PÂMELA GOUDINHO MARCON
ANÁLISE DA RECICLABILIDADE DE FILMES PLÁSTICOS FLEXÍVEIS DE POLIETILENO COM NYLON ADICIONANDO AGENTE COMPATIBILIZANTE
Tubarão 2019
PÂMELA GOUDINHO MARCON
ANÁLISE DA RECICLABILIDADE DE FILMES PLÁSTICOS FLEXÍVEIS DE POLIETILENO COM NYLON ADICIONANDO AGENTE COMPATIBILIZANTE
Relatório Técnico/Científico apresentado ao Curso de Engenharia Química da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química.
Prof. Eng. Marcos Marcelino Mazzucco, Dr. (Orientador) Eng. Morgana Bon, Bel. (Coorientadora)
Tubarão 2019
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer primeiramente a Deus, pela capacidade e pela oportunidade de poder realizar um dos meus principais objetivos: a graduação em Engenharia Química.
Agradecer também por Ele ter colocado em minha vida pessoas muito especiais, como meus pais: Gilson e Marilete. Que desde sempre me ajudaram a crescer na vida, a saber o que é certo e errado, sendo essenciais na formação de meu caráter e profissionalismo.
Gostaria de agradecer meu irmão, namorado, familiares, amigos, colegas de curso e de trabalho, que sempre me apoiaram e incentivaram quando eu mais precisei, estando ao meu lado nas horas boas e ruins.
Aos meus professores, não somente de graduação, mas também aos que me ensinaram as primeiras letras, os primeiros números. Pessoas de grande coração, que compartilharam comigo seus conhecimentos e que com toda certeza, foram fundamentais para que hoje eu pudesse concluir meus estudos de graduação.
Ao meu orientador de pesquisa e também de estágio: Professor Dr. Marcos Marcelino Mazzucco, que me ajudou muito durante toda trajetória de curso. Com ele pude começar minha carreira científica, que foi essencial para que eu crescesse profissionalmente e pessoalmente.
Ao Grupo Copobras, que acreditou em mim e nas minhas habilidades, concedendo-me o estágio, onde pude realizar este trabalho, que é fundaconcedendo-mental para minha formação acadêmica. Um agradecimento especial, a minha supervisora de estágio e também coorientadora: Eng. Química Morgana Bon, que me auxiliou muito, não somente no desenvolvimento deste trabalho, mas também em adquirir grande parte do meu conhecimento na área de plásticos.
Enfim, meu muito obrigado, a essas pessoas que direta ou indiretamente me auxiliaram a chegar até aqui.
RESUMO
O presente trabalho tem por objetivo analisar a reciclabilidade de filmes plásticos flexíveis de polietileno coextrusado com nylon, adicionando agente compatibilizante. O nylon possui alto valor agregado e quando usado em blendas com polietileno promove alta barreira à gordura. Contudo, quando destinado às empresas de reciclagem, esse altera as características (principalmente visuais) do filme reciclado. Isso porque esse material, não se dispersa em polietileno, por possuir polaridade diferente do mesmo. Este trabalho foi desenvolvido em uma empresa de plásticos no sul de Santa Catarina, sendo o principal produto: embalagens plásticas flexíveis para pet food. O método de abordagem de estudo foi quantitativo e o procedimento realizado, foi experimental sob nível explicativo, que exigiu a determinação de hipóteses a partir da manipulação de variáveis. Foi realizada uma prova industrial na empresa concedente do estágio, que conteve as seguintes etapas: extrusão (base e capa), impressão, laminação e rebobinagem. Foram produzidas duas bobinas, uma contendo agente compatibilizante entre nylon e polietileno na base e outra sem este aditivo. As bobinas foram encaminhadas à um laboratório externo que realizou a recuperação e reciclagem das mesmas. Ao longo de todo processo foram controlados os parâmetros de máquina e verificados se os mesmos, encontravam-se dentro do especificado. Amostras foram coletadas e encaminhadas ao laboratório da empresa, que realizou as medições das propriedades de barreira à gordura, propriedades físicas e avaliou a aparência dos filmes. Todas as análises seguiram as normas da ASTM. Na etapa de extrusão, o filme de base não apresentou nenhum tipo de alteração, ficando dentro do especificado. Já na etapa de laminação entre base e capa, este aditivo pode ter reagido com o adesivo que une as duas camadas, ocasionando força de laminação baixa, se comparada com o filme sem aditivo compatibilizante. Entretanto, em questão de reciclabilidade, o aditivo compatibilizante entre nylon e polietileno foi eficaz, resultando em um filme com melhor aparência visual e propriedades físicas adequadas.
ABSTRACT
The present task aims to analyze the recyclability of flexible polyethylene plastic films coextruded with nylon, adding compatibilizing agent. Nylon has high added value, when used in blends with polyethylene promotes high fat barrier. However, when used for recycling companies, it changes the characteristics (mainly visual) of the recycled film. This is because this material does not disperse in polyethylene, because it has different polarity. This work was developed in a plastics company in the south of Santa Catarina, the main product being: flexible plastic packaging for pet food. The method of study approach was quantitative and the procedure performed was experimental under explanatory level, which required the determination of hypotheses from the manipulation of variables. An industrial test was carried out at the stage granting company, which included the following steps: extrusion (base and cover), printing, laminating and rewinding. Two coils were produced, one containing compatibilizing agent between nylon and polyethylene in the base and another without this additive. The coils were sent to an external laboratory that carried out the recovery and recycling of the same. Throughout the process, the machine parameter were controlled checked if they were within the specified range. Samples were collected and sent to the company's laboratory, which performed the measurements of the fat barrier properties, physical properties and evaluated the appearance of the films. All analyzes followed ASTM standards. In the extrusion stage, the base film didn’t present any type of alteration, being within the specified one. In the lamination stage between the base and the cover, this additive may have reacted with the adhesive that binds the two layers, causing low lamination strength, when compared to the film without compatibilizing additive. However, in the matter of recyclability, the compatibilizing additive between nylon and polyethylene was effective, resulting in a film with better visual appearance and adequate physical properties.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Nylon 6,6 ... 21
Figura 2: Diferentes tipos de cadeia de polietileno... 22
Figura 3: Elementos básicos para impressão flexográfica ... 26
Figura 4: Tipos e modelos de embalagens plásticas flexíveis ... 28
Figura 5: Fluxograma de processo ... 33
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Comparativo de resistência à tração ... 45
Gráfico 2: Comparativo de resistência ao rasgo ... 46
Gráfico 3: Comparativo resistência à termossoldagem... 46
Gráfico 4: Comparativo alongamento ... 47
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Valores medidos da base extrusada ... 42
Tabela 2: Valores medidos do filme acabado (laminado) ... 43
Tabela 3: Valores medidos material 100% reciclado ... 44
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 14 1.1 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA ... 15 1.2 HIPÓTESES ... 16 1.3 OBJETIVOS... 17 1.3.1 Objetivo geral ... 17 1.3.1.1 Objetivos específicos ... 17
1.4 RELEVÂNCIA SOCIAL E CIENTÍFICA ... 17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19
2.1 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE FILMES PARA EMBALAGENS PLÁSTICAS FLEXÍVEIS ... 19
2.1.1 Nylon... 20
2.1.2 Polietileno ... 21
2.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE EMBALAGENS PLÁSTICAS FLEXÍVEIS... 23
2.2.1 Extrusão ... 23
2.2.2 Impressão ... 25
2.2.3 Laminação ... 27
2.2.4 Acabamento ... 28
2.3 ADITIVO COMPATIBILIZANTE ... 29
2.4 RECICLAGEM DE PLÁSTICO NO BRASIL... 30
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 31
3.1 CARACTERÍSTICAS DA INVESTIGAÇÃO REALIZADA ... 31
3.2 MATERIAIS UTILIZADOS E ETAPAS... 32
3.2.1 Principais materiais utilizados ... 33
3.2.2 Principais equipamentos e máquinas ... 34
3.2.3 Prova Industrial ... 34 3.2.3.1 Extrusão da base ... 35 3.2.3.2 Extrusão da capa... 36 3.2.3.3 Impressão da capa ... 36 3.2.3.4 Laminação ... 37 3.2.3.5 Rebobinagem ... 37 3.2.4 Reciclagem do material ... 37
3.2.4.1 Recuperação ... 38
3.2.4.2 Extrusão do material recuperado ... 38
3.3 ANÁLISES ... 39
3.3.1 Propriedades mecânicas... 39
3.3.2 Propriedades de barreira à gordura ... 40
3.3.3 Reciclabilidade ... 40 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 41 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 48 REFERÊNCIAS ... 49 ANEXOS ... 51 ANEXO A – EXTRUSORA ... 52
ANEXO B – MATRIZ PRINCIPAL DA EXTRUSORA ... 53
ANEXO C – IMPRESSORA FLEXOGRÁFICA ... 54
ANEXO D – LAMINADORA ... 55
ANEXO E – REBOBINADEIRA ... 56
ANEXO F – FICHA TÉCNICA DO AGENTE COMPATIBILIZANTE “X” ... 57
APÊNDICES ... 58
APÊNDICE A – PELLETS DE MATERIAL RECUPERADO COM COMPATIBILIZANTE ... 59
APÊNDICE B – PELLETS DE MATERIAL RECUPERADO SEM COMPATIBILIZANTE ... 60
APÊNDICE C – BOBINAS DE MATERIAL RECICLADO ... 61 APÊNDICE D – FILME 100% RECICLADO SEM ADITIVO COMPATIBILIZANTE
62
APÊNDICE E – FILME 100% RECICLADO COM ADITIVO COMPATIBILIZANTE 63
APÊNDICE F – FILME 15% RECICLADO SEM ADITIVO COMPATIBILIZANTE 64 APÊNDICE G – FILME 15% RECICLADO COM ADITIVO COMPATIBILIZANTE
1 INTRODUÇÃO
O plástico é um material muito presente no dia a dia das pessoas, isso porque se comparado com outros materiais, possui ótimas propriedades de barreira, durabilidade, é barato, fácil de trabalhar e versátil.
Antigamente, os alimentos nos comércios eram transportados e armazenados em cestos de vime e caixas de madeira. Quando alguém fazia compras, tudo era pesado na hora e os mantimentos eram embrulhados em sacos de papel. Os locais eram propícios à criação de insetos e por cima dos alimentos passavam ratos, baratas, dentre outros. Com isso, era comum ocorrer alguma contaminação nos alimentos e consequentemente às pessoas que ingeriam.
Com o tempo, surgiram as embalagens plásticas flexíveis que foram uma solução para este problema, vários alimentos puderam ser armazenados e transportados de maneira segura, sem que tivessem contato com o ambiente externo e com insetos. Proporcionando também, maior durabilidade e preservação das propriedades dos alimentos, reduzindo desperdícios.
Surgiram também, diversos tipos de embalagens plásticas, como: os plásticos metalizados, embalagens laminadas com múltiplas camadas, filmes coextrusados com outros materiais, isso tudo visando aumentar o tempo de vida dos produtos embalados.
Porém, nos últimos anos a crescente demanda no uso de embalagens plásticas gerou muito lixo e com isso começaram a aparecer questões ambientais, devido ao descarte incorreto desses materiais pelas pessoas. Visto isso, as empresas preocupadas com o bem-estar da sociedade e com o meio ambiente, começaram a desenvolver diversos projetos, como: o uso de resinas verdes na fabricação de seus produtos; o fornecimento de embalagens biodegradáveis; uso de aditivos químicos para melhorar a reciclagem dos plásticos; dentre outros.
No Brasil, segundo pesquisa realizada pela FIA (Fundação Instituto de Administração) para o PICPlast – Plano de Incentivo à Cadeia do Plástico, aponta que o índice de reciclagem em 2018 estava em torno de 26% do total do plástico consumido na produção de embalagens no país, sendo que em 2017 esse volume representou cerca de 550,4 mil toneladas.
Esse índice, apesar de estar acima do percentual de muitos países desenvolvidos, ainda é baixo. Isso porque no Brasil, existem poucas políticas de incentivo à reciclagem. Materiais plásticos são descartados incorretamente e as empresas recicladoras perdem muito tempo e dinheiro, fazendo a seleção dos mesmos.
Vários materiais usados em blendas poliméricas possuem alto valor agregado, quando comprados virgens. Além disso, blendas de materiais plásticos possuem propriedades
melhoradas e alta durabilidade. Entretanto, as empresas recicladoras evitam esses tipos de materiais devido à dificuldade em reciclá-los, pois geralmente quando a proporção desses materiais é alta, os produtos obtidos são de baixa qualidade. Isso acontece, porque muitos materiais não fundem, nem dispersam facilmente no polietileno (que é a estrutura mais usada na reciclagem de plásticos). Sendo um desafio, a inserção desses materiais na cadeia de reciclagem do plástico, evitando desperdício de estruturas que poderiam durar muitos anos ainda.
1.1 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA
Com as embalagens plásticas flexíveis, é possível armazenar e comercializar os alimentos de forma mais segura, preservando suas características organolépticas e evitando contato com substâncias, micro-organismos e/ou insetos, que possam vir causar contaminação aos mesmos.
Nos últimos anos, pode-se perceber a crescente demanda no uso de plásticos, não somente para embalar alimentos, mas também, para diversas outras aplicações como: tubulações de água e esgoto, eletrodomésticos; automóveis, utensílios domésticos, etc. As embalagens descartáveis também se tornaram muito comum, proporcionando maior praticidade para as pessoas.
Entretanto, o crescente aumento no uso de plásticos tem gerado uma questão ambiental, devido ao descarte incorreto e baixas taxas de reciclagem. Portanto nos últimos anos têm-se discutido muito o uso de embalagens plásticas e várias propostas estão sendo discutidas e, algumas, implementadas. Exemplos disso, são alguns estados no Brasil que querem proibir o uso de canudos plásticos; outro exemplo seria a atitude de supermercados que começaram a cobrar pelo uso de sacolas plásticas, tentando incentivar as pessoas a usarem sacolas de pano. Algumas propostas são interessantes, porém nenhuma delas é suficiente para eliminar esses problemas.
Quando usado e descartado de maneira adequada, o plástico não é um problema. Reciclagem seria uma das soluções, porém, nem todos materiais poliméricos são destinados para empresas recicladoras, alguns tipos são de reciclagem mais complexa e requerem um custo mais elevado para sua transformação. Um exemplo disso, são os filmes de alta barreira, que devido a blendas de materiais diferentes dificultam, e muito sua reciclagem.
O nylon tem alto valor agregado (quando comprado virgem) e é muito utilizado nesse mercado, para promover alta barreira à gordura. Entretanto, ele gera uma grande preocupação, sendo um material mais difícil de reciclar, pois possui estrutura polar. Com isso, não consegue se dispersar em polietileno (que é apolar), dificultando a produção de filmes flexíveis reciclados de boa qualidade.
A empresa em que foi realizado o estágio, é especializada em embalagens para pet food e produz filmes de polietileno coextrusado com nylon. Na etapa de extrusão, os refiles, que seriam sobras do filme extrusado, não podem ser recuperados, como no caso dos filmes de polietileno, e isso acaba gerando uma grande quantidade de aparas para empresa, aumentando consequentemente os custos.
Considerando-se os problemas acima mencionados, buscou-se como meta neste trabalho, o desenvolvimento de filmes plásticos flexíveis com aditivo compatibilizante entre nylon e polietileno, com o objetivo de melhorar a reciclabilidade destes produtos.
Portanto segue a pergunta central da pesquisa: É possível melhorar a
reciclabilidade de filmes flexíveis de polietileno com nylon, adicionando agente compatibilizante? Em estudo realizado no ano de 2019, no sul de Santa Catarina.
1.2 HIPÓTESES
A não adição de agente compatibilizante na etapa de extrusão (base) do material virgem, resulta em filme reciclado com qualidade ruim.
A adição de agente compatibilizante na etapa de extrusão (base) do material virgem, propiciará a obtenção de filme flexível reciclado com propriedades adequadas.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo geral
Avaliar a reciclabilidade de filmes flexíveis de polietileno com nylon, adicionando agente compatibilizante, visando maior aproveitamento de material e contribuindo para com a sustentabilidade ambiental.
1.3.1.1 Objetivos específicos
a) Analisar a reciclabilidade de filmes plásticos de polietileno com nylon, adicionando agente compatibilizante;
b) Elaborar uma sequência experimental para analisar os filmes; c) Avaliar os resultados da prova industrial.
d) Comparar propriedades dos filmes flexíveis com agente compatibilizante e sem agente compatibilizante;
1.4 RELEVÂNCIA SOCIAL E CIENTÍFICA
Como descrito anteriormente, as embalagens plásticas flexíveis, proporcionaram maior durabilidade e segurança para os alimentos embalados. Antigamente, existiam vários problemas de contaminação de alimentos, devido à exposição ao ambiente externo e contato com insetos.
Vários tipos de embalagens plásticas flexíveis foram desenvolvidas, com o intuito de melhorar as condições de armazenamento dos alimentos, preservando assim as características dos mesmos. Surgiram diversas misturas de materiais (blendas), para melhorar principalmente as propriedades de barreiras, sendo uma delas: a coextrusão de polietileno com nylon.
O nylon é um material, que quando comprado virgem, possui um alto valor agregado e assim como o polietileno, possui grande durabilidade. Quando extrusado com polietileno, permite alta barreira à gordura, o que é desejado pela empresa concedente do estágio, visto que o principal produto comercializado pela mesma, é embalagens plásticas flexíveis para pet food.
Porém, as embalagens que contém nylon, não são bem-vindas nas empresas de reciclagem, isso porque o nylon não se dispersa em polietileno, visto que esses dois materiais, possuem polaridade e ponto de fusão diferentes.
A empresa na qual realizou-se o estágio, vendo a existência desse e de outros problemas, busca alternativas que possam contribuir com o meio ambiente, sendo uma delas a utilização de agente compatibilizante entre polietileno e nylon.
Este trabalho é importante, pois visa melhorar a reciclabilidade de filmes plásticos flexíveis, que possuem em sua composição, blendas de polietileno com nylon. Com isso, grande quantidade de material, pode ser vendido para empresas recicladoras e estas por sua vez, podem reciclá-los, obtendo filmes flexíveis com melhores características. Proporcionando uma destinação mais adequada para estes materiais.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DE FILMES PARA EMBALAGENS PLÁSTICAS FLEXÍVEIS
Plásticos são polímeros orgânicos de alta massa molecular, formados por macromoléculas de repetidas unidades denominadas monômeros. Podem ser sintetizados a partir do petróleo; do gás natural; ou de fontes renováveis (biopolímeros), sendo um exemplo a cana de açúcar. Os polímeros podem ser moldados repetidamente e de diversas formas, geralmente por auxilio de calor e pressão, esses são denominados de termoplásticos. (CETEA/ITAL, 2017).
As propriedades e as aplicações de um polímero, dependem da natureza física e química, da estrutura química dos monômeros, do arranjo e da massa molecular das cadeias poliméricas e do nível de interação entre as macromoléculas. Com isso, são determinados o grau de cristalinidade, a densidade e as temperaturas de transição física do polímero. (CETEA/ITAL, 2017).
As embalagens plásticas flexíveis, são criadas para acondicionar determinados produtos, com adequação quanto aos seu volume e espessuras. Garcia, Sarantopoulos e Coutro (2017, p.15), conceituam esses materiais:
Embalagens plásticas flexíveis são aquelas cujo formato depende da forma física do produto acondicionado e cuja espessura é inferior a 250 µm. Nessa classificação se enquadram os sacos e sacarias com duas ou três soldas, pouches de quatro soldas, envoltórios fechados por torção e/ou grampos, tripas, pouches autossustentáveis (stand up pouches), fundos termoformáveis flexíveis que se conformam ao produto, filmes encolhíveis (shrink) para lacres, rótulos, envoltórios ou unitização, filmes esticáveis (stretch) para envoltórios de bandejas ou para amarração de carga na paletização, sacos de ráfia etc. Os materiais flexíveis incluem ainda selos termosseláveis, rótulos e etiquetas plásticas.
Pela relação otimizada entre massa de embalagem e a quantidade de produto que pode ser acondicionado, e pela flexibilidade que oferecem ao dimensionamento de suas propriedades, as embalagens plásticas flexíveis se destacam no mercado. (CETEA/ITAL, 2017).
É possível melhorar as propriedades das embalagens plásticas flexíveis, combinando diferentes materiais e introduzindo aditivos que melhoram a performance delas. Isso é um ponto positivo, levando-se em consideração requisitos econômicos, ambientais, de conservação e comercialização de produtos. (CETEA/ITAL, 2017).
Existem diversas estruturas e materiais para a fabricação de embalagens plásticas flexíveis, neste trabalho serão enfatizados: o nylon que faz parte do grupo das poliamidas e o polietileno que integra o grupo das poliolefinas.
2.1.1 Nylon
O Nylon faz parte do grupo das poliamidas e pode ser moldado de diversas formas, sendo uma delas a coextrusão com polietileno. Possui alto ponto de fusão e o filme é difícil de soldar a quente, caso não tenha tratamento corona ou não sejam aplicadas pressão e temperatura adequadas. Por este motivo ele é usado laminado ou coextrusado com polietileno, que possui fácil selagem. (TWEDE E GODDARD, 2009).
O Nylon, possui características desejáveis para embalagens plásticas, como: tenacidade, resistência mecânica à altas variações de temperatura, resistência à perfuração, alta barreira à permeação de gordura, gases e aromas, fragilização sobre tensão (stress cracking). Porém, absorve água facilmente e tem propriedades ruins quanto à transmissão de vapor de água. (TWEDE E GODDARD, 2009).
Devido às qualidades acima mencionadas, o nylon é comercializado com um preço mais alto em relação às outras estruturas. É muito usado, para embalagens de carnes processadas e para pet food, quando o produto envasado possui grandes quantidades de gorduras. Entretanto, para o seu processamento, é preciso evitar que a resina absorva umidade, caso isso aconteça, o filme produzido será de péssima qualidade. Por isso, a resina de nylon vem embalada em sacos plásticos com estruturas metalizadas, que possuem boa propriedade de barreira, quanto à permeação de umidade. Na empresa na qual realizou-se o estágio, é utilizado o nylon 6,6. A estrutura molecular, está representada na figura abaixo.
Figura 1: Nylon 6,6
Fonte: CETEA/ITAL, 2017, p. 47.
2.1.2 Polietileno
O polietileno (PE) foi um dos primeiros plásticos a serem produzidos, possui ótimas propriedades como: resistência, soldagem a quente e alta barreira à permeação de água ou vapor de água. É geralmente inerte e tem excelente resistência química (exceto ao ataque químico de ácidos oxidantes e ser permeável a gasolina e xileno). (TWEDE E GODDARD, 2009).
Possui um custo baixo em relação ao nylon e outras resinas, além disso possui baixo ponto de fusão, se comparado a outros materiais poliméricos. Com isso, pode-se reduzir o custo da embalagem, visto que utiliza-se menos energia para seu processamento, o que é uma grande vantagem em relação à outras estruturas. (TWEDE E GODDARD, 2009).
Como o polietileno possui baixo ponto de amolecimento, ele não é usado para aplicações de envase a quente, diferentemente do nylon. Entretanto, mantém sua flexibilidade a baixas temperaturas, sendo uma vantagem, em relação a embalagens para alimentos congelados. (TWEDE E GODDARD, 2009).
É importante salientar, que as propriedades do polietileno variam de acordo com a densidade, massa molecular (peso molecular), morfologia e grau de cristalinidade. Podendo assim, variar as características quanto à rigidez, resistência ao calor, resistência química e a capacidade de suportar cargas. (TWEDE E GODDARD, 2009).
Quando se aumenta a densidade, aumenta também, a resistência à tração, barreira à gás e vapor d’água, rigidez e estabilidade térmica. E diminui-se a transparência, resistência ao impacto, alongamento e selagem a quente. (TWEDE E GODDARD, 2009).
A estrutura molecular do polietileno varia, sendo os mais comuns: polietileno de baixa densidade (PEBD), o polietileno de alta densidade (PEAD) e o polietileno linear de baixa densidade (PELBD).
O PEBD é formado por ramificações longas, que dão à resina características como: flexibilidade, resistência a choque, tenacidade, transparência e facilidade de processo. Por este motivo, é um dos materiais de embalagens mais utilizados no mercado. Além disso, tem uma boa barreira ao vapor de água, porém, alguns vapores orgânicos e óleos permeiam facilmente. É quimicamente inerte e insolúvel, em condições ambientes, em quase todo tipo de solvente. E sua barreira para oxigênio e dióxido de carbono é ruim. (TWEDE E GODDARD, 2009).
O PELBD como o próprio nome menciona, possui ramificações de cadeias mais curtas, se comparado com o PEBD, tendo uma distribuição de massa mais estreita. Possui características como: grande resistência física em vários aspectos (rasgo, impacto e outros), alta tolerância a temperaturas, elongação muito maior que o PEBD e é extensível. Um ponto positivo do PELBD, é que ele permite a fabricação de produtos com maior resistência, usando pouco material. Possui uma alta durabilidade e resistência química (comparado ao PEBD). Porém, é menos transparente.
Já o PEAD, possui uma estrutura mais densa e compactada, o que faz com que ele seja menos transparente e largamente conhecido por sua opacidade. Possui características como: rigidez, boa resistência ao calor e à tração, melhor barreira ao vapor de água comparado ao PEBD, porém possui barreira ruim quanto a passagem de oxigênio. Têm boa resistência química e pode ser melhorado com tratamento de superfície. Em volume, é um dos plásticos mais utilizados para fabricação de embalagem. (TWEDE E GODDARD, 2009).
Abaixo, segue uma figura que mostra como são os diferentes formatos das cadeias de polietileno:
Figura 2: Diferentes tipos de cadeia de polietileno
2.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE EMBALAGENS PLÁSTICAS FLEXÍVEIS
Existem diversos tipos de estruturas para fabricação de embalagens plásticas flexíveis, como: PE, PENYLON, BOPP, PET, dentre outros. Algumas embalagens ou filmes são monocamadas, outros são laminados com diferentes estruturas (multicamadas).
A decisão de usar uma determinada estrutura, depende das propriedades físicas, das propriedades de barreira e do tipo de alimento que se precisa envasar. Algumas estruturas, possuem melhor barreira de permeação à gordura, outras são mais maleáveis, algumas possuem aspecto visual mais opaco, outras mais brilhante. Tudo depende do material que vai ser utilizado. Portanto, as propriedades variam, assim como as estruturas.
No entanto, o processo de fabricação é muito parecido, a seguir serão descritas algumas etapas de produção de embalagens plásticas flexíveis.
2.2.1 Extrusão
Extrusão é um processo de transformação dos termoplásticos, onde as resinas são plastificadas e moldadas. Existem vários processos de extrusão, no entanto, este trabalho será focado nas extrusoras de filmes tubulares, que segundo Roman (1995), são constituídas basicamente por:
Funil de alimentação: onde é alimentado a resina, na qual pretende-se plastificar. Pode ser um sistema manual ou automático. Quando automático, existe um succionador, que leva a resina de sua embalagem original para o funil, evitando a necessidade de ter um operador presente continuamente.
Conjunto cilindro e rosca: este conjunto é fabricado com aços especiais para resistir à ação corrosiva e abrasiva das resinas termoplásticas. As resinas são transportadas ao longo do cilindro, pelo movimento de rotação da rosca, são fundidas e homogeneizadas gradativamente pelo contato com a parede aquecida do cilindro e o calor gerado pelo cisalhamento da massa entre a rosca e o cilindro. Ao longo do seu comprimento, existem várias resistências, que tem a finalidade de aquecer gradativamente as resinas, criando um patamar de aquecimento. Para o controle da temperatura e do “liga e desliga” das resistências, são instalados termopares ou termoelementos ao longo do conjunto.
Placa-filtro e conjunto de telas: é uma placa perfurada, que sustenta um conjunto de telas de diferentes malhas. As aberturas dessas malhas, dependem do processo e da resina que está sendo extrusada. Estão localizados no final do cilindro e têm a finalidade de auxiliar na contrapressão da massa polimérica; transformar o fluxo turbulento do extrusado em fluxo laminar; e segurar/filtrar as impurezas.
Matriz: é localizada logo após o conjunto de cilindro/rosca e o filtro. Tem a finalidade de moldar a massa fundida. Neste caso, forma um tubo ou balão vertical, por isso o nome: filme tubular.
Ar: injetado dentro do tubo formado pela matriz, tem a finalidade de ajudar a resfriar e manter o balão erguido verticalmente.
Anel de resfriamento: é instalado ao redor da matriz e tem a finalidade de uniformizar e regular a vazão de ar, para solidificar a resina fundida.
Moldura flexível: também chamada de saia, é instalada antes dos rolos de arraste, com o intuito de direcionar e achatar o balão produzido pela matriz.
Rolos de arraste: como o próprio nome mostra, servem para arrastar/puxar o filme achatado e manter o balão pressurizado com o ar que foi injetado na matriz. Existe um rolo de metal e outro revestido de borracha.
Gaiola ou rolos intermediários: servem para ajudar a conduzir o balão, para os rolos de arraste.
Bobinadeira: Possui controle independente da extrusora e serve para formar as bobinas (rolos) de filme extrusado. Esses filmes, podem ser enrolados em tubetes de papelão ou PVC.
Vale ressaltar, que antes de ser levado para extrusora, os materiais são dosados e pesados de acordo com a formulação da empresa. E junto com a resina, podem ser adicionados alguns aditivos, que melhoram o processo e as propriedades dos filmes extrusados. Sarantopoulos e Texeira (2017), citam alguns dos aditivos mais utilizados para embalagens plásticas flexíveis:
Antioxidante: servem para evitar ao máximo, as reações de oxidação, que podem ocorrer durante as etapas de fabricação e estocagem da resina, bem como, durante o processamento, estocagem e uso do material plástico. Vale ressaltar, que essas reações de oxidação, variam de acordo com os diferentes materiais plásticos.
Antiestática: diminuem ou evitam uma estática indesejável no filme, que pode atrair pó, podendo resultar em problemas nas etapas posteriores. Essa estática, é geralmente ocasionada pela alta velocidade no empacotamento automático de sólidos.
Deslizantes: são aditivos que migram para a superfície do filme e servem para reduzir o coeficiente de fricção (COF). As poliolefinas possuem elevado COF, por este motivo, as camadas de filme, aderem entre si e nas superfícies metálicas, dificultando na formação de sacos plásticos e no envase dos produtos em máquinas.
Lubrificantes: servem para evitar a aderência do material fundido, em superfícies metálicas. Também servem para evitar, que o calor gerado acelere as reações de degradação, ou afete a dispersão dos materiais usados;
Antibloqueio: também migram para a superfície do filme e diminuem a área de contato, evitando o bloqueio, que seria a dificuldade de separação entre as superfícies do filme.
Pigmentos: servem para dar coloração desejada aos filmes.
Em alguns processos, existe o chamado tratamento corona, que degrada a superfície do filme, deixando-o melhor para aplicação posterior do adesivo, caso fabrique-se um filme laminado.
2.2.2 Impressão
Depois do material ser extrusado, ele passa pelo processo de impressão, onde são impressos nos filmes, a arte que o cliente deseja. Existem vários tipos de impressão para filmes plásticos flexíveis, como: a rotogravura, flexografia e impressão digital.
Na empresa em que foi realizado o estágio, esse processo é feito por flexografia, que segundo Anguita (2004 – nossa tradução), é um sistema de impressão em relevo, rotativa, com clichês e tintas fluidas de secagem rápida.
Após o cliente aprovar a arte, são produzidos os clichês, que seriam placas emborrachadas em relevo (servem como moldes para a impressão). Cada arte, possui um tipo de clichê específico.
O processo de impressão por flexografia, funciona da seguinte forma: a tinta é transferida da máquina para o cilindro anilox, que por sua vez, transfere a tinta para o clichê e posteriormente, este transfere ao material que se deseja imprimir, neste caso, no filme flexível.
A tinta utilizada no processo, é a base de solvente. Portanto, é necessário que o operador da máquina, verifique continuamente a viscosidade da tinta, pois no caso de estar fora do especificado, podem ocorrer erros no processo de impressão.
Os componentes básicos do processo de impressão por flexografia, segundo Anguita (2004 – nossa tradução), são:
1 - Bandeja de tinta: fornece tinta para o rolo alimentador de borracha;
2 - Rolo alimentador de borracha: Pega a tinta da bandeja e transfere ao rolo dosificador ou também chamado de cilindro anilox;
3 - Cilindro de anilox: sua função é a dosagem de tinta. Esse cilindro possui alguns alvéolos, que absorvem a tinta e a transferem ao clichê. As profundidades desses alvéolos, dependem da tinta usada no processo;
4 - Lâmina raspadora: tem a função de retirar o excedente de tinta do cilindro anilox; 5 - Cilindro porta clichê: é o local, onde são fixadas as placas de impressão, ou também chamados de clichês. Têm a função de receber a tinta do cilindro anilox e transferir ao material que se deseja imprimir;
6 - Substrato: seria o material que se deseja imprimir, que neste caso são os filmes flexíveis;
7 - Cilindro de contrapressão: que serve de apoio ao substrato, para receber a tinta dos clichês.
Segue na figura 3, uma imagem representando os elementos básicos do processo de flexografia.
Figura 3: Elementos básicos para impressão flexográfica
2.2.3 Laminação
Após o processo de impressão, as camadas do filme, são laminadas. Existem vários processos de laminação, com diferentes tipos de adesivos, entretanto, a empresa em que realizou-se o estágio, aplica os adesivos reativos (solventless).
Adesivos são substâncias capazes de unir substratos, sejam de propriedades parecidas ou diferentes, de modo que, pelo fenômeno de adesão e coesão as superfícies podem ser juntadas. Esses adesivos precisam ter viscosidade suficiente para se espalhar por toda superfície e cobrir as imperfeições das camadas do filme. (CETEA/ITAL, 2017).
Adesivos reativos, como o próprio nome menciona, são compostos que reagem quimicamente, fazendo a polimerização de substâncias de baixa massa molecular (que são aplicadas no filme, na forma líquida). Para que se tenha uma boa força de coesão, é preciso esperar o tempo de “cura”, que seria o tempo necessário para que ocorra a reação de polimerização. (CETEA/ITAL, 2017).
Esses tipos de adesivos, geralmente, são a base de solventes e possuem em sua composição, cerca de 30% de material sólido. Uma classe especial, é o adesivo sem solvente: soventless. As propriedades desses tipos de adesivos, são: aplicação fácil, alta resistência à delaminação e estabilidade de cor. (CETEA/ITAL, 2017).
No processo de laminação, é necessário que a viscosidade da cola, seja verificada continuamente, pois caso esteja fora do especificado, a aderência da cola nos filmes, pode acontecer de forma inadequada, gerando uma grande quantidade de aparas para empresa.
Outro aspecto muito importante para acompanhar, é a proporção de adesivo e catalisador, pois se existir muito catalisador, a cola reage rapidamente, não atendendo o tempo de cura necessário.
As embalagens que possuem 3 camadas, passam por duas laminações, primeiro é realizado uma laminação, espera-se o tempo de cura. Depois, lamina-se novamente com o terceiro filme (geralmente base) e espera-se dar o tempo de cura da segunda laminação. Isso é muito comum, em embalagens que possuem material metalizado em sua composição.
2.2.4 Acabamento
É a última etapa do processo de fabricação de embalagens plásticas flexíveis, onde os materiais são finalizados para o envio aos clientes. Alguns clientes, possuem máquinas que selam, cortam e envasam os produtos. Portanto, para eles, é necessário que sejam enviadas, bobinas de filmes plásticos flexíveis, com isso, finaliza-se o processo na etapa de rebobinagem. Já outros clientes, compram sacos pré-formados, para realizarem somente o envase dos produtos, para estes, o processo se encerra na etapa de corte e solda.
Na rebobinadeira, as bobinas são alinhadas e finalizadas de acordo com as especificações dos clientes, onde verifica-se: largura da bobina, tipo de tubete (PVC ou papelão), diâmetro da bobina, dentre outros.
No corte e solda, como o próprio nome já menciona, os filmes são dobrados, cortados e selados a altas temperaturas (que variam de acordo com a estrutura). Também são verificadas, algumas características dos sacos, como: altura, largura, espessura, gramatura, se a solda está correta, dentre outros.
Existem diversos modelos de filmes, que podem ser monocamadas ou multicamadas, e quanto à forma pode ser simples, vincado, tubular e sanfonado. (CETEA, 2017).
Já os sacos pré-formados, ou seja, selados com uma abertura para o envase de produtos, podem ter diversas formas: sacos de fundo plano, arredondado ou sanfonado, embalagens autossustentáveis, sacarias de ráfia, dentre outros. Além disso, é possível inserir acessórios como válvulas, zíperes e bicos. (CETEA, 2017).
A figura 4, mostra alguns modelos de embalagens flexíveis. Figura 4: Tipos e modelos de embalagens plásticas flexíveis
2.3 ADITIVO COMPATIBILIZANTE
Os filmes de nylon com polietileno são fabricados, com o intuito de melhorar as propriedades físicas e de barreira das embalagens. Porém, depois de utilizadas, as embalagens que contém nylon em sua composição, são difíceis de serem recicladas, pois resultam em filmes com aparência e propriedades não muito boas. Isso porque, o nylon (polar) não se dispersa em polietileno (apolar).
Como sabe-se, polar não se mistura com apolar, a não ser por intermédio de um terceiro material, que seja combinado com uma parte polar e outra apolar. Exemplo disso, são os agentes surfactantes, usados em detergentes domésticos, que se misturam com água e gordura.
Portanto, o agente compatibilizante que será usado, terá função parecida, na qual serão formados sítios, onde as duas estruturas serão compatibilizadas, ou seja, misturadas. É esperado, que com este agente compatibilizante, seja possível fabricar um filme reciclado homogêneo, sem géis, sem fraturas e com boa qualidade.
Por motivos de confidencialidade, não será divulgado o nome do fabricante (designado como fornecedor A), nem do produto. A informação que o fabricante passa, é que o aditivo fornecido (COMPATIBILIZANTE “X”), é um polímero funcional que promove a compatibilidade entre poliolefinas e polímeros polares. O compatibilizante “X”, melhora a dispersão dos polímeros polares na matriz polimérica da poliolefina, resultando em melhorias nas propriedades óticas da estrutura final compatibilizada.
As principais características que o fornecedor A passa desse produto, são: Boa compatibilização entre poliolefinas e polímeros polares; Ampla faixa de temperatura de processamento;
Pode ser usado para filmes de extrusão balão;
Pode ser incorporado em linha ou através de compostagem prévia.
A imagem da ficha do compatibilizante “X”, pode ser encontrada no anexo F deste trabalho.
2.4 RECICLAGEM DE PLÁSTICO NO BRASIL
Há alguns anos, o reaproveitamento dos resíduos plásticos, vem sendo cada vez mais discutido. O objetivo, é não permitir que o lixo existente, fique sem utilização, isto é, que ele seja inserido, através de uma preparação do material, novamente na produção. (MICHAELI, 1998, p. 180).
Com a reutilização de material, pode-se reduzir o desperdício, economizar matérias primas e energia para a produção de material novo. Sendo assim, um alívio para o meio ambiente. (MICHAELI, 1998).
Uma pesquisa realizada pela FIA (Fundação Instituto de Administração) para o PICPlast – Plano de Incentivo à Cadeia do Plástico, aponta que o índice de reciclagem em 2018 estava em torno de 26% do total do plástico consumido na produção de embalagens no país, sendo que em 2017 esse volume representou cerca de 550,4 mil toneladas.
Como a pesquisa mostra, esse percentual ainda é muito baixo, devido a faltas de incentivos governamentais, para reciclagem de plásticos. Muitos materiais, possuem alto valor agregado quando comprados virgens, entretanto, depois de usados, as recicladoras não querem receber esses materiais, devido à dificuldade em reciclar e obter um filme com boas características.
No Brasil, não somente os plásticos, mas também outros materiais, são descartados incorretamente e as empresas de reciclagem perdem muito tempo selecionando o que pode ou não ser reciclado. Por este motivo, é importante a preparação dos materiais quando fabricados, para que, quando forem destinados à reciclagem, esse processo aconteça de maneira mais fácil e resulte em produtos de boa qualidade.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 CARACTERÍSTICAS DA INVESTIGAÇÃO REALIZADA
O método de abordagem do estudo foi quantitativo em função de ser o adequado para a resposta à hipótese de trabalho (problema) da investigação realizada. Inobstante isso, permitiu a pesquisadora efetiva contribuição para a sustentabilidade ambiental considerando-se que a reciclabilidade de filmes flexíveis de polietileno com poliamida, através da adição de agente compatibilizante possibilita grande contribuição para o meio ambiente principalmente quando comparadas com os métodos usuais de produção.
Quanto ao procedimento realizado, foi experimental sob nível explicativo que exigiu a determinação de hipóteses a partir da manipulação de variáveis. Sobre a relevância da pesquisa prática, Kerlinger (2003, p. 127) nos diz:
A força básica da pesquisa experimental está no controle relativamente alto da situação experimental e consequentemente das possíveis variáveis independentes. Isto significa que as relações podem ser estudadas isoladas da cacofonia do mundo exterior; as relações “puras” podem ser estudadas.
Entretanto, para a especificação e manipulação de variáveis e a subsequente determinação de hipóteses, fez-se necessário um rigoroso planejamento com precisão na definição dos instrumentos de coleta de dados para que os resultados fossem fidedignos.
As pesquisas práticas, de modo geral, são investidas da tarefa de intervenção direta na realidade observada afim de teorizar práticas, a produzir alternativas concretas, a comprometer-se com soluções. Entretanto, é essencial lembrar-se que não se faz uma boa prática sem teoria, método, empiria, o que determina a necessária volta permanente ao questionamento teórico, e vice-versa. (DEMO, 2012).
O nível, explicativo, justifica-se pela descrição e manipulação de variáveis bom como a determinação das hipóteses secundárias resultantes. Pesquisas explicativas tem como preocupação básica a identificação dos fatores que determinam ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Em função disso, é o tipo mais complexo e delicado, já que o risco de cometer erros aumenta consideravelmente. (GIL, 1999).
Para a especificidade do estudo realizado, as hipóteses secundárias determinadas foram:
a) A não adição de agente compatibilizante na etapa de extrusão (base) do material virgem, resulta em filme reciclado com qualidade ruim.
b) A adição de agente compatibilizante na etapa de extrusão (base) do material virgem, propiciará a obtenção de filme flexível reciclado com propriedades adequadas.
Percebe-se que as variáveis independentes do estudo são “adição de agente compatibilizante”; “não adição do agente compatibilizante” e como variável dependente a “etapa do processo para a adição do agente compatibilizante. “
3.2 MATERIAIS UTILIZADOS E ETAPAS
Para o tema em questão, realizou-se uma prova industrial na empresa concedente do estágio (designada empresa A), visto que o desenvolvimento deste trabalho, também é de grande interesse da mesma. Desenvolveu-se este projeto, em parceria com a empresa fornecedora do aditivo compatibilizante, que por motivos de confidencialidade, não serão apresentadas neste trabalho.
As formulações são sigilosas e de propriedade da empresa concedente do estágio, portanto, apresentar-se-á somente os principais materiais utilizados. Entretanto, vale ressaltar que, quando se adicionou o agente compatibilizante entre nylon e polietileno (PE) na etapa de extrusão (base) do material virgem, as composições de aditivos, pigmentos e outros materiais continuaram as mesmas.
Este projeto foi dividido em duas partes, sendo a primeira: realização da prova industrial: fabricando os filmes plásticos flexíveis com material virgem; e a segunda: reciclagem dos mesmos.
Como o objetivo principal é a avaliação da reciclabilidade de filmes de polietileno coextrusado com nylon, fez-se:
a) Uma bobina de filme plástico flexível sem adição de agente compatibilizante na etapa de extrusão da base (material virgem) e, também,
sem na etapa de recuperação e reciclagem das bobinas. Com o intuito de
b) Uma bobina de filme plástico flexível de polietileno e nylon com adição de compatibilizante na etapa de extrusão da base e sem nas respectivas etapas de recuperação e reciclagem do material.
Logo, coletou-se amostras, mediu-se e avaliou-se as propriedades desses materiais. Segue abaixo, um fluxograma de processo do trabalho em questão:
Figura 5: Fluxograma de processo
Fonte: da autora, 2019.
Nos anexos A, B, C, D e E é possível visualizar máquinas similares às usadas no processo, que foram retiradas da internet, pois na empresa onde realizou-se o estágio, existe uma política, que não permite fotografar dentro de suas dependências.
3.2.1 Principais materiais utilizados
Polietileno de alta densidade Polietileno de baixa densidade Polietileno de baixa densidade linear Nylon
Aditivo compatibilizante entre nylon e polietileno Aditivos e pigmentos
Tinta para impressão flexográfica Adesivos de laminação (solventless)
EXTRUSÃO IMPRESSÃO LAMINAÇÃO
REBOBINAGEM RECICLAGEM
3.2.2 Principais equipamentos e máquinas
Misturador de resinas
Extrusora com 5 roscas (coextrusão da base) Extrusora com 3 roscas (capa)
Impressora flexográfica Laminadora
Rebobinadeira Picadora
Recuperadora de pellets
Extrusora para material recuperado
3.2.3 Prova Industrial
Como citado anteriormente, realizou-se uma prova industrial, onde produziu-se 2 bobinas diferentes:
1º caso: bobina de filme flexível sem aditivo compatibilizante na etapa de extrusão da base;
2º caso: bobina de filme flexível com aditivo compatibilizante entre nylon e polietileno na etapa de extrusão da base;
As etapas, para a realização da prova industrial na empresa concedente do estágio, foram as mesmas para os dois casos: extrusão, impressão, laminação e rebobinagem. Sendo a única diferença, que no segundo caso, adicionou-se agente compatibilizante entre nylon e polietileno, diferentemente do primeiro. A estrutura do material resultante dessa prova industrial, é mostrado na figura a seguir.
Figura 6: Estrutura do material produzido
3.2.3.1 Extrusão da base
A estrutura da base, é de polietileno coextrusado com nylon. Extrusou-se a base (que seria a camada interna do filme flexível laminado), em uma extrusora com 5 roscas:
Rosca A: polietileno Rosca B: adesivo Rosca C: nylon Rosca D: adesivo Rosca E: polietileno
Primeiramente, separou-se e pesou-se os materiais, de acordo com o percentual desejado (formulação). Logo, colocou-se em um misturador, que realizou a mistura por cerca de 15 minutos, com o propósito de distribuir bem os componentes e deixar mais homogêneo. Depois, colocou-se as misturas em tonéis diferentes e destinou-se as mesmas para as roscas da extrusora.
Realizou-se a descontaminação da extrusora, para evitar que algum componente da fórmula, que havia sido usado anteriormente, pudesse interferir nos resultados ou nas propriedades do filme obtido. Anotou-se os parâmetros de máquina e foram verificados, se os mesmos, encontravam-se dentro do especificado. Esses parâmetros, seriam: a temperatura e a pressão de partes da máquina, que apareciam no painel de controle da mesma. Mediu-se o nível de tratamento corona com dinas e foi verificado se o mesmo, encontrava-se dentro do especificado.
Na extrusão da base, usou-se nylon na rosca do meio (rosca C) e como esse material é muito suscetível à umidade, cuidou-se para que o mesmo, tivesse o mínimo contato possível com o ambiente externo. Abriu-se o saco de resina, somente no momento que iniciou-se a produção e deixou-se o mesmo, armazenado na embalagem na qual ele é fornecido (que é uma embalagem multicamada, laminada com camada metalizada para evitar a umidade).
Os adesivos que unem o nylon com o polietileno foram colocados na rosca B e D. O restante dos materiais foram colocados nas roscas A e E.
Na extrusora, esses materiais serão fundidos (plastificados), soprados em forma de um tubo vertical (chamado de balão), passarão por um rolo e formar-se-ão os filmes de material extrusado.
Vale ressaltar, que no caso onde adicionou-se o agente compatibilizante, as quantidades dos outros componentes (resinas e aditivos), continuaram as mesmas do caso sem
compatibilizante. E a proporção usada, foi de 1:1 de agente compatibilizante, para quantidade de nylon. Retirou-se amostras de base dos dois casos, para posterior análise em laboratório.
3.2.3.2 Extrusão da capa
A estrutura da capa é de PE (polietileno). Extrusou-se a capa (que seria a camada externa do filme flexível laminado), em uma extrusora com 3 roscas.
A etapa de extrusão da capa, é parecida com a etapa de extrusão da base, sendo as maiores diferenças: a máquina e os materiais usados (não contém nylon).
Portanto, separou-se e pesou-se os materiais usados, conforme a formulação da empresa. Misturou-se os mesmos por 15 minutos em um misturador, colocou-se em um tonel e encaminhou-se para as roscas da extrusora. Realizou-se a descontaminação de máquina e verificou-se se os parâmetros de máquina estavam dentro do especificado. Mediu-se o nível de tratamento corona com dinas e verificou-se se estava dentro do especificado.
Após produzir a bobina de capa, a mesma foi encaminhada para o processo de impressão.
Vale ressaltar, que para os dois casos, utilizou-se o mesmo tipo de capa, com a mesma formulação, pois não tinha agente compatibilizante em sua composição.
3.2.3.3 Impressão da capa
O processo de impressão da empresa, funciona por flexografia e o clichê usado já estava disponível nos arquivos da empresa. Portanto, não foi preciso gravar um novo clichê.
Destinou-se a bobina com filme de capa extrusado para a impressão, onde a mesma serviu como substrato, para que a tinta fosse impressa. Verificou-se a viscosidade da tinta e se a impressão estava ocorrendo de forma correta, levou-se em consideração um padrão (que o setor de pré-impressão especifica). A tinta é própria para o processo de flexografia, sendo bem fluida e de secagem rápida.
Como para os dois casos usou-se o mesmo tipo de capa, o processo de impressão também foi o mesmo.
3.2.3.4 Laminação
Como o filme flexível é multicamada, possuindo duas camadas: uma base (polietileno coextrusado com nylon) e uma capa impressa (polietileno), foi necessário ter a etapa de laminação simples, onde a capa impressa e a base são unidas através de um adesivo, que tem a função de juntar as duas lâminas por força de adesão e coesão.
Fez-se a laminação da capa e da base, em uma laminadora e utilizou-se adesivo do tipo solventless. Primeiramente calculou-se a proporção de cola e catalisador, de acordo com as formulações da empresa. Verificou-se a gramatura do adesivo, no meio e nas extremidades da bobina; a viscosidade do adesivo e analisou-se se os mesmos encontravam-se dentro do especificado. Após finalizar a laminação das camadas de capa e base, destinou-se a bobina de filme plástico flexível laminado, para um espaço onde esperou-se dar o tempo de cura (que seria o tempo necessário para que o adesivo aderisse bem nas duas camadas: capa e base). Vale ressaltar, que o adesivo é adicionado no lado, onde existe tratamento corona da capa e da base, para que a aderência do adesivo seja eficaz.
3.2.3.5 Rebobinagem
Após o término do tempo de cura, destinou-se a bobina de filme flexível laminado, para o setor de rebobinagem, onde foram realizados os acabamentos em uma rebobinadeira.
Nessa etapa, alinhou-se a bobina; cortou-se os excessos (refiles); finalizou-se a mesma com largura, diâmetro, tipo/tamanho de tubete, número de emendas e outros detalhes de acordo com as informações contidas na ficha técnica. Retirou-se amostras para análise em laboratório.
Por último, empacotou-se as bobinas para serem encaminhadas para a segunda parte do projeto: reciclagem.
3.2.4 Reciclagem do material
Na etapa de reciclagem do material, usou-se as duas bobinas fabricadas na primeira parte do trabalho. Esta segunda parte, foi realizada em laboratório externo, que simulou o
processo de reciclagem, fazendo a recuperação (produção de pellets) e extrusão desse material recuperado, para obtenção do filme plástico reciclado.
Foram simulados quatro casos:
1º caso: Recuperação e extrusão de 100% do material recuperado, proveniente da bobina extrusada sem agente compatibilizante. Para tentar simular o que acontece nas empresas de reciclagem atualmente.
2º caso: Recuperação e extrusão de 100% do material recuperado, proveniente da bobina de filme com agente compatibilizante entre nylon e PE.
3º caso: Recuperação e extrusão de 15% de material recuperado, proveniente da bobina extrusada sem agente compatibilizante. E os outros 85% foram usados uma mistura de polietileno com aditivos.
4º caso: Recuperação e extrusão de 15% de material recuperado, proveniente da bobina extrusada com agente compatibilizante. E os outros 85% foram usados uma mistura de polietileno com aditivos.
3.2.4.1 Recuperação
Nesta etapa, as bobinas de filmes plásticos flexíveis, foram trituradas em um moinho e encaminhadas à uma recuperadora, que tem a função de transformar o material picado em pellets, que servirão como material para produção de filmes plásticos flexíveis reciclados.
Os apêndices A e B, apresentam o formato e como ficaram os pellets dos materiais recuperados.
3.2.4.2 Extrusão do material recuperado
Nesta etapa, os pellets recuperados foram fundidos e moldados em uma extrusora própria para reciclagem. O processo é muito parecido com a extrusão do material virgem, porém a resina usada para ser extrusada, foram os pellets recuperados. Com isso, produziu-se as bobinas de filmes flexíveis reciclados. Coletou-se amostras e encaminhou-se ao laboratório, para realizar as medições das propriedades dos filmes, para posterior análise de dados.
Os apêndices C, D, E, F e G, trazem imagens das bobinas de filmes plásticos flexíveis reciclados de 15% e 100% (com e sem aditivo compatibilizante).
3.3 ANÁLISES
Encaminhou-se as amostras coletadas para o laboratório da empresa concedente do estágio e mediu-se as propriedades físicas, aparência dos filmes e permeação a gordura. Todas as análises internas da empresa, seguem ITs (Instruções normativas de Trabalho), sendo que a maior parte delas, foram desenvolvidas a partir de normas da ASTM (American Society for Testing and Materials). Posteriormente, os dados coletados foram analisados.
3.3.1 Propriedades mecânicas
Foram avaliadas as propriedades mecânicas dos filmes das bobinas: a) Filme de base sem aditivo compatibilizante (material virgem);
b) Filme de base com aditivo compatibilizante entre nylon e polietileno (material virgem);
c) Filme de material acabado sem compatibilizante;
d) Filme de material acabado com compatibilizante entre nylon e polietileno; e) Filme 100% reciclado da bobina sem aditivo compatibilizante;
f) Filme 100% reciclado da bobina com aditivo compatibilizante entre nylon e PE;
g) Filme 15% reciclado da bobina sem aditivo compatibilizante;
h) Filme 15% reciclado da bobina com aditivo compatibilizante entre nylon e PE.
As propriedades mecânicas medidas foram:
Alongamento D. M. e D. T. (ASTM D 882-12) Módulo 10% D. M. e D. T. (ASTM D 882-12) Resistência à Delaminação (ASTM F 904-98)
Resistência ao Rasgamento D. M. e D. T. (ASTM D 1938-08) Resistência à Termossoldagem D. M. e D. T.
Resistência ao Impacto (Dardo) (ASTM D 1709-03)
C. O. F. lado não tratado e lado tratado (ASTM D 1894-11) C. O. F. lado interno e lado externo (ASTM D 1894-11)
3.3.2 Propriedades de barreira à gordura
Como o nylon é muito utilizado em embalagens plásticas flexíveis, devido a capacidade de alta barreira à gordura, foram analisados em laboratório se o filme base e o filme acabado (não reciclado), era capaz impossibilitar, a passagem de gordura do lado interno, para o lado externo do filme, por um tempo determinado pelo laboratório.
Realizou-se uma análise qualitativa, ou seja, não mediu-se quanto de gordura passou, mas se o material era aprovado ou reprovado, quanto à permeação à gordura. Para esse teste, foram necessários cortar provas do filme, pingou-se algumas gotas de gordura, colocou-se um pedacinho de algodão com um peso em cima, essas provas foram postas em uma bandeja e levou-se a estufa à 60ºC. Seguiu-se a IT do laboratório, para analisar de quanto em quanto tempo devia-se analisar, se a gordura tinha atravessado o filme. O total máximo de horas analisado é de 240 horas, conforme normas do laboratório.
3.3.3 Reciclabilidade
Para avaliar a reciclabilidade do material, levou-se em consideração o aspecto visual do filme recuperado, as propriedades mecânicas e de barreira. Não se usou nenhum método específico, foram realizadas análises do conjunto de dados obtidos
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Como descrito no capítulo anterior, foi realizada uma prova industrial, onde fabricou-se duas bobinas de filmes plásticos flexíveis: uma com adição de agente compatibilizante entre nylon e PE e outra sem adição do mesmo. Após fabricadas, essas bobinas foram enviadas para um laboratório externo, que reciclou as mesmas. Foram coletadas amostras e logo encaminhadas ao laboratório da empresa, que realizou algumas medições para avaliação. A empresa atualmente, já fabrica filmes de polietileno coextrusado com nylon, que permitem alta barreira à gordura, portanto não se teve nenhum problema, para fabricar a bobina sem aditivo compatibilizante. Já o caso com adição de agente compatibilizante, foi nova para empresa, que necessita testar esse novo aditivo e verificar se realmente, é possível melhorar as condições de reciclabilidade do filme.
Na etapa de extrusão da base, que foi a etapa onde adicionou-se o compatibilizante “X”, ocorreu tudo bem, o filme não possuía fraturas, nem mesmo géis. Um filme liso e homogêneo, com nível de tratamento corona adequado.
A etapa de extrusão da capa, foi a mesma para os dois casos e, como já é produzido pela empresa, não se teve nenhum problema. Após ser extrusada, a bobina de capa foi destinada ao setor de impressão, onde imprimiu-se a arte na mesma, pelo processo de impressão flexográfica. Ocorrendo tudo dentro do normal.
Logo, as bases foram laminadas com as capas impressas. A bobina em que a base não continha compatibilizante, foi laminada e não apresentou nenhum imprevisto. Na bobina que continha compatibilizante, capa e base foram laminadas através da cola (solventless) e resultaram em uma força de laminação mais baixa, se comparada com o filme sem compatibilizante. As possíveis causas, podem ser: desvios no processo de laminação ou a reação do compatibilizante com o adesivo.
Na parte da rebobinagem, ocorreu tudo dentro do esperado. Após ser finalizada a produção das bobinas, as mesmas foram encaminhadas para um laboratório externo, que realizou a recuperação e reciclagem das mesmas. Em questão de reciclabilidade, o filme melhorou muito a aparência (como os apêndices D, E, F e G mostram) e textura.
O filme de material 100% reciclado do apêndice D, não contém compatibilizante na sua composição e com isso, é possível visualizar umas “manchas” pretas, que seriam o nylon não compatibilizado no PE. Como ele não se dispersa em polietileno, devido à sua diferente polaridade, foi possível observar as partes que continham nylon.
No apêndice E, é possível visualizar um filme homogêneo, sem aquelas “manchas” escuras, isso porque nesse filme de material 100% reciclado, continha agente compatibilizante entre nylon e polietileno, com isso, foi possível misturar esses materiais, obtendo um filme reciclado com melhor aparência textura.
O apêndice F, traz a imagem de um filme com 15% de material reciclado, proveniente da bobina sem agente compatibilizante. Pela figura, não é possível mostrar, mas ao longo do filme, pode-se perceber a presença de géis. Isso acontece, devido aos materiais não se compatibilizarem (nylon e PE). Como o percentual de nylon é muito baixo, não aparecem “machas pretas” iguais às do filme 100% reciclado, sem compatibilizante.
O apêndice G, traz a imagem de um filme com 15% de material reciclado, proveniente da bobina com aditivo compatibilizante. Um filme liso, homogêneo, sem géis. Diferente do caso anterior (15% de material recuperado sem compatibilizante).
Os apêndices A e B, mostram os pellets recuperados. No apêndice A, é possível observar que o formato dos pellets de material recuperado, é mais homogêneo, demonstrando que o material foi compatibilizado. Já no apêndice B, o formato dos pellets é mais variado, pela imagem não é possível visualizar bem, mas entre eles existiam alguns com coloração diferente (transparentes) e de formatos irregulares, demostrando que o nylon não estava compatibilizado em PE.
Foram analisadas também, as propriedades dos filmes de base, filmes laminados e filmes reciclados (15% e 100%). Como mostram as tabelas a seguir:
Tabela 1: Valores medidos da base extrusada
SEM COMPATIB. “X” COM COMPATIB. “X” UNIDADE DE MEDIDA VARIAÇÃO (%)
COF LADO NÃO TRATADO 0,31 0,40 COF +29,03
COF LADO TRATADO 0,22 0,18 COF -18,18
RESISTÊNCIA A TRAÇÃO D.M. 2,61 1,77 kgf/mm2 -32,17 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO D.T. 2,46 1,87 kgf/mm2 -23,98 RESISTÊNCIA AO RASGAMENTO D.M. 0,63 1,03 kgf +63,49 RESISTÊNCIA AO RASGAMENTO D.T. 0,75 0,67 kgf -10,66 RESISTÊNCIA À TERMOSSOLDAGEM D.M. 4,6 3,8 kgf -17,39 RESISTÊNCIA À TERMOSSOLDAGEM D.T. 4,47 3,54 kgf -20,80 ALONGAMENTO D.M. 442 495,10 % +12,01 ALONGAMENTO D.T. 483,3 567,20 % +17,36 MÓDULO 10% D.M. 87,97 66,89 MPa -23,96 MÓDULO 10% D.T. 79,11 61,66 MPa -22,05
RESISTÊNCIA AO IMPACTO (DARDO)
MÁXIMA 429 g -
PERMEAÇÃO A GORDURA 240 (não
permeou)
240 (não permeou)
h -
Fonte: da autora, 2019.
Pode-se perceber com os dados da tabela 1, que algumas propriedades mecânicas foram melhoradas (rasgo D.M., alongamento D.M e D.T.), enquanto outras foram reduzidas (rasgo D.T.; tração D.M. e D.T.; termossoldagem D.M. e D.T.; módulo D.M. e D.T.; dardo), isso mostra, que o agente compatibilizante está influenciando nas propriedades mecânicas do filme. Quanto a propriedade de barreira à gordura, esta não foi alterada, pois o filme base, continua tendo barreira eficaz, para evitar a passagem de gordura.
Tabela 2: Valores medidos do filme acabado (laminado)
SEM COMPATIB. “X” COM COMPATIB. “X” UNIDADE DE MEDIDA VARIAÇÃO (%)
COF LADO INTERNO 0,24 0,26 COF +8,33
COF LADO EXTERNO 0,29 0,32 COF +10,34
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO D.M. 2,29 2,31 kgf/mm 2 +0,87 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO D.T. 2,57 2,12 kgf/mm2 -14,39 RESISTÊNCIA AO RASGAMENTO D.M. 1,56 1,57 kgf +0,64 RESISTÊNCIA AO RASGAMENTO D.T. 1,49 1,48 kgf -0,67 RESISTÊNCIA À TERMOSSOLDAGEM D.M. 5,83 4,85 kgf -16,80 RESISTÊNCIA À TERMOSSOLDAGEM D.T. 7,07 5,75 kgf -18,67 ALONGAMENTO D.M. 489,90 555,5 % +13,39 ALONGAMENTO D.T. 560,80 563,9 % +0,55 MÓDULO 10% D.M. 95,01 91,65 MPa -3,54 MÓDULO 10% D.T. 95,80 94,92 MPa -0,92 RESISTÊNCIA À DELAMINAÇÃO 791,17 99,08 gf/in -87,47
PERMEAÇÃO A GORDURA 240 (não
permeia)
240 (não permeia)
h -
Fonte: da autora, 2019.
Pode-se perceber pelos dados da tabela 2, que algumas propriedades foram melhoradas (C.O.F.; tração D.M.; rasgo D.M.; alongamento D.M. e D.T.), enquanto outras foram reduzidas (tração D.T.; termossoldagem D.M. e D.T.; módulo 10% D.M. e D.T.; resistência à delaminação). Quanto a barreira de permeação de gordura, esta manteve-se inalterada, continuando com barreira eficaz.
