Degradación y reciclaje de elastómeros: fundamentos estructurales y aplicaciones

• Autores: Carlos García Jiménez
• Directores de la Tesis: Juan López Valentín (dir. tes.), Alberto Fernández Torres (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 256
• Tribunal Calificador de la Tesis: José María Gómez de Salazar (presid.), Paloma Fernández Sánchez (secret.), Maria Celia Alzórriz Bravo (voc.), Daniel Fernandez Caballero (voc.), Ana M Al lal Baeza (voc.)
• Materias:
  • Química
    • Química macromolecular
      • Elastomeros
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense (pdf)
• Resumen
  • español

    El consumo mundial de elastómeros supera los 26 millones de toneladas. Gran parte se destina a la fabricación de neumáticos, donde el caucho natural y de butadieno son matrices esenciales. Su uso es tan generalizado debido a sus propiedades elásticas únicas, gracias a una red polimérica tridimensional generada por los entrecruzamientos entre las cadenas de caucho durante la vulcanización. Esta ventaja industrial en cuanto a propiedades y aplicaciones de unos materiales únicos, es a la vez un grave inconveniente a la hora de tratar los desechos de su procesado y los productos de caucho una vez finalizan su vida útil. La industria no ha sido capaz de abordar su reciclaje, entendiendo como tal la reversibilidad de las reacciones químicas que se generan durante la vulcanización y, por tanto, el aprovechamiento del caucho utilizado como materia prima, que permita de nuevo ser mezclado, procesado y vulcanizado, con o sin la adición de nuevos cauchos. El hecho de que no se haya alcanzado aún una solución productiva y económica eficiente pone de manifiesto la dificultad del problema que supone el proceso de la desvulcanización, la cual reside en la variabilidad de mecanismos de reacción involucrados, así como la diversidad de reactivos que se emplean en el conformado y vulcanización de cauchos. Estas variables provocan una adición de incógnitas a una ecuación ya de por sí harta compleja.

    La regeneración es el proceso o combinación de procesos más empleados para tratar los desechos del caucho y los compuestos elastoméricos fuera de uso para utilizarlos como materias primas secundarias en otros sectores y aplicaciones. Sin embargo, la regeneración no posee la especificidad y ventajas de la desvulcanización ya que se produce a través de la ruptura incontrolada de los entrecruzamientos existentes en el polímero vulcanizado y promoviendo la escisión de la cadena principal del polímero. En este sentido, los procesos y cambios estructurales presentes en la regeneración son similares a los que se producen durante la degradación de los cauchos y por tanto su estudio puede utilizarse como piedra angular para mejorar el conocimiento sobre la variación de propiedades durante la vida útil del material, sino también sobre los cambios estructurales asociados que podrían ser útiles (en caso de poder ser controlados) para desarrollar métodos de regeneración más efectivos.

    De todos los sistemas de degradación actuales, hemos elegido para esta tesis el tratamiento termo oxidativo a tiempos moderadamente cortos (0 a 9 días), que es lo que la literatura suele abordar, y a tiempos más largos (hasta 157 días) para valorar si los comportamientos actuales de investigación se mantenían en el tiempo, observando unas tendencias muy interesantes y hasta ahora no reportadas. Se estudiaron los sistemas de vulcanización convencional, semieficiente, eficiente, donador de azufre y peróxidos, para dos tipos de caucho, el caucho natural (NR) y el polibutadieno (BR).

    Para el seguimiento de los cambios generados por la degradación térmica, utilizaron técnicas de análisis estructural como son ensayos de espectroscopía IR, medidas reológicas, ensayos térmicos (DSC y TGA) y técnica de resonancia magnética nuclear de protón de doble coherencia cuántica (DQ RMN) para estudiar la evolución de la estructura de la red de entrecruzamientos de los elastómeros. A su vez, se medirá la variación de las propiedades macroscópicas con ensayos mecánicos y de esta forma, tratar de correlacionar las variaciones de estructura y su influencia sobre las propiedades. Se empleó el uso de tioles para el seguimiento de los tipos de entrecruzamientos generados o eliminados durante la degradación, que permiten realizar ataques selectivos sobre los enlaces sulfídicos, que conforman la red de entrecruzamientos (enlaces mono, di y polisulfuro), demostrará una gran influencia entre el porcentaje de participación de cada uno de ellos frente al comportamiento de las muestras a la degradación.

  • English

    The worldwide consumption of elastomers exceeds 26 million tons, with a natural rubber share of close to 45%, the other remaining corresponds to synthetic rubbers. Much of this production goes to the manufacture of tires, where natural rubber (NR) and butadiene (BR) are essential matrices. In this sense, the elastomers of NR and BR can be considered as the most representative within the science and technology of elastomers not only for their individual consumption, but also because their chemical structure is found in a large number of elastomers such as rubber. Synthetic polyisoprene (IR), styrene-butadiene (SBR) copolymers, nitrile rubbers (NBR or butadiene acrylonitrile copolymers), etc. Its use is so widespread in the industry due to its unique elastic properties, the production of tires for the transport sector being one of the most representative industries. All thanks to a three-dimensional polymer network obtained through the formation of cross-linking between the rubber chains during the vulcanization process, which allows very extensive recoveries even though large deformations are applied thereto. This industrial advantage in terms of properties and applications of unique materials is at the same time a serious drawback in the treatment of the wastes from its processing and the rubber products once they have finished their useful life. The market is faced with the problem of treating consumer waste with high stability, which do not decompose easily and for which large amounts of energy have been used in its manufacture. The energy and economic balance forces the industry to search for strategies that allow the maximum use of the materials once they are exhausted...