Degradación y reciclaje de elastómerosfundamentos estructurales y aplicaciones

Resumen

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.