ES2607779T3 - Método de desvulcanización de un material elastomérico reticulado - Google Patents

Abstract

Un método de desvulcanización de un material de elastómero termoestable reticulado con azufre, caracterizado por someter un lote del material a un proceso mecánico de mezcla de alta cizalladura en un mezclador de alta cizalladura a una temperatura de menos de 80 °C en presencia de una cantidad del 0,5 al 5 2 % en peso de un catalizador biológico no tóxico que tenga un tiol terminal para restaurar el material a un estado previo al vulcanizado adecuado para revulcanización en forma de productos útiles.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de desvulcanizacion de un material elastomerico reticulado Campo de la invencion

La invencion se refiere al campo del reciclado de residuos, y en particular a un metodo de desvulcanizacion de un material elastomero reticulado, tal como restos de operaciones de moldeo.

Antecedentes de la invencion

La desvulcanizacion es un metodo de reciclado de residuos de materiales elastomericos termoestables para producir un material que pueda ser vuelto a vulcanizar en forma de productos utiles. Un elastomero termoestable es el resultado de un polimero que se cura irreversiblemente. Los procesos de la tecnica anterior para desvulcanizacion usan tecnicas quimicas, ultrasonicas, biologicas con microorganismos, mecanicas, de microondas o vapor.

Uno de dichos procesos mecanicos conocidos como mezclador de alta cizalladura (HSM) proporciona niveles extremadamente altos de cizalladura y esfuerzos extensionales, induciendo de ese modo reacciones quimicas en el material que se esta procesando. La patente de Estados Unidos n.° 7.461.970, asignada al presente solicitante, describe dicho proceso. Usa un aparato de mezcla que tiene dos elementos de mezcla en oposicion giratorios relativamente entre si alrededor de un eje y que tienen superficies enfrentadas que se extienden separandose del eje para definir una camara de mezcla. Una matriz de formaciones de mezcla sobre al menos una de las superficies actua para mezclar el material e impulsar el material dentro de la camara hacia el eje. Este proceso mecanico ha demostrado la capacidad para des-reticular elastomeros termoestables usando la energia de cizalladura de modo que se recuperan aproximadamente el 60 % de las propiedades fisicas originales de los materiales.

Otros procesos mecanicos incluyen la etapa de anadir productos quimicos al material en la camara de mezcla. Sin embargo, estos productos quimicos son extremadamente toxicos y provocan la emision de gases toxicos durante el proceso. Hoy en dia estos procesos solo se usan en paises en donde no hay controles sobre emisiones toxicas o normativa exigible para proteger el medio ambiente frente a dicha contamination.

El documento WO 03/014206A1, asignado al presente solicitante describe un proceso para tratamiento de elastomeros reticulados de modo que una parte predeterminada del material sin tratar permanece como granulos vulcanizados para producir de ese modo un material que pueda fluir que comprende el elastomero vulcanizado disperso en una matriz de elastomero desvulcanizado. Los documentos CN1385461 y Mouri, M. “De-vulcanisation conditions and mechanical properties of re-vulcanised rubber for EPDM” (parte II) () describen la regeneration de caucho.

Sumario de la invencion

Los presentes inventores han descubierto que la adicion de un catalizador adecuado con un tiol terminal al proceso mecanico de mezcla de alta cizalladura se ha demostrado que mejora significativamente las propiedades de los materiales recuperados y aproximadamente en la mitad de tiempo de procesamiento.

De acuerdo con un aspecto de la presente invencion se proporciona un metodo de desvulcanizacion de un material elastomero termoestable reticulado con azufre, que comprende someter un lote de material a un proceso de mezcla mecanica en un mezclador de alta cizalladura a una temperatura de menos de 80 °C en presencia de una cantidad del 0,5 al 2 % en peso de un catalizador biologico no toxico que tenga un tiol terminal para restaurar el material a un estado prevulcanizado adecuado para revulcanizacion en forma de productos utiles.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion se proporciona un metodo de desvulcanizacion de un material elastomero termoestable reticulado con azufre, que comprende someter un lote de material a un proceso de mezcla mecanica en un mezclador de alta cizalladura a una temperatura de menos de 80 °C en presencia de una cantidad del 0,5 al 2 % en peso de cistina para restaurar el material a un estado prevulcanizado adecuado para revulcanizacion en forma de productos utiles.

Por catalizador biologico se quiere indicar un catalizador obtenido a partir de una fuente biologica, tal como pelo. Los aminoacidos con grupos tiol representan una fuente biologica adecuada. Un catalizador preferido es la L-cisteina. La adicion de dicho catalizador puede mejorar las propiedades tanto como en un 12,5 % y reducir el tiempo de procesamiento en un 50 %.

La cantidad del 0,5 al 2 % en peso se selecciono como un intervalo debido a que esta es la dosificacion tipica de azufre en un compuesto de caucho, y la cantidad de catalizador biologico se selecciono para coincidir con esta dosificacion.

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Los catalizadores biologicos son no toxicos, facilmente disponibles y efectivos en coste en el porcentaje y no provocan nuevo curado del caucho sin adicion planificada de aceleradores del caucho. Son efectivos a temperaturas modestas, < 80 °C, y preferentemente en el intervalo de 25 - 40 °C. Si la temperatura del proceso de desvulcanizacion supera aproximadamente 80 °C, el material puede volver a vulcanizar, frustrando asi el objeto del proceso de desvulcanizacion.

Descripcion detallada de realizaciones de la invencion

La Figura 1 muestra un mezclador de alta cizalladura (HSM) 100, del tipo descrito en la patente de Estados Unidos n.° 7.461.970. Este dispositivo se uso para demostrar la invencion.

Se llevo a cabo un primer proceso usando un compuesto de control, Caucho natural 65A, y usando un protocolo de HSM aceptado y a continuacion post-procesando suficientemente para producir un concentrado combinable.

Se anadieron azufre y acelerador del caucho para alcanzar un compuesto de control curable. Se evaluaron a continuacion las propiedades fisicas y reologicas del compuesto de control usando un reometro de troquel movil.

Se llevo a cabo un segundo proceso usando el mismo compuesto de control bajo identico HSM y protocolo de combinacion como el usado en dicho primer proceso. Sin embargo, se disperso previamente un 1 % en peso de material de L-cisteina en dicho compuesto de control usando el proceso HSM inmediatamente antes de la etapa de plastificado final. El proceso se controlo dentro del intervalo de temperatura de 25 °C - 80 °C, siendo la temperatura preferida 60 °C.

Se produjo como resultado un concentrado combinable curable. Se evaluaron las mismas propiedades fisicas y reologicas de dicho concentrado combinable novedoso para determinar el efecto de la adicion del catalizador L- cisteina.

Los resultados comparativos se muestran a continuacion.

Caracteristicas de curado - MDR, 6 minutos a 170 °C

Parametro

Compuesto de control caucho natural 65A Compuesto de control mas 1 % L-cisteina

ML

15,67 14,73

MH

27,88 27,37

TS2

0,56 0,46

TC50

1,1 0,58

TC90

1,34 1,21

Propiedades fisicas - 20 minutos a 150 °C

Parametro

Compuesto de control caucho natural 65A Compuesto de control mas 1 % L-cisteina

Tension MPa

16,05 18,06

(16,05 MPa corresponden a 2328 psi y 18,06 MPa corresponden a 2620 psi)

Alargamiento %

231 246

Durometro A

66 67

Los parametros identificados tienen los siguientes significados:

MDR - reometro de troquel movil ML - par minirno MH - par maximo

TS2 - tiempo de inicio del curado (tiempo para elevar en 2 puntos en el par en la curva del reometro)

T50 - tiempo para el 50 % de curado maximo del MH T90 - tiempo para el 90 % de curado maximo.

Globalmente, se consiguio una mejora del 12,5 % en las propiedades fisicas y una reduccion en el tiempo de proceso de aproximadamente el 50 %. Este primer proceso llevo aproximadamente diez minutos para procesar un tamano de lote de 1,5 kg y dicho segundo proceso llevo aproximadamente cinco minutos para procesar el mismo tamano de lote.

La L-cisteina es un aminoacido que se da naturalmente y un suplemento nutritivo. Tambien se usa como un expectorante en medicina para licuar mucosidades mediante la rotura de los enlaces di-sulfuro en proteinas. Dado

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que la L-cisteina se ingiere por los seres humanos para finalidades medicas es claramente no toxico. En consecuencia, el uso de L-cisteina en un proceso industrial como la desvulcanizacion no provoca que se creen emisiones toxicas por su uso. Otros homologos genericos de la cisteina tambien pueden usarse como catalizadores en el proceso, incluyendo la cistina, que es el producto derivado de la combination de dos moleculas de cistema para dar un enlace S-S.

La estructura quimica reticulada de un elastomero termoestable tipico es la siguiente:

imagen1

Cadenas, 200, de atomos de carbono C se reticulan entre si mediante enlaces quimicos, o reticulaciones 202, con elementos de azufre S.

Al anadir entre 0,5 % a 2 %, siendo la realization preferida del 1 %, en peso de L-cisteina a un compuesto de caucho natural en el proceso novedoso los enlaces quimicos o las reticulaciones entre los elementos de azufre se enfocan y debilitan por la L-cisteina. Esto provoca que mas de estas reticulaciones se desunan selectivamente, mientras que los enlaces quimicos, o uniones, entre los elementos de carbono no se debilitan y permanecen fuertes. Por esta razon, los presentes solicitantes creen que compuestos organicos similares con un tiol terminal produciran los mismos o similares efectos.

La energia de cizalladura mecanicamente aplicada rompe mas enlaces de azufre 202 que enlaces de carbono preservando de ese modo mas cadenas de carbono 200. Esto a su vez preserva mas de las propiedades originales del material y tambien permite que el proceso se complete en menos tiempo.

Tambien, otros productos quimicos organicos de origen biologico que tienen tiol terminal-S-H pueden usarse tambien como el catalizador en el proceso debido a que interactuan en una forma similar a la L-cisteina a traves del tiol terminal y son inherentemente no toxicos.

El proceso es util para desvulcanizacion de un material elastomero termoestable reticulado, tal como de restos de caucho de operaciones de moldeo. Este caucho tiene un alto valor. El proceso de desvulcanizacion restaura el caucho a un estado previo al vulcanizado, en el que puede revulcanizarse en forma de productos utiles. El desperdicio de caucho de restos de operaciones de moldeo puede reutilizarse. La invention es aplicable tambien a restos de caucho de neumaticos, aunque este esta sometido a un cierto numero de otros tratamientos y no es generalmente tan adecuado para un reciclado completo.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un metodo de desvulcanizacion de un material de elastomero termoestable reticulado con azufre, caracterizado por someter un lote del material a un proceso mecanico de mezcla de alta cizalladura en un mezclador de alta

   5 cizalladura a una temperatura de menos de 80 °C en presencia de una cantidad del 0,5 al 2 % en peso de un catalizador biologico no toxico que tenga un tiol terminal para restaurar el material a un estado previo al vulcanizado adecuado para revulcanizacion en forma de productos utiles.
2. 2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el catalizador biologico es un aminoacido.

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3. 3. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el catalizador es cisteina.
4. 4. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que el catalizador es L-cisteina.

   15 5. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, que comprende aproximadamente el 1 % en peso de L-cisteina.
5. 6. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el proceso de mezcla se lleva a

   cabo a una temperatura de aproximadamente 60 °C.

   20 7. Un metodo de desvulcanizacion de un material de elastomero termoestable reticulado con azufre, caracterizado

   por someter un lote del material a un proceso mecanico de mezcla de alta cizalladura en un mezclador de alta cizalladura a una temperatura de menos de 80 °C en presencia de una cantidad del 0,5 al 2 % en peso de cistina para restaurar el material a un estado previo al vulcanizado adecuado para revulcanizacion en forma de productos utiles.

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6. 8. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el material de elastomero reticulado es un resto de caucho.