Regeneração de pneus inservíveis através da utilização do bis(4-metilfenilsufonilditiocarbimato) zincato (II) de tetrabutilamônio (ZNIBU) como agente de regeneração

Área

Gestão de resíduos sólidos

Autores

Silva de Oliveira, M. (UFRJ) ; Beatriz Acordi Vasques Pacheco, E. (UFRJ) ; Léa Yuan Visconte, L. (UFRJ)

Resumo

O mercado de pneus teve um crescimento nas últimas décadas, devido o aumento no mercado de automóveis. Entretanto, também houve um crescimento no número de pneus inservíveis abandonados em locais públicos, fabricados com borracha vulcanizadas, as quais devido às reticulações em sua estrutura, apresentam dificuldades no processo de reciclagem, gerando uma degradação muito lenta e ocasionando problemas sócio-ambientais. Partindo disso, o presente trabalho propõe a regeneração mecanoquímica de composição elastomérica, utilizando o ZNIBU como agente de regeneração, além do moinho aberto de rolo como força mecânica. Utilizou-se a análise das propriedades reométricas e do grau de inchamento como forma de avaliação deste processo, concluindo que o método é eficaz para a regeneração do material.

Palavras chaves

Pneu inservível ; Regeneração ; ZNIBU

Introdução

Entre os materiais elastoméricos produzidos no mundo, 70% deste mercado corresponde aos pneus, isso devido ao rápido crescimento do mercado de automóveis. Este material é marcado pela mistura de borrachas, as quais possuem reticulações entre as cadeias principais, sendo responsáveis por melhorar suas propriedades (ASARO et al, 2018). Entretanto, as reticulações não permitem ao material ser novamente moldado e reprocessado, gerando uma dificuldade em seu processo de reciclagem. Sendo assim há uma preocupação com o descarte do pneu inservível, pois ao serem descartados no lugar incorreto, há a proliferação de pestes e mosquitos causadores de doenças, enquanto a sua queima em solo resulta na contaminação de águas subterrâneas devido à migração de substâncias químicas para o solo, e a poluição do ar através da liberação de poluentes orgânicos. (ABOELKHEIR et al., 2019). Como forma de minimizar estes problemas há a regeneração da borracha, que visa a quebra das ligações cruzadas, permitindo ao material retornar ao ciclo produtivo, sendo novamente utilizado como borracha em outras composições. Dessa forma, este promove a economia de recursos e a conservação ambiental, buscando a sustentabilidade (WALVEKAR et al., 2018). Entretanto, é importante lembrar que a degradação das reticulações não deve ser total, mas até 70%, caso contrário o material perde propriedades (ZHAO et al., 2014). Partindo desse entendimento, o objetivo do trabalho é reciclar uma formulação vulcanizada de borracha SBR, uma das borrachas usadas na fabricação de pneus, através da regeneração mecanoquímica, tendo o bis(4- metilfenilsufonilditiocarbimato) zincato (II) de tetrabutilamônio (ZNIBU) como agente de regeneração, levando a diminuição destes resíduos sólidos e deixando- os aptos a uma nova vulcanização.

Material e métodos

A primeira etapa focou-se na formulação de uma borracha SBR através da norma ASTM D3191-10 (2020). Em seguida, analisou-se as propriedades reométricas do material para obtenção de alguns parâmetros como o tempo ótimo de cura (T90), o qual é responsável por formar 90% das reticulações. Para isso, 5g da composição crua foi retirada e analisada no RPA, utilizando a norma ASTM D 2084-81. Com os valores de T90, as composições foram então vulcanizadas em uma prensa hidráulica, seguindo a norma ASTM D3182-07 e respeitando o T90 de cada amostra. Para a regeneração mecanoquimica, utilizou-se esta borracha vulcanizada como base, tendo como agente de regeneração o ZNIBU em diferentes concentrações (6, 8 e 10phr), seguindo o procedimento desenvolvido por Pacheco e colaboradores (2005). O material regenerado foi retirado do misturador e mantido em ambiente escuro por 24 horas; após isso as propriedades reométricas do material regenerado foram analisadas, também pela norma ASTM D 2084-81, além da análise do grau de inchamento da borracha regenerada. Este por sua vez, está relacionado à capacidade do solvente em inchar o polímero, entendendo que quanto maior o número de ligações cruzadas, menor será a distância entre elas, dando ao polímero um menor espaço para se expandir, tendo assim um menor valor de S(%) e vice versa (SENNA et al., 2012). Para isso, pesou-se uma amostra de 2,0X2,0X0,2cm de cada composição, sendo então imersas em tolueno, com frasco vedado por 7 dias. Em seguida, as amostras foram brevemente secas, pesadas, e deixadas à temperatura ambiente por mais 4 dias, sendo pesadas até massa constante. O grau de inchamento pode ser calculado a partir da equação: S(%)=((mi-mf)/mi)X 100 Sendo assim, mi= massa inicial do corpo de prova e mf= massa final do corpo de prova.

Resultado e discussão

PROPRIEDADES REOMÉTRICAS Os resultados encontrados para as propriedades reométricas são apresentados na Tabela 1. O ZNIBU pode atuar tanto como agente de regeneração, quanto como acelerador (MORENO et al, 2017). Portanto, nas amostras regeneradas o ZNIBU se comportou das duas maneiras, já na amostra vulcanizada o acelerador utilizado foi o TBBS. Na tabela 1 é observado que o T90 do material vulcanizado é menor que o dos materiais regenerados. Isso se dá devido ao tipo de acelerador utilizado: o ZNIBU (acelerador lento), apresenta maiores valores de T90, enquanto o TBBS (acelerador rápido) apresenta menores valores de T90 (OLIVEIRA et al, 2010). Na análise de MH é visto que os materiais regenerados apresentam maiores valores para essa propriedade, isso pelo fato da regeneração não quebrar todas as reticulações, sendo assim, quando o material é revulcanizado o seu MH é maior que o material vulcanizado. Contrapartida, à medida que aumenta-se a concentração de ZNIBU este valor diminui, porém ainda sim os materiais regenerados apresentam maiores resultados que o vulcanizado (MORENO et al, 2017) O ML refere-se à processabilidade do material, sendo associado à sua viscosidade. Desta forma, quanto maior a densidade de reticulação, maior a viscosidade, maior o ML e vice versa. Sendo assim, a partir da tabela pode-se concluir que o aumento de ZNIBU torna o material mais plástico. GRAU DE INCHAMENTO Na Tabela 2, é possível observar que os materiais regenerados apresentaram um grau de inchamento maior que o material vulcanizado, ratificando a eficiência do ZNIBU em desfazer as reticulações. Contrapartida, é possível observar que o material regenerado com 8phr de ZNIBU apresentou o maior grau de inchamento, indicando a maior taxa de regeneração entre os materiais regenerados.

Propriedades reométricas obtidas em RPA para a composição inicial de SBR vulcanizada e para as composições de SBR regeneradas


Grau de inchamento da composição inicial de SBR vulcanizado e para as composições de SBR regeneradas com ZNIBU, em tolueno

Conclusões

A regeneração é um processo de quebra das reticulações da borracha, permitindo sua reciclagem. Assim sendo, o presente trabalho propôs a regeneração mecanoquímica de uma composição de borracha vulcanizada que poderia ser utilizada em pneus inservíveis, tendo o ZNIBU como agente de regeneração. Os resultados sugerem este material pode ser utilizado como tal. Entretanto, entre as concentrações analisadas a que apresentou maior efetividade foi a de 8phr, embora seja importante salientar que as demais também foram efetivas no alcance do objetivo proposto.

Agradecimentos

Agradecimentos ao IMA e aos colegas do Laboratório de Compostos de Borracha (J- 117) por todo suporte e ajuda durante a pesquisa.

Referências

ABOELKHEIR, M. G.; VISCONTE, L.Y.; OLIVEIRA, G.E.; TOLEDO FILHO, R. D.; SOUZA, F.G.JR. The biodegradative effect of Tenebrio molitor Linnaeus larvae on vulcanized SBR and tire crumb. Science of the Total Environment, [s. l.], v. 649, p. 1075-1082, 2019b. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.228.

ASARO, L.; MICHEL, G.; SEGHAR, S.; HOCINE, N. A. Recycling of rubber waste by devulcanization. Resources, Conservation & Recycling, [s. l.], v. 133, p. 250-262, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.02.016.

MORENO, P. H. H.; VISCONTE, L. L. Y.; SILVA, A. L. N.; TAVARES, E. C.; PACHECO, E. B. A. V. P.; LOPES, T. C. Breakage of sulfur crosslinks in styrene-butadiene rubber by zinc(II) dithiocarbimate derivative. Colloid and Polymer Science. [s. l.], v, 295, p. 2041-2050, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s00396-017-4182-x.

OLIVEIRA, I.; CUNHA, L.; VISCONTE, L.; OLIVEIRA, M.; RUBINGER, M. The evaluation of bis(4methylphenylsufonydithiocarbimato)zincate (II) (ZNIBU) activity in the vulcanization of NBR compounds and its effect on their mechanical properties. Chemistry & Chemical Technology. [s. l.], v. 4, n.3, 2010. Disponível em: <http://science2016.lp.edu.ua/sites/default/files/Full_text_of_%20papers/full_text_326.

PACHECO, E.B.A.V.; NETO, J.R.A.; FURTADO, C.R.G.; VISCONTE, L.L.Y.; NUNES, R.C.R. Processo para a regeneração de elastômeros vulcanizados, composições desses elastômeros e artigos moldados assim obtidos. PI05039851, 2005.

SENNA, A. M.; MENEZES, A. J.; BOTARO, V. R. Estudo da densidade de ligações cruzadas em géis superabsorventes obtidos do acetato de celulose. Polímeros, [s. l.], v. 23, n.1, p.59-64, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S0104-14282012005000078.

WALVEKAR, R.; KUNJU, K.; SAUTRA, R.; SIDDIQUI, K.; RAMARAD, S. Parametric study for devulcanization of waste tire rubber utilizing deep eutectic solvent (DES). MATEC Web of Conferences, [s. l.], v. 152, p.1005, 2018. Disponível em:
https://doi.org/10.1051/matecconf/201815201005.

ZHAO, J.; YANG, R.; IERVOLINO, R.; BARBERA, S. Investigation of crosslinking in the thermooxidative aging of nitrile-butadiene rubber. Journal of Applied Polymer Science, [s. l.], v.132, n.3, 2014. Disponível em: https://doi.org/10.1002/app.41319.