COMPÓSITOS BIÔNICOS: MISTURANDO PÓ RESIDUAL DE
MADEIRA COM PLÁSTICO
Marcelo Geraldo Teixeira* (UFBA – TECLIM, PQ)
Sandro Fábio César (UFBA – LABMAD – Dep. de Construção e Estruturas, PD) marcelomgt@gmail.com
RESUMO
Esse artigo é baseado tanto na dissertação do autor sobre Ecologia Industrial quanto nas suas últimas pesquisas sobre Biônica e Tecnologias Limpas. Aqui esses assuntos fundamentam um novo material ecológico, obtido através da mistura de serragem em pó de madeira com resina termofixa de poliéster. O primeiro material, que é considerado resíduo, teve sua massa reciclada em quase 95%. O resultado foi um compósito em 14 traços e que foi testado em três ensaios: absorção de água, dureza shore D e flexão de três pontos, obtendo ótimos resultados tanto físico quanto ecológico.
ABSTRACT
This work is based on author’s study about industrial ecology and bionics and clean technologies. Here these subjects lay the foundation of a new ecological material which was found by a polyester resin and wood sow powder mixture. Wood sow powder is considered residue and it had about 95% of its mass recycled. This work had resulted in a composite which was tested by three analyses: water absorption, shore hardness and flexion. These tests brought very good fiscal and ecological results.
INTRODUÇÃO
Tornou-se imperativo a preservação ambiental. As atividades antrópicas estão atingindo níveis insustentáveis de exploração de recursos naturais e de disposição de poluição no meio ambiente. A indústria da madeira, por exemplo, usa os recursos naturais de maneira ineficiente, tanto na obtenção da matéria prima, quanto na fase de produção dos produtos, como também no descarte dos produtos no fim de sua vida útil, significando, então, um grande desperdício dos recursos madeireiros principalmente das florestas nativas, levando a grande devastação desses recursos, e a geração de resíduos em quantidade é a prova desta ineficiência.
Essa situação permite uma reflexão sobre como um material cujo uso é considerado tão nobre pode ter mais da metade de seu volume subutilizado ou descartado visto que pode ser considerado de alto valor, apenas por se apresentar fisicamente
diferente do estado de antes do beneficiamento, visto que é o mesmo material. Será que existem caminhos ou alternativas que permitam a valorização deste resíduo? Esse artigo tem o propósito de demonstrar, embasando-se nas teorias contidas na Biônica e na Ecologia Industrial, que é possível transformar um material que antes era considerado como resíduo para um material que passará a ser considerado como insumo, tal como acontece no mundo natural.
Biônica
A Biônica, também denominada como Biomimética por alguns autores tal como Benyus (1997), é a ciência que estuda as melhores idéias existentes na natureza para basear o design e propor processos para a resolução de problemas humanos, ou seja: a inovação inspirada na natureza. Considerando o atual contexto ecológico mundial, referindo-se exatamente à relação entre a cultura humana e a natureza, o problema do lixo, do consumo exagerado de bens naturais, da perda da biodiversidade e do aumento da temperatura global, por tudo isso e mais, a biônica, segundo Benyus (1997), torna-se uma ferramenta imprescindível ao propor modelos ecológicos que permitam produtos e processos eco-eficientes, não poluentes e socialmente corretos. De acordo com Papanek (1977) a biônica, através da analogia de formas e processos encontrados na natureza, pode nos ensinar sobre como atingir a eco-eficiência através do principio do menor esforço e pela aplicação da relação de máximos e mínimos, ou seja, como fazer mais gastando menos além de fazer nos aproximar da natureza de forma benéfica e responsável.
Um exemplo de aplicação da biônica, segundo Nachtigall (2005) são os processos de produção e fabricação como os encontrados nos mecanismos naturais de reciclagem e que evitam o depósito de materiais que podem ser considerados como resíduo ou lixo. O resultado da aplicação desse modelo natural é no conceito da biônica de processo: uma maneira de usar modelos ecológicos, neste caso o ciclo de recursos materiais e energéticos, para atingir a minimização de poluição e a otimização do aproveitamento de recursos naturais, visto que na natureza não há o acumulo de poluição.
Ecologia Industrial
A Ecologia Industrial é uma aplicação da biônica de processo que visa prevenir a poluição pela redução da demanda de matérias primas e energia, assim como visa à diminuição da devolução de resíduos e poluentes à natureza. Para isso, propõe a utilização de matérias primas e energia em ciclos fechados, ou “Princípio da Total Reciclagem” (NACHTIGALL, 2005), feito tanto entre sistemas industriais, como entre sistemas industriais e consumidores finais, de modo análogo aos processos naturais. Também se compatibilizando com a natureza quando não for possível a eliminação de resíduos, possibilitando ao meio natural o processamento de tais resíduos. A lógica de processamento interno de materiais e energia, com a recuperação de valores incorporados a elementos que seriam rejeitos de alguns processos, por sua utilização como alimentação de outros, é que leva à associação com a ecologia (KIPERSTOK & MARINHO, 2001). Na FIG 01 podemos ver o funcionamento gráfico do conceito básico da Ecologia Industrial baseado no modelo natural de circulação de recursos (insumos e energia).
FIG 01 - Gráfico conceitual da Ecologia Industrial (fonte: autor, 2006)
Aqui, segundo a Ecologia Industrial, o que é considerado resíduo em um processo produtivo é aproveitado como insumo em outro processo, formando, assim, um circuito fechado de aproveitamento de insumos e energia, tal como acontece no meio natural, e fazendo com que a quantidade de material que transita na biosfera tenha uma dissipação mínima, se mantendo quase constante. Isso resulta em redução tanto da demanda de recursos naturais quanto na redução de resíduos, minimizando a pressão sobre a natureza.
Compósito Biônico - Um Material Ecológico
Usando estes princípios da Biônica e da Ecologia Industrial foi desenvolvido um eco-compósito de pó de madeira e plástico. Segundo o boletim técnico da BRASKEM (2002), “compósito é o material conjugado formado por pelo menos duas fases ou dois componentes, sendo geralmente uma fase polimérica (matriz polimérica) e uma outra fase de reforço, normalmente na forma de fibras”. O eco-compósito surge quando os materiais componentes de um compósito (fibras e matriz) respeitam as metas ambientais, sendo tanto de origem vegetal, derivados de fontes renováveis, devendo ser atóxicos e abundantes e podendo ser ou não biodegradáveis como pode ser também originário do aproveitamento de resíduos agro-industriais, florestais ou ainda de outros tipos de resíduos tais como escória mineral e plásticos reciclados, aumentando ainda mais a sua eco-eficiência (TEIXEIRA 2005). Essas possibilidades o tornam um material inovador e não tradicional, com grandes possibilidades de uso na substituição de materiais tradicionais, baseados em matéria prima virgem.
Um material deixa de ser resíduo pela sua valorização como matéria prima, para a obtenção de novos produtos. Neste caso, o resíduo passa a ser tratado como subproduto do processo produtivo (VALLE, 1995 apud SAVASTRANO Jr, 2000). Do ponto de vista do produtor, esta pode ser uma excelente oportunidade de negócio, pois estará produzindo produtos a custos muito mais baixos, já que estará utilizando como matéria prima algo que era visto como descartável, além de usar de maneira quase completa toda madeira disponível, já que esta é uma matéria prima considerada nobre.
Os eco-compósitos de plástico reforçados com madeira são conhecidos como WPC WPC (wood plastic compósites), podendo ser composto de matrizes termoplásticas, que amolecem e são moldadas com o uso de calor, ou matrizes termofixas, que inicialmente são líquidas, endurecem com calor ou com catalisadores e não voltam ao estado líquido inicial. Ambas as matrizes podem receber teores de pó de madeira que vão de 2% à 50% (CLEMONS, 2002). A madeira, usada na forma de fibra ou pó (farinha), pode ser oriunda de resíduo, o que diminui o preço e aumenta a disponibilidade da matéria prima.
MATERIAIS E MÉTODOS
A pesquisa foi desenvolvida em duas empresas situadas nas cercanias da cidade de Salvador- BA, a primeira uma empresa beneficiadora de toras de madeira e a segunda empresa, uma fábrica de produtos e serviços de plásticos reforçados com fibras de vidro. A relação dessas empresas caracterizou o conceito da Ecologia Industrial do ciclo fechado da circulação de recursos materiais, visto que os resíduos reciclados, oriundos da usina de tratamento de madeira, foram usados como insumo na fabricação de corpos de prova outro processo produtivo na segunda empresa. O resíduo, depois de ser coletado na primeira empresa, foi secado, peneirado e classificado de acordo com sua granulometria. Essa fase inicial foi denominada como Fase de Reciclagem. A FIG 02 mostra alguns destes resíduos coletados de acordo com a máquina de beneficiamento respectiva.
SERRA FITA SERRA INDUSTRIAL FURADEIRA PLAINA DESEMPENADEIRA
FIG 02 – Exemplos de resíduos de madeira coletados
A fase seguinte foi da mistura do compósito e de confecção de corpos de prova, no qual o resíduo já reciclado foi misturado com resina poliéster insaturado e com o compósito resultante foram confeccionados corpos de prova, usando o processo de fabricação de prensagem a frio. A resina de Poliéster Ortofitálico usada nesta pesquisa é a POLYDYNE 5061 da Cray Valley descrita por esta fábrica como resina de poliéster insaturado ortoftálico, rígido, de baixa reatividade, de média viscosidade, cristal pré-acelerado.
O processo de fabricação dos corpos de prova escolhido foi a prensagem a frio, processo que usa moldes fechados, prensas de baixa pressão e cura por catalizadores, Este processo é descrito pelos fabricantes de peças de Fiberglass como uma alternativa barata aos processos mais complexos (OWENS CORNING, 2001). Processos como este descrito por KIPERSTOK (1999) como o melhor meio de fabricação do ponto de vista da preservação ambiental, e que reúne as seguintes vantagens:
• Baixo investimento com moldes construídos com materiais de fácil manipulação;
• Fechamento com prensas leves, a vácuo ou por com feches mecânicos; • Acabamento superficial em ambas as faces do produto;
• Controle da espessura das paredes do produto e diminuição de rebarbas • Menor emissão de gases ou vapores em relação com moldes abertos; • Baixo ou nenhum consumo de energias térmica, elétrica e de água;
Os traços foram determinados a partir da mistura dos resíduos de madeira, com partículas finas, médias e grossas, com a matriz de resina de poliéster ortoftálico em 2 porcentagens de resíduo: 10% e 20%. O resíduo foi distribuído segundo o modelo de misturas proposto por NETO et al (2003).
Depois foram feitos os ensaios de acordo com as seguintes Normas Técnicas Brasileiras:
• Absorção de água: baseado na norma NBR 8514 (Plásticos - Determinação de Absorção de Água) - forneceu dados sobre o comportamento do compósito na presença de água. Foram moldados 4 corpos de prova para cada traço e depois foram mergulhados na água contida num recipiente plástico em temperatura ambiente (±30ºC, para o mês de outubro em Salvador), durante 15 dias, tendo seu peso medido duas vezes no dia.
• Dureza Shore D: Baseada na norma NBR 7456 (Plásticos - Determinação da Dureza Shore) - forneceu dados sobre o desempenho do material quanto à resistência a objetos penetrantes. Usou durômetros que atendiam a norma citada sendo que foi testado um corpo de prova para cada traço, feitas 5 medições em pontos diferentes do corpo de prova. O tempo de exposição à carga foi de 10 segundos e a massa usada como carga foi de 5 kg. O ensaio foi feito à temperatura de laboratório (±25ºC).
• Propriedades de flexão de 3 pontos: Baseada na norma NBR 7447 (Plásticos Rígidos - Determinação das propriedades de flexão) - forneceu dados sobre a resistência à flexão do compósito estudado. Este ensaio foi feito à temperatura ambiente para 5 corpos de prova por traço. Usou uma prensa DL 30000 da marca EMIC assistida por computador, com célula de carga de 200kg. Para tal foi desenvolvido um script, rotina de controle digital, dedicado para o ensaio em questão, fornecido pela EMIC.
RESULTADOS
ReciclagemO resultado da secagem e peneiramento resultou em 4 níveis granulométricos, sendo que 1 nível não foi considerado como aproveitável, por apresentar partículas muito grandes, cascas e outros materiais diferentes da madeira. Três destes níveis, porém podem ser usados como reforço de resinas termofixas, que significou quase 95% do resíduo coletado. Esses três níveis granulométricos são descritos como:
• Grosso (33,84%): Constituído de lascas e maravalha;
• Médio (27,47%): Material com fases entre granulosa e fibrosa, composto
de pequenas lascas, maravalhas e raspas;
• Fino (32,95%): Material granuloso, com fases indo do pó fino como talco
até grãos com textura similar à farinha de mandioca e ainda partículas fibrosas, macias e maleáveis.
Absorção de água
O ensaio de absorção de água permitiu observar que a porcentagem de absorção variou de 1,19% à 6.38% e que quanto mais madeira mais a absorção, os traços com 20% de resíduo absorvem mais água que os com 10%. A granulometria é um fator que altera a absorção de água, quanto maior a partícula de madeira maior será a absorção de água. Os traços absorvem água de forma lenta, com graduações de décimos de grama por dia nos traços mais absorventes, alcançando em torno de 5% de umidade nos 15 dias de ensaio, o que pode ser considerado como de pequena monta, se comparados com os valores alcançados pela madeira sólida, que atinge 30% de umidade. Desta forma, entende-se que a resina envolve e protege a madeira da umidade, mesmo estando os compósitos imersos na água vários dias. Dureza Shore D
Nos ensaios de dureza do material pesquisado, foi usada a escala Shore D, de acordo com a NBR 7456, o que classifica o compósito estudado como um material polimérico duro. O traço composto de resina pura obteve a medida média de 80 na escala D de máximo 100. A dureza dos demais traços obteve valores entre 69 e 78. Os traços que têm resíduo médio e grosso são os mais propensos a tal redução de dureza e a quantidade de madeira também influenciou na medida da dureza sendo
que os traços com 20% de resíduo mostraram-se um pouco menos duras que os traços com 10%. A média dos traços, apesar da possibilidade de fibras na superfície, mostra que a madeira diminuiu pouco a dureza da resina pura.
Flexão de três pontos
Buscou-se no ensaio de flexão de 3 pontos, determinar a Força Máxima na Ruptura (F) em Newtons, Tensão de Flexão (σf) em MPa, a Deformação na Ruptura (d) em milímetros, o percentual de Alongamento na Ruptura, o Módulo de Elasticidade (Eb) em Newtons por milímetro quadrado. O software usado no controle da prensa foi o Tesc Versão 1.12. Para o cálculo das tensões em flexão e módulo de elasticidade foram utilizadas as fórmulas sugeridas pela norma NBR 7447:
O ensaio teve os seguintes resultados:
• FORÇA MAX (N): entre 283,80 e 479,50
• DEFORMAÇÃO NA RUPTURA (mm): entre 4,77 e 10,92
• MÓDULO DE ELASTICIDADE (N/mm2): entre 1701,56 e 2799,33
DISCUSSÃO
De modo geral observou-se que o aumento do módulo de elasticidade do compósito alcançou quase o dobro do valor do traço de referência em alguns casos. Relacionando esses valores do módulo de elasticidade com a diminuição da deformação atingida pelo compósito, conclui-se que essa característica é conseqüência da propriedade de reforço que o resíduo transferiu para a matriz polimérica. Ou seja, a serragem de madeira atua verdadeiramente como um reforço quando empregada num compósito de matriz polimérica pois os traços mostraram uma melhor relação entre a força aplicada e a deformação, que pode ser entendido como um reforço pela presença do resíduo reciclado. Assim, os traços do compósito demonstram melhor desempenho útil que o traço de resina pura.
Os traços que reúnem proporção semelhantes de partículas finas, médias e grossas representam um desempenho geral bastante satisfatório. Este desempenho torna-se relevante pois se trata dos traços que mais se aproximam das amostras do resíduo in natura, de forma misturada e como é coletado, tendo apenas separado a parte muito grosseira e descartável. Portanto são traços que, devido a estas características, permitem prever não somente a simplificação dos processos de
reciclagem, pois haverá apenas a separação de partes descartáveis, mas também o aumento da eco-eficiência do compósito estudado, pois há uma otimização do desempenho com simplificação da produção.
CONCLUSÕES
As características físicas e mecânicas mostradas nos ensaios habilitam o eco-compósito desta pesquisa como matéria prima na fabricação de muitos produtos. Estes podem ser de vários tipos, desde peças de superfície plana, tais como tampos de mesa, móveis e utensílios e também produtos com formas complexas, possíveis graças à plasticidade do material.
A pesquisa mostrou, também que a serragem de madeira pode ser usada como componente de um eco-compósito que, além de preencher os requisitos do princípio da circulação de material, produzido por um processo de fabricação de baixo impacto ambiental, conceitos propostos pela Ecologia Industrial. Portanto o uso do resíduo na forma de serragem reciclada é uma ótima resposta de preservação do meio ambiente.
Referências
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_____________ - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7456 - Plásticos – Determinação da Dureza Shore. Rio de Janeiro, 1982.
_____________ - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8514 – Plásticos – Determinação de Absorção de Água. Rio de Janeiro, 1984
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