Aperfeiçoamento em processo para a produção de artefatos de borracha e artefatos de borracha assim obtidos

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0706136-6 A2
  • Data do depósito:
  • 12/11/2007
  • Data da publicação:
  • 07/07/2009
Inventores:
  • Classificação:
  • C08J 5/06
    Manufatura de artigos ou de materiais modelados contendo substâncias macromoleculares; / Refor?o dos compostos macromoleculares com material fibroso solto ou coerente; / usando materiais fibrosos pr?-tratados;
    ;
    C08K 7/02
    Emprego de ingredientes caracterizados pela forma; / Fibras ou cerdas;
    ;
    B29B 17/00
    Recuperação de matérias pl?sticas ou outros constituintes de material de refugo contendo matérias pl?sticas;
    ;
    C08L 19/00
    Composições de borrachas n?o incluídas nos grupos ;
    ;

Aperteiçoamento em processo para a produção de artefatos de borracha e artefatos de borracha assim obtidos. A presente invenção refere-se a um aperfeiçoamento em processo de produção de artefatos de borracha, com o aproveitamento de resíduos sólidos provenientes do processo industrial de produção de açúcar e álcool. A invenção refere-se, ainda, a artefatos de borracha obtidos por tal processo. O bagaço de cana-de-açúcar e a fuligem proveniente da queima do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção de energia no processo industrial de produção de açúcar e álcool serão tratados fisicamente e adequados para a utilização como carga para a produção de placas compactas, solados e demais artefatos de borracha, sendo incorporados à borracha pelo procedimento industrial padrão.

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Documento



0706136-6


Aperfeiçoamento em processo para a produção de artefatos de borracha e artefatos de borracha assim obtidos.

A presente invenção refere-se a um aperfeiçoamento em processo de produção de artefatos de borracha, com o aproveitamento de resíduos 5 sólidos provenientes do processo industrial de produção de açúcar e álcool. A invenção refere-se, ainda, a artefatos de borracha obtidos por tal processo. Mais especificamente, o aperfeiçoamento consiste na utilização dos resíduos sólidos provenientes do processo industrial de produção de açúcar e álcool como carga para produção de artefatos de borracha, sendo que os resíduos sólidos utilizados podem ser, tanto o bagaço de cana-10 de-açúcar, quanto o material particulado disperso no ar, proveniente da queima do mesmo (fuligem) para obtenção de energia no processo industrial.

Estado da técnica

O processo de produção industrial de açúcar e álcool apresenta como uma das principais conseqüências, a formação de grande quantidade de 15 resíduos sólidos que não possuem aplicação definida e, então, são descartados no ambiente, sendo um grande problema para a sociedade.

Uma aplicação para o lixo formado em processos industriais é de suma importância, visto que o ecossistema necessita de meios para que menos poluentes sejam descartados e prejudiquem a vida em geral, evitando o aumento de 20 material não utilizável em aterros e locais para descarte.

No processo de produção de borracha são utilizadas cargas inertes para a diminuição do custo de produção e aumento de volume do material formado, sendo como exemplo, caulim comum ou rosa (caulinita, AI2O3.2SiO2.2H2O) e carbonato de cálcio (0aCO3). Também são utilizadas cargas de reforço, visando uma 25 melhoria nas propriedades físicas, sendo utilizados materiais específicos, como exemplo, sílica ((Si02)n), negro de fumo (carbono em dispersão muito fina), entre outros. Todos estes materiais apresentam um menor custo e/ou atuam como reforço para o processo de produção de borracha.

Os resíduos sólidos provenientes do processo de produção 30 de açúcar e álcool podem ser utilizados como cargas para a diminuição do custo de produção de borracha, sendo economicamente mais interessantes do que as cargas utilizadas atualmente. Além de diminuir 0 custo, também é um uso para 0 lixo formado, sendo favorável ao ambiente, um aspecto muito importante, pois evita que maior quantidade de material sólido seja descartado, sendo um procedimento ecologicamente 35 correto.

A borracha é um material que apresenta diversos usos e aplicações, sendo muito utilizada em diversas áreas, desde hospitalar, automobilística, industrial, usos gerais, sendo um exemplo importante 0 uso para a produção de solados para calçados e placas compactas de borracha. A borracha pode ser obtida de duas fontes principais, do látex de determinadas plantas, como exemplo, a seringueira (Hevea Brasiliensis), sendo definida como borracha natural e de derivados do petróleo, denominada borracha sintética, ambas definidas como elastômeros, pois apresentam a capacidade retornar à forma original após distorção.

A estrutura química da borracha natural difere da sintética, sendo a primeira constituída por um polímero orgânico constituído de monômeros de isopreno e a segunda geralmente por um copolímero de estireno e butadieno, existindo também outras composições para a sintética, como a borracha butílica, constituída de isopreno e isobutileno.

A vulcanização da borracha consiste de um processo físico-químico que tem como objetivo melhorar as propriedades químicas e físicas do material, em relação ao material inicial, com o objetivo de evitar, por exemplo, a deterioração em temperaturas muito baixas ou elevadas, aumentando também a resistência mecânica. Esta vulcanização promove a formação de ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas, utilizando o elemento enxofre como ligante na maioria dos processos, através de ligações de dissulfeto. Durante a mistura dos componentes iniciais e posterior vulcanização é possível a incorporação de cargas para a diminuição de custos e aumento de volume de material produzido.

Atentando para os inconvenientes ambientais, vantagens econômicas acima descritas e visando preencher uma lacuna existente no mercado, foi desenvolvido um processo, objeto da presente invenção, que consiste resumidamente na incorporação de cargas provenientes do processo industrial de produção de açúcar e álcool, sendo essas cargas o resíduo de moagem de cana-de-açúcar (bagaço seco) e o material particulado residual disperso no ar após a queima (fuligem seca) para obtenção de energia no processo industrial de produção de açúcar e álcool.

Descrição das figuras

Para um melhor entendimento da presente invenção são anexadas figuras que, de modo esquemático, mas não limitativo, representam:

Figura 1 - Fluxograma do processo da presente invenção.

Figura 2 - Gráfico contendo as análises térmicas do bagaço de cana-de-açúcar.

Figura 3 - Gráfico contendo as análises térmicas da fuligem proveniente da queima do bagaço de cana-de-açúcar.

Figura 4 - Gráfico dos testes físicos de abrasão dos solados produzidos com bagaço de cana-de-açúcar seco.

Figura 5 - Gráfico da aferição da densidade dos solados produzidos com bagaço de cana-de-açúcar seco.

Figura 6 - Gráfico dos testes físicos de dureza dos solados produzidos com bagaço de cana-de-açúcar seco.

Figura 7 - Gráfico dos testes físicos de abrasão dos solados produzidos com a fuligem de cana-de-açúcar seca.

Figura 8 - Gráfico da aferição da densidade dos solados produzidos com a fuligem de cana-de-açúcar seca.

Figura 9 - Gráfico dos testes físicos de dureza dos solados produzidos com a fuligem de cana-de-açúcar seca.

Descrição de uma realização preferencial

Conforme pode ser observado através das figuras supramencionadas, principalmente através do fluxograma do processo e dos resultados dos ensaios físicos e aferições de densidade, o processo de produção de artefatos de borracha pela incorporação de cargas provenientes do processo industrial de produção de açúcar e álcool, objeto da presente invenção, compreende as seguintes etapas:

a)    secagem do bagaço de cana-de-açúcar moído a 110 ± 5°C por cerca de 4 horas;

b)    moagem do bagaço seco em moinho de facas;

c)    análise granulométrica do bagaço seco moído, com utilização de material particulado com diâmetro menor do que 150 pm;

d)    incorporação de até 30% em massa do material particulado com diâmetro menor do que 150 pm aos demais componentes específicos para produção de artefatos de borracha, em um misturador fechado, por 5 minutos, sendo os aceleradores padrões para produção de borracha adicionados nos 30 segundos finais;

e)    homogeneização do material em cilindro aberto por cerca de 5 minutos;

f)    prensagem e vulcanização em torno de 166°C, por cerca de 12 minutos a uma pressão de aproximadamente 143 Bar, para a formação de solado e placas;

g)    análise do solado e placas por testes padrões de abrasão (Norma DIN 53516), densidade (Norma NBR 14737), dureza (Norma NBR 14454) e rheometria.

A carga utilizada no processo de produção de artefatos de borracha pode também ser proveniente da queima do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção de energia no processo industrial de produção de açúcar e álcool, sendo o material particulado residual disperso no ar após a queima (fuligem) usado como carga. Neste caso, o processo da presente invenção compreende as seguintes etapas:

a)    secagem da fuligem a 110 ± 5°C por cerca de 4 horas;

b)    análise granulométrica da fuligem seca, utilizando partículas com diâmetro menor do que 150 pm;

c)    incorporação de até 30% em massa do material particulado com diâmetro menor do que 150 pm aos demais componentes específicos para produção de artefatos de borracha, em um misturador fechado, por 5 minutos, sendo os aceleradores padrões para produção de borracha adicionados nos 30 segundos finais;

d)    homogeneização do material em cilindro aberto por cerca de 5 minutos;

e)    prensagem e vulcanização em torno de 166°C, por cerca de 12 minutos a uma pressão de aproximadamente 143 Bar, para a formação de solado e placas;

f)    análise do solado e placas por testes padrões de abrasão (Norma DIN 53516), densidade (Norma NBR 14737), dureza (Norma NBR 14454) e rheometria.

Os artefatos de borracha, em especial os solados e placas compactas, objetos da presente invenção, apresentam a composição de acordo com as Tabelas 1 e 2.

Reagentes

PHR

SBR 1502

100

Carga inerte

45

Óxido de zinco

2

Auxiliar de fluxo

3

Vaselina

2

Trietanolamina

4

KSM

1

Óleo plastificante

23

Prozone

1

Ácido esteárico

1,5

Enxofre

2,7

MBTS

2,5

T-1

0,1

Tabela 1 - Tabela de componentes para produção de solados.

Reagentes

PHR

Óxido de zinco

3

Banox H

3

Borracha GEB

9

Borracha SBR 1502

12

Borracha Reg.

116

Master CMC

26

Breu

8

Negro de fumo

8

Carga inerte

50

CBS

2

Desmoldante interno

2,5

Enxofre

3

Resina S6 H

17

Pó de lixadeira    99

Vaselina_1

Tabela 2 -Tabela de componentes para produção de placas.

Os artefatos de borracha obtidos pelo processo acima, em especial, placas compactas e solados, contêm em suas composições até 30% em massa, de bagaço de cana-de-açúcar ou fuligem proveniente da queima do bagaço de cana-de-açúcar, seco a 110 ± 5°C por cerca de 4 horas.

Experimental

Uma massa determinada de bagaço de cana-de-açúcar foi seca a 110 ± 5°C durante 4 horas, sendo moída em um moinho de facas após a secagem. Uma análise granulométrica deste material foi efetuada, visando a obtenção de partículas menores do que 150 pm, separadas para utilização como carga, definidas como material 1. Uma massa definida do material proveniente da queima do bagaço (fuligem) foi também seca, a 110 ± 5°C por 4 horas, analisada por análise granulométrica, sendo reservada para incorporação como carga partículas com diâmetros menores do que 150 pm, definida como material 2.

O material 1 foi adicionado ao processo de produção de borracha para solados e placas compactas, de acordo com as composições apresentadas nas tabelas 1 e 2. Os componentes foram adicionados a um misturador fechado (Banbury) por 5 minutos, sendo os aceleradores adicionados nos 30 segundos finais do processo. Após isso, o material foi colocado em um homogeneizador aberto (Cilindro), por 5 minutos. Os corpos de prova foram prensados e vulcanizados a 166°C, por 12 minutos a uma pressão de 143 Bar. Os materiais obtidos foram analisados por testes padrões de abrasão (Norma DIN 53516), densidade (Norma NBR 14737), dureza (Norma NBR 14454) e rheometria, tanto para o solado como para as placas.

O material 2 foi adicionado ao processo de produção de borracha para solados e placas compactas, segundo procedimento descrito anteriormente para o material 1, sendo os materiais obtidos analisados por testes padrões de abrasão, densidade, dureza e rheometria, tanto para o solado como para as placas.

Pelas análises térmicas referentes ao bagaço seco de cana-de-açúcar, figura 2, foi possível a determinação de umidade presente no material, sendo de aproximadamente 3,3% em massa. A quantidade de matéria orgânica no material foi quantificada estando próxima de 72,6% e os sólidos residuais após aquecimento até 1000°C apresentaram 12,4 % em massa, aproximadamente.

Pelas análises térmicas referentes à fuligem seca de cana-de-açúcar, figura 3, foi possível a determinação da quantidade de água presente no material, sendo de aproximadamente 12,7% em massa. A quantidade de sólidos voláteis foi quantificada estando próxima de 16,2% e os sólidos residuais após aquecimento até 1000°C apresentaram 70,9 % em massa, aproximadamente, relativo à matéria inorgânica.

A quantidade de água presente em materiais utilizados como cargas possui um limite apropriado para o uso, sendo até 6% em massa. Os materiais definidos como bagaço seco e fuligem seca apresentaram em sua composição 3,3 e 12,7%. Apesar de a fuligem apresentar uma quantidade de água adsorvida maior do que o indicado, as placas compactas e os solados foram produzidos sem comprometimento da qualidade, isso se deve ao fato de que durante o processo de mistura em temperatura superior a 110°C, a água é eliminada.

A Tabela 3 ilustra os ensaios comparativos entre placas compactas com os materiais bagaço seco, Lolkaflok e Solkaflok utilizados como cargas, demonstrando que o material formado com o bagaço seco apresentou densidade e dureza semelhantes, comparado com os materiais padrões. O ensaio de abrasão apresentou um menor valor para o material proposto, próximo do valor do padrão Lolkaflok.

Cargas utilizadas

Densidade (g/cm3)

Dureza (Shore A)

Abrasão (mm3)

Bagaço seco

1,20

83

588

Lolkaflok

1,22

82

590

Solkaflok

1,23

84

620

Tabela 3

A Tabela 4 ilustra os testes físicos comparativos entre os materiais fuligem seca, caulim rosa e caulim comum, utilizados como carga para produção de placas compactas. Os resultados de dureza foram semelhantes entre os três materiais. A densidade e abrasão da placa sintetizada com fuligem seca como carga apresentaram menores valores do que os materiais padrões, com valores próximos dos obtidos para a placa com caulim rosa.

A densidade, a dureza e a abrasão das placas sintetizadas

com bagaço seco e com fuligem seca apresentaram valores próximos para os materiais padrões utilizados, podendo, portanto, serem utilizados para esta finalidade._

Cargas utilizadas

Densidade (g/cm3)

Dureza (Shore A)

Abrasão (mm3)

Fuligem seca

1,24

89

448

Caulim rosa

1,27

88

454

Caulim comum

1,28

89

479

Tabela 4

Para os ensaios físicos realizados para solados, identificados nas figuras 4 a 9, foi efetuado um estudo da composição da carga, utilizando inicialmente 100% em massa de carga e diminuindo a concentração com adições de sílica Rhodia (BS 45), com as proporções demonstradas nas respectivas tabelas de cada ensaio.

Na figura 4, estão representadas as análises de abrasão 5 para solados sintetizados utilizando como cargas o bagaço seco, caulim comum, carbonato de cálcio e caulim Brasclay®. Em todas as proporções entre a carga e a sílica, o solado produzido com bagaço seco apresentou maior abrasão do que os materiais

utilizados usualmente, mas com valores próximos aos padrões._

Abrasão do material analisado (mm3)_

% Carga Bagaço seco Caulim comum Carbonato de cálcio Caulim Brasclay®

100

534

410

488

250

70

364

243

228

190

50

300

223

200

198

30

209

190

178

175

10

179

168

167

162

Tabela 5

10    A figura 5 ilustra as análises de densidade para solados

produzidos com cargas bagaço seco, caulim comum, carbonato de cálcio e caulim Brasclay®. O bagaço seco apresentou uma menor densidade do que todos os materiais

usados como cargas padrões._

Densidade do material analisado (g/cm3)_

% Carga Bagaço seco Caulim comum Carbonato de cálcio Caulim Brasclay®

100

1,01

1,13

1,14

1,13

70

1,03

1,11

1,11

1,13

50

1,06

1,10

1,10

1,10

30

1,06

1,11

1,10

1,11

10

1,08

1,11

1,11

1,11

Tabela 6

15    A figura 6 representa os ensaios de dureza para os

materiais produzidos com bagaço seco, caulim comum, carbonato de cálcio e caulim Brasclay® como cargas. Em todas as proporções em relação ao BS 45, os solados com