Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-09-23T18:41:07Z No. of bitstreams: 1 DissATN.pdf: 4122352 bytes, checksum: fa8d49323466b9188a8556d8d96c46db (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T18:33:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissATN.pdf: 4122352 bytes, checksum: fa8d49323466b9188a8556d8d96c46db (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T18:34:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissATN.pdf: 4122352 bytes, checksum: fa8d49323466b9188a8556d8d96c46db (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T18:34:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissATN.pdf: 4122352 bytes, checksum: fa8d49323466b9188a8556d8d96c46db (MD5) Previous issue date: 2015-09-10 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The Natural rubber is a renewable source material widely used in the manufacture of automotive tire tread. The vulcanization results in a high thermodynamic stability and wide working range materials. However, after the end of life serious environmental and public health problems can occur because of improper disposal or burning. Recycling (devulcanization) is an attractive alternative because it takes advantage of the invested energy potential and relieves the pressures for planting new areas. The devulcanization of natural rubber automotive tire tread was performed by means of double screw extrusion process and intermeshing co-rotating. The directionality and magnitude of shear stress achieved in the process are able to overcome the energy of chemical bonds that make up the cross- linking of vulcanized NR. The devulcanization configures the convertion of three-dimensional structure in two-dimensional for selective splitting of crosslinking preserving such bonds between carbons of the Natural Rubber macromolecular chain. Virgin Natural Rubber compounds and post-consumer load tire tread underwent vulcanization process after being cryogenically milled. The devulcanization was carried out by assessing the influence of the extrusion process parameters, the effect of the particle size range, the presence of thermoplastic material and the addition of antioxidant. After extrusion, it was evaluated the magnitude of the soluble fraction of the extrudates. Soluble were evaluated for thermal stability, thermal behavior and the chemical groups present. They were obtained soluble content exceeding 50%. The most significant were obtained for compound of NR extruded without thermoplastic material. Thermal and chemical analysis indicated the presence of natural rubber molecules. Composite rubber virgin Natural and Natural Rubber devulcanized were prepared and vulcanized. The mechanical properties of tensile strength and hardness of these composites were comparable to those of virgin material, showing that the co-rotation and interpenetrating twin screw extrusion process has great potential for devulcanization for Natural Rubber. / A Borracha Natural é um material de fonte renovável amplamente utilizado na manufatura da banda de rodagem de pneus automotivos. A vulcanização resulta em um material com elevada inércia química e ampla faixa de trabalho. No entanto, após o termino da vida útil sérios problemas ambientais e de saúde pública podem ocorrer em virtude do descarte inadequado ou da queima. A reciclagem (desvulcanização) é uma alternativa atrativa, pois aproveita o potencial energético investido e alivia as pressões para o plantio de novas áreas. A desvulcanização da Borracha Natural da banda de rodagem de pneus automotivos foi realizada por meio do processo de extrusão em rosca dupla co-rotacional e interpenetrante. A direcionalidade e a magnitude das tensões cisalhantes alcançadas no processo são capazes de superar a energia das ligações químicas que constituem as ligações cruzadas da BN vulcanizada. A desvulcanização se configura na conversão da estrutura tridimensional em bidimensional pela cisão seletiva das ligações cruzadas preservando-se as ligações entre carbonos da cadeia macromolecular da BN. Compostos de Borracha Natural virgem e resíduos da banda de rodagem de pneus de carga pós-consumo foram submetidos ao processo de desvulcanização após serem moídos criogenicamente. A desvulcanização foi realizada avaliando-se a influência dos parâmetros do processo de extrusão, o a faixa granulométrica, presença de material termoplástico e adição de antioxidante. Após a extrusão, foi avaliada a magnitude da fração solúvel dos extrudados. Os solúveis foram avaliados quanto à estabilidade térmica, comportamento térmico e grupos químicos presentes. Foram obtidos teores de solúveis superiores a 50%. O mais expressivo foi obtido para o composto de BN extrudado sem material termoplástico. As análises térmicas e químicas indicaram a presença de moléculas de Borracha Natural não vulcanizada. Compósitos de Borracha Natural virgem e Borracha Natural desvulcanizada foram preparados e vulcanizados. As propriedades mecânicas de resistência à tração e dureza medidas foram comparáveis àquelas do material virgem, evidenciando que a extrusão em rosca dupla co-rotacional e interpenetrante apresenta grande potencial de desvulcanização para a Borracha Natural.

A reciclagem de diversos tipos de materiais tem adquirido importância nos últimos anos. Problemas ambientais graves como o acúmulo de rejeitos e a poluição atmosférica, causados pelo crescente consumo de materiais poliméricos, incentivam estudos para o desenvolvimento de diferentes formas de reaproveitamento. Entretanto, a reciclagem de polímeros elastômeros tem demonstrado grande complexidade, pois o material depois de vulcanizado não pode ser remoldado pelo simples aquecimento. A desvulcanização por microondas é uma técnica promissora para contornar este problema, uma vez que possibilita restituir a capacidade de moldagem dos elastômeros. Neste trabalho foi feito um estudo sobre a desvulcanização por micro-ondas em processo contínuo e em batelada do elastômero estireno-butadieno (SBR) com diferentes quantidades de negro de fumo e em diferentes condições de processamento, de modo a avaliar os processos de desvulcanização e esclarecer melhor os fenômenos e reações químicas envolvidas. A eficiência dos diferentes sistemas de desvulcanização adotados foi avaliada por meio de análises termogravimétricas (TG), dinâmico-mecânicas (DMA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho (FTIR), espectrometria de ressonância magnética nuclear (RMN), densidade de ligação cruzada e teor de gel. A desvulcanização foi mais efetiva no elastômero SBR com maiores teores de negro de fumo, empregando o sistema de desvulcanização em batelada com uma única fonte de radiação, enquanto que a desvulcanização contínua não apresentou resultados relevantes para o sistema adotado. O material desvulcanizado demonstrou mudanças químicas e físicas consideráveis na sua estrutura. Assim, a reciclagem de elastômeros utilizando a energia das micro-ondas torna-se possível e provoca mudanças estruturais no material para borracha com altos teores de negro de fumo utilizando o sistema batelada. / The recycling of several materials has acquired importance in the last few years. Serious environmental problems as the increase in waste material and air pollution, caused by the growing consumption of polymeric material, stimulate works to development of distinct ways of reclamations. However, the recycling of elastomers has demonstrated more complexity than other polymeric materials because, after vulcanized, the material can not be remolded by simple heating. The microwave devulcanization is a promissory technique to solve this problem, in as it makes it possible to replace the remold capacity of elastomers. In this work it was studied the devulcanization by microwave in continuous and batch processes of styrene-butadiene rubber (SBR) with different amount of carbon black (CB) and in different process conditions, to evaluate the devulcanization process and to clarify the involved phenomena and chemical. The efficiency of distinct devulcanization systems was evaluated through thermogravimetric analyses (TG), dynamic-mechanical analysis (DMA), differential scattering calorimetric (DSC), Fourier transformed infrared (FTIR), nuclear magnetic resonance (NMR), crosslink density and gel content analysis. The devulcanization was more effective in SBR elastomer with higher amount of carbon black, used the batch systems devulcanization with a single source of radiation, whereas the continuous devulcanization did not show relevant results to the adopted system. The devulcanized material exhibited considerable chemical and physical alteration in its structure. Thus, the elastomers recycling using the microwave energy is possible and generates structural modification in the material for rubber with high amount of carbon black in batch system.

A reciclagem de diversos tipos de materiais tem adquirido importância nos últimos anos. Problemas ambientais graves como o acúmulo de rejeitos e a poluição atmosférica, causados pelo crescente consumo de materiais poliméricos, incentivam estudos para o desenvolvimento de diferentes formas de reaproveitamento. Entretanto, a reciclagem de polímeros elastômeros tem demonstrado grande complexidade, pois o material depois de vulcanizado não pode ser remoldado pelo simples aquecimento. A desvulcanização por microondas é uma técnica promissora para contornar este problema, uma vez que possibilita restituir a capacidade de moldagem dos elastômeros. Neste trabalho foi feito um estudo sobre a desvulcanização por micro-ondas em processo contínuo e em batelada do elastômero estireno-butadieno (SBR) com diferentes quantidades de negro de fumo e em diferentes condições de processamento, de modo a avaliar os processos de desvulcanização e esclarecer melhor os fenômenos e reações químicas envolvidas. A eficiência dos diferentes sistemas de desvulcanização adotados foi avaliada por meio de análises termogravimétricas (TG), dinâmico-mecânicas (DMA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho (FTIR), espectrometria de ressonância magnética nuclear (RMN), densidade de ligação cruzada e teor de gel. A desvulcanização foi mais efetiva no elastômero SBR com maiores teores de negro de fumo, empregando o sistema de desvulcanização em batelada com uma única fonte de radiação, enquanto que a desvulcanização contínua não apresentou resultados relevantes para o sistema adotado. O material desvulcanizado demonstrou mudanças químicas e físicas consideráveis na sua estrutura. Assim, a reciclagem de elastômeros utilizando a energia das micro-ondas torna-se possível e provoca mudanças estruturais no material para borracha com altos teores de negro de fumo utilizando o sistema batelada. / The recycling of several materials has acquired importance in the last few years. Serious environmental problems as the increase in waste material and air pollution, caused by the growing consumption of polymeric material, stimulate works to development of distinct ways of reclamations. However, the recycling of elastomers has demonstrated more complexity than other polymeric materials because, after vulcanized, the material can not be remolded by simple heating. The microwave devulcanization is a promissory technique to solve this problem, in as it makes it possible to replace the remold capacity of elastomers. In this work it was studied the devulcanization by microwave in continuous and batch processes of styrene-butadiene rubber (SBR) with different amount of carbon black (CB) and in different process conditions, to evaluate the devulcanization process and to clarify the involved phenomena and chemical. The efficiency of distinct devulcanization systems was evaluated through thermogravimetric analyses (TG), dynamic-mechanical analysis (DMA), differential scattering calorimetric (DSC), Fourier transformed infrared (FTIR), nuclear magnetic resonance (NMR), crosslink density and gel content analysis. The devulcanization was more effective in SBR elastomer with higher amount of carbon black, used the batch systems devulcanization with a single source of radiation, whereas the continuous devulcanization did not show relevant results to the adopted system. The devulcanized material exhibited considerable chemical and physical alteration in its structure. Thus, the elastomers recycling using the microwave energy is possible and generates structural modification in the material for rubber with high amount of carbon black in batch system.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Armando Madalosso Vieira Filho.pdf: 12599724 bytes, checksum: 65d627ecd808a90acce0c965752d8655 (MD5) Previous issue date: 2009-09-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Finding new ways and techniques of recycling has been one of the main paths searched by investigators to solve the problem of the garbage. For this study were chosen two of the polymers with large volumes of post-consumer material: LDPE and rubber tire. Several studies have been made to incorporate rubber tire in polymers by following different paths one of them is the devulcanization of rubber tire by microwave. The focus of this study was process and characterize blends of virgin and / or recycled LDPE with ground tire rubber. Both formulations, virgin and recycled LDPE, were made with percentage by weight of 0, 5, 10, 20 and 40 of rubber in and with percentage by weight of 0 and 10 in the blends of 50% virgin / 50% recycled LDPE. The formulations were processed into a of single screw extruder, granulated, injected and treated with microwave “in situ”. Tests were made for size distribution of the rubber, tensile, bending, optical and scanning electron microscopy, DSC and infrared spectroscopy. As results obtained were: a rubber tire can be used as an additive for staining, mechanical properties similar to almost all formulations was obtained with up to 10% of tire rubber. The amount of rubber incorporated and composition (recycled or virgin) influence the mechanical and thermal properties of some blends. The treatment with microwaves "in situ" presented influence on the mechanical and thermal properties in the formulations tested, presenting differential properties, such as increased maximum stress in some formulations, demonstrating that the study of the treatment is technologically interesting. / Encontrar novos meios e técnicas de reciclagem têm sido um dos grandes caminhos buscados por pesquisadores para resolver o problema do lixo. Para este estudo foram escolhidos dois dos polímeros com grandes volumes de material pós-consumo: PEBD e borracha de pneu. Várias pesquisas têm sido feitas no sentido de incorporar borracha de pneu em polímeros seguindo diversos caminhos e dentre eles está a desvulcanização da borracha por microondas. O objetivo deste trabalho foi processar e caracterizar misturas de PEBD virgem e/ou recicladas incorporadas com pó de borracha de pneu. Foram feitas formulações com teores de 0, 5, 10, 20 e 40% em peso de borracha no PEBD virgem e reciclado, e 0 e 10% em blendas de PEBD/ PEBD reciclado (50/50). As formulações foram processadas em extrusora de rosca simples, injetadas e tratadas com microondas “in situ”. Foram feitos ensaios de distribuição granulométrica da borracha, tração, flexão, microscopia, DSC e FTIR. Observou-se: que a borracha de pneu pode servir como aditivo para fins de coloração; propriedades mecânicas similares com até 10% de borracha para quase todas as formulações; que a quantidade de borracha incorporada e o tipo de matriz influenciam as propriedades mecânicas e térmicas. O tratamento “in situ” com microondas apresentou influência nas propriedades mecânicas e térmicas nas formulações ensaiadas apresentando propriedades diferenciadas, como aumento da tensão máxima em algumas formulações, demonstrando que o estudo do tratamento é interessante tecnologicamente.

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-23T13:47:40Z No. of bitstreams: 1 DissRB.pdf: 6420019 bytes, checksum: 9a9303246e3fd99e5635cc0d40d684d5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-23T13:47:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRB.pdf: 6420019 bytes, checksum: 9a9303246e3fd99e5635cc0d40d684d5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-23T13:47:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRB.pdf: 6420019 bytes, checksum: 9a9303246e3fd99e5635cc0d40d684d5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T13:48:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRB.pdf: 6420019 bytes, checksum: 9a9303246e3fd99e5635cc0d40d684d5 (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The present study investigated the utilization efficiency of an intermeshing co-rotating twin-screw extruder (ICTSE) in the devulcanization of natural rubber compounds (NR), evaluating the physical, chemical and mechanical characteristics of these materials in each project step. Three accelerated compounds with different sulfur concentrations were submitted to torque rheometry and vulcanized according these results aiming the achievement of elastomers with different crosslinks densities. The influences on the characteristics of the devulcanized material caused by the variation of the extruder barrel temperature, screw rotation, thermoplastics addition and material stiffness were evaluated. Thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), infrared spectroscopy (FTIR), soluble fraction extraction and crosslink density were performed, evaluating the devulcanized compound. Horikx's theory was also used as an indicator of selective crosslink cleavage, defining the compounds to be revulcanized for comparison with the virgin pure material. The revulcanization was carried out with the mixture of the devulcanized compound with the pure, in the proportions of 30/70 w/w, respectively, and in the devulcanized compound singularly, with addition of complementary vulcanization system in both cases. The mechanical, dynamic-mechanical and crosslink density properties of the revulcanized compounds were characterized and evaluated in relation to the properties of the pure compounds. The increase in the concentration of uncrosslinked BN chains and the concentration of sulfur compounds in the extruded samples was observed by thermal tests and spectrocopy, together with the verification of a high level of devulcanization percentage, according to Flory-Rehner, evidencing the regeneration of the natural rubber existent. Also, satisfactory mechanical properties were found in the revulcanized compounds, especially when using auxiliary thermoplastics, revealing the great potential of ERDCI processing for the reuse of discarded BN compounds. / O presente estudo avaliou a eficiência de utilização de uma extrusora com rosca dupla co-rotacional e interpenetrante (ERDCI) na desvulcanização de compostos de borracha natural (BN), avaliando as características físicas, químicas e mecânicas destes materiais em cada fase do projeto. Três compostos acelerados com diferentes concentrações de enxofre foram submetidos a reometria de torque, e vulcanizados de acordo com a curva reométrica, para obtenção de elastômeros com diferentes densidades de ligações cruzadas. Foram avaliadas as influências nas características do material desvulcanizado, causadas pela variação da temperatura do barril da extrusora, velocidade de rotação das roscas, adição de termoplásticos e módulo elástico do material. Análises de termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho (FTIR), fração solúvel (FS) e densidade de ligações cruzadas foram realizadas, avaliandose o composto desvulcanizado. A teoria de Horikx também foi utilizada como indicativa da seletividade de ruptura de ligações cruzadas, definindo os compostos a serem revulcanizados para comparação com o material virgem. A revulcanização foi realizada com a mistura de 30 %(m/m) do composto desvulcanizado e 70 %(m/m) do puro, e também com 100 % do composto desvulcanizado, e adição de sistema de vulcanização complementar. Caracterizou-se os compostos revulcanizados quanto às suas propriedades mecânicas, dinâmico-mecânicas e densidade de ligações cruzadas. Através dos ensaios TGA, DSC, FTIR e a verificação de alto nível de percentual de desvulcanização pela teoria de Flory- Rehner, foi observado o aumento da concentração de cadeias de BN não reticuladas e da concentração de compostos de enxofre nas amostras extrudadas, evidenciando a regeneração da BN presente nos compostos. Também foram encontradas propriedades mecânicas satisfatórias nos compostos revulcanizados, principalmente quando utilizados termoplásticos auxiliares, revelando o grande potencial do processamento por ERDCI para a reutilização de compostos de BN descartados.