Reciclaje del caucho de neumáticos mediante ultrasonidos de alto rendimiento
El caucho de los neumáticos usados es un material tóxico y no biodegradable, por lo que su eliminación supone un problema ambiental y económico. La desvulcanización ultrasónica es un método rápido y eficiente para reciclar el caucho de los neumáticos usados que permite reutilizarlos. El reciclaje ultrasónico del caucho de neumáticos es un proceso relativamente sencillo que se ha probado con éxito. La escalabilidad lineal del proceso de reciclaje ultrasónico de neumáticos permite tratar grandes volúmenes a escala industrial con costes económicos.
El problema de los residuos de caucho
El caucho de los neumáticos usados provoca un importante problema ambiental debido a su toxicidad y a su carácter no degradable. Su estructura de carbono reticulada mediante vulcanización y su toxicidad hacen que su eliminación suponga una carga ambiental. Las técnicas convencionales de reciclaje de caucho no son rentables ni respetuosas con el medio ambiente, y el nuevo material de caucho producido a partir del caucho reciclado presenta una baja calidad, ya que las cadenas poliméricas principales del caucho usado se alteran y debilitan.
Dado que los neumáticos se encuentran entre las fuentes de residuos más problemáticas, se requieren métodos de reciclaje respetuosos con el medio ambiente y económicos. La pirólisis y la desvulcanización son los procesos de reciclaje de neumáticos que ofrecen mejores resultados. Los avances en el reciclaje de neumáticos usados son esenciales para poner fin a la carga ambiental del caucho de neumáticos y contribuyen a reducir su depósito en vertederos.
El tratamiento ultrasónico puede intensificar y mejorar ambos procesos modernos de reciclaje de neumáticos: la pirólisis y la desvulcanización.
Sistema ultrasónico para la desvulcanización de residuos de caucho
Bloque de extrusora personalizado para acoplar la sonicación al elastómero caliente
Desvulcanización ultrasónica del caucho de neumáticos
La desvulcanización ultrasónica rompe los enlaces químicos azufre–azufre y azufre–carbono que forman la reticulación de los neumáticos, lo que da lugar a una masa fundida de caucho blanda. Esta masa fundida de caucho generada mediante ultrasonidos puede reprocesarse y moldearse para obtener nuevos productos de caucho, por ejemplo, neumáticos nuevos. Una ventaja importante de la desvulcanización ultrasónica es que requiere una cantidad de calor significativamente menor. En primer lugar, los fragmentos de neumáticos usados se calientan hasta aproximadamente 400ºF o 200ºC y, a continuación, se introducen mediante un alimentador de tornillo en una celda de flujo, donde el caucho usado se somete a sonicación con ultrasonidos de alto rendimiento a alta presión. Durante la desvulcanización ultrasónica, el caucho pasa de su estado sólido inicial a una materia altamente viscosa. La ultrasonicación intensa rompe rápidamente la red tridimensional de los elastómeros vulcanizados. El tratamiento ultrasónico que rompe los enlaces químicos de reticulación solo tarda unos segundos. La masa fundida de caucho sometida a sonicación puede reforzarse con agentes de curado y cargas, y moldearse para obtener nuevos productos de caucho.
Valorización ultrasónica de residuos pirolíticos
Los residuos pirolíticos pueden valorizarse mediante sonicación en ácidos clorhídrico y fluorhídrico para obtener negro de humo pirolítico. El tratamiento ultrasónico permite transformar con éxito los residuos pirolíticos de neumáticos usados en negro de humo comercial de alto valor añadido. De este modo, el tratamiento ultrasónico posterior a la pirólisis mejora significativamente la eficiencia global de la pirólisis de neumáticos usados.
Sonicadores de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics es su socio experimentado en procesos ultrasónicos de alto rendimiento. La desvulcanización ultrasónica requiere procesadores ultrasónicos industriales de alta potencia capaces de funcionar en condiciones de alta presión y alta temperatura. Otro requisito indispensable es proporcionar amplitudes muy elevadas. Se pueden mantener fácilmente amplitudes de hasta 200 µm de forma continua durante el funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se ofrecen sonotrodos ultrasónicos personalizados. Los sonotrodos de Hielscher para alta presión y alta temperatura se fabrican y se sintonizan para las exigentes condiciones del proceso de desvulcanización. Mediante matrices personalizadas, la bocina ultrasónica (sonotrodo) se introduce en el cilindro de la extrusora. La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 con cargas de trabajo elevadas y en entornos exigentes. ¡Su alto rendimiento y fiabilidad convierten a los sonicadores de Hielscher en equipos de trabajo indispensables para la regeneración del caucho!
La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía/Referencias
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): An Application of High-Power Ultrasound to Rubber Recycling. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites Vol 38, Issue 2; 2003. 103-121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): Devulcanization of Waste Tire Rubber Using Amine Based Solvents and Ultrasonic Energy. MATEC Web of Conferences Vol. 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): The study of ultrasound-assisted oxidative desulfurization process applied to the utilization of pyrolysis oil from waste tires. Journal of Cleaner Production, Volume 18, Issue 18, 2010. 1850-1858.
Información de interés
Vulcanización / Desvulcanización
La vulcanización es un proceso que permite hacer más duro y duradero el caucho natural, cuya durabilidad y flexibilidad son bajas. Para ello, el caucho natural se calienta y, mediante la adición de azufre, se consigue la reticulación entre los polímeros. Mediante esta reticulación, las moléculas poliméricas del caucho, denominadas poliisoprenos, se unen entre sí a través de átomos de azufre. La vulcanización produce el denominado caucho vulcanizado, que ofrece un mayor rendimiento y durabilidad. El caucho vulcanizado se utiliza en neumáticos, mangueras de caucho, suelas de zapatos, juguetes, etc.
La desvulcanización es una técnica en la que se rompe la estructura reticulada, específicamente los enlaces azufre–azufre y/o carbono–azufre. Esto puede realizarse mediante diversos métodos, como los mecanoquímicos, químicos y biológicos, así como mediante ultrasonicación de alta potencia.
Caucho
Los cauchos también se conocen como elastómeros. Elastómero es una abreviación de polímero elástico. Los elastómeros presentan características viscoelásticas: son polímeros pegajosos y muy elásticos. El término caucho se utiliza con frecuencia para distinguir el grupo de elastómeros que deben vulcanizarse o curarse para resultar útiles.
¿De qué está hecho el caucho de los neumáticos?
El caucho de los neumáticos –denominado tire rubber en inglés estadounidense o tyre rubber en inglés británico– está compuesto por varios componentes, entre ellos caucho, cargas y otros aditivos. El caucho de los neumáticos puede estar compuesto por caucho natural, obtenido del «latex sup», que se secreta de la corteza del árbol del caucho, o por caucho sintético. Los cauchos sintéticos se fabrican a partir del petróleo. Los tipos más comunes de caucho sintético son el caucho de estireno-butadieno (SBR), el caucho de polibutadieno y el caucho de butilo. Aunque el caucho es el ingrediente principal de los neumáticos, se incorporan cargas y aditivos para obtener un material de neumático más funcional. El negro de humo y/o la sílice son cargas muy habituales que se añaden para reforzar el compuesto del neumático. El negro de humo y la sílice mejoran el agarre, aumentan la resistencia de los neumáticos a los pinchazos y reducen su resistencia a la rodadura. Los antioxidantes, los antiozonantes y los agentes antienvejecimiento son otros aditivos que mejoran la calidad de los neumáticos y prolongan su vida útil.