Utilizzo dell’olio di palma in mescole a base di gomma naturale

Gli oli di tipo vegetale sono di grande interesse per l’industria dello pneumatico perché rappresentano una voce importante (più del 20%) della frazione filler, che vale da un quarto a un terzo dei materiali impiegati. Un recentissimo studio ha valutato l’impiego di olio di palma in mescole a base di gomma naturale, vediamo con quali risultati

C’è grande interesse da parte di tutti, e in particolare dei produttori di pneumatici, a diventare sempre più sostenibili, nel senso di ridurre l’impatto ambientale delle proprie produzioni e dei propri manufatti.

È un tema di valenza generale, che si concentra sulla conservazione delle risorse - energia, acqua, suolo, materie prime - e sulla riduzione delle emissioni, a partire dall’anidride carbonica.

R elativamente a quest’ultimo aspetto è visto con particolare favore l’impiego di prodotti di riciclo e di materie prime di origine non fossile, il tutto senza sacrificare in modo significati - vo le prestazioni del manufatto immesso in commercio. R elativamente agli pneumatici la composizione media per vettura e autocarro è riassumibile come da Figura 1:

- gomma naturale: 17% e 34% (vettura e truck rispettivamente);

- gomme sintetiche: 24% e 12%;

- cord metallico: 12% e 21%;

- cord tessile: 4% e 0%;

- fillers (cariche + oli): 29% e 24%;

- additivi (anti ozonanti, anti ossidanti, processing aids, pacchetto vulcanizzante): 14% e 9%.

Una Sfida Impegnativa

C ome detto la sfida è quella di far ricorso a materiali più sostenibili, cioè ottenuti dal riciclo di manufatti a fine vita o da origine non fossile.

È una sfida alquanto impegnativa, si pensi ad esempio che anche la stessa gomma naturale, nonostante sia di origine vegetale, soffre di parecchie criticità, e gli altri materiali sono in gran parte di origine fossile.

G li oli di tipo vegetale sono di grande interesse per l’industria dello pneumatico perché rappresentano una voce importante (più del 20%) della frazione filler (che abbiamo visto vale da un quarto a un terzo dei materiali impiegati per confezionare gli pneumatici), attualmente sono quasi esclusivamente di origine fossile e sono stati attenzionati sul fronte della sicurezza per l’uomo e l’ambiente. I nfatti i tradizionali oli aromatici (DAE = Distillate Aromatic Extract), molto compatibili con le mescole di gomma, contengono frazioni di policiclici aromatici (PCA) considerati pericolosi e da fine 2009 sono stati sostituiti con i cosiddetti oli safe, tipicamente: TDAE (Treated-DAE), MES (Mild Extracted Solvate) e RAE (Residual Aromatic Extract). Per contro gli oli vegetali sono oli safe e non derivano da fonti fossili.

M olti oli vegetali sono stati valutati in mescola con vari tipi di gomma, i risultati fanno parte dell’ampia letteratura disponibile, ma il lavoro non è affatto concluso e il consumo di oli vegetali nel mondo della gomma in generale e in quello dello pneumatico in particolare è riservato ad applicazioni di nicchia e/o di immagine.

Tra gli oli provati oltre all’olio di palma, eventualmente epossidato, citiamo l’olio di soia e olio di soia variamente modificato, olio di ricino, olio di girasole, olio estratto dalle bucce di arancia, olio di jatropha. G li oli vegetali sono sostanzialmente tutti una miscela di trigliceridi di acidi grassi, con la porzione dell’acido grasso lunga tipicamente da 12 a 20 atomi di carbonio con insaturazione variabile.

D iversamente dagli oli di origine petrolifera (DAE, TDAE, MES, RAE) hanno la presenza di gruppi esterei, che portano polarità e ne condizionano la compatibilità con molte gomme sintetiche.

L’OLIO

Fatta questa premessa si vuole di seguito sintetizzare un recentissimo studio (Chesidi Hayichelaeh, Kanoktip Boonkerd: “ Utilization of palm oil as an alternative processing oil in carbon black-filled natural rubber compounds ”, Industrial Crops and Products, Volume 194, April 2023, 116270) che ha valutato l’impiego di olio di palma (Palm Oil = PO in seguito) in mescole a base di gomma naturale, quindi avendo in mente l’applicazione battistrada di pneumatici giganti.

L’olio del frutto della palma e l’olio di semi di palma (quest’ultimo detto anche olio di palmisto) sono prevalentemente costituiti da trigliceridi con alte concentrazioni di acidi grassi saturi, ricavati dalle palme da olio, principalmente Elaeis guineensis ma anche da Elaeis oleifera, Attalea maripa e Attaela speciosa.

L’interesse crescente per questa tipologia di olio deriva dal fatto che la palma da olio è la pianta olearia più efficiente, producendo più olio per più anni e impegnando minor terreno. La produttività per ettaro all’anno è di circa 4 tonnellate di olio per ettaro, contro 1,4 del cocco, 0,75 della colza, 0,6 del girasole e 0,45 della soia.

N el paper citato l’olio di palma viene confrontato in una mescolanza a base di gomma naturale, contenente nero - fumo e usando in alternativa il classico olio aromatico (non safe) DAE.

R icetta

L a ricetta provata è stata la seguente:

G omma Naturale RSS 100

A cido St earico 2

Z nO 5

C B N330 50

P r ocess Oil (DAE o PO) 10

6P PD 2

T BBS 2

S 2,5

C onfezionamento

L a m escola è stata confezionata in due step, il primo in mescolatore interno da laboratorio, e infine completata, dopo raffreddamento, in mescolatore aperto con l’aggiunta del sistema vulcanizzante.

Valutazioni

La mescola non vulcanizzata è stata va- lutata per Mooney compound ed effetto Payne.

I l Mooney compound della mescola contenente PO è più alto rispetto a quella contenente DAE (78 vs 53). Gli autori lo spiegano con un’aumentata capacità del PO di interagire con la superficie del nerofumo, rispetto al DAE, grazie alla presenza dei gruppi polari; esterei, degli oli vegetali, già citata. L’ effetto Payne (Figura 2) descrive la diminuzione del modulo con la deformazione. L’alto modulo di una mescola non deformata dipende soprattutto dall’interazione gomma-filler e filler-filler. Gli autori spiegano come il più alto modulo a bassissime deformazioni dipenda da una maggiore interazione gomma-filler, dovuto ai gruppi funzionali polari del PO che interagiscono più del DAE con i gruppi funzionali presenti sulla superficie del nerofumo.

Aumentando la deformazione il modulo scende in modo simile in entrambe le mescole contenenti i due oli e la differenza tra i moduli allo 0,56% e 100% di deformazione è sostanzialmente identica e quindi viene considerata sostanzialmente identica la dispersione del filler nella mescola.

Le proprietà in vulcanizzazione delle mescole contenenti DAE e PO, sono evidenziate nella Figura 3. Il PO mostra ML più alto (cfr. più alto ML compound) e MH più basso, indice di una resa di vulcanizzazione inferiore (MH-ML). Gli autori spiegano questo fatto con la presenza di acidi grassi insaturi nel PO, i cui doppi legami sottrarrebbero zolfo al processo di vulcanizzazione. Per contro gli stessi acidi grassi aumenterebbero la reattività (Tc10 e Tc90 più brevi).

Le proprietà tensili sono descritte nella Tabella 1.

Come si può osservare il PO peggiora sia il carico a rottura, che i moduli, questi ultimi coerentemente con le la minor resa in vulcanizzazione.

Le proprietà dinamo-meccaniche

La tan δ della mescola contenente PO è più bassa di quella contenete DAE (Fi- gura 4), segno di un miglior comportamento elastico, attribuito sempre alla buona interazione gomma-filler. Una più bassa tan δ a 60°C, temperatura alla quale è stata valutata in questo lavoro, è tipicamente considerata un buon indicatore di una più bassa resistenza al rotolamento. Parametro molto importante per contenere il consumo di carburante.

CONCLUSIONI

Il PO può essere preso in considerazione come olio estensore per mescole in gomma naturale caricate con nerofumo.

Il livello di interazione filler-filler è stato visto essere comparabile con quello di oli da petrolio (DAE), mentre l’interazione filler-gomma è più alta, con effetti negativi, più alta viscosità del compound, e positivi, più alta elasticità. Questo aspetto consentirebbe di ottenere compound con una tan δ a 60 °C più bassa e quindi di ottenere una più bassa resistenza al rotolamento, con conseguenti risparmi di carburante. Risparmio di carburante associato all’uso di una materia prima di tipo vegetale sono due importanti fattori di evoluzione nella direzione di una maggiore sostenibilità.

di Daniela Garbillo