RECICLAGEM DO REFUGO DA PRODUÇÃO DE PEÇAS AUTOMOTIVAS SOBRE-INJETADAS: BLENDA PA6FV/PC

(1)

RECICLAGEM DO REFUGO DA PRODUÇÃO DE PEÇAS AUTOMOTIVAS SOBRE-INJETADAS: BLENDA PA6FV/PC

L. M. R. Silva1_{, A. C. B. Ferreira}2_{, E. W. de Souza}2

1_{Departamento de Engenharia de Materiais, Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo – SP, 09850-901, Brasil} 2_{Faculdade SENAI de Tecnologia Ambiental, São Bernardo do Campo – SP, 09861-000, Brasil.}

(louise.mruiz@gmail.com)

RESUMO

Neste trabalho, estudou-se a viabilidade de recuperação do botão interruptor de comando para vidro elétrico, constituído de PA6 com 15% de FV sobre-injetada em PC. Propôs-se a produção de blendas contendo 6% e 9% de policarbonato, a partir dos botões moídos (BT1 e BT2) e dos polímeros virgens PA615%FV/PC em pellets, por meio do processamento por extrusão à 240ºC sem a presença de um agente compatibilizante. As blendas foram comparadas com os polímeros puros PA615%FV e PC. Ensaios mecânicos, de resistência à tração e impacto Izod, foram realizados avaliando os efeitos da presença do policarbonato nas propriedades mecânicas. Análise por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) também foi realizada. Para produção e desenvolvimento das blendas estudadas se requer garantia de um processo de secagem e processamento adequado e eficiente. As quantidades relativamente pequenas de PC (6 e 9 %) nas misturas aumentou a resistência ao impacto da PA6FV15.

Palavras-chave: reciclagem, blenda, PA6FV/PC.

INTRODUÇÃO

Peças que contenham dois ou mais diferentes polímeros geralmente não são recicladas, pois a separação manual é inviável, ou os mesmos são imiscíveis ou incompatíveis, por esta razão estas peças são destinadas em aterros sanitários. Este é o caso do botão interruptor de comando que consiste de PA6 reforçada com

(2)

um polímero amorfo (PC) e do outro um polímero cristalino (PA6), ambos higroscópicos, diferentes estruturas, temperaturas de transição, propriedades e a presença de uma carga fibrosa. Estes e outros fatores dificultam e as vezes até impedem a recuperação destes materiais.

As misturas físicas de poliamida 6 (PA6) e policarbonato (PC) são consideradas termodinamicamente imiscíveis. No entanto o aumento do tempo de mistura e temperatura, somado ao aumento da concentração PA6 e as condições de processamento pode resultar em uma mistura compatível, com morfologia e propriedades mecânicas semelhantes à de um copolímero, atribuída a reações químicas que ocorrem entre os dois homopolímeros (1-2)_.

A temperatura e o tempo são fatores determinantes para a formação do copolímero e ao mesmo tempo críticos, pois a alta temperatura e o longo tempo de processamento podem causar modificações nas propriedades dessas misturas e degradar o polímero (1)_.

Nos últimos anos tem-se verificado uma acentuada desaceleração na produção de novos polímeros e um crescente interesse na pesquisa e desenvolvimento de processos para modificação dos polímeros já existentes, por ser viável economicamente e tecnologicamente, além de minimizar impactos ambientais.

Seja qual for o segmento, desde peças para os setores automobilístico, eletrônico, ou produtos de utilidade doméstica e brinquedos, ambos envolvem processos produtivos que geram resíduos sólidos industriais e mesmo que se tenha um processo controlado, é inevitável não ter algum resíduo por mínimo que seja na limpeza de máquina, purgas, canais de injeção, ou produtos fora de especificação.

No processo de injeção, por exemplo, para a produção do botão interruptor de comando, são gerados resíduos provenientes de peças com defeitos dimensionais, falhas de injeção, falhas no preenchimento do desenho e manchas esbranquiçadas.

O objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade da reciclagem do botão interruptor de comando para vidro elétrico, produzindo uma blenda compatível, contendo 6 e 9% de policarbonato a partir dos botões moídos e dos polímeros virgens PA6F/PC, sem a presença de um agente compatibilizante e avaliar a influência do policarbonato nas propriedades mecânicas estabelecendo um comparativo entre as blendas recuperadas, as blendas virgens e os polímeros puros.

(3)

MATERIAIS E MÉTODOS Materiais

Os polímeros usados neste estudo foram: PA6-15%FV e PC virgem em pellets, cedidos pela Kostal Eletromecânica; BT1 e BT2 (botão interruptor de comando) contendo 6% e 9% de PC (inserto) em PA6-15%FV, respectivamente, cedidos pela Curp Termoplásticos (figura 1).

Figura 1. Botão interruptor de comando e pellets PA615FV – PC. Método

Quantificação do policarbonato presentes nos botões

Determinou-se a proporção de policarbonato presente nas peças BT1 e BT2, por meio da solubilização do policarbonato em clorofórmio.

Moagem e mistura

Os botões foram moídos em um moinho triturador Meysi MP20. Foram preparadas misturas com os polímeros virgens, homogeneizadas manualmente por tamboreamento com auxílio de bombonas.

Secagem

Todas as misturas foram previamente secas em estufa de ar circulante Fabber Primar Modelo 170, durante 8 h/120 ºC.

Extrusão

As blendas foram processadas em uma extrusora Miotto, mono-rosca, via úmida, diâmetro da rosca 60 mm, relação L/D 30D, taxa de compressão 3:1,

(4)

capacidade de produção 50 Kg/h. A faixa de temperatura para processamento por extrusão foi de 240-255 ºC, com velocidades de rotação da rosca entre 30-40 rpm. Na figura 2 podem ser observados os botões moídos, o processamento por extrusão e os corpos de prova de tração e impacto.

Figura 2. Botões moídos; processamento por extrusão; corpos de prova.

Injeção

As blendas foram secas em estufa de ar circulante Fabber Primar Modelo 170, durante 8 horas/ 120 ºC e foram injetados corpos de prova para ensaio de tração (ASTM D 638) e impacto Izod (ASTM D 256). Os corpos de prova foram injetados em uma máquina injetora ROMI 100 TGR, cuja temperatura de processo foi de 240-265ºC, tempo de injeção de 6 a 10 segundos. Também foram injetados corpos de prova dos botões moídos, sem processamento por extrusão.

Caracterização

Foram realizados ensaios de tração, impacto Izod e calorimetria exploratória diferencial (DSC).

Tração

O ensaio de tração foi executado em uma máquina Universal de Ensaios EMIC DL 2000, com a norma ASTM D 638, e a velocidade de ensaio 50 mm/min.

(5)

Impacto

O Ensaio de impacto foi realizado de acordo com a norma ASTM D 256, método Izod (J/m).

DSC

Este ensaio foi realizado em um equipamento DSC, DuPont TA Instruments 910 Differential Scanning Calorimeter, com aquecimento de 25 a 300 ºC, e velocidade de aquecimento de 20 ºC/min.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Secagem

A secagem em estufa de ar circulante não é eficiente, pois o ar que circula continua com umidade. Durante o processamento por extrusão, notou-se a presença de água. Isto acarretou dificuldades no processamento e um aspecto poroso grânulos e problemas durante a injeção dos corpos de prova.

Extrusão

Considerando um polímero amorfo (PC) e um polímero cristalino (PA6FV), imiscíveis, cujas estruturas e propriedades diferem, uma temperatura de 240ºC conforme Costa et al (2004), intermediária foi determinada, pois, altas temperaturas e longo tempo de processamento podem causar modificações nas propriedades e gerar degradação. A temperatura e o tempo são fatores críticos que precisam ser controlados.

O equipamento utilizado para o processamento não foi adequado em vários aspectos, uma vez que a rosca não foi projetada para processar poliamida e a homogeneização seria mais eficiente em uma dupla rosca, taxa de compressão adequada e zonas de degasagem. Notaram-se problemas durante o processo, como inchamento do extrudado, rompimento do monofilamento, cujo aspecto era áspero e poroso, provavelmente pela secagem ineficiente.

(6)

Injeção

Os polímeros virgens PA6FV e PC apresentaram corpos de prova com um bom acabamento superficial, livre de umidade, bolhas e chupagem. A blenda de 6% apresentou um comportamento semelhante. Já a blenda de 9% não resultou em corpos de prova dentro do esperado. Isto porque, o aspecto dos grânulos era poroso e com inchaço, consequente do processo de secagem antes da extrusão, além do próprio processo de extrusão.

As blendas BT1 e BT2 foram secas nas mesmas condições de temperatura e tempo das demais amostras, e igualmente a blenda de 9%, ocorreram os problemas já apresentados que não permitiram que fossem injetados corpos de prova suficientes e dentro do esperado

Processar a poliamida, junto ao policarbonato diretamente na máquina injetora sem o processamento por extrusão, ocasiona delaminação e separação de fases, na qual a imiscibilidade pode ser comprovada e observada nitidamente conforme mostrado na figura 3.

Figura 3. Corpo de prova com delaminação e duas fases

Caracterização

Tração

A composição PA6FV/PC6 apresentou resistência à tração de apenas 8,06% inferior à PA6FV. Este decréscimo deve-se provavelmente à presença do policarbonato na poliamida 6, ocasionando uma diminuição da interação

(7)

intermolecular. Outra justificativa pode estar relacionada às condições de secagem e processamento já discutidos. Os resultados de resistência à tração podem ser observados na figura 4. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

PA6GF PC PA6GF/PC6 PA6GF/PC9 BT1 BT2

Resistência à tração (MPa)

PA6FV PA6FV/PC6 PA6FV/PC9

Figura 4. Resistência à tração

O maior módulo de elasticidade foi da PA6FV, isto porque como já mencionado a presença da fibra de vidro torna o polímero rígido.

Analisando os resultados das blendas, todas apresentaram diminuição no módulo, (figura 5) provavelmente decorrente da presença do policarbonato, e mesmo que o PC seja um polímero rígido, em função das transições secundárias, o seu módulo é inferior a PA6FV e a todas as blendas.

0 1 2 3 4 5 6

Módulo (GPa)

PA6FV PA6FV/PC6 PA6FV/PC9

Figura 5. Módulo das amostras.

Observa-se que a deformação (figura 6) do policarbonato é superior a todas as amostras. A poliamida 6 também possui alongamento elevado, porém a presença da fibra de vidro diminui esta propriedade. Com base nestes conceitos, observa-se que a deformação apresentada pela PA6FV em relação às blendas virgens foi menor, logo, nota-se que a presença do policarbonato nas composições ocasionou um aumento desta deformação nas blendas com 6% e 9%. Referente à blenda BT1

(8)

BT2 ocorreu uma diminuição de 23,25%. Esta diminuição, em relação à BT2 provavelmente se deve à competição de mecanismos envolvida. A competição de mecanismos mencionada refere-se ao aumento da deformação pela presença do policarbonato e da possível formação do copolímero entre a PA6 e PC, e o mecanismo oponente a este fator, encontra-se o processo de degradação química por hidrólise, unida também à térmica.

0 20 40 60 80 100 120

PA6GF PC PA6GF/PC6 PA6GF/PC9 BT1 BT2 Strain (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Deformação % PA6FV/PC9 PA6FV/PC6 PA6FV Figura 6. Deformação Impacto

Nota-se que houve um aumento considerável na resistência ao impacto das blendas em relação a PA6FV na presença de PC. Devido a dificuldades encontradas durante o processo, não foi possível injetar corpos de prova da blenda PA6FV/PC9. (figura 7). 0 100 200 300 400 500 600 700 800

Impact Strength (J/m) 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Resistência ao impacto (J/m)

PA6FV/PC9 PA6FV/PC6

PA6FV

(9)

CONCLUSÕES

A Reciclagem do refugo de produção de peças compostas por diferentes polímeros por meio da produção de uma blenda, contribui com dados para a tecnologia da reciclagem, viabiliza a destinação de resíduo polimérico complexo, minimizando impactos ambientais e o descarte destes resíduos em aterros.

Para desenvolver e produzir uma blenda entre os polímeros poliamida 6 e policarbonato, viu-se que alguns critérios precisam ser seguidos, como a utilização de uma máquina extrusora adequada com zonas de degasagem e rosca projetada para poliamida 6, garantindo assim uma mistura homogênea e efetiva.

A presença de umidade, interferiu no desempenho e resultados, por isso é importante que a secagem seja realizada em desumidificadores ou estufas a vácuo que garantam a ausência de umidade.

A propriedade mecânica mais significativa foi a resistência ao impacto, o que fica evidente que a presença do policarbonato interfere nesta propriedade da poliamida de forma positiva.

As indústrias de transformação que reciclam resíduos industriais, muitas vezes não possuem capacidade e estrutura adequada para realizar a recuperação destes resíduos, atendendo aos requisitos e solicitações de alguns materiais plásticos.

As condições em que este trabalho foi realizado se assemelham a realidade encontrada na grande maioria das indústrias. Obteve-se um resultado positivo sob as condições estipuladas, resultados estes que podem ser aperfeiçoados, permitindo se obter dados de viabilidade econômica desta blenda e alcançar propriedades superiores

Pode-se diluir porcentagens desta blenda em polímeros virgens e realizar novos estudos com porcentagens de policarbonato maiores e intermediárias as utilizadas neste trabalho, aprofundar a caracterização acerca da formação do copolímero e produzir a mesma blenda em PA6 sem fibra e com porcentagens maiores de fibra.

AGRADECIMENTOS

(10)

Dr. Baltus Cornelius Bonse, Faculdade SENAI de Tecnologia Ambiental, Centro Universitário FEI.

REFERÊNCIAS

(1) COSTA, Dilma. A. et al. Mistura Reativa de Poliamida 6 e Policarbonato: Reatividade do Copolímero Formado ‘‘in situ’’. Rio de Janeiro, Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 14, n° 4, p. 212-216, 2004.

(2) E. Gattiglia, A. Turturro, F. P. Lamantia and A. Valenza, Blends of polyamide 6 and bisphenol-A polycarbonate. Effects of interchange reactions on morphology and mechanical properties, J. Appl. Polym. Sci. 46, pp. 1887-1897, 1992.

RECYCLING OF REJECTED AUTOMOTIVE CONTROL SWITCH BUTTONS CONSISTING OF GLASS FIBER REINFORCED PA6 AND PC INSERTS

ABSTRACT

An investigation was performed on the feasibility of recycling rejected automotive control switch buttons made of 15wt% glass fiber reinforced PA6 injected (PA6GF15) onto PC inserts. Two types of control switch buttons were used, of which PC content was determined as 6 and 9 wt%, respectively, by dissolving in chloroform. The buttons were ground, dried and extruded between temperatures of 240 and 255 °C. Specimens were injection molded for tensile and Izod impact testing. DSC analysis was also performed on the resulting blends. For comparison, blends from virgin 15% GF reinforced PA6 and virgin PC were also prepared at the same processing conditions and submitted to the same testing. Tensile strength of the blends showed to be similar to the tensile strength of virgin PC, whereas tensile strain at break and tensile modulus resembled that of virgin PA6GF15. In addition, the relatively small amounts of PC (6 and 9wt%) in the blends showed to be able to increase the impact strength of PA6GF15.