Aplicação sustentável de resíduos de toner em compósitos de borracha estireno-butadieno (SBR)

Abstract

O presente estudo investiga a incorporação de resíduo de toner (RT) proveniente de cartuchos de impressão como carga alternativa e sustentável em compósitos de borracha estirenobutadieno (SBR), visando à valorização de resíduos sólidos e à promoção da economia circular. Foram preparados seis compósitos com diferentes concentrações de RT (0, 10, 20, 30, 40 e 50 partes por cem de borracha - phr), mantendo-se constantes os demais componentes da formulação (óxido de zinco, ácido esteárico, PEG 4000, enxofre, aceleradores MBTS e TMTD). O processamento foi realizado em misturador aberto de rolos, seguindo normas ASTM. As propriedades reológicas, morfológicas, estruturais, térmicas e mecânicas dos compósitos foram avaliadas por meio de reometria de vulcanização, grau de dispersão da carga, fluorescência de raios X (FRX), densidade de ligações cruzadas pelo método de Flory-Rehner, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), densidade, dureza Shore A, resistência à abrasão, resistência à tração, resistência ao rasgo e envelhecimento térmico acelerado. Os resultados reométricos indicaram redução do torque máximo com o aumento do teor de RT, de 32,00 dN·m (SBR/RT0) para 17,68 dN·m (SBR/RT50), além de aumento dos tempos de pré-cura e de cura, evidenciando interferência do resíduo na cinética de vulcanização. A análise por FRX revelou que o RT é composto principalmente por carbono (89,57%), ferro (7,10%) e silício (2,02%), com menores teores de titânio, enxofre, zinco e outros elementos. A densidade aparente de ligações cruzadas aumentou de 0,94 × 10⁻⁴ mol·cm⁻³ (SBR/RT0) para 1,28 × 10⁻⁴ mol·cm⁻³ (SBR/RT50), indicando restrição à mobilidade das cadeias e contribuição das interações carga-matriz. A dureza Shore A aumentou de 50 para 56, enquanto a resistência à tração passou de 4,28 ± 0,23 MPa no SBR/RT0 para 7,06 ± 0,29 MPa no SBR/RT50. A análise morfológica por MEV demonstrou incorporação do RT à matriz, com sinais de aglomeração em teores mais elevados. A resistência à abrasão apresentou melhor comportamento em teores baixos a intermediários, com menor perda em 10 phr, e aumento da perda em concentrações superiores. A resistência ao rasgo atingiu o maior valor para 40 phr (33,08 N), seguida pela formulação com 50 phr (32,64 N). A confecção de protótipo de solado de calçado com formulação contendo 40 phr de RT demonstrou a aplicabilidade prática do material. Conclui-se que o resíduo de toner é tecnicamente viável como carga funcional parcial em compósitos de SBR, com potencial de aplicação industrial e contribuição para a redução do descarte inadequado de resíduos eletrônicos, alinhando-se aos princípios da economia circular e aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável.

This study investigates the incorporation of toner residue (TR) from printer cartridges as an alternative and sustainable filler in styrene-butadiene rubber (SBR) composites, aiming at solid waste valorization and the promotion of a circular economy. Six composites were prepared with different TR concentrations (0, 10, 20, 30, 40, and 50 parts per hundred rubber - phr), keeping constant the other formulation components (zinc oxide, stearic acid, PEG 4000, sulfur, MBTS and TMTD accelerators). Processing was carried out in an open two-roll mill, following ASTM standards. The rheological, morphological, structural, thermal and mechanical properties of the composites were evaluated through vulcanization rheometry, filler dispersion degree, X-ray fluorescence (XRF), crosslink density by the Flory-Rehner method, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), density, Shore A hardness, abrasion resistance, tensile strength, tear resistance and accelerated thermal aging tests. Rheometric results indicated a reduction in maximum torque with increasing TR content, from 32.00 dN·m (SBR/TR0) to 17.68 dN·m (SBR/TR50), as well as increased scorch and optimum cure times, evidencing interference of the residue in vulcanization kinetics. XRF analysis revealed that TR is mainly composed of carbon (89.57%), iron (7.10%) and silicon (2.02%), with lower contents of titanium, sulfur, zinc and other elements. The apparent crosslink density increased from 0.94 × 10⁻⁴ mol·cm⁻³ (SBR/TR0) to 1.28 × 10⁻⁴ mol·cm⁻³ (SBR/TR50), indicating restrictions on chain mobility and contribution from filler-matrix interactions. Shore A hardness increased from 50 to 56, while tensile strength increased from 4.28 ± 0.23 MPa for SBR/TR0 to 7.06 ± 0.29 MPa for SBR/TR50. SEM analysis demonstrated incorporation of TR into the matrix, with signs of agglomeration at higher contents. Abrasion resistance showed better behavior at low to intermediate contents, with the lowest loss at 10 phr and increased loss at higher concentrations. Tear strength reached the highest value at 40 phr (33.08 N), followed by the 50 phr formulation (32.64 N). The manufacture of a shoe sole prototype with the formulation containing 40 phr TR demonstrated the practical applicability of the material. It is concluded that toner residue is technically viable as a partial functional filler in SBR composites, with potential industrial application and contribution to reducing inappropriate disposal of electronic waste, in alignment with circular economy principles and the Sustainable Development Goals.