Author(s): Figueiredo, Ana Cristina Fernandes
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/5572
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): SBR; Lenhina; Produtos reciclados; Indústria da borracha; Propriedades mecânicas; Ambiente; Marketing; Custos; Lignin; Recycled products; Rubber industry; Mechanical properties; Environment; Marketing; Costs
Mestrado em Engenharia Química - Ramo Otimização Energética na Indústria Química
A sustentabilidade dos processos industriais é uma preocupação premente que tem levado à procura de matéria-prima oriunda de fontes renováveis. A indústria requer constante aperfeiçoamento do produto no que diz respeito a alternativas que melhorem o seu desempenho, que reduzam custos de produção, gerem poupanças energéticas e que causem menor prejuízo ao meio ambiente. Paralelamente, a sustentabilidade do processo produtivo pode tornar-se um fator de diferenciação e argumento de marketing para um consumidor cada vez mais atento a estas questões. O intuito deste estudo foi abordar a incorporação industrial de materiais reciclados ou subprodutos oriundos de indústrias como a do papel, pneus e borracha, elegíveis como uma alternativa interessante a materiais de origem fóssil ou mineral empregues nos processos de produção de placas de borracha para solas de calçado, em misturas de borracha de base resina de estireno-butadieno (SBR), atuando primariamente como cargas. Foi investigada a influência da incorporação de diferentes concentrações dos vários resíduos no processo de reticulação polimérica que ocorre na vulcanização das placas de SBR e o seu efeito sobre as propriedades mecânicas relevantes, a resistência à abrasão, a resistência à flexão, a dureza, densidade e abrasão. Adicionalmente realizou-se uma análise de custos e comparações de impacte económico relativamente à utilização dos diferentes materiais nesse produto e processo produtivo concreto, além de apontar sugestões de desenvolvimento. A incorporação de dois lenhinosulfonatos, subprodutos da indústria da celulose, não teve resultados interessantes nas circunstâncias testadas. O material aparenta decompor-se nas condições térmicas necessárias à vulcanização, resultando na formação de gases que produzem cavidades e deformação da matriz polimérica impedindo a moldagem. Relativamente aos resíduos das indústrias de pneus e de borracha testados, os resultados mostraram que aumentando o teor de resíduo de pó de pneus ou pó de solas na formulação base ocorre simultaneamente um aumento na viscosidade. Verificou-se que o maior tamanho de partícula do resíduo de pó de pneus ou solas incorporado acentuou esta tendência. Verificou-se, ainda, uma diminuição do desempenho mecânico no que respeita à tensão à rutura, alongamento, resistência à abrasão, rasgamento e flexão, o que se atribuí à redução do número de ligações cruzadas na reticulação polimérica destas misturas. Já o aumento na dureza e densidade pode atribuir-se à redução na mobilidade entre as cadeias poliméricas provocado pelo acréscimo de resíduo, o que diminui a flexibilidade da matriz polimérica. Assim, baseado no desempenho mecânico das composições estudadas e considerando os requisitos do mercado do calçado, alguns dos materiais desenvolvidos permitiram resultados interessantes, provando-se viável, nestes casos, a incorporação de resíduos na matriz base de SBR, como cargas de enchimento, Relativamente à análise comparativa de custos associados a estes materiais, concluiu-se que é vantajosa a incorporação de resíduo de pó desvulcanizado de pneus por comparação com as duas formulações base consideradas, formulação S394.02 e formulação C121.02, sendo que nesta a redução de custo encorajou a realização de um ensaio à escala industrial. Ao invés, o desvulcanizado em manta F28 e o pó desvulcanizado de solas, ambos referidos à formulação base S394.02, resultaram num agravamento de custos, não sendo por isso interessante a incorporação feita. Concluiu-se que é viável a incorporação de resíduos provenientes da indústria de pneus e de borracha atuando como cargas em composições de SBR para fabrico de placas de borracha para solas, contribuindo para uma atividade mais sustentável, diminuindo o passivo ambiental criado por este setor industrial, e simultaneamente permitindo redução de custos e criação de novos produtos com interesse comercial.
The sustainability of industrial processes is a pressing concern that has led to the search of materials from renewable sources to raw materials. The industry requires constant perfection of the product with respect to alternatives to improve its performance, to reduce costs, generate energy savings and cause less damage to the environment. In parallel, the sustainability of the production process can become a differentiating factor and marketing argument for an increasingly attentive consumer. The aim of this study was to address the incorporation of recycled industrial materials or sub-products from industries such as paper, tyres and rubber, to be eligible as an interesting alternative to fossil materials or mineral sources used in the production process of rubber soles for footwear, in rubber blends for the base resin styrene-butadiene rubber (SBR), acting primarily as fillers. The influence of the addition of different concentrations of the various cross-linking residues in the polymer process that occurs in the vulcanization of SBR plates and its effect on the relevant mechanical properties of abrasion resistance, flexural strength, hardness and density was investigated. Additionally, we carried out a comparison of costs and economic impact on the use of different materials in a concrete product and production process analysis, while identifying development suggestions. The incorporation of two lignosulphates, sub-product of the pulp industry, had no interesting results in the tested conditions. The material appears to decompose under the thermal conditions necessary for curing, resulting in the formation of gas producing cavities, and deformation of the polymer matrix molding. Regarding the residues of the tyre and rubber industries tested the results show that raising the amount of tyre powder residue or sole powder residue in the base formula will simultaneously raise the viscosity. We verified that the bigger the tyre or sole powder residue particle, the more this was accentuated. We also verified a decrease in the mechanical performance with respect to breaks, stretching, abrasion resistance, tearing and bending, which can be attributed to the reduction of cross-links in these polymer mixtures. Now the rise in hardness and density can be attributed to the reduction of mobility in the polymer chains, provoking the growth of residue which will decrease the flexibility of the matrix polymer. Therefore, based on the mechanical performance of the studied compositions and considering the footwear market requirements, some of the evolved materials show interesting results proving viable the incorporation of waste in the SBR matrix base as fillers. In relation to the cost associated with the analysis of these materials, we can conclude that it is advantageous to incorporate devulcanized tyre powder residue for comparison with the two base formulas considered, formula S394.02 and formula C121.02 being that this reduction of cost encouraged an industrial scale test for the incorporation of this residue. Whereas the blanketed F28 and devulcanized sole powder referred to in formula S394.02 resulted in a worsening of costs, therefore not being of interest. In conclusion the incorporation of the waste from the tyre and rubber industry is viable as fillers in SBR compositions for making rubber soles, contributing to a more sustainable activity, reducing the environmental burden created by the industry, and enabling cost reduction and creation of new products with commercial interests.
