiblemente, también durante la etapa (d).

Aceite

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, la relación en peso, de aceite/elastómero procedente de material de desecho, puede estar comprendida entre 0,03 y 0,2, preferiblemente comprendida entre 0,04 y 0,14 y más preferiblemente comprendida entre 0,05 y 0,09. El aceite se precalienta preferiblemente con anterioridad a su mezcla y preferiblemente a una temperatura t_{2} que es más elevada o igual a t_{1}. La temperatura t_{2} puede también tener un valor comprendido entre t_{1} y t_{1} + 60ºC y preferiblemente comprendida entre t_{1} + 10 y t_{1} + 40ºC. El aceite se puede seleccionar del grupo que consiste en aceite sintético; aceite vegetal y mezclas de los mismos. El aceite es preferiblemente sintético y más preferiblemente se selecciona del grupo que consiste en aceite aromático, aceite nafténico, aceite parafínico y mezclas de los mismos. Cuando se hace uso de un aceite parafínico, el elastómero procedente de material de desecho es preferiblemente un caucho de etileno, propileno y monómero de dieno (EPDM). Cuando se hace uso de un aceite aromático o de un aceite nafténico, el elastómero procedente del material de desecho es preferiblemente un caucho de estireno y butadieno (SBR).

Enfriamiento

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, en la etapa (d), el elastómero regenerado se puede mantener en movimiento continuo con el fin de evitar su degradación. La etapa (d) se realiza preferiblemente usando un dispositivo de enfriamiento tipo husillo que preferiblemente comprende un dispositivo para el control de la temperatura. En la etapa (d), el elastómero regenerado se enfría preferiblemente a una temperatura por debajo de 120ºC y más preferiblemente a una temperatura comprendida entre 90 y 120ºC, para impedir su degradación.

Condiciones experimentales del procedimiento

El procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, se puede realizar en la presencia de aire. El procedimiento se puede realizar también bajo una atmósfera de gas inerte y el gas inerte es preferiblemente argón o nitrógeno. Preferiblemente, la atmósfera de gas está sustancialmente libre de oxígeno. Preferiblemente, los riesgos de una potencial reacción secundaria tal como la oxidación son reducidos.

Masa recuperada

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, la cantidad de elastómero regenerado obtenida al final del procedimiento corresponde a un valor comprendido entre 97,0 y 99,9% y preferiblemente comprendido entre 98,5 y 99,5% del peso combinado del elastómero procedente de material de desecho y el aceite introducido en el recipiente.

Masticación

En el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, preferiblemente, no se produce la masticación del elastómero procedente de material de desecho o del elastómero regenerado.

Caucho

El elastómero procedente de material de desecho, en el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, es preferiblemente un caucho procedente de material de desecho.

Elastómero regenerado

En el segundo aspecto de la invención, el elastómero regenerado está preferiblemente en una forma en polvo y más preferiblemente el elastómero regenerado tiene un aspecto de polvo expandido. Preferiblemente, el elastómero regenerado es un elastómero sin masticar. El también preferiblemente no retiene la humedad. El elastómero regenerado puede tener un tacto aterciopelado y es preferiblemente no pegajoso. Preferiblemente, el elastómero regenerado no ensucia las manos al tacto. El elastómero regenerado comprende preferiblemente una cantidad de aceite comprendida entre 3 y 14% en peso, estando el aceite encapsulado dentro del elastómero regenerado. Más preferiblemente, la cantidad de dicho aceite está comprendida entre 5 y 8% en peso. También, el elastómero regenerado preferiblemente no retiene la humedad. El elastómero regenerado puede exhibir todas las características requeridas necesarias para su tratamiento mediante el uso de los métodos de mezcla, moldeo, extrusión y calandrado, usados comúnmente en la industria del caucho. El elastómero regenerado puede ser eficaz en la composición de un producto seleccionado del grupo de juntas, mangueras y revestimiento de tejados. También, el elastómero regenerado puede ser eficaz en la composición de mangueras y neumáticos para coches.

El elastómero regenerado es preferiblemente un caucho regenerado. El caucho regenerado puede tener un contenido en polímero comprendido entre 10 y 40% en peso y preferiblemente comprendido entre 25 y 35% en peso.

Utilización del elastómero regenerado

El elastómero regenerado de acuerdo con el segundo aspecto de la invención se puede usar en la industria del caucho. Preferiblemente, el elastómero regenerado se prepara, previamente a sus uso en la industria del caucho, mediante un procedimiento seleccionado del grupo que consiste en su mezcla, moldeo, extrusión y calandrado. El elastómero regenerado se puede añadir con los aditivos usados comúnmente en la preparación del caucho original, previamente a su uso en la industria del caucho. El elastómero regenerado se puede usar también en la composición de un producto para la industria del automóvil. La composición comprende preferiblemente entre 1 y 40% en peso y más preferiblemente entre 25 y 35% en peso de dicho elastómero regenerado. Es posible también usar el elastómero regenerado en la fabricación de una manguera, una junta o un cierre hermético. La manguera, la junta o el cierre hermético preferiblemente comprenden entre 1 y 40% en peso y más preferiblemente entre 25 y 35% en peso de dicho elastómero regenerado. El elastómero es preferiblemente un caucho.

Sección experimental

Los protocolos y mezclas siguientes no limitantes ilustran la invención.

Procedimientos generales

El Solicitante ha preparado caucho regenerado de acuerdo con dos procedimientos principales, Protocolo A y Protocolo B. Con anterioridad al tratamiento del caucho procedente de material de desecho de acuerdo con uno cualquiera de estos dos protocolos, se han separado todos los componentes no deseados contenidos en el polvo (acero, fibras, suciedad en general). Las condiciones experimentales investigadas en el presente trabajo están de acuerdo con las definiciones dadas en las reivindicaciones.

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Protocolo A

Una cantidad pesada de caucho de material de desecho procedente de neumáticos de material de desecho en la forma de un polvo granulado, que tiene un tamaño dado de malla 80, 100 ó 120, se introdujo en un recipiente del tipo del doble hervidor que tiene un volumen de 30,28 litros. El recipiente está equipado con medios de agitación que comprenden un rotor que tiene tres hojas montadas sobre un eje central y capaz de generar fuerzas de cizallamiento. Las hojas del rotor estaban diseñadas adecuadamente y la agitación se realiza para evitar tener partículas estancadas de caucho en el recipiente. Así, todo el polvo de caucho estaba sujeto uniformemente a la combinación de las energías térmicas y mecánicas. La velocidad del rotor se fijó basada en la cantidad, tipo y granulometría del polvo de caucho introducido en el recipiente y a un nivel suficiente para generar fuerzas de cizallamiento. El polvo se calentó durante 5 minutos hasta que alcanzó una temperatura comprendida entre 140ºC y 160ºC. Es necesario un estrecho control de la temperatura durante el procedimiento con el fin de impedir cualquier daño al polvo en la forma de su degradación. Cuando todas las partículas han alcanzado la temperatura requerida, se añadió un aceite caliente (aceite aromático, aceite nafténico o aceite parafínico) que tiene una temperatura de aproximadamente 190 a 200ºC en una relación en peso, de aceite/caucho procedente de material de desecho, comprendida entre 0,05 y 0,12. La relación depende de la naturaleza y la granulometría del polvo así como también del tipo de aceite seleccionado y de su temperatura. La mezcla se mantuvo bajo agitación durante un período de tiempo de aproximadamente 5 minutos para permitir la terminación de la reacción. El caucho regenerado se expulsó del recipiente y se enfrió. Es preferible mantener el caucho regenerado en movimiento continuo mientras que se enfría, con el fin de evitar la degradación del caucho regenerado. El caucho regenerado se enfriaba, en algunos casos, usando un dispositivo de enfriamiento del tipo husillo. El caucho regenerado obtenido era ligeramente expandido, no aceitoso, sin masticar y no pegajoso ó no adhesivo. El mismo tenía un tacto aterciopelado característico.

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Protocolo B

Una cantidad pesada de caucho de material de desecho procedente de neumáticos de material de desecho en la forma de un polvo granulado, que tiene un tamaño dado de malla 80, 100 ó 120, se introdujo en un recipiente del tipo de mezclador termo-cinético que tiene un volumen de 1 litro. El mezclador está equipado con un sistema de control de la temperatura que comprende un rotor que tiene hojas montadas sobre un eje central y capaz de generar fuerzas de cizallamiento elevado. La energía termo-cinética generada por la agitación produce calor y el elastómero procedente de material de desecho se calienta de este modo. Las hojas del rotor estaban diseñadas adecuadamente y la agitación se realiza para evitar tener partículas estancadas de caucho en el recipiente. Así, todo el polvo de caucho estaba sujeto uniformemente a la combinación de las energías térmicas y mecánicas. La velocidad del rotor se fijó basada en la cantidad, tipo y granulometría del polvo de caucho introducido en el recipiente y a un nivel suficiente para generar fuerzas de cizallamiento elevado. El polvo se agitó vigorosamente durante 30 segundos hasta que alcanzó una temperatura comprendida entre 140ºC y 160ºC. Es necesario un estrecho control de la temperatura durante el procedimiento con el fin de impedir cualquier daño al polvo en la forma de su degradación. Cuando todas las partículas han alcanzado la temperatura requerida, se añadió un aceite caliente (aceite aromático, aceite nafténico o aceite parafínico) que tiene una temperatura de aproximadamente 190 a 200ºC en una relación en peso, de aceite/caucho procedente de material de desecho, comprendida entre 0,05 y 0,12. La relación depende de la naturaleza y la granulometría del polvo así como también del tipo de aceite seleccionado y de su temperatura. La mezcla se mantuvo bajo agitación durante un período de tiempo de aproximadamente 30 segundos para permitir la terminación de la reacción. El caucho regenerado se expulsó del recipiente y se enfrió. Es preferible mantener el caucho regenerado en movimiento continuo mientras que se enfría, con el fin de evitar la degradación del caucho regenerado. El caucho regenerado se enfriaba, en algunos casos, usando un dispositivo de enfriamiento del tipo husillo. El caucho regenerado obtenido era ligeramente expandido, no aceitoso, sin masticar y no pegajoso ó no adhesivo. El mismo tenía un tacto aterciopelado
característico.

Propiedades químicas y físicas del caucho regenerado

Los ensayos de laboratorio revelaron la presencia de pequeñas cantidades de azufre libre en el procedimiento de regeneración del caucho que establece que la desvulcanización ha tenido lugar eficazmente durante la reacción usando el procedimiento de acuerdo con la presente invención.

Las pruebas efectuados para el ensayo de la capacidad de reciclado de la masa de aspecto semejante al caucho obtenida de acuerdo con el procedimiento de la presente invención consistían en el uso de la siguiente formulación:

Caucho regenerado	100 phr	(partes por 100 partes)
Óxido de cinc	4 phr
Ácido esteárico	2 phr
S Delac®	1 phr

Sin añadir azufre en el compuesto, un ensayo en reómetro realizado con un ViscoGraph de TechPro a una temperatura de 150ºC muestra la curva típica de la vulcanización. Esta es la evidencia de que alguna cantidad de azufre libre ha sido liberada eficazmente durante el tratamiento químico de las partículas de caucho. La desvulcanización ha implicado la ruptura de los enlaces C-S y S-S que unen las diferentes moléculas del caucho. El procedimiento de desvulcanización se cree que se facilita por la acción de hinchamiento del aceite añadido en las partículas de caucho.

Además, se cree también que tiene lugar la ruptura de las cadenas de la estructura principal en algunas localizaciones ya que la resistencia antes de la vulcanización y las propiedades mecánicas de la masa regenerada son peores que las de un caucho virgen del mismo tipo como se pone en evidencia por sus propiedades de tracción, de alargamiento y de desgarramiento.

Se han efectuado otros ensayos para determinar la cantidad de aceite perdido durante el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención. El peso de las sustancias reaccionantes, caucho procedente de material de desecho + aceite, se ha comparado con el peso del producto final, el caucho regenerado, cuando se usa el Protocolo A. En un primer experimento, un EPDM de malla 80 de Goodyear procedente de material de desecho se calentó durante 5 minutos hasta que alcanzó la temperatura de 152ºC. A continuación se añadió un aceite Shellflex a 199ºC en una relación en peso, de aceite/elastómero procedente de material de desecho, de 0,08. El tiempo de mezcla era de 5 minutos. Al final del procedimiento, el EPDM regenerado obtenido indica una perdida potencial de aceite de 0,6% en peso.

En un segundo experimento, un EPDM malla 120 de ROUSE procedente de material de desecho se calentó durante 5 minutos hasta que alcanzó la temperatura de 153ºC. A continuación se añadió un aceite Shellflex a 200ºC en una relación en peso, de aceite/elastómero procedente de material de desecho, de 0,08. El tiempo de mezcla era de 5 minutos. Al final del procedimiento, el EPDM regenerado obtenido indica una perdida potencial de aceite de 0,9% en peso.

En un tercer experimento, un EPDM de malla 100 de SIMCO procedente de material de desecho se calentó durante 5 minutos hasta que alcanzó la temperatura de 160ºC. A continuación se añadió un aceite Shellflex a 200ºC en una relación en peso, de aceite/elastómero procedente de material de desecho, de 0,08. El tiempo de mezcla era de 5 minutos. Al final del procedimiento, el EPDM regenerado obtenido indica una perdida potencial de aceite de 1,3% en peso.

Caracterización física y análisis de las mezclas que comprenden caucho regenerado

Las capacidades de tratamiento y las propiedades mecánicas se han evaluado mediante el diseño de mezclas basadas en el caucho regenerado. Las mezclas básicas que comprenden caucho regenerado y caucho virgen en diversas proporciones se han diseñado como se muestra a continuación en la Tabla 1. El SBR regenerado se ha obtenido de acuerdo con el protocolo A usando SBR malla 80 procedente de material de desecho y aceite Shellflex como material de partida.

TABLA 1 Composición de las mezclas 1 a 4 que comprenden SBR virgen y SBR regenerado

1

Las operaciones de mezcla de las mezclas 1 a 4 se realizaron en un mezclador Banbury de 5 litros. Todos los ingredientes se añadieron en el orden listado anteriormente sobre una base de etapa única.

Las propiedades mecánicas de las mezclas vulcanizadas se evaluaron con una máquina de ensayo de la tracción. Muestras en forma de halteras se cortaron a troquel a partir de hojas moldeadas por compresión. Las condiciones de vulcanización en la prensa de compresión eran de 10 minutos a 180ºC. Se midieron las propiedades de tracción y la resistencia al desgarramiento y se compararon con las de una mezcla basada en caucho SBR virgen. Los resultados se muestran en la Tabla 2 para mezclas que contienen 25, 50, 75 y 100 phr de caucho regenerado.

TABLA 2 Propiedades mecánicas de las mezclas 1 a 4

2

Una investigación posterior evaluó el efecto de los parámetros listados a continuación sobre las propiedades mecánicas de las mezclas basadas en caucho regenerado.

Los resultados se listan en las Tablas 3.1 a 3.3.

TABLA 3.1 Efectos del tiempo de conversión sobre las propiedades mecánicas

3

TABLA 3.2 Efecto del porcentaje de caucho reciclado sobre las propiedades mecánicas

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TABLA 3.3 Efecto de la temperatura de conversión sobre las propiedades mecánicas

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Las mezclas 5 y 6 son ambas mezclas que comprenden SBR virgen y SBR regenerado. La mezcla 5 comprende 25% en peso de SBR regenerado y la mezcla 6 comprende 30% en peso de SBR regenerado. El SBR regenerado se ha obtenido de acuerdo con el Protocolo A que usa SBR de malla 80 procedente de material de desecho y aceite Shellflex como material de partida. Las Tablas 4 a 6 ilustran los resultados obtenidos con estas mezclas durante diversos ensayos.

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TABLA 4 Ensayo en reómetro a 191ºC para las mezclas 5 y 6

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TABLA 5 Ensayo de vulcanización prematura a 121ºC para las mezclas 5 y 6

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TABLA 6 Propiedades físicas de las mezclas 5 y 6

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De acuerdo con las Tablas anteriores, las mezclas 5 y 6 son aceptables para su uso en la construcción de mangueras. No se encontraron dificultades cuando se aplican las mezclas 5 y 6 sobre un mandril. El tubo de la manguera y las superficies de recubrimiento aparecen lisas y sin granular. El tratamiento de la mezcla 5 sobre el laminador y la calandra se consiguió con éxito. Las mezclas no eran pegajosas y ellas no se descomponían en grumos. La superficie de estas mezclas era lisa y no mostraba evidencia de defectos superficiales. La superficie era similar a la del producto estándar.

Las mezclas 7, 8 y 9 son mezclas que comprenden EPDM virgen y EPDM regenerado. La mezcla 7 comprende 20% en peso de EPDM regenerado, la mezcla 8 comprende 30% en peso de EPDM regenerado y la mezcla 9 comprende 40% en peso de EPDM regenerado. El EPDM regenerado se ha obtenido de acuerdo con el protocolo A usando EPDM de malla 80 procedente de material de desecho y aceite Sunpar 2280 como material de partida. Las Tablas 7 a 9 ilustran los resultados obtenidos con estos compuestos durante diversos ensayos.

TABLA 7 Ensayo en reómetro a 191ºC de las mezclas 7, 8 y 9

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TABLA 8 Ensayo de vulcanización prematura a 121ºC para las mezclas 7, 8 y 9

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TABLA 9 Propiedades físicas de las mezclas 7, 8 y 9

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De acuerdo con las Tablas anteriores, las mezclas 7, 8 y 9 son aceptables para su uso en la construcción de mangueras. No se encontraron dificultades cuando se aplican estas mezclas sobre un mandril. El tubo de la manguera y las superficies de recubrimiento aparecen lisas y sin granular. El tratamiento de la mezcla 8 sobre la calandra se consiguió con éxito, y ella mostró una buena adherencia sobre los rodillos, una superficie lisa y acepta polvo anti-adherencia. La superficie de estas mezclas era lisa y no mostraba evidencia de defectos superficiales.

Se han efectuado también ensayos con el fin de verificar si era necesario añadir azufre y aceleradores a las mezclas de EPDM que comprenden EPDM virgen y EPDM regenerado. El EPDM regenerado se ha obtenido de acuerdo con el protocolo A usando EPDM de malla 80 procedente de material de desecho y aceite Sunpar 2280 como material de partida. Las mezclas 10 a 21 son mezclas de EPDM que comprenden desde 2,4 a 6,7% en peso de caucho EPDM regenerado y que tienen un contenido en polímero (EPDM) que varía desde 10 a 30% en peso. Las mezclas 10, 11, 16 y 17 comprenden aproximadamente 2,4% en peso de EPDM regenerado y tienen un contenido en polímero de aproximadamente 10% en peso. Las mezclas 12, 13, 14, 18, 19 y 20 comprenden aproximadamente 4,8% en peso de EPDM regenerado y tienen un contenido en polímero de aproximadamente 20% en peso. Las mezclas 15 y 21 comprenden aproximadamente 6,7% en peso de EPDM regenerado y tienen un contenido en polímero de aproximadamente 30% en peso. Las mezclas 10 a 15 se han preparado usando EPDM regenerado de malla 100 y las mezclas 16 a 21 se han preparado usando EPDM regenerado de malla 120. Los resultados de estos ensayos se muestran en las Tablas 10 a 15. "Cont" representa un compuesto que comprende sólo EPDM virgen y que tiene un contenido en polímero de aproximadamente 23% en peso.

La mezcla de caucho EPDM virgen se conformaba en bandas sobre un laminador de laboratorio de dos rodillos de 20 cm x 50 cm y el caucho regenerado se mezclaba en ella. El tiempo de laminado total era de aproximadamente 10 minutos. El material virgen se hacia pasar a través del laminador 10 veces estrechándose la abertura después de cada dos pasos conformándose entonces en bandas y se añadía el material regenerado. Cuando se distribuía el material regenerado se añadía azufre o agentes de vulcanización adicionales en este momento. Cuando todo estaba dispersado entonces el caucho se conformaba en lingotes y se hacía pasar a través del laminador 10 veces conformándose en láminas en la última pasada con un espesor de aproximadamente 2,54 mm.

Se obtuvieron trazas en el reómetro sobre un ODR a 150ºC, las placas de ensayo se vulcanizaron a (t_{80} + 5 minutos a 150ºC). Después de 24 horas los especimenes se cortaron a troquel y se ensayaron usando un aparato de ensayo de la tracción Instron.

TABLA 10 Composición de las mezclas 10 a 15 que comprenden EPDM regenerado malla 100

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TABLA 11 Datos del reómetro a 150ºC de las mezclas 10 a 15

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TABLA 12 Propiedades de vulcanización de las mezclas 10 a 15 vulcanizadas a 150ºC

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TABLA 13 Composición de las mezclas 16 a 21 que comprenden EPDM regenerado malla 120

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TABLA 14 Datos del reómetro a 150ºC de las mezclas 16 a 21

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TABLA 15 Propiedades de vulcanización de las mezclas 16 a 21 vulcanizadas a 150ºC

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De las Tablas 10 a 12, se puede apreciar que cuando el contenido en polímero era de aproximadamente 10% en peso (mezcla 10) había poco cambio en la viscosidad, una caída ligera en el momento de torsión máximo y una velocidad de vulcanización más lenta. Había sin embargo una reducción en la seguridad de la vulcanización prematura. Cuando se añadía azufre adicional, el momento de torsión máximo se incrementó, y la velocidad de vulcanización y la seguridad de la vulcanización prematura disminuyó (mezcla 11).

Con la adición del caucho regenerado mismo, mezcla 10, la dureza se incrementó ligeramente; el módulo, la resistencia a la tracción y la resistencia al desgarramiento se incrementó mientras que el alargamiento disminuyó pero era todavía aceptable. Tras la adición de azufre, en la mezcla 11, la dureza y el módulo se incrementaron adicionalmente y la resistencia a la tracción cambió poco, el alargamiento disminuyó adicionalmente, el cual entonces llegó a ser menos del valor deseado y la resistencia al desgarramiento disminuyó. El tiempo de la vulcanización prematura disminuyó adicionalmente como lo hizo la velocidad de vulcanización pero en todos los casos era más lenta que en la mezcla virgen.

Al incrementar el contenido en polímero a 20% en peso (mezcla 12) se incrementó la viscosidad y el momento de torsión máximo, disminuyó la seguridad de la vulcanización prematura y se ralentizó la velocidad de vulcanización (mezcla 12 frente a 10). Las diferencias en los valores adecuados eran de poca importancia excepto en la dureza. Sin embargo el alargamiento llegó a ser marginalmente más bajo que el deseado pero la resistencia al desgarramiento permaneció bien. La adición de azufre produjo sólo pequeños cambios excepto en el alargamiento y la resistencia al desgarramiento (mezcla 13 frente a 12). La adición de azufre y de un acelerador produjo pequeños cambios (mezcla 14 frente a 13) excepto que la resistencia al desgarramiento llegó a ser más elevada de nuevo. La mezcla 14 tenía también la viscosidad y el momento de torsión en reómetro más elevado. El incremento del nivel a 30% en peso (mezcla 15) no se notó apenas excepto que se redujo el alargamiento y se incrementó la dureza. El alargamiento está ahora bien por debajo del nivel deseado.

En las Tablas 13 a 15, las tendencias de, tanto las propiedades reológicas como las físicas, son más o menos las mismas que los resultados de las Tablas 10 a 12 aunque el tiempo de vulcanización prematura no disminuyó tanto y el tiempo de vulcanización era un poco más rápido. Los valores adecuados eran completamente similares. El módulo era ligeramente más bajo y el alargamiento más elevado.

A la vista de los resultados de las Tablas 10 a 15, no parece muy necesario añadir azufre y acelerador adicionales a las mezclas que comprenden EPDM virgen y EPDM regenerado. Cuando se añaden estos componentes, existe una reducción en la seguridad de la vulcanización prematura y el alargamiento. La diferencia entre no añadir nada y añadir agentes de vulcanización adicionales no es en modo alguno grande. En la presencia de material regenerado de malla 120, las propiedades parecen ser ligeramente mejores que las del material de malla 100, es decir el alargamiento y la resistencia al desgarramiento son mejores. El EPDM regenerado se mezcla bien en el EPDM virgen y se conforma bien en láminas. Mediante la vulcanización, la superficie del EPDM regenerado es brillante y no difiere de la del virgen.

Las mezclas 22 y 23 son de cauchos SBR que comprenden SBR virgen y SBR regenerado. La mezcla A, usada como una referencia, comprende 173,89 phr de un SBR virgen. La mezcla 22 comprende 173,89 phr de un SBR virgen, 45 phr de un SBR regenerado y 20 phr de negro de carbono. El SBR regenerado se ha obtenido usando el procedimiento de acuerdo con el protocolo A. El SBR regenerado se ha obtenido usando SBR malla 80 procedente de material de desecho y aceite nafténico. Los ensayos realizados sobre estas mezclas se ilustran en la Tabla 16.

TABLA 16 Ensayos de las mezclas 22 y 23

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Las propiedades de vulcanización de la mezcla 22 son muy similares a las de la mezcla A. La mezcla 22 incluso parece vulcanizar ligeramente más rápida pero con la misma seguridad de vulcanización prematura. A temperaturas más bajas las diferencias de vulcanización se amplifican. A 166ºC el T_{c}(80) de la mezcla 22 es de 5,41 minutos cuando el de la mezcla A es de aproximadamente 7,5 minutos. La viscosidad de la mezcla 22 es muy interesante y debería funcionar bien en el extrusor. Las propiedades físicas demuestran que la mezcla 22 debe comportarse tan bien como el SBR virgen puesto que ella tiene propiedades similares al SBR. Durante los experimentos, se demostró que el elastómero regenerado es compatible con el elastómero virgen correspondiente y ella tiene un índice de polímero similar. Así, en las mezclas de elastómeros, el elastómero regenerado podría reemplazar una parte del elastómero virgen usado normalmente sin afectar a las propiedades de la mezcla. Finalmente, ello prueba la eficacia del procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención.

Claims

1. Un procedimiento para la conversión de un elastómero procedente de material de desecho en un elastómero regenerado que comprende las etapas de:

a): introducir el elastómero procedente de material de desecho en un recipiente;

b): agitar el elastómero procedente de material de desecho;

c): calentar el elastómero procedente de material de desecho a una temperatura por debajo de una temperatura a la cual el elastómero se empieza a degradar;

d): introducir un aceite en dicho recipiente y mezclar juntos el elastómero procedente de material de desecho y el aceite; y

e): enfriar el elastómero regenerado así formado, por medio de lo cual el elastómero regenerado tiene propiedades similares a un elastómero virgen correspondiente,

realizándose dichas etapas (b) y (c) simultánea o separadamente y realizándose dichas etapas (c) y (d) simultánea o separadamente.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la mezcla de dicho elastómero procedente de material de desecho y dicho aceite se realiza mediante medios de agitación por rotación para generar fuerzas de cizallamiento, por medio de lo cual se calientan dicho elastómero procedente de material de desecho y dicho aceite.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que las etapas (b) y (c) se realizan simultáneamente.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que las etapas (c) y (d) se realizan simultáneamente, siendo dicho aceite un aceite precalentado que calienta dicho elastómero procedente de material de desecho.

5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho elastómero procedente de material de desecho está en una forma de polvo.

6. Un procedimiento para la conversión de un elastómero procedente de material de desecho en un elastómero regenerado que comprende las etapas de:

a): introducir el elastómero procedente de material de desecho en un recipiente equipado con medios de agitación, estando dicho elastómero procedente de material de desecho en una forma de polvo;

b): agitar y calentar dicho elastómero procedente de material de desecho a una temperatura por debajo de una temperatura a la cual el elastómero se empieza a degradar;

c): introducir un aceite en dicho recipiente y mezclar juntos el elastómero procedente de material de desecho y el aceite; y

d): enfriar el elastómero regenerado así formado, por medio de lo cual el elastómero regenerado tiene propiedades similares a un elastómero virgen correspondiente.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho medio de agitación comprende un rotor que tiene al menos una hoja montada sobre un eje central.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que la mezcla de dicho elastómero procedente de material de desecho y dicho aceite se realiza mediante la rotación de dicho medio de agitación de tal manera como para generar fuerzas de cizallamiento, calentándose dicho elastómero procedente de material de desecho y dicho aceite a partir del calor generado por las fuerzas de cizallamiento.

9. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho elastómero procedente de material de desecho se convierte en dicho elastómero regenerado en un período de tiempo comprendido entre 30 segundos y 20 minutos.

10. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho elastómero procedente de material de desecho se convierte en dicho elastómero regenerado en un período de tiempo comprendido entre 30 segundos y 60 segundos.

11. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el medio de agitación se hace rotar a una revolución comprendida entre 150 y 1200 rpm.

12. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el medio de agitación se hace rotar a una revolución comprendida entre 1500 y 3000 rpm.

13. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho elastómero procedente de material de desecho se calienta a una temperatura t_{1} comprendida entre 50 y 200ºC.

14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicha temperatura t_{1} está comprendida entre 140 y 170ºC.

15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, en el que dicho aceite se precalienta, con anterioridad a su mezcla, a una temperatura t_{2} que es más elevada o igual a t_{1}.

16. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el que el polvo está constituido por al menos 90% de partículas que tienen un tamaño de al menos malla 15.

17. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el que dichas partículas tienen un tamaño de al menos malla 30.

18. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el que el polvo tiene un tamaño de partícula de malla de aproximadamente 20 a aproximadamente 120.

19. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que dicha agitación se realiza con el fin de evitar tener partículas estancadas de dicho elastómero en el recipiente.

20. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que dicho procedimiento tiene una relación en peso, aceite/elastómero procedente de material de desecho, comprendida entre 0,03 y
0,2.

21. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 20, en el que dicha relación está comprendida entre 0,05 y 0,09.

22. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en el que dicho aceite se selecciona del grupo que consiste en aceite sintético, aceite vegetal y mezclas de los mismos.

23. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicho aceite es un aceite sintético seleccionado del grupo que consiste en aceite aromático, aceite nafténico, aceite parafínico y mezclas de los mismos.

24. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, en el que en la etapa de enfriamiento, el elastómero regenerado se mantiene en movimiento continuo con el fin de evitar su degradación.

25. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, en el que en la etapa de enfriamiento, el elastómero regenerado se enfría a una temperatura por debajo de 120ºC para impedir su degradación.

26. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, en el que el elastómero es un caucho.

27. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en el que dicho caucho comprende un caucho de etileno-propileno-monómero de dieno o un caucho de estireno-butadieno.

28. Un elastómero regenerado obtenido mediante un procedimiento para la conversión de un elastómero procedente de material de desecho en dicho elastómero regenerado, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

b): agitar el elastómero procedente de material de desecho;

c): calentar dicho elastómero procedente de material de desecho a una temperatura por debajo de una temperatura a la cual el elastómero se empieza a degradar;

29. Un elastómero regenerado de acuerdo con la reivindicación 28, en el que dicho elastómero regenerado está en una forma de polvo.

30. Un elastómero regenerado obtenido mediante un procedimiento para la conversión de un elastómero procedente de material de desecho en un elastómero regenerado que comprende las etapas de:

31. Un elastómero regenerado de acuerdo con la reivindicación 29 ó 30, en el que dicho elastómero regenerado tiene un aspecto de polvo expandido.

32. Un elastómero regenerado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 31, en el que dicho elastómero regenerado comprende una cantidad de dicho aceite comprendida entre 3 y 14% en peso, estando el aceite encapsulado dentro de dicho polvo.

33. Un elastómero regenerado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 32, en el que el elastómero es un caucho.

34. Un elastómero regenerado de acuerdo con la reivindicación 33, en el que dicho caucho comprende un caucho de etileno-propileno-monómero de dieno o un caucho de estireno-butadieno.

35. Uso de un elastómero regenerado según se define en una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 34, en la fabricación de una manguera, una junta o un cierre hermético.

36. Uso de un elastómero regenerado según se define en una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 34, en la fabricación de productos usados en la industria del automóvil.

37. Una manguera, junta o cierre hermético de caucho que comprende el caucho regenerado de acuerdo con la reivindicación 33 ó 34.

38. Productos de caucho usados en la industria del automóvil, comprendiendo dichos productos el caucho regenerado de acuerdo con la reivindicación 33 ó 34.