Aspectos em Processamento de WPCs

Indústrias transformadoras de produtos em WPC enfrentam nos dias atuais um crescente assédio de fornecedores de matérias primas específicas para seu produto, como polímeros, cargas, aditivos e insumos os quais prometem melhorias em determinadas propriedades de interesse dependendo da aplicação do produto final. Este fato pode ser encarado por estes transformadores como algo natural e benéfico, uma vez que tais fornecedores investem significativamente em pesquisa e desenvolvimento de seus produtos, visando um mercado crescente e em plena evolução. Também fabricantes de máquinas e equipamentos têm destinado esforços para este mercado, propondo continuamente novas soluções de processo que permitam aumentar a produtividade e qualidade do produto.

Conforme verificado nas seções anteriores, inúmeros aspectos devem ser observados no processamento de termoplásticos com resíduos de madeira [49]. A umidade e a granulometria devem ser rigidamente controladas, uma vez que esta produz descontinuidades de processo e peças com características inaceitáveis devido à presença de bolhas ou manchas superficiais causadas por processos termo-oxidativos [63,64]. Assim, como principal requisito, o resíduo celulósico deve ser pré-seco e zonas de degasagem devem ser utilizadas para remoção da umidade residual durante o processamento. A baixa temperatura de degradação da celulose na faixa de 200 a 220°C c onstitui um fator limitante do processo, exceto quando os tempos de residência são minimizados. A exposição do resíduo de madeira a temperaturas acima dessa faixa libera voláteis, provoca descoloração, aparecimento de odor e a fragilização do compósito. Isso tem restringido o uso de termoplásticos em WPCs às principais resinas comerciais como poliolefinas, plásticos estirênicos e o PVC. Além das

propriedades intrínsecas dos componentes do sistema, o desempenho de WPCs é fortemente dependente do processo de manufatura.

Os procedimentos tradicionalmente utilizados para preparação de concentrados ou masterbatches a base de compósitos celulósicos termoplásticos são processos do tipo batelada em misturador intensivo do tipo

k-mixer ou processo contínuo em extrusora de dupla rosca conforme ilustrado

nas Figuras 2.5 e 2.6 respectivamente [49]. Em ambos os casos o compósito polímero-madeira obtido é granulado e posteriormente processado em extrusora de rosca única para obtenção de perfis e chapas laminadas, num processo chamado “duas etapas”. Com base em algumas peculiaridades, como tipo do equipamento e características de alimentação das matérias primas nestes equipamentos (teor de umidade da madeira, polímero granulado ou em pó, etc.), estes processos de obtenção de um granulado com a mistura polímero-madeira já homogeneizada podem ser classificados em quatro categorias distintas [52,65]:

Figura 2.5 – Processo por batelada em misturador interno tipo k-mixer (Catálogo técnico Drais®)

Figura 2.6 – Processos de extrusão contínua de termoplásticos com resíduos de madeira. (a) Laminados obtidos por extrusão direta para uso em painéis automobilísticos (processo woodstock®) e (b) Extrusão de perfis acabados para uso em aplicações estruturais na construção civil.

1 – Madeira pré-seca; mistura pré-homogeneizada (Pre-dry; Pre-mix): Nesse processo são utilizados equipamentos no qual a fibra de madeira é submetida a processos de pré-secagem em níveis de umidade inferiores a 1% e alimentada em uma extrusora rosca dupla contrarrotacional juntamente com o polímero, normalmente na forma de pó. A mistura polímero-madeira e aditivos é preparada em misturadores intensivos do tipo Henschel antes de ser alimentada na extrusora. Esse sistema é muito utilizado para processamento de termoplásticos com baixa estabilidade térmica como o PVC.

2 – Madeira pré-seca; alimentação polímero-madeira em separado (Pre-

dry; Split Feed): Nesse processo a resina e a fibra são alimentadas em

separado propiciando um melhor controle do tempo de residência da carga celulósica durante o processamento. São normalmente utilizadas extrusoras de rosca-dupla de grande capacidade, com pontos laterais de alimentação, onde a fibra é misturada ao polímero fundido, passando por zonas de mistura distributiva e desgaseificação da umidade residual.

3 – Madeira úmida primeiro; alimentação do polímero fundido (Wood

First; Melt Feed): Nesse processo são necessárias duas extrusoras que operam

simultaneamente; uma extrusora primária secando a farinha de madeira e uma outra menor plastificando o polímero e os aditivos. A empresa Davis-Standard dos EUA patenteou um equipamento dedicado para o processamento de

compósitos termoplásticos com essas características, denominado

Woodtruder® com capacidade de até 450 kg/h.

4 – Madeira úmida primeiro; alimentação em separado (Wood First, Split

Feed): Nesse processo a farinha de madeira pode ser alimentada ainda úmida

na zona de alimentação e a mistura de resina e aditivos introduzida posteriormente no barril através de um alimentador lateral. Todavia esse processo requer normalmente equipamentos com barris muito longos (L/D 44:1 ou 48:1) e com zonas de desgaseificação próximas a zona de alimentação para remoção da umidade da madeira, o que nem sempre é possível.

Num seminário realizado em novembro de 2008 pela ABPol – Associação Brasileira de Polímeros, em que um dos temas abordados foi processamento de compósitos de polímeros com fibras naturais, o foco de uma das discussões entre fabricantes de equipamentos foram os prós e contras do processo em “duas etapas”, acima apresentado, em contrapartida ao processo chamado “etapa única” ou “extrusão direta “, no qual madeira, polímero e aditivos são alimentados separadamente na extrusora e o perfil é extrudado diretamente, simultaneamente ao processo de mistura.

A vantagem principal do processo de “etapa única” é que não há necessidade de sistema de mistura, o que acarreta menor investimento inicial. Porém, existem desvantagens importantes neste processo, como incorporar diversos dosadores que devem funcionar em perfeita sincronia com a extrusora, sob pena de provocar alterações na razão polímero/madeira, variando a sua vazão; a necessidade de secagem prévia da madeira, uma vez que teores de umidade acima de 5% reduzem a vazão máxima da extrusora; risco da dosagem da madeira na extrusora ser irregular, refletindo em propriedades mecânicas inferiores no produto, em comparação com o processo em duas etapas.

Já no processo em duas etapas, no qual a madeira, polímero e aditivos são misturados e/ou granulados em um processo e a extrusão dos perfis acontece em um segundo processo, têm-se como vantagens: propriedades mecânicas melhores no perfil extrudado, em comparação ao processo de “etapa única”; a madeira pode ser processada com mais umidade, eliminando-

se o processo de secagem prévia; a alimentação do material pré-misturado na extrusora é mais fácil, com razão constante de madeira e polímero e vazão constante, gerando um processo de extrusão estável. Sua principal desvantagem é o investimento inicial maior, devido aos equipamentos do processo prévio de mistura dos componentes da formulação desejada.

Analisando-se os prós e contras dos dois processos, embora o fator investimento deva ser levado em consideração, a alternativa mais segura adotada pela maioria dos transformadores de perfis em WPC ainda tem sido a utilização de madeira pré-seca adquirida junto aos fornecedores de farinha ou fibra de madeira, aplicando-se esta madeira no processo de “duas etapas” para que sejam minimizados os riscos de defeitos na aparência visual e principalmente nas propriedades mecânicas dos perfis extrudados.