Un método para reducir caucho vulcanizado, estando presente el caucho vulcanizado en un reactor,

y comprendiendo el método los pasos de: purgar el aire del reactor; calentar el caucho, en el que el caucho incluye caucho sintético, en presencia de un disolvente, en el que el disolvente incluye agua a una temperatura por debajo de la temperatura crítica del disolvente; proporcionar una presión que sea, al menos, igual a la presión de vapor saturado del disolvente a esa temperatura; y mantener la temperatura y la presión durante un tiempo suficiente para desvulcanizar el caucho y producir un producto de reacción que sea principalmente una fase sólida, e incluya hidrocarburo del caucho.

Campo de la invención

La invención se refiere a la reducción del caucho, y más concretamente a la reducción de caucho usando técnicas de extracción con disolventes a una temperatura subcrítica.

Antecedentes de la invención

Se estima que, en muchos países, el número de cubiertas usadas producidas al año es aproximadamente igual a la población del país. Como ejemplo, hay más de 250 millones de cubiertas usadas anualmente en los Estados Unidos. Los métodos de tratamiento de estas cubiertas usadas se pueden situar, de forma general, en dos categorías; eliminación y recuperación. El primer grupo incluye el depósito en vertederos y el apilamiento, que son opciones cada vez más inaceptables por multitud de razones. Dentro del último grupo están las propuestas que usan las cubiertas casi en su estado original con, posiblemente, algún tratamiento físico. Los ejemplos de usos dentro del anterior grupo incluyen el uso como alfombrillas amortiguadoras de vibraciones y de impactos de escombros en operaciones de perforación o relleno de material en construcciones de carreteras y la quema como fuente de energía. La quema, a veces, y en ciertas áreas, ha representado hasta el 40% de las cubiertas que se están desechando. La mayoría de las aplicaciones del grupo anterior representan un volumen limitado de cubiertas y no aprovechan el valor económico dado a las materias primas durante la fabricación original de la cubierta.

Otro grupo de métodos de recuperación recurre a la obtención de un valor incrementado de los materiales constituyentes de una cubierta. Los constituyentes más importantes incluyen caucho natural y sintético, negro de carbono y acero, y los constituyentes menos importantes incluyen azufre y estabilizantes. A los procedimientos dentro de este grupo se les puede denominar procedimientos de reducción donde la cubierta va a ser reducida a sus constituyentes.

En la técnica se conoce la recuperación del caucho natural usando agua, y más concretamente vapor. Se ha descrito que el caucho natural se puede recuperar mediante tratamiento con vapor a temperaturas por encima de 100ºC. Las presiones descritas incluyen la presión de vapor saturado del agua. Los métodos descritos prevén la desvulcanización del caucho natural y, posiblemente, alguna despolimerización, dependiendo de las condiciones concretas de la reacción.

Sin embargo, llega a ser práctica común recuperar el caucho natural a temperaturas alrededor de 200ºC y presiones de alrededor de 1,38 MPa. Posteriormente, se determinó que los cauchos sintéticos no se podían recuperar usando estas últimas condiciones. D.S. LeBeau trata, en Science and Technology of Reclaimed Rubber (Ciencia y tecnología del caucho recuperado), Rubber Chemistry and Technology 40, 1967, 217-237, de la recuperación del caucho que incluye, caucho de estireno-butadieno (SBR), un caucho sintético, usando vapor. La Figura 1, Figura 1 de Le-Beau, ilustra el efecto del tratamiento con vapor sobre el caucho natural y el SBR. El caucho natural se ablanda, es decir la viscosidad disminuye y se puede recuperar, cundo se expone a vapor a 1,38 MPa. Sin embargo, el SBR experimenta un ablandamiento efímero que es seguido de un endurecimiento prolongado. LeBeau indica que la tasa de endurecimiento aumenta al aumentar la temperatura. LeBeau indica además que la recuperación de cauchos sintéticos requiere, por lo tanto, agentes de recuperación o catalizadores.

Un procedimiento usado para la reducción de cubiertas usadas, que incluyen cauchos sintéticos, es la pirolisis. En un procedimiento típico de pirolisis, las cubiertas son sometidas a temperaturas entre 600 y 900ºC o bien en una atmósfera inerte o a vacío. Este procedimiento produce aceites ligeros y un residuo carbonizado donde el residuo carbonizado contiene negro de carbono y carbono pirolítico formado por la carbonización del hidrocarburo del caucho.

Por lo general, no se ve la pirolisis como un procedimiento de reducción deseable. Reduciéndose el hidrocarburo del caucho a aceites ligeros o carbonizados, o bien carbonizándose hasta carbonizar los productos finales de un procedimiento de pirolisis, no se retiene mucho del valor económico asociado al hidrocarburo original del caucho y al negro de carbono.

Los procedimientos de reducción incluyen habitualmente los pasos o procesos de desvulcanización y de despolimerización. El proceso de desvulcanización rompe los enlaces azufre-azufre y azufre-carbono que reticulan las moléculas de caucho. El proceso de desvulcanización produce un residuo sólido en el que la masa del residuo sólido es aproximadamente el 100% de la masa original de la cubierta. El residuo sólido contiene hidrocarburo del caucho y negro de carbono, en el que el hidrocarburo del caucho contiene cualquier hidrocarburo con un peso molecular superior al del aceite que se origina a partir del caucho inicial. El hidrocarburo del caucho tiene un peso molecular medio que, generalmente, es inferior al del caucho inicial pero mucho mayor que el del aceite, donde el aceite tiene un peso molecular medio de aproximadamente 500, o menos.

El proceso de despolimerización reduce el peso molecular medio del hidrocarburo del caucho rompiendo los enlaces carbono-carbono del hidrocarburo del caucho hasta que, a su finalización, el hidrocarburo del caucho se haya redu

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cido a aceite. Por eso, el proceso de despolimerización, a su finalización, reduce el peso molecular desde alrededor de 200.000 a 500. Al final del proceso de despolimerización, la masa del residuo sólido es aproximadamente el 40% de la masa inicial de la cubierta. En este punto, el residuo sólido es únicamente negro de carbono, habiéndose reducido el hidrocarburo del caucho completamente a aceite.

La Figura 2a es una representación gráfica esquemática del % de finalización frente al tiempo, para un procedimiento típico de pirolisis. En un procedimiento típico de pirolisis, se produce un proceso de desvulcanización 202 y un proceso de despolimerización 204, sustancialmente, en paralelo. Como tales, los dos procesos se completan, aproximadamente, al mismo tiempo, es decir tv ≈ tp. La Figura 2b muestra un procedimiento distinto al de la pirolisis en el que el proceso de desvulcanización 206 está separado del proceso de despolimerización 208. El cabo de un tiempo tv, el proceso de desvulcanización 206 se completa, mientras que el proceso de despolimerización 208 es únicamente una fracción del camino hacia la finalización.

Una propuesta alternativa para reducir cubiertas usa técnicas de extracción con disolvente. La extracción con disolvente usa temperaturas elevadas en presencia de un disolvente para, al menos, desvulcanizar y, con frecuencia, despolimerizar el caucho. En casi la totalidad del trabajo en este área, el tratamiento se realiza a una temperatura y una presión que están por encima de de los valores críticos de estos parámetros para el disolvente concreto en el que se está realizando el tratamiento.

Las condiciones de reacción supercríticas se definen por tener una temperatura de reacción que está por encima de la temperatura crítica y una presión que está por encima de la presión crítica. Las reacciones supercríticas se han realizado usando una diversidad de disolventes que incluyen alcoholes, disolventes orgánicos y agua. Muchos de los trabajos que usan condiciones de reacción supercríticas han estado dirigidos a la despolimerización exhaustiva del caucho. En particular, el trabajo se ha dirigido a la reducción del caucho a aceite. Se ha descubierto que el tratamiento supercrítico va a ser ventajoso en estos casos en los que se proporciona una velocidad de reacción factible para las reacciones de despolimerización requeridas. Sin embargo, como el aceite resultante, por lo general, va a ser usado como combustible, el valor económico del caucho es reduce a un nivel por debajo del que se impartía a la cubierta durante el tratamiento inicial.

Recientemente, el trabajo ha estado dirigido a la desvulcanización del caucho mientras que se mitigaba la despolimerización de los hidrocarburos desvulcanizados. Manteniendo la longitud de la cadena hidrocarbonada cerca de su valor original, se mantiene una proporción más alta del valor económico impartido al caucho durante el tratamiento inicial. La Patente de EE.UU. 6.548.560, a Kovalak y colaboradores, describe el uso de un tratamiento subcrítico con un disolvente seleccionado de alcoholes y cetonas, mientras que la Patente de EE.UU. 5.891.926, a Hunt y colaboradores, describe unas condiciones de tratamiento... [Seguir leyendo]

1. Un método para reducir caucho vulcanizado, estando presente el caucho vulcanizado en un reactor, y comprendiendo el método los pasos de:

purgar el aire del reactor;

calentar el caucho, en el que el caucho incluye caucho sintético, en presencia de un disolvente, en el que el disolvente incluye agua a una temperatura por debajo de la temperatura crítica del disolvente;

proporcionar una presión que sea, al menos, igual a la presión de vapor saturado del disolvente a esa temperatura; y

mantener la temperatura y la presión durante un tiempo suficiente para desvulcanizar el caucho y producir un producto de reacción que sea principalmente una fase sólida, e incluya hidrocarburo del caucho.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el disolvente es agua.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el disolvente es una mezcla de agua y un disolvente orgánico, y la mezcla proporciona propiedades de reducción similares a las del agua.

4. El método según la reivindicación 3, en el que el disolvente orgánico incluye alcohol.

5. El método según la reivindicación 4, en el que el disolvente orgánico es alcohol.

6. El método según la reivindicación 2, en el que la temperatura está entre aproximadamente 260ºC y aproximadamente 350ºC.

7. El método según la reivindicación 6, en el que la temperatura está entre aproximadamente 290ºC y aproximadamente 320ºC.

8. El método según la reivindicación 1, en el que la presión está proporcionada, al menos parcialmente, por presurización con un gas inerte.

9. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 8, en el que el caucho es una cubierta.

10. El método según la reivindicación 9, en el que la cubierta es una cubierta completamente usada.

11. El método según la reivindicación 9, en el que la cubierta se tritura para producir trozos de cubierta.

12. El método según la reivindicación 11, en el que los trozos de cubierta tienen un tamaño de partícula entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 5 mm.

13. Caucho desvulcanizado en su superficie producido según el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 12.

14. Caucho desvulcanizado completamente producido según el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 12.

15. El método de la reivindicación 1, con el caucho vulcanizado incluido como caucho sintético por una cubierta vulcanizada, estando presente la cubierta en un reactor, comprendiendo el método los pasos de:

purgar aire del reactor; calentar la cubierta, en el que la cubierta incluye caucho sintético, en presencia de un primer disolvente, en el que el primer disolvente incluye agua a una temperatura por debajo de la temperatura crítica del primer disolvente;

proporcionar una presión que sea, al menos, igual a la presión de vapor saturado del disolvente a esa tempera

tura; y mantener la temperatura y la presión durante un tiempo suficiente para desvulcanizar el caucho y producir un producto de reacción que sea principalmente una fase sólida e incluya hidrocarburo del caucho;

lavar y secar la fase sólida del producto de reacción;

disolver el hidrocarburo del caucho en un segundo disolvente, siendo el segundo disolvente apropiado para la disolución, en él, del hidrocarburo del caucho; separar el negro de carbón del producto de reacción; y separar el segundo disolvente del hidrocarburo del caucho.

16. El hidrocarburo del caucho producido según el método de la reivindicación 15.

17. El hidrocarburo del caucho que ha sido desvulcanizado y al menos parcialmente despolimerizado según el

método de la reivindicación 16, en el que un peso molecular del hidrocarburo del caucho es superior al peso molecu5 lar del aceite.

18. El hidrocarburo del caucho producido por el procedimiento de la reivindicación 15, en el que el hidrocarburo del caucho es una mezcla que incluye negro de carbono.

19. El hidrocarburo del caucho producido por el procedimiento de la reivindicación 15, en el que el hidrocarburo del caucho está sustancialmente exento de azufre.

10 20. El negro de carbono producido por el procedimiento de la reivindicación 15.

21. El negro de carbono según la reivindicación 20, en el que el negro de carbono tiene una superficie específica de 60 m2/g.

22. El negro de carbono según la reivindicación 20, en el que el negro de carbono se aproxima al usado para fabricar cubiertas.