Adducts of natural fillers with pyrrole compounds as reinforcing fillers for elastomeric composites

Elastomer composites, such as those used in tire compounds, play a crucial role in various aspects of human life. They offer a wide range of applications and cannot be easily replaced by other materials. In rubber composites, reinforcing fillers are essential components. These fillers are necessary to enhance various mechanical properties of elastomer composites, including stress at all elongations, tensile strength, modulus, tear resistance, fatigue resistance, and abrasion resistance. In the tire industry, the two most used fillers are silica and carbon black, but in recent years the use of natural fillers as a replacement for traditional fillers has gained significant attention. There are numerous reasons involving their use, such as pollution control, environmental protection, along with abundance in nature, and low cost. At the same time, natural fillers are relatively poor in mechanical properties when compared to synthetic fillers. In this thesis, lignin and sepiolite were used as innovative fillers in rubber compounds in partial replacement of the traditional fillers. To overcome their limitation as reinforcing filler, such as low surface area and lack of structure, innovative bio coupling agents were used in order to compatibilize as better as possible these fillers with the elastomeric chains of natural rubber (NR). These innovative coupling agents were used as modifiers of both lignin and sepiolite, grafted them chemically onto the stucture of the fillers used. The new family of coupling agents can reduce the hysteresis of the rubber composites and thus contribute to the decreasing of fuel consumption and CO2 emission. The fil rouge of the research activities was thus the compatibilization of lignin and sepiolite into rubber composites by grafting coupling agents on their structure, so that they can establish significant interactions with the elastomeric matrix, ideally covalent bonds.

I compositi elastomerici, come quelli utilizzati nelle mescole degli pneumatici, svolgono un ruolo cruciale in vari aspetti della vita umana. Offrono un'ampia gamma di applicazioni e non possono essere facilmente sostituiti da altri materiali. Nei compositi elastomerici, le cariche rinforzanti sono componenti essenziali. Queste cariche sono necessarie per migliorare varie proprietà meccaniche dei compositi elastomerici, tra cui la resistenza alla trazione, il modulo, la resistenza allo strappo, la resistenza alla fatica e la resistenza all'abrasione. Nell'industria dei pneumatici, i due riempitivi più utilizzati sono la silice e il nerofumo, ma negli ultimi anni l'uso di riempitivi naturali in sostituzione dei riempitivi tradizionali ha guadagnato un'attenzione significativa. Le ragioni che ne giustificano l'uso sono numerose, come il controllo dell'inquinamento, la protezione dell'ambiente, l'abbondanza in natura e il basso costo. Allo stesso tempo, le cariche naturali sono relativamente povere di proprietà meccaniche rispetto alle cariche sintetiche. In questa tesi, la lignina e la sepiolite sono state utilizzate come cariche innovative nelle mescole di gomma in parziale sostituzione delle cariche tradizionali. Per superare i loro limiti come cariche rinforzanti, come la bassa area superficiale e la mancanza di struttura, sono stati utilizzati agenti di accoppiamento innovativi , al fine di compatibilizzare al meglio queste cariche con le catene elastomeriche della gomma naturale (NR). Questi coupling agents sono stati utilizzati per la modifica chimica sia della lignina che della seppiolite. Questa nuova nuova famiglia di agenti di accoppiamento è in grado di ridurre l'isteresi dei compositi di gomma, e quindi di contribuire alla diminuzione del consumo di carburante e delle emissioni di CO2. Il fil rouge dell' attività di ricerca è stato quindi la compatibilizzazione di lignina e sepiolite in compositi elastomerici mediante l'innesto di agenti di accoppiamento sulla loro struttura, in modo che possano stabilire interazioni significative con la matrice elastomerica, idealmente legami covalenti.