Cum ar putea deveni anvelopele vechi o resursă pentru noi materiale din cauciuc

Anvelopele uzate sunt una dintre formele de deșeu dificil de reintrodus în circuitul materialelor. Cauciucul din care sunt fabricate este vulcanizat, iar această structură îi conferă rezistență, dar complică reciclarea.

O echipă de cercetători din Iran a încercat să rezolve tocmai această problemă. În loc să distrugă structura cauciucului, oamenii de știință au urmărit să-i schimbe suprafața. Rezultatele indică faptul că o astfel de intervenție poate îmbunătăți legătura dintre cauciucul reciclat și unul nou.

De ce este greu de reciclat cauciucul vulcanizat

În timpul fabricării anvelopelor, cauciucul este vulcanizat. Procesul creează o rețea de legături între moleculele polimerului.Această rețea este esențială pentru rezistența anvelopei. În același timp, ea face ca materialul să nu poată fi pur și simplu topit și remodelat, așa cum se întâmplă în cazul multor materiale termoplastice.

După mărunțirea anvelopelor, se obține cauciuc granular sau pulbere de cauciuc. Materialul poate fi folosit în diverse compozite, dar există o problemă importantă: particulele reciclate nu aderă suficient de bine la unii polimeri noi.

Această incompatibilitate poate afecta proprietățile produsului final. De aceea, cercetarea reciclării cauciucului urmărește inclusiv metode de modificare a suprafeței particulelor.

O intervenție asupra suprafeței, nu asupra întregului material

Cercetătorii de la Iran Polymer and Petrochemical Institute au pornit de la această dificultate. Ei au analizat mai multe modalități de modificare a cauciucului provenit din anvelope uzate. Printre variantele studiate s-au aflat tratamente cu acid sulfuric, acid azotic și permanganat de potasiu. A fost analizată și o variantă în care uleiurile tehnologice erau îndepărtate din cauciucul mărunțit.

Ideea este importantă pentru economia circulară. Dacă materialul nu poate fi refăcut direct, îi poate fi modificată suprafața astfel încât să poată intra într-un nou compozit.

Cercetarea nu demonstrează că anvelopele pot fi transformate simplu în anvelope noi. Ea arată însă că o parte din cauciucul recuperat poate deveni mai util în fabricarea unor materiale noi.

Permanganatul de potasiu a produs cea mai puternică modificare a suprafeței

Unul dintre indicatorii urmăriți de cercetători a fost unghiul de contact al apei cu suprafața cauciucului. O valoare mai mică indică o suprafață pe care apa se răspândește mai ușor.

Pentru cauciucul netratat, valoarea măsurată a fost de 119 grade. După modificarea cu acid sulfuric, aceasta a coborât la 83,9 grade. Acidul azotic a dus valoarea la 94,1 grade. Tratamentul cu permanganat de potasiu a produs cea mai mare schimbare. Unghiul de contact a ajuns la 48,9 grade.

Cercetătorii citați de Global energy prize au observat, prin analize spectroscopice, apariția unor grupări care conțin oxigen. Aceste modificări ale suprafeței pot favoriza interacțiunea dintre particulele de cauciuc reciclat și materialul polimeric în care sunt introduse.

De la suprafață la comportamentul întregului material

O suprafață mai ușor umezită nu este suficientă pentru a demonstra că un material reciclat funcționează mai bine. De aceea, cercetătorii au mers mai departe și au introdus cauciucul modificat în cauciuc nitrilic, un material utilizat în numeroase aplicații tehnice.

Au fost analizate mai multe proporții de cauciuc reciclat. Testele au urmărit comportamentul materialelor sub deformare, precum și modul în care acestea răspund la solicitări repetate. Rezultatele au indicat o compatibilitate mai bună în cazul particulelor tratate cu permanganat de potasiu. Acestea au prezentat interacțiuni mai puternice cu matricea de cauciuc nitrilic. Analiza microscopică a susținut, la rândul ei, existența unor modificări la interfața dintre particulele reciclate și materialul nou.

Mai mult cauciuc reciclat, dar și alte proprietăți

Un aspect interesant al experimentelor este că efectul nu s-a limitat la o simplă îmbunătățire a compatibilității. Pe măsură ce proporția de cauciuc reciclat a crescut, s-au modificat și proprietățile reologice ale amestecului. În cazul cauciucului tratat cu permanganat de potasiu, amestecurile au prezentat o elasticitate mai accentuată și un comportament mai apropiat de cel al unui material solid.

La deformări mari, materialele au prezentat și o capacitate mai mare de disipare a energiei. Cercetătorii au observat, de asemenea, un comportament de întărire la deformare. Aceste rezultate sunt relevante pentru cercetarea materialelor deoarece arată că tratarea cauciucului recuperat poate modifica nu doar aderența, ci și modul în care materialul răspunde la solicitări.

Nu orice tratament chimic funcționează la fel

Cercetarea aduce și o precizare importantă. Îmbunătățirea unui singur parametru nu garantează îmbunătățirea întregului material. De exemplu, acidul azotic a modificat favorabil umezirea suprafeței, dar unele teste mecanice au indicat rezultate mai slabe.

Cercetătorii consideră că oxidarea prea intensă poate afecta structura cauciucului. Prin urmare, obiectivul nu este obținerea celei mai puternice modificări chimice posibile. Este nevoie de un echilibru între modificarea suprafeței și păstrarea proprietăților cauciucului.

De ce contează pentru economia circulară

Problema anvelopelor uzate este una globală. Organizația Națiunilor Unite pentru Mediu a tratat de mai mult timp anvelopele scoase din uz ca pe o sursă importantă de materiale care pot fi recuperate. Există deja mai multe direcții de valorificare. Cauciucul mărunțit poate fi utilizat în diverse materiale compozite, iar alte tehnologii urmăresc devulcanizarea pentru a obține cauciuc care să poată fi reintrodus în procese industriale. Un proiect finanțat prin programul european Horizon 2020 a demonstrat, de exemplu, posibilitatea obținerii unui cauciuc devulcanizat destinat unor aplicații industriale. În acest context, modificarea suprafeței particulelor reprezintă o altă direcție. Ea nu presupune neapărat reconstruirea completă a materialului, ci încearcă să-i ofere o nouă funcție.

De la deșeu la materie primă secundară

Miza cercetării este, în fond, mai mare decât găsirea unei utilizări pentru cauciucul provenit din anvelope. Într-o economie circulară, un material este cu atât mai valoros cu cât poate rămâne mai mult timp în circuitul productiv. Reciclarea nu înseamnă doar reducerea cantității de deșeuri. Înseamnă și recuperarea proprietăților utile ale unui material.

În cazul anvelopelor, această transformare este dificilă tocmai din cauza structurii cauciucului vulcanizat. Cercetarea publicată în Scientific Reports arată că modificarea controlată a suprafeței poate deschide o altă cale către materiale compozite cu valoare mai mare. Deocamdată, vorbim despre rezultate experimentale. Ele nu înseamnă că tehnologia este deja pregătită pentru reciclarea industrială la scară largă.

Dar direcția este semnificativă. În loc ca anvelopa uzată să fie privită doar ca un deșeu dificil de gestionat, cauciucul din interiorul ei poate fi reconsiderat drept materie primă secundară.

Reciclare, recuperare, refolosire

Anvelopele sunt proiectate să reziste. Tocmai această calitate le face greu de readus în circuit după încheierea duratei de utilizare. Noua cercetare propune o abordare diferită: nu distrugerea completă a cauciucului vulcanizat, ci adaptarea suprafeței sale pentru o nouă combinație de materiale.

Permanganatul de potasiu a oferit în experimente cele mai promițătoare rezultate dintre tratamentele analizate. Următorul pas este însă demonstrarea avantajelor în aplicații concrete și la scară relevantă pentru industrie. Dacă această direcție va putea fi transferată din laborator în producție, o parte din cauciucul care astăzi își încheie viața ca deșeu ar putea reveni în economie sub forma unei materii prime pentru materiale noi.