WO2012103615A1 - Preparação de materiais reforçadores adicionais para o naob utilizando como base principal substâncias carbonosas naturais ou já processadas derivadas de processos industriais - Google Patents

Preparação de materiais reforçadores adicionais para o naob utilizando como base principal substâncias carbonosas naturais ou já processadas derivadas de processos industriais Download PDF

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WO2012103615A1
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naob
natural
materials
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industrial processes
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Guillermo Ruperto MARTÍN-CORTÉS
Fabio José ESPER
Francisco Rolando Valenzuela DÍAZ
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Pegmatech - Especialidades Tecnológicas Ltda
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Definitions

  • the descriptive report of the present invention relates to the field of nanomaterials, specifically to carbon based composition materials which are added to NAOB - elastomeric nanocomposite prepared by the combination of: natural or synthetic, clay reinforced rubber in its different types. chemically modified sodium and then quaternary ammonium smectitic and mixed with Carbon based accessory materials.
  • the term "Additional carbon-based reinforcing materials for NAOB” refers to those mineral materials and / or derivatives of production and / or industrial activity in which the C (carbon) element is present. as an independent oxide, as an integral oxidizing molecule of a chemical compound whose formula includes elements other than C and O.
  • NAOB is an elastomeric nanocomposite material for the production of vulcanized parts and products in which the carbon black formulation is totally or partially substituted.
  • the mixture thus formed is a new type of nanocomposite raw material for the production of parts and vulcanized products with wide application in industry.
  • Organophilic clay is the product of the modification of the smectitic clays described in the NAOB - NANOCOMPOSIT OF ELASTOMERS PREPARED FROM SPECIALLY ACTIVATED MINERAL LOADS AND CONTAINING VARIOUS TYPES OF ADDITIONAL COOLING MATERIALS.
  • Carbon black is a material traditionally used as a reinforcing filler and as a pigment in vulcanized elastomeric products such as tires, auto parts, shoe soles, construction parts and others. But it is known that the black-of smoke is derived from petroleum and obtaining the same is made during refining by incomplete burning of oil, highly polluting system which give off large quantities of C0 2 and tiny particles which attack Nature .
  • the organophilic clay is mixed with various concentrations of the additional carbon based reinforcing materials, depending on the final destination of the NAOB.
  • the mixture thus obtained is added as a reinforcing filler to the raw rubber mass completely or partially replacing the traditional black rubber. smoking In this way, the specific formulation of NAOB with which the contracted masterbach will be produced according to customer needs is obtained.
  • the object of the present invention is the additional carbon based reinforcing materials, their composition and the different addition ratios to complement the active rubber loading during the preparation of the NAOB in order to obtain the traditionally obtained elastomeric mass volume when used.
  • traditional fillers carbon black
  • the particle size of the NAOB active loading organophilic clay is generally less than 200 meshes (0.075mm sieve aperture or preferably smaller than 325 meshes (0.044mm sieve aperture), therefore, additional base reinforcing materials Carbon to be used grind and classify in equal particle size to be incorporated on equal terms and not to alter the physical relationship with the other components of the formulation.
  • the reinforcing filler used is carbon black which is added generally in proportions of 40, 50 or more parts referred to 100 parts of rubber in their different forms are natural or synthetic.
  • carbon black which is added generally in proportions of 40, 50 or more parts referred to 100 parts of rubber in their different forms are natural or synthetic.
  • different types of carbon black can be mixed in up to 80 parts referred to 100 parts rubber in their different forms, either natural or synthetic.
  • the following additives include, among others possible or equivalent: Native Sulfur (S), Zinc Oxide; Stearin (Stearic Acid) and Rubber Accelerators: TMTD (Tetramethylthiurama Disulfide); MBTS (2,2'-Benzothiazyl disulfide); and MBT (2 - Mercaptobenzothiazole) and others. Also added are antioxidants and anti-zonizers that act against the degradation of the rubber involved by extending the life of the vulcanized product. The proportions in which these additives are added are minimal and depend on the final application of the material.
  • the aim of the present invention is to define additional carbon-based reinforcing materials, their application during the preparation of the NAOB mass, the sources for obtaining them, the different possible combinations, increasing the technological performance, enhancement and final quality of the product.
  • NAOB product as a raw material for vulcanized elastomeric products, providing market-accessible values and environmental benefits.
  • the Technological Performance referred to in the item above relates to the main characteristics of the masses with which vulcanized elastomeric products are made. These characteristics are: better performance in one or more of the following mechanical properties at break elongation, break stress, hardness, abrasion, impermeability, resilience, fire resistance, resistance to extreme temperatures and others defined by the uses of the end product.
  • the above enhancement refers to the suitability of NAOB formulations for the different products and applications to which it will be submitted.
  • Final Quality also relates to the requirements of products to be produced by customers using NAOB.
  • the Affordable Economy refers to the fact that among the additional carbon-based reinforcing materials to compose the NAOB, abundant and easily available mineral products are used alongside low-cost and therefore low-cost mineral substances, as well as substances from recycling and / or the reuse of discarded materials.
  • the organophilic clays are obtained by the so-called anhydrous or anodic argilic sodic mixture. with quaternary ammonium salts or other organic compounds, usually surfactants, to transform them into hydrophobic organophilics.
  • Quaternary ammonium salts are quaternary ammonium cation salts with an anion. Quaternary ammonium cations are positively charged polyatomic ions with the structure NR 4 +, where R is any alkyl radical. Unlike the NH 4 + ammonium ion itself and the primary, secondary and tertiary ammonium cations, quaternary ammonium cations are permanently electrically charged regardless of the pH of the medium. Quaternary ammonium cations are synthesized by complete alkylation of ammonia or other amines. They are used as disinfectants, surfactants, fabric softeners, antistatic agents (eg in shampoos and hair conditioners) and phase transfer catalysts.
  • chloride salts examples: cetyl dimethyl ammonium chloride
  • methyl sulfate salts examples: methyl sulfate salts
  • Quaternary ammonium salts are generally odorless, colorless, non-irritating and deodorant.
  • the Anhydrous Process is a mixing process performed without water, in a mixer with agitation of the dry smectitic clay mass and particle size below 200 meshes, preferably below 325 meshes. meshes, at a controlled temperature between 1 and 200 ° C, preferably between 60 and 110 ° C, where quaternary ammonium salts or other organic compounds, generally surfactants, are added at the previously calculated doses, according to the final destination of the NAOB mass, through pressurized spray nozzle nozzle.
  • the final product of the anhydrous process has a moisture content between 0.1 and 8.0%, preferably between 1.0 and 3.0%.
  • the main advantages of the anhydrous process are that: 1) the mixing is carried out with high speed, 2) the grinding and screening required to achieve particle size below 325 meshes are minimal, and 3) the final moisture of the hydrophobic organophilic clay product It is suitable for the final destination because it is a mixture made in a controlled temperature process for the time necessary to reach the desired humidity.
  • the Wet Process is a longer process in which dry smectic sodium clays with particle size below 200 meshes are pre-mixed with water, preheated to between 1.0 and 100 ° C, preferably at room temperature. , in a paddle mixer, in proportions from 1.0 to 40.0% but preferably from 10.0 to 20.0%.
  • quaternary ammonium salts or other organic compounds are added at the previously calculated doses, according to the final fate of the NAOB mass, placed between 1.0 hours and 168 hours or seven days, preferably 24 hours. hours or a day. Place in a temperature-controlled oven in an air-freshening environment, between 1.0 and 110 ° C, preferably 60.0 ° C, for the time required to reach final humidity below 10.0%, preferably between 1 ° C. , 0 and 3.0%. Immediately, the organophilic clay mass thus obtained is subjected to grinding and sieving to a particle size below 325 meshes.
  • the main advantage of the Wet Process is the guarantee of the best homogenization of the Organophilic Clay product.
  • the advantageous feature of using the additional carbon based reinforcing materials is when the smectitic clays are added during the process of ammonium quaternary modification by the Process Anhydrous or Via Seca, as they mix completely with clays still wet by the action of the quaternary ammonium, prevent the formation of pellets or particle aggregates maintaining the particle size of the whole composition.
  • This means that the use of additional carbon-based reinforcing materials while obtaining organophilic clays saves time and energy by totally or partially avoiding the time and energy expense of drying or decreasing remaining moisture, re-grinding and particle size classification. by sieving either anhydrous or wet process.
  • the purpose of the present invention patent is mainly due to the characteristics of the additional carbon-based reinforcing materials themselves, their sources and the properties with which they contribute to the quality of the NAOB and its end use such as:
  • Vegetable husk ash of different origins but preferably of rice as received or slightly modified by quaternary salts.
  • Rice husk ash contains high silica content ( ⁇ 92%) plus carbon.
  • Silica contributes to mechanical tensile and abrasion resistance. National supply is guaranteed by Brazil being the ninth world producer of rice;
  • Cellulose 2. coming from sources such as cellulose recycling of paper and cardboard recovered or discarded as carbonized at a controlled temperature or slightly modified * quaternary salts. Cellulose can also be obtained from tree pruning branches and branches. In all cases, it is material that changes its final destination for industrial use and not for landfill, legal or illegal. Cellulose contributes with fibers to improve the internal structure of the dough and therefore strengthening it.
  • Fines of carboniferous natural mineral products of low economic use to date such as anthracite, the purest form of carbon in carbon content, but which due to their particle size is difficult to use for known industrial purposes.
  • This and other fine products from coal mining contribute as a pigment and add mechanical properties and / or in collaboration with organophilic clays, the main burden of NAOB;
  • Pure CaC0 3 (limestone) is used as a white charge for the elastomeric mass
  • CaMg (C0 3 ) 2 (dolomite) and MgC0 3 (Magnesite) have refractory technological properties of interest to the masses.
  • elastomeric materials for contributing to increased resistance to elevated temperatures.
  • Mg limestone is used in the production of certain types of high-impermeability special rubbers suitable for diving suits and / or seals or against leakage in high performance pipelines.

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Abstract

O relatório descritivo da presente Patente de Invenção está relacionado ao campo dos nano materiais, especificamente aos materiais de composição base Carbono que se adicionam ao NAOB - Nanocompósito elastomérico preparado pela combinação de: borracha, em seus diferentes tipos, natural ou sintética, reforçada com argila esmectítica quimicamente modificada por sódio e depois por quaternário de amônio e misturada com Materiais Acessórios base Carbono. Então, neste Relatório de Patente de Invenção a denominação "Materiais reforçadores adicionais base Carbono" para o NAOB se refere a aqueles materiais minerais e/ou derivados de produção e/ou atividade industrial em cuja composição se encontra presente o elemento C (carbono) já como óxido independente, já como molécula oxidante integrante de composto químico cuja fórmula inclui outros elementos além do C e O.

Description

"PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS"
O relatório descritivo da presente Patente de Invenção está relacionado ao campo dos nano materiais, especificamente aos materiais de composição base Carbono que se adicionam ao NAOB - Nanocompósito elastomérico preparado pela combinação de: borracha, em seus diferentes tipos, natural ou sintética, reforçada com argila esmectítica quimicamente modificada por sódio e depois por quaternário de amónio e misturada com materiais acessórios base Carbono. Então, neste Relatório de Patente de Invenção a denominação "Materiais reforçadoras adicionais base Carbono para o NAOB" se refere a aqueles materiais minerais e/ou derivados de produção e/ou atividade industrial em cuja composição se encontra presente o elemento C (carbono) já como óxido independente, já como molécula oxidante integrante de composto químico cuja fórmula inclui outros elementos além do C e O.
Os Materiais reforçadoras adicionais base Carbono objeto da presente Patente de Invenção se aplicam ao NAOB que é material nanocompósito elastomérico destinado à produção de peças e produtos vulcanizados em cuja formulação se substitui total ou parcialmente o negro-de-fumo. A mistura assim formada se constitui em novo tipo de matéria-prima nanocompósito destinada à produção de peças e produtos vulcanizados de amplo espectro de aplicação na Indústria.
De acordo com este advento observa-se a possibilidade real da utilização inovadora de produtos comerciais de origem mineral não metálica ou de subprodutos não metálicos de processos industriais ou ainda de produtos provenientes do descarte de processos industriais. Trata-se propriamente dos materiais seguintes: a) Cinzas de cascas vegetais de diferentes origens, mas preferentemente de arroz tal como recebidas ou "levemente modificadas por sais quaternários;
b) Celulose procedente de fontes tais como reciclagem de papel e papelão descartados tal como recuperada ou carbonizada a temperatura controlada ou *levemente modificada por sais quaternários;
c) Finos de produtos minerais naturais carboníferos de pouco aproveitamento económico até hoje como os de antracito, forma de carvão mais pura em teor de carbono, mas que pelo tamanho de partícula é difícil de ser utilizado para os fins industriais conhecidos. Este e outros produtos minerais carboníferos podem ser utilizados como pigmento e/ou em colaboração com as argilas organofílicas, a carga principal do NAOB;
d) Finos de produtos minerais naturais carbonosos de cores claras, grandes reservas geológicas e de fácil localização na crosta terrestre onde o elemento Carbono (C), constitui o anion do sal como são os calcários, sejam estes calcários propriamente ditos (CaC03) e/ou dolomitas {CaMg(C03)2} e/ou magnesitas (MgC03) onde os elemento Mg e Ca em solução sólida ou sozinhos completam a combinação química do mineral.
e) Pequenas quantidades de negro-de-fumo em sinergia com a mistura de argila organofílica e os Materiais reforçadores adicionais base Carbono com objetivo de: manter a pigmentação negra do produto vulcanizado e também acrescentar o desempenho tecnológico do produto para fins especiais de rendimento; "Levemente modificados por sais quaternários se refere à concentração de sal quaternário ou de composto orgânico adequado, geralmente um surfactante, utilizado no tratamento do material referido à concentração utilizada na modificação das argilas esmectíticas. Desta forma, à concentração utilizada na modificação das argilas esmectíticas é considerada padrão e a "levemente" e muito menor, variando preferencialmente entre 0,5 meq de composto orgânico/1 OOg argila seca e 60 meq de composto orgânico/1 OOg de argila seca.
Argila organofílica é o produto da modificação das argilas esmectíticas descrito na Patente de Invenção NAOB - NANOCOMPÓSITO DE ELASTÔMEROS PREPARADOS A PARTIR DE CARGAS MINERAIS ESPECIALMENTE ATIVADAS E CONTENDO DIVERSOS TIPOS DE MATERIAIS REFORÇANTES ADICIONAIS.
O negro-de-fumo é material tradicionalmente utilizado como carga de reforço e como pigmento em produtos elastoméricos vulcanizados como são: pneus, autopeças, solado para sapatos, peças para a construção civil e outros. Mas é sabido que o negro-de- fumo é derivado do petróleo e que a obtenção do mesmo e feita durante a refinação mediante a queima incompleta do petróleo, sistema altamente poluente onde se desprendem grandes quantidades de C02 e partículas minúsculas que agridem a Natureza.
Durante a formulação do NAOB a argila organofílica é misturada com diversas concentrações dos Materiais reforçadores adicionais base Carbono, dependendo do destino final do NAOB. A mistura assim obtida se adiciona como carga de reforço à massa de borracha crua substituindo total ou parcialmente o tradicional negro- de-fumo. Desta forma é obtida a formulação específica do NAOB com a qual será produzido o masterbach contratado segundo as necessidades do cliente.
O objeto da presente Patente de Invenção são os Materiais reforçadoras adicionais base Carbono, sua composição e as diferentes proporções de adição para complementar a carga ativa da borracha durante a elaboração do NAOB com o fim de obter o volume de massa elastomérica tradicionalmente obtido quando são utilizadas as cargas tradicionais (negro de fumo) para elaborar produtos vulcanizados. De esta forma fornecer um novo produto, no caso um nanocompósito composto por borracha reforçada por argila esmectítica modificada e os Materiais reforçadores adicionais base Carbono, para ser utilizado como matéria-prima fundamental na produção de: pneus; autopeças (mangueiras, correias de motor, coxins de amortecedor, batentes de portas, guarnições e outras); mantas; solado para sapatos; produtos e peças para a construção civil, brinquedos e outras linhas industriais de bens de consumo elastoméricos vulcanizados.
O tamanho de partícula da argila organofílica utilizada como carga ativa do NAOB é geralmente menor a 200 malhas (abertura de peneira 0,075mm ou, de preferência, menor de 325 malhas (abertura de peneira de 0,044mm) por tanto, os Materiais reforçadores adicionais base Carbono a serem utilizados se moem e classificam em igual tamanho de partícula para ser incorporados em igualdade de condições e não alterar a relação física com os outros componentes da formulação.
Conforme o estado da técnica tradicional atual, é sabido que para elaborar e conformar produtos vulcanizados de borracha, a carga de reforço utilizada é negro-de-fumo o qual é adicionado geralmente em proporções de 40, 50 ou mais partes referidas a 100 partes de borracha em suas diferentes formas sejam natural ou sintética. Todavia, dependendo do destino final do produto, podem ser misturados diferentes tipos de negro-de-fumo em até 80 partes referidas a 100 partes de borracha em suas diferentes formas, seja natural ou sintética. Além disso, para efetuar o processo denominado de vulcanização se colocam como aditivos, entre outros possíveis ou equivalentes: Enxofre nativo (S), Óxido de Zinco; Estearina (Ácido Esteárico) e os Aceleradores para borracha: TMTD (Dissulfeto de tetrametiltiurama); MBTS (2,2'-Benzotiazil dissulfeto); e MBT (2 - Mercaptobenzotiazol) e outros. Também se adicionam antioxidantes e antiozonizantes que atuam contra a degradação da borracha envolvida aumentando a vida do produto vulcanizado. As proporções em que estes aditivos se adicionam são mínimas e dependem da aplicação final do material.
Na elaboração do NAOB são misturados:
a) Borracha em suas diferentes formas, natural ou sintética;
b) Argilas organofílicas elaboradas como descritas na Patente de Invenção NAOB - NANOCOMPÓSITO DE ELASTÔMEROS PREPARADOS A PARTIR DE CARGAS MINERAIS ESPECIALMENTE ATIVADAS E CONTENDO DIVERSOS TIPOS DE MATERIAIS REFORÇANTES ADICIONAIS em proporção, entre 1 % e 50% e, de preferência, de 10,0 a 40,0 M% referido ao peso da borracha como 100,0 M% e dependendo da aplicação final do NAOB;
c) Materiais reforçadores adicionais base Carbono obtidos de fontes naturais e/ou da reciclagem, e dependendo do uso final do material, em proporções entre 49% e 1 %, de preferência entre 10,0 a 30, OM % referidas ao peso da borracha como 100,0 M%; e
d) Aditivos, aceleradores e conservadores contra a degradação e envelhecimento do produto final.
A mistura de todos os componentes do NAOB é realizado em misturador do tipo calandra ou do tipo banbury tradicional, ou seja, a utilização da formulação inovadora não altera os processos industriais conhecidos de produção de massas elastoméricas e de vulcanização das peças finais.
A utilização da composição inovadora dos Materiais reforçadores adicionais base Carbono descritos, quando aplicados a elaboração do NAOB, acrescenta propriedades tecnológicas acima dos produtos vulcanizados elastoméricos tradicionais além do apelo ecológico dos componentes o que teria aprovação plena no Controle de Qualidade.
O objetivo da presente Patente de Invenção é definir os Materiais reforçadores adicionais base Carbono, sua aplicação durante a elaboração da massa de NAOB, as fontes de obtenção dos mesmos, as diferentes combinações possíveis, aumentando o desempenho tecnológico, o aprimoramento e a qualidade final do produto NAOB como matéria-prima para produtos elastoméricos vulcanizados, conferindo valores accessíveis de mercado e ainda com benefícios para o Meio Ambiente.
O Desempenho Tecnológico a que se refere o item acima se relaciona com as características principais que devem apresentar as massas com que se elaboram os produtos elastoméricos vulcanizados. Estas características são: melhor desempenho em um ou várias das seguintes propriedades mecânicas nos parâmetros de alongamento na ruptura, tensão na ruptura, dureza, abrasão, impermeabilidade, resiliência, resistência ao fogo, resistência a temperaturas extremas e outras definidas pelos usos do produto final.
O Aprimoramento citado acima se refere à adequação das formulações do NAOB aos diferentes produtos e aplicações a que será submetido. A Qualidade Final também se relaciona com as exigências dos produtos a serem produzidos pelos clientes que utilizem o NAOB.
A Economia Acessível se refere a que entre os Materiais reforçadores adicionais base Carbono para compor o NAOB se utilizam produtos minerais abundantes e de fácil aquisição junto a substâncias minerais de pouco aproveitamento atual e por isso de baixo custo e também junto a substâncias provenientes da reciclagem e/ou da re-utilização de materiais descartados.
O constante progresso da Indústria em geral junto a toma de consciência da Sociedade no que se refere à proteção da Natureza imprime um nível de exigência cada vez maior sobre a Sustentabilidade das matérias-primas que se utilizam na produção de Bens Materiais.
No caso do objeto da presente Patente de Invenção a utilização dos Materiais reforçadores adicionais base Carbono constituídos por minerais abundantes, com potencial aproveitamento económico industrial e/ou substâncias recuperadas do descarte da Sociedade diminuindo os espaços que ocupam nos aterros sanitários junto à carga principal ativa constituída por minerais argilosos modificados destaca o caráter Sustentável da Invenção.
Todavia, na Aplicação dos Materiais reforçadores adicionais base Carbono existe ainda outra particularidade vantajosa que influi na Tecnologia de Produção, o Aprimoramento e a Economia durante a preparação da massa de NAOB. A particularidade vantajosa referida consiste em:
Tal como se define na Patente de Invenção NAOB - NANOCOMPÓSITO DE ELASTÔMEROS PREPARADOS A PARTIR DE CARGAS MINERAIS ESPECIALMENTE ATIVADAS E CONTENDO DIVERSOS TIPOS DE MATERIAIS REFORÇANTES ADICIONAIS, as argilas organofílicas são obtidas pelos denominados Processo Anidro ou Por Via Úmida de mistura de argilas esmectíticas sódicas hidrofílicas com sais quaternários de amónio ou outros compostos orgânicos, geralmente surfactantes, para transformá-las em organofílicas hidrofóbicas.
Os sais quaternários de amónio, são sais de cátions quaternários de amónio com um ânion. Os cátions quaternários de amónio são íons poliatômicos carregados positivamente e com a estrutura NR4+, sendo R qualquer radical alquila. Ao contrário do próprio íon amónio NH4+ e dos cátions amónio primário, secundário e terciário, os cátions quaternários de amónio ficam carregados eletricamente permanentemente, qualquer que seja o pH do meio. Os cátions quaternários de amónio são sintetizados através da alquilação completa da amónia ou outras aminas. São usados como desinfetantes, surfactantes, amaciantes de tecido, agentes antiestáticos (ex.: em xampus e condicionadores de cabelos) e catalisadores de transferência de fase. Nos amaciantes de roupa líquidos, são geralmente usados os sais de cloreto (exemplos: cloreto de cetil dimetil amónio) ou os de sulfato de metila. Os sais quaternários de amónio geralmente são inodoros, incolores, não são irritantes e são desodorantes.
Comercialmente, existem muitos tipos diferentes de sais quaternários de amónio, os mesmos são fornecidos desde puros em pó até em soluções de diferentes concentrações, desde gel até líquidas, com diferentes tipos de álcol ou até soluções de álcol e água.
Por exemplo, entre os tipos de sais quaternários de amónio aplicados se encontram:
- Cloreto Disebodimetil Amónio/Etanol em pasta, de cor esbranquizada, com odor de etanol, inflamável;
- Cloreto de Cetil Trimetil Amónio/Etanol em solução aos 50%, com aparência líquida cristalina incolor e transparente.
Do anterior se compreende que quando utilizados para a modificação das argilas esmectíticas a argilas organofílicas os sais quaternários de amónio transmitem algum grau de umidade.
A modificação das argilas esmectíticas à organofílicas se descreve da forma seguinte: O Processo Anidro é processo de mistura realizado sem água, em misturador com agitação da massa de argilas esmectíticas em estado seco e tamanho de partícula abaixo de 200 malhas, de preferência abaixo de 325 malhas, sobre temperatura controlada entre 1 e 200 °C de preferência entre 60 e 110 °C, onde os sais quaternários de amónio ou outros compostos orgânicos, geralmente surfactantes são adicionados nas doses calculadas previamente, segundo o destino final da massa de NAOB, através de bocal pulverizador pressurizado pneumaticamente. O produto final do processo anidro apresenta umidade entre 0,1 e 8,0%, de preferência entre 1 ,0 e 3,0%. As principais vantagens do processo anidro são que: 1 ) a mistura se efetua com rapidez elevada, 2) a moagem e o peneiramento necessários para atingir tamanho de partícula abaixo de 325 malhas são mínimos, e 3) A umidade final do produto argila organofílica hidrofóbica é a adequada para o destino final por ser mistura efetuada em processo de temperatura controlada durante o tempo necessário para ser atingida a umidade almejada. O Processo por Via Úmida é processo mais demorado, no qual, as argilas esmectíticas sódicas em estado seco e tamanho de partícula abaixo de 200 malhas, são previamente misturadas com água, previamente aquecida entre 1 ,0 e 100 °C de preferência a temperatura ambiente, em misturador de pás, em proporções de 1 ,0 até 40,0% mas preferentemente entre 10,0 e 20,0%. Logo a seguir, os sais quaternários de amónio ou outros compostos orgânicos, geralmente surfactantes são adicionados nas doses calculadas previamente, segundo o destino final da massa de NAOB, colocada em repouso entre 1 ,0 horas e 168 horas ou sete dias, de preferência 24 horas ou um dia. Colocadas a secar em estufa com temperatura controlada em ambiente de renovação de ar, entre 1 ,0 e 110 °C, de preferência 60,0 °C, pelo tempo necessário para atingir umidade final abaixo de 10,0%, de preferência entre 1 ,0 e 3,0%. De imediato, a massa de argila organofílica assim obtida é submetida à moagem e peneiramento até atingir tamanho de partícula abaixo de 325 malhas. A principal vantagem do Processo por Via Úmida e a garantia da melhor homogeneização do produto Argila Organofílica.
Como se pode ver, em ambos os tipos de processos de modificação das argilas esmectíticas a argilas organofílicas é preciso dedicar tempo, energia e por tanto despesas económicas na secagem ou diminuição da umidade, seja pela água do processo por via a úmido ou da secagem da umidade remanescente aportada pelo solvente do próprio sal quaternário, moagem e classificação final a 325 malhas.
Então a particularidade vantajosa da utilização dos Materiais reforçadores adicionais base Carbono se confere quando os mesmos são adicionados as argilas esmectíticas durante o processo de modificação por quaternário de amónio pelo Processo Anidro ou Via Seca, pois os mesmos se misturam por completo às argilas ainda úmidas pela ação do quaternário de amónio, impedem a formação de pelotas ou agregados de partículas mantendo o tamanho de partícula de toda a composição. Isso significa que o uso dos Materiais reforçadores adicionais base Carbono durante a obtenção das argilas organofílicas economiza tempo e energia ao evitar total ou parcialmente os gastos de tempo e energia na secagem ou diminuição da umidade remanescente, a re-moagem e classificação do tamanho de partículas por peneiramento seja processo anidro ou por via a úmido. E ainda, no caso do processo anidro, diminui as necessidades de efetuar gastos por utilizar temperatura durante a modificação das argilas esmectíticas por quaternário de amónio para garantir a secagem das mesmas e manter o tamanho de partículas, pois ao misturar as argilas em processo de organofiliçação com os próprios Materiais reforçadores adicionais base Carbono na proporção requerida pela massa final de NAOB, segundo o uso para o qual foi projetada, o tamanho de partícula é mantido e a umidade também. Tudo o qual reflete na economia do processo de produção.
Desta forma, o objetivo da presente Patente de Invenção dá-se, maiormente pelas características dos próprios Materiais reforçadores adicionais base Carbono, suas fontes e as propriedades com que os mesmos contribuem à qualidade do NAOB e o seu uso final como são:
1. Cinzas de cascas vegetais de diferentes origens, mas preferentemente de arroz tal como recebidas ou *levemente modificadas por sais quaternários. As cinzas de casca de arroz contêm alto teor de sílica (~92%) mais carbono. A sílica contribui a resistência mecânica à tração e abrasão. O fornecimento nacional é garantido por Brasil ser o nono País produtor mundial de arroz;
2. Celulose procedente de fontes tais como reciclagem de papel e papelão descartados tal como recuperada ou carbonizada a temperatura controlada ou *levemente modificada por sais quaternários. A celulose também pode ser obtida das ramas e galhos produto da poda das arvores. Em todos os casos, é material que muda seu destino final para atividade industrial de aproveitamento económico e não para aterro sanitário, seja legal ou ilegal. A celulose contribui com fibras a melhorar a estrutura interna da massa e por tanto fortalecendo a mesma.
3. Finos de produtos minerais naturais carboníferos de pouco aproveitamento económico até hoje como os de antracito, forma de carvão mais pura em teor de carbono, mas que pelo tamanho de partícula é difícil de ser utilizado para os fins industriais conhecidos. Este e outros produtos finos procedentes da mineração de minerais carboníferos contribuem como pigmento e acrescentam as propriedades mecânicas e/ou em colaboração com as argilas organofílicas, a carga principal do NAOB;
4. Finos de produtos minerais naturais carbonosos de cores claras, grandes reservas geológicas e de fácil localização na crosta terrestre onde o elemento Carbono constitui o anion do sal como são os calcários, sejam estes calcários propriamente ditos (CaC03) e/ou dolomitas {CaMg(C03)2} e/ou magnesitas (MgC03) onde os elementos Mg e Ca em solução sólida ou sozinhos completam a combinação química do mineral. O CaC03 (calcário) puro se utiliza como carga branca para a massa elastomérica, em tanto que e CaMg(C03)2 (a dolomita) e a MgC03 (Magnesita) possuem propriedades tecnológicas refratárias, de interesse para as massas elastoméricas por contribuir para a elevar a resistência a temperaturas elevadas. Também, os calcários com Mg se aplicam na produção de determinados tipos de borrachas especiais com índice de impermeabilidade elevado, próprias para roupas de mergulhadores e/ou selos de vedação ou contra vazamentos em dutos de alto desempenho.
5. Pequenas quantidades de negro-de-fumo em sinergia com a mistura de argila organofílica e os Materiais reforçadores adicionais base Carbono com objetivo de: manter a pigmentação negra do produto vulcanizado e também acrescentar o desempenho tecnológico do produto para fins especiais de rendimento.
Todos estes cinco grupos materiais podem ser utilizados individualmente ou levemente modificados por quaternário de amónio, e ainda em diferentes combinações entre si, tal como fornecidos ou também depois de serem levemente tratados com sais quaternários de amónio.
Assim, os Materiais reforçadores adicionais base
Carbono complementam as argilas organofílicas e junto aos diferentes materiais usados para a vulcanização, se incorporam à borracha, seja natural ou sintética, por médio de fortes ligações a escala nanométrica em todos os sentidos as quais são transmitidas a toda a massa do produto final, com igual volume que o tradicional, apresentando propriedades tecnológicas avançadas para os usos projetados, com custos accessíveis, todo realizado de maneira sustentável e amigável à Natureza.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por serem produtos minerais naturais ou obtidos dos descartes de processos industriais utilizados basicamente para complementar o volume da carga principal ativa do NAOB, ou seja, as argilas organofílicas;
2 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por formar parte complementar de novo tipo de material de amplo espectro de aplicação industrial na produção de bens vulcanizados de consumo, no qual, pela natureza, tamanho e características dos componentes assim como das relações e interações entre eles, entende-se nanocompósitos;
3 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por proceder de fontes naturais e/ou artificiais, de origem mineral e/ou vegetal, beneficiados ou não, compostos por partículas cristalinas de tamanho nanométrico;
4 "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", constituídos geralmente por: Cinzas de cascas vegetais de diferentes origens, de preferência cascas de arroz tal como recebidas ou modificadas por sais quaternários; Celulose de origem vegetal ou procedente da reciclagem de papel e papelão descartados, tal como recuperada ou carbonizada a temperatura controlada ou modificada por sais quaternários; Finos de produtos minerais naturais carboníferos como os do antracito, forma de carvão mais pura em teor de carbono, mas que pelo tamanho de partícula resulta de difícil aplicação para os fins industriais conhecidos; Finos de Calcários, Dolomitas e Magnesitas. Este e outros produtos minerais de composições carbonosas podem ser utilizados como complemento da carga ativa principal do NAOB, ou seja, a argila organofílica; também funcionam como Materiais reforçadores adicionais base Carbono pequenas quantidades de negro-de-fumo em sinergia com a argila organofílica, o resto dos materiais em mistura e os Aditivos, Aceleradores e Conservadores contra a degradação e envelhecimento do produto final.
5 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por contribuir a facilitar o processo de organofilização das argilas, evitando os gastos de tempo e energia na secagem, moagem e classificação das mesmas;
6 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por também serem materiais pigmentos, pretos, brancos e/ou claros para massas de NAOB, e elevar a resistência a temperaturas elevadas e/ou dar propriedades impermeabilizantes e contra vazamentos em selos para dutos de alto desempenho tecnológico.
7 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por acrescentar suas características e/ou propriedades particulares para acrescentar o desempenho tecnológico do produto para fins de rendimentos especiais;
8 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por complementar o princípio ativo do NAOB com qualidades próprias necessárias para a substituição com vantagens, total ou parcial do negro-de-fumo, como carga reforçante em produtos elastoméricos vulcanizados;
9 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por se incorporar a novo tipo de substância que se apresenta à Indústria produtora de artefatos elastoméricos vulcanizados como uma matéria-prima a ser utilizada por lotes ou da forma internacionalmente conhecida como "masterbachs" nas formulações próprias de cada fabricante doando ao produto qualidades mecânicas de elevado rendimento. Estas maiores qualidades gerarão melhorias e vantagens inesperadas;
10 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por serem materiais acessórios abundantes e de baixo custo, considerados para a formulação do NAOB atingir os volumes de massa tradicionais, pois o principio ativo é utilizado em muita menor proporção que o negro-de-fumo.
11 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por que estes materiais acessórios possuem grande importância económica, dada sua natureza não metálica, sua função ecológica, vista a procedência de origem natural e/ou de rejeitos de várias atividades de beneficiamento mineral industrial e/ou recuperados de materiais descartados.
12 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por contribuírem com a suas propriedades tecnológicas para o rendimento das peças criadas com NAOB, mas sem que aconteçam reações químicas indesejadas que possam provocar a degradação do principio ativo do mesmo.
13 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por formar parte da formulação de nova matéria-prima ecologicamente correta, desenvolvida para elaborar bens de consumo vulcanizados, onde há substituição total ou em parte do negro de fumo para a mistura com borracha, diminuindo a dependência de produtos derivados de hidrocarbonetos;
14 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por proporcionar maior resistência à tração na ruptura, bons níveis de dureza, resistência a abrasão e impermeabilidade;
15 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por contribuir as notáveis propriedades mecânicas do NAOB que substitui, com vantagens, os materiais tradicionais feitos com negro-de-fumo na produção de: pneus, autopeças, mangueiras para motor e outras, correias de transmissão, mantas, solado para sapatos, produtos e peças para a construção civil e outras linhas industriais de bens de consumo regularmente ocupadas pelos produtos tradicionalmente conhecidos de borracha vulcanizada;
16 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por participar em mistura de materiais elaborados da modificação, tecnológica e economicamente otimizada, de produtos naturais abundantes, minerais e vegetais, e/ou materiais obtidos como subprodutos de processos industriais de baixo custo;
17 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por retirar da natureza materiais descartados que ocupam espaços em aterros sanitários que podem ser destinados a outros usos mais nobres para a sociedade;
18 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados pelo desvio de materiais acessórios para utilização industrial evitando a transportação desnecessária para os aterros sanitários e com isso o consumo de combustíveis e outras despesas;
19 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por contribuir a redução da quantidade de tratamento de material agressivo ao meio ambiente (negro-de-fumo), melhorando a eficiência dos produtos elaborados;
20 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por dispensar realização de mudanças no maquinário existente no processo atual de vulcanização. Sendo possível o uso do objeto desta Patente de Invenção nos mesmos equipamentos utilizados nos processos de mistura e vulcanização;
21 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por diminuir o volume de rejeitos sólidos industriais e/ou vegetais dirigido aos aterros sanitários para serem utilizados como materiais acessórios dentro da massa do próprio NAOB.
22 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por formar parte de matéria-prima avançada e contribuir para que o produto final seja de economia acessível para produtores e consumidores pela natureza dos seus componentes e pela simplicidade dos processos tecnológicos envolvidos em sua produção.
23 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por contribuir ao aprimoramento do material, pois cada destino final de aplicação do NAOB terá sua adequação à medida dos requerimentos do produto final.
24 - "PREPARAÇÃO DE MATERIAIS REFORÇADORES ADICIONAIS PARA O NAOB UTILIZANDO COMO BASE PRINCIPAL SUBSTÂNCIAS CARBONOSAS NATURAIS OU JÁ PROCESSADAS DERIVADAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS", caracterizados por seu caráter sustentável baseado na origem dos componentes.
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