UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV FACULTATEA DE DESIGN DE PRODUS SI MEDIU INGINERIA VALORIFICARII DESEURILOR GRUPA 17711

REFOLOSIREA SI PRELUCRAREA CAUCIUCULUI UTILIZAT - ANVELOPELE

COORDONATOR: AUTOR:Prof. univ. Dr. Ing. Visa Maria Neagu Anamaria-Andreea

CUPRINS:1. Introducere32. Istoric 33. Utilizare44. Cauciucul natural54.1. Proprietatile cauciucului64.2. Intrebuintarile cauciucului75. Cauciucul sintetic86. Fabricarea anvelopelor si compozitia lor117. Tratarea prin piroza138. Concluzia finala159. Bibliografie16

1.INTRODUCERE

Cauciuculeste un termen general care defineste polimerele elastice dinguma si poate fi de origine naturala sau artificiala ; cauciucul sintetic obtinut dinizopren- acesta din urma avand o forma mai pura din punct de vedere omogen, cheltuielile de obtinere fiind la randul lor mai reduse decat cele ale cauciucului natural. Utilizarea principala a cauciucului sintetic este pentru fabricarea anvelopelor, sau ca inlocuitor al cauciucului natural care se obtine din latexulprodus dearborele de cauciuc(Hevea brasiliensis).

2.ISTORICIn perioada 1735 - 1744, exploratorul Charles Marie de La Condamine intreprinde o expeditie stiintifica in Peru pentru masurarea meridianului terestru. In zona Amazonului, in 1744, descopera arborele de cauciuc si remarca proprietatile sevei secretata de acesta.Charles Goodyear descopera intamplator vulcanizarea pe care o breveteaza in 1844. In 1860, Charles G. William obtine separarea izoprenului. Alte inovatii industriale sunt aduse de francezul Gustave Bouchardat in 1880 si de englezul William Tilden in 1884. In timpul celui de-al Doilea Razboi Mondial este stimulata productia de cauciuc sintetic pentru inlocuirea cauciucului natural.

Descoperirea cauciucul sinteticIn anul 1860 Greville Williams reuseste sa obtina si sa stabileasca formula chimic a izoprenului (C5H8) prin distilarea cauciucului natural. Aceasta descoperire face posibila etapa urmatoare de sintetizare a cauciucului artificial dinizoprensiacid clorhidric, in anul 1879 de catre Gustave Bouchardats. In cursul anului 1900 J. Kondakow reuseste sintetizarea din dimetilbutadiena. Patentul de obtinere a cauciucului artificial i-a fost acordat in anul 1909 lui Fritz Hofmann . Aceasta descoperire permite firmeiBayerdinLeverkusensa produca intre anii 1915-1918 o cantitate de 2500 de tone cauciuc artificial. Prima productie de cauciuc sintetic rentabila din punct de vedere economic a fost cauciucul (SB) produs in 1929 prin metoda de polimerizare a emulsiei a lui Walter Bock din 1,3-Butadiena sistyrol. In anul 1930 Erich Konrad si Eduard Tschunkur reusesc sa produca inGermaniacauciucul (NBR), iar inUSAfirmaDuPontproduce cauciucul (CR), care azi este numitneopren. In 1942, inUSAse reuseste producerea cauciucului-silicon , iar in 1948 cauciucul-fluor, ca in anii urmatori sa fie perfectionata tot mai mult productia de cauciuc sintetic.

3.UTILIZAREIntre 65% si 70% din productia totala de cauciuc este folosita ca materie prima pentru producerea anvelopelor de masini. Cauciucul natural este folosit ca polimer sau sub forma de amestec cu cauciucul sintetic. Dezavantajul cauciucului natural este se poate descompune daca ajunge in contact cu lumina solara (razeleUV) sau culipidele. O alta aplicare importanta este de folosire caliantin industria hartiei, industria producatoare de covoare sau in medicina manusile din latex. Mai poate fi folosit ca profile elastice de etansare, la cele care sunt supuse la actiunea intemperiilor se foloseste EPDM (ethylene propylene diene monomer).

4.CAUCIUCUL NATURAL

Cauciucul natural se extrage din sucul laptos al unor arbori tropicali de genul Hevea brasiliensis, Ficus elastica, ori din sucul unor plante care cresc in zona temperata, cum ar fi: tau-sacazul, coc-sacazul, si cram-sacazul, in care latexul este depus in radacini.Din punct de vedere chimic, cauciucul natural este o hidrocarbura macromoleculara, cu formula bruta (C5H8)n, unde n variaza intre 1000 si 5000. Moleculele cauciucului sunt formate din catene lungi ce au ca si component structural de baza izoprenul:

CH3 CH3 | |-CH2-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH2-

Izoprenul produs in celulele arborelui de cauciuc in urma unor procese biochimice asemanatoare celor prin care se formeaza rasina in conifere, are formula bruta: C5H8 sau 2-metil-butadiena:CH2=C-CH=CH2|CH3

Cauciucul natural obtinut din latex este ambalat in baloturi si expediat fabricilor pentru prelucrare.

4.1.Proprietatile cauciucului Cauciucul brut are o culoare slab galbuie, este insolubil in apa, alcool, acetona, dar solubil in benzen, benzina, sulfura de carbon etc. Cea mai importanta proprietate a cauciucului este elasticitatea, care este optima intre 0 si 300.Cauciucul brut prezinta o serie de inconveniente: elasticitatea sa variaza cu temperatura, si anume: la peste 300 el se inmoaie (curge), iar sub 0 devine casant. Sub actiunea oxigenului cauciucul "imbatraneste", adica devine sfaramicios si inutilizabil.Prin vulcanizare, la dublele legaturi ale catenei se aditioneaza sulf, ceea ce duce la o cuplare intre molecule, prin punti de sulf. Vulcanizarea transforma cauciucul dintr-un material plastic intr-un material elastic modificandu-si comportarea la actiunea dizolvantilor:

CH3 CH3| | | |-CH2-C-CH-CH2-CH2-C-CH-CH2-| |S S| |-CH2-C-CH-CH2-CH2-C-CH-CH2-| | | |CH3 CH3

Practic, vulcanizarea se face tratand cauciucul cu sulf sau cu protoclorura de sulf, S2Cl2 in proportie de 0,3-3% ,in greutate fata de cauciuc si in conditii speciale de temperatura si de presiune.Un procedeu modern il constituie vulcanizarea radioactiva, care consta n expunerea cauciucului influentei radiatiilor emise de izotopul radioactiv al cobaltului, obtinandu-se un cauciuc vulcanizat de calitate superioara. Prin vulcanizare, cauciucul isi imbunatateste proprietatile: i se mareste elasticitatea pe care si-o mentine intre limite mult mai mari de temperatura, devine mai rezistent la agenti mecanici, la frecare, la agenti chimici si la apa, nu lasa gazele sa treaca prin el si dobandeste calitati de bun izolator electric.Prin incalzire, sub presiune redusa, cauciucul se descompune cu formare de izopren.Datorita dublelor legaturi existente in lantul macromoleculelor, cauciucul are proprietatea de a da reactii de aditie, caracteristice hidrocarburilor nesaturate.Cauciucul aditioneaza brom si acid bromhidric; de asemenea, prin hidrogenare catalitica rezulta hidrocauciucul [C5H10]n, nu mai contine duble legaturi si prezinta caracter saturat.

4.2.Intrebuintarile cauciucului

Cantitati importante de cauciuc se consuma pentru fabricarea anvelopelor, in industria constructoare de masini. Se fabrica tuburi, garnituri, curele de transmisie, articole sanitare, parti din aparate si din instalatii necesare industriei chimice, cleiuri de lipit, incaltaminte de cauciuc, izolatoare electrice, obiecte de uz casnic etc.

5.CAUCIUCUL SINTETICCauciucul sintetic este un compus macromolecular cu proprietati asemanatoare celor ale cauciucului natural, care se obtine prin polimerizarea izoprenului sau prin polimerizarea butadienei ori prin copolimerizarea lor cu stiren sau cu nitril-acrilic etc. Vulcanizarea cauciucului sintetic se face analog cu a cauciucului natural. Fabricarea cauciucului sintetic comporta doua operatii:-prepararea monomerului; ca monomeri se pot folosi: izoprenul, butadiena, stirenul metil-stirenul, acrilonitrilul, cloroprenul etc.;-polimerizarea sau copolimerizarea monomerilor enumerati.

Ca procedee de polimerizare se utilizeaza astazi:-polimerizarea termica in prezenta de sodiu metalic;-polimerizarea in bloc (masa) si in emulsie.Cateva din cele mai importante tipuri de cauciucuri sintetice:-Cauciucul polibutadienic (Buna). In anul 1923, S.V. Lebedev a fabricat in U.R.S.S. acest tip de cauciuc sintetic prin polimerizare, sub actiunea sodiului metalic, a butadienei, obtinute pe atunci din alcool etilic. Astazi, butadiena se polimerizeaza n emulsie folosind ca initiatori hidroperoxidul de izopropil-benzen.In procesul de polimerizare, moleculele de butadiena se pot lega in pozitiile 1, 4 rezultand polimeri liniari nesaturati conform schemei:

1 2 3 4 1nCH2=CH-CH=CH2-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2--Butadiena Polibutadiena (polimer liniar nesaturat)In realitate, procesul de polimerizare nu poate fi condus in intregime in acest sens, astfel ca o parte din moleculele de butadiena se leaga in pozitiile 1, 2 rezultand polimeri cu catene laterale nesaturate, conform schemei:

1 2 3 4 1 2 1 2nCH2=CH-CH=CH2-CH2-CH-CH2-CH-1, 3 - Butadiena | | 3CH 3CH || || 4CH2 4CH2-Polibutadiena (polimer cu catene laterale nesaturate)Cauciucul butadienic se cunoaste sub denumirea de cauciuc Buna (butadien-natrium), nume ce deriva de la procedeul lui Lebedev (polimerizarea butadienei cu sodiu metalic).-Cauciucul butadienic se foloseste in amestec cu altele, la fabricarea anvelopelor, a tesaturilor cauciucate etc.-Cauciucul poliizoprenic se obtine prin polimerizarea izoprenului in emulsie, sub actiunea unor catalizatori organo-metalici, rezultand un produs macromolecular identic cauciucului natural:

CH3 CH3 CH3| | |nCH2=C-CH=CH2-CH2-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH2--Izopren (Cauciuc poliizoprenic) - in viitor, dezvoltarea industriei cauciucului va tinde catre fabricarea acestui produs.-Cauciucul butadien-stiren (butadien-stirenic) - catenele laterale nesaturate de la cauciucul polibutadienic pot deveni la randul lor punctul de plecare al unor noi polimerizari, tot cu molecule de butadiena, ceea ce ar duce la obtinerea unui polimer cu catena ramificata. Acest neajuns ar fi putut fi evitat prin copolimerizarea butadienei cu circa 20% stiren (CH2=CH-C6H5 sau vinil-benzen). Copolimerul rezultat, butadiena-stiren, este constituit din macromolecule de forma:

-CH2-CH=CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2-|C6H5 n

Prin acest procedeu s-a fabricat, dupa anul 1936, cauciucul sintetic cunoscut sub numele de Buna S, cauciuc S-K (sovietic-Kauciuc), G.R.S. (fabricatie S.U.A.) etc.Productia mondiala de cauciuc butadiena-stiren este de 2000000 tone/an. In tara noastra, la combinatul de cauciuc sintetic din orasul Gheorghe Gheorghiu-Dej, se fabrica cauciuc butadien-metil-stirenic, prin coplimerizarea butadienei cu metil-stirenul (CH2=C-C6H5), raportul copolimerilor fiind de 70% butadiena si 30% metil-stiren. Copolimerul rezultat (butadiena-metil-stiren) avand macromoleculele de forma:CH3|-CH2-CH=CH-CH2-CH2-C-CH2-CH=CH-CH2-|C6H5 n

Datorita proprietatilor superioare pe care le prezinta, acest sortiment de cauciuc se foloseste in special la fabricarea anvelopelor.Realizarea cauciucurilor sintetice a creat posibilitatea nelimitata de a se mari capacitatile de producere si a dus la obtinerea unor sortimente de cauciucuri superioare celor naturale, cu utilizari speciale in anumite domenii.In tara noastra, fabricarea cauciucului sintetic in cantitati necesare industriei in plina dezvoltare, constituie o preocupare importanta a statului nostru.La noi in tara, cauciuc sintetic se fabrica la Combinatul Petrochimic din orasul Gheorghe Gheorghiu-Dej. Productia acestui mare combinat, 50000 tone/an, asigura nevoile consumului intern de cauciuc.

Prelucrarea cauciucului (Incorporarea in cauciuc a unor materiale ca acceleratori de vulcanizare, negru de fum etc., inainte de vulcanizare) se face la uzinele prelucratoare, cum ar fi: combinatul de la Jilava, "Cauciucul Quadrat" din Bucuresti, uzinele "Victoria" Floresti-Prahova si Uzina de Anvelope "Danubiana", Popesti-Leordeni-Bucuresti.

6.FABRICAREA ANVELOPELOR SI COMPOZITIA LOR

Deoarece productia mondiala de anvelope totalizeaza peste 800 milioane anual, potentialul pentru reciclarea milioanelor de anvelope vechi care sunt inlocuite este in mod clar foarte important. Procesul de vulcanizare face posibila executia de anvelope de inalta calitate care sunt foarte puternice si rezistente la uzura si, in termeni tehniciprin legaturi incrucisate ale lanturilor de hidrocarburi care formeaza cauciucul conduc la realizarea unei retele tridimensionale elastice. Sulfurile care rezulta din acest proces nu pot fi indepartate, si incercarile de a le modifica structura prin vulcanizare s-au dovedit dificile, costisitoare, si mari consumatoare de energie. S-a continuat cercetarea si dezvoltarea, astfel incat au aparut numeroase tehnici care promit cresterea ponderii materialului reciclabil care poate fi folosit in executia de noi anvelope.O anvelopa este compusa din cateva materiale al carui continut de cauciuc este cuprins intre 46% - 48%, negru de fum 25% - 28%, otel intre 10% - 12%, ulei si agenti de vulcanizare 10% - 12% si textile intre 3% - 6%. Un anumit tip de cauciuc este folosit in carcasa si altul in suprafata de rulare.Elasticitatea carcasei anvelopei, foarte importanta din punct de vedere al utilizarii eficiente pe autovehicul, prezinta dificultati procesului mecanic care va fi folosit in separarea tesaturilor de otel si materiale textile de cauciuc. Tratamentul cryogenic este utilizat pentru a simplifica procedeul de micsorare a dimensiunii si a separarii.Pulberile si granulele de cauciuc sunt folosite in acoperirea locurilor de joaca ale copiilor si a terenurilor de sport unde elasticitatea este importanta. Ele pot fi folosite in producerea pingelelor si a tocurilor pentru pantofi, pentru producerea de anvelope solide, spoilere auto, pedale de bicicleta, varfuri de bastoane si carje. Pulberea secundara de cauciuc este pregatita pentru utilizari specifice in industria cauciucului, si ar putea fi folosita ca aditiv in acoperirea soselelor oferind elasticitate si reducere de zgomot.Producerea de pulberi de cauciuc din anvelope uzate a dovedit in anumite cazuri modificarea caracteristicilor vulcanizarii, si prin aceasta largirea gamei de potentiale utilizari, inclusiv compusi pentru producerea de noi anvelope. S-au continuat cercetarile in aceasta privinta, dar anumiti producatori de anvelope se impotrivesc folosirii pe scara larga a materialelor secundare, deasemenea piata materialelor alternative nu este suficient dezvoltata ceea ce constituie un handicap in continuarea reciclarii pe scara larga.O eficienta metoda de reciclare ce tine de anvelopele uzate, este maruntirea lor in granule refolosite in extrem de multe domenii, dand randament foarte ridicat in comparatie cu alte produse.Datorita faptului ca societatea de consum genereaza din ce in ce mai multe anvelope uzate, dar si datorita proprietatii cauciucului de bun izolator termic, specialistii au fost nevoiti sa caute solutii de reciclare pentru granulele de cauciuc rezultate din maruntirea anvelopelor.Pe masura trecerii timpului s-au cautat solutii de crestere a calitatii granulelor, astfel incat produsul obtinut in urma reciclarii sa aiba calitatea cea mai inalta sis a protejeze mediul inconjurator prin utilizare si fabricare. Solutia a fost:-separarea cauciucului de resturile textile-prin reciclare;-separarea cauciucului de resturi de otel-prin reciclate(topitorii).Dupa indepartarea reziduurilor din sticla, nisipi, piatra, textile si otel, granulele obtinute indeplinesc calitatea optima pentru a garanta ca rezulta un produs finit, curat si pur.In timp, s-a observant ca produsele finite obtinute in urma reciclarii granulelor din cauciuc aveau calitati diferite in functie de calitatea materiei prime(puritate, sortare, tehnologie de fabricare).Sortarea granulelor din cauciuc este foarte importanta, deoarece contribuie la uniformizarea distribuirii fortelor de coeziune, ceea ce ofera o foarte buna stabilitate in timp.Folosirea granulelor cu dimensiuni diferite (nesortate) sau in amestec cu alte produse reciclate (plastic, PVC, etc) sau cu resturi de anvelope (aschii) produce dezechilibru in distributia fortelor aparute la incercarile mecanice, ceea ce duce la ruperea legaturilor si la distrugerea rapida a produsului.Dezvoltarea pietei de desfacere a granulelor din cauciuc a condus la folosirea acestora ca materie prima pentru realizarea unor produse finite care acopera o plaja larga de utilizare: covoare, placi, dale, piste de alergare, strat izolator termic, strat izolator fonic, strat elastic, etc.In concluzie, putem spune ca, cu cat granulele sunt mai bine asortate dupa dimensiuni, cu atat mai mult fortele de legatura create pe suprafetele de contact ale acestora compenseaza mai bine, astfel solicitarile mecanice (inghet-dezghet, raze UV) nu mai sunt la fel de agresive cu produsul nostru finit. 7.TRATAREA PRIN PIROLIZAAnvelopele pot fi tratate prin piroliza, un proces de descompunere prin incalzire, care produce uleiuri si alte substante, inclusiv reziduri nereciclabile. Aceasta poate reprezenta un domeniu de activitate in viitor, dar s-a observat un interes crescut pentru folosirea anvelopelor uzate ca si combustibil pentru a genera energie, datorita puterii calorice comparabile cu cea ale petrolului si mai mari decit cea a carbunelui. Volumul este redus, armaturile de otel pot fi refolosite ca materie prima in turnatorii, iar produsul care ramane este steril. Emisiile de substante toxice pot fi reduse la nivele foarte scazute.Reciclarea cauciucului, ca cel folosit pentru interiorul anvelopei si pentru curele de transmisie este regasita pe tot globul fiind un busines relativ mic, dar bine consolidata. Totusi, anvelopele uzate reprezinta o resursa care trebuie folosita pe scara larga, politica publica este indreptata din ce in ce mai mult catre oprirea aglomerarilor de anvelope uzate, catre recuperarea lor ca material industrial sau ca si sursa de energie.Datorita unei noi tehnologii, inventata de Green Rubber, cauciucul vulcanizat poate fi acum reciclat.

Procesul de "de-vulcanizare", numit De-Link, este folosit pentru recliclarea cauciucului vulcanizat, cum ar fi rotile pentru masini, acest lucru fiind imposibil inainte, relateaza Green Technology.com.Vulcanizarea, inventata in 1839 de Charles Goodyear, presupune adaugarea unor chimicale, inclusiv sulf, in cauciucul natural, rezultand astfel un material mult mai rezistent.Astazi, acest proces este folosit pentru o gama foarte larga de produse, de la rotile masinilor la talpile pantofilor, producandu-se o cantitate impresionanta de materiale ce nu puteau fi reciclate.

Acest lucru a devenit o problema majora in multe tari, in special in cele in curs de dezvoltare, unde campurile pe care erau aruncate cauciucurile au devenit adevarate focare de infectie, fiind un mediu propice pentru inmultirea excesiva a insectelor, in special a tantarilor, purtatori de diverse boli, precum malaria.

Anul trecut, au fost aruncate 1,3 miliarde de cauciucuri, 60% din acestea provenind din Europa si Statele Unite.

In unele state, s-a recurs la arderea acestora, drept combustibil folosit in locul carbunelui, insa aceasta metoda ridica, la randul sau, grave probleme de mediu.Prin procedeul inventat de compania Green Rubber, produsele chimice din cauciucul vulcanizat sunt eliminate, produsele putand fi refolosite.Avand in vedere ca cererea de cauciuc va depasi oferta pana in 2020, potrivit analistilor, iar pretul sau va continua sa creasca, atat din cauza cererii, cat si a faptului ca este legat de pretul petrolului, reciclarea va reprezenta o modalitate esentiala de a mentine aceasta industrie functionala.

8.CONCLUZIA FINALAToate procedeele de reciclare care au fost si sunt practicate isi pun amprenta intr-un mod extraordinar de benefic asupra planetei si a sanatatii noastre. Problemele existentiale sunt de-a dreptul alarmante si dau dovada ca pana nu acum mult timp s-au lasat de izbeliste unele chestiuni virale. Reciclarea este un mod de viata, un motiv pentru a ajuta, chiar si atunci cand arunci gunoiul menajer in spatiii special amenajate, fapt pentru care pot spune ca ne autoeducam din orice punct de vedere. Respectul pentru sine ar trebui sa fie echivalent cu respectul pentru restul populatiei!

Bibliografie1. www.wikipedia.com/rubber2. www.greenrubberband.com3. www.recycle.com

12