Desenvolvimento de bandas de rodagem com menor resistência ao rolamento e menor impacto ambiental - Moresco, Suélen (My University, 2016)
The tire industry is in constant development in order to make its products safer, more durable, ecologic and energy saving. To achieve these objectives, improvements in the properties of abrasion resistance, wet grip and rolling resistance are necessary, beside the use of eco-friendly raw materials.The aim of this study was to develop an elastomeric formulation of tire treads for passenger car in order to improve these technical characteristics and to reduce the environmental impacts through the use of alternative additives. Therefore, the naphthenic oil was replaced by a vegetable oil, and zinc oxide (ZnO) by an additive with a lower percentage of zinc. Moreover, full/part carbon black replacement by rice husk ash was performed. The characterization of these ingredients was carried out by analyzing the specific surface area, the distribution of the particle size and pores and the pH analysis. A standard formulation for passenger car tire treads was developed (6 phr of naphthenic oil and 40 phr carbon black). From this formulation, new formulations were developed with total replacement of carbon black (NF) (40 phr) by ash rice husk (CCA) (20, 40, 60, 80 and 100 phr) and partial replacement of NF (30NF/10CCA and 20NF/20CCA). In these formulations, vegetable oil (3 phr) was used instead of naphthenic oil (6 phr). The CCA was evaluated in comparison with silica and treated rice husk ash (CCAT). Moreover, the silanization process was evaluated in one, two and three step processes. In the last stage of this study, the formulation with the best properties was chosen for studying the replacement of ZnO by organic zinc. The results showed that increasing the number of silanization steps caused a reduction of the Payne effect values related to a better polymer-filler interaction. However, no significant improvements were found in the mechanical properties by increasing the number of stages. The results showed that it is possible to completely replace the naphthenic oil by vegetable oil, zinc oxide for organic zinc and to partially replace the CCA by NF gaining 21% in abrasion resistance and 18.8% in rolling resistance properties. These results are of great importance for the tire industry, combining sustainability to the use of raw materials from renewable sources and reuse of an agro-industrial waste.
A indústria de pneumáticos está em constante desenvolvimento com o intuito de que seus produtos sejam mais seguros, duráveis, ecológicos e, ainda, proporcionem economia de energia. Para alcançar essas metas são necessárias melhorias nas propriedades de resistência à abrasão, aderência em pista molhada e resistência ao rolamento, além da utilização de matérias-primas ecologicamente corretas. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver uma formulação elastomérica para banda de rodagem de pneu de automóvel com essas características técnicas e menor impacto ambiental, através do uso de aditivos alternativos. Assim, o óleo naftênico foi substituído por um lubrificante proveniente de fonte vegetal, e o óxido de zinco (ZnO) por um aditivo com menor percentual de zinco. Além disso, foi avaliada a substituição total/parcial do negro de fumo (NF) pela cinza da casca de arroz (CCA). A caracterização destes aditivos foi realizada através de análises de área superficial específica, distribuição de tamanho de partículas e poros e análise de pH. Foi desenvolvida uma formulação padrão para bandas de rodagem para pneu de passeio (6phr de óleo naftênico e 40 phr de negro de fumo). A partir desta formulação foram desenvolvidas formulações com a substituição total do NF (40 phr) pela CCA (20, 40, 60, 80 e 100 phr) e com a substituição parcial desta carga (30NF/10CCA e 20NF/20CCA). Nestas formulações, o óleo proveniente de fonte vegetal (3phr) foi utilizado em substituição ao óleo naftênico (6 phr). A CCA foi avaliada comparativamente à sílica e à cinza da casca de arroz tratada (CCAT), onde foi avaliada a reação de silanização em uma, duas e três etapas de reação. Na última etapa do trabalho foi escolhida a formulação com as melhores propriedades para avaliação da substituição do ZnO pelo zinco orgânico. Os resultados demonstraram que o aumento do número de etapas de silanização ocasiona uma diminuição nos valores de efeito Payne, relacionada a uma melhor interação polímero-carga. Porém, não foram observadas melhoras significativas nas propriedades mecânicas com o aumento do número de etapas. Os resultados mostraram que é possível substituir totalmente o óleo naftênico pelo óleo vegetal, o óxido de zinco padrão pelo zinco orgânico, e substituir parcialmente o NF pela CCA com ganhos de 21,7% na resistência a abrasão e 18,8% na resistência ao rolamento da banda de rodagem. Estes resultados são de grande importância para a indústria pneumática, uma vez que aliam a sustentabilidade à utilização de matérias-primas de fontes renováveis e o reaproveitamento de um resíduo agroindustrial.
Keywords: Pneumáticos; Resistência de materiais; Borracha - Indústria; Óleos vegetais; Produtos novos; Tires, Rubber; Strength of materials; Rubber - Industry; Vegetable oils; New products