Investigation of Bio-based Substitutes in a Nitrile-Butadiene/Epichlorohydrin Rubber Compound

Abstract

This thesis is focused on finding more sustainable substitutes for raw materials in a rubber product that is produced today at Trelleborg Industri AB. The rubber compound consists of a polymer blend of epichlorohydrin and nitrile-butadiene rubber, fillers, plasticizer. There are some other materials as well that are not in focus in this project. Several different raw materials are investigated and compared to a reference sample to make conclusions if they are possible to use to make the product more sustainable. It is important that the functions of the rubber compounds and its properties are the same since the application of the finished product has certain demands. The properties that were investigated in the lab are hardness, vulcanization properties, viscosity, tensile stress-strain and ageing in both air and liquid. Three subgroups of the content in rubber were investigated, polymers, plasticizers, and fillers. A series of testing was made using samples that contained one substituted raw material each, to compare more easily with the reference. The materials investigated were a bio-based polymer, plasticizers containing vegetable oils and industrial esters, and fillers that consist of recycled carbon black and sustainable carbonaceous material from old tires. After the first phase of investigations a new round of samples were made, containing several of the most promising materials from the first phase of testing. The investigation led to promising results that can make a difference in the sustainability of the rubber product and future rubber compounds.

Popular Abstract (Swedish)

En undersökning av biobaserade råvaror i en gummiprodukt som används i bilindustrin


Gummiindustrin strävar efter att tillverka fler hållbara produkter för att jobba för samhällets miljömål. Denna undersökning har utgått ifrån en befintlig produkt som tillverkas av Trelleborg Industri AB och genom utbyte av råvaror försökt göra produkten mer hållbar.

I dagens samhälle står vi inför stora utmaningar för miljön. Användningen av icke förnybara resurser och stor energiförbrukning har orsakat stora utsläpp av växthusgaser, som har haft stor påverkan på miljö och klimat. För att minska påverkan av oss människor finns det ett behov att använda fler hållbara råvaror och minska energianvändningen. Bilindustrin är inte ett undantag, det går åt massvis med plast- och gummidetaljer för varje nyproducerad bil vilket gör att små förändringar kan göra stor skillnad. Gummi är ett material som i huvudsak består av en eller flera polymerer, vilket är långa kedjor uppbyggda av många monomerer. Monomererna som polymeren består av bestämmer dess egenskaper. Till dessa polymerer tillsätts sedan andra material för att ändra dess egenskaper. Bland andra fyllnadsmedel som gör materialet hårdare och starkare samt mjukgörare som gör materialet mer flexibelt i processen. Därefter värms blandningen upp så att gummit härdar.

I detta examensarbete förbereddes prover som efterliknar en befintlig produkt som idag produceras av Trelleborg Industri AB, som sedan blir gummimembran till bilar. Syftet var att undersöka mer miljövänliga alternativ till råvaror i produkten. Idag består den av två olika polymerer, varav den ena har ett biobaserat alternativ som användes i undersökningen för att se skillnaden mot den fossila som används idag. Fyllnadsmedel består till stor del av kol och sot, de alternativen som testades i detta projekt var återanvända av förbrukade gummiprodukter. Som mjukgörare testades risolja, ricinolja, linolja, en industriellt behandlad sojabönolja, samt två industriellt framställda biobaserade eller delvis biobaserade molekyler.

De egenskaper som jämfördes mellan referensen och de övriga proven var hårdhet, dragstyrka och åldring i luft samt vätska. Efter att alla proverna blandats på liknande sätt och härdats så testades de olika egenskaperna. Även tiden för härdning undersöktes för att se hur den förändrades för de olika proven. Det var flera prov som visade sig vara lovande för användning i framtiden. De som var extra lovande användes i en ny omgång provningar där tre nya provblandningar gjordes och flera av råvarorna byttes ut samtidigt. Den biobaserade polymeren fanns i alla, även ett av de återanvända fyllnadsmedlen och sen tillsattes tre olika mjukgörare till de tre blandningarna, en i varje. Mjukgörarna som användes var sojabönoljan och de två industriellt framtagna molekylerna. Även dessa blandningar gav lovande resultat. Det visade sig att den biobaserade polymeren möjligtvis är lite mer värmekänslig än den som används idag, dessutom minskar hårdheten och dragstyrkan med både polymeren och det återanvändbara fyllnadsmedlet. Härdningen gick dessutom snabbare för den nya polymeren jämfört med den gamla.

Sammanfattningsvis resulterade examensarbetet i lovande resultat för en framtida miljövänlig gummiproduktion. Eftersom härdningstiden minskade så kan man på så sätt minska energikonsumtionen i produktionen. Något som borde vara i åtanke vid användning av blandningen är att den inte är lika hård och det kan skapa problem vid framtida applikationer.

• author: Bengtsson, Sofia
• supervisor: Nicola Rehnberg
• organization: Centre for Analysis and Synthesis
• course: KASM15 20221
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Chemistry
• keywords: Rubber, polymer, epichlorohydrin, nitrile-butadiene, polymer technology
• language: English
• id: 9089051
• date added to LUP: 2022-06-20 11:48:41
• date last changed: 2022-06-20 11:48:41