EFEITO DA ADIÇÃO DE PET PÓS-CONSUMO EM UMA
TINTA EM PÓ COMERCIAL BASE POLIÉSTER
Débora Corso1, Eliena J. Birriel1, Ademir J. Zattera2, Lisete C. Scienza1*
1 Laboratório de Corrosão e Proteção Superficial (LCOR)/Universidade de Caxias do Sul – UCS, Caxias do Sul-RS –
lcscienz@ucs.br
2 Laboratório de Polímeros (LPOL)/Universidade de Caxias do Sul – UCS, Caxias do Sul-RS
Uma composição para tinta em pó base poliéster com a incorporação de poli(tereftalato de etileno)(PET) pós-consumo substituindo parte da carga mineral é proposta. O PET foi submetido a termodegradação mecânica através de múltiplas passagens em extrusora dupla rosca. A preparação da tinta pó seguiu uma formulação comercial e processamento convencional para tinta em pó. Os resultados mostraram que cada passagem na extrusora ocasiona redução da massa molecular do polímero e aumento de cristalinidade, sem, contudo, alterar o ponto de fusão do polímero. Mesmo com os processos degradação e recristalização realizados com o PET, não foi possível melhorar sua homogeneização na mistura de tinta em pó, permanecendo na forma de pequenos grânulos observados no filme aplicado em superfície metálica. A adição de PET pós-consumo na tinta em pó não ocasionou perdas nas propriedades de flexibilidade, aderência e resistência à corrosão.
Palavras-chave: Tinta em pó, PET pós-consumo, reuso, propriedades físicas, resistência à corrosão. Addiction effect of post-consumer PET in a commercial polyester-based powder coating
A composition for polyester-based powder coating with incorporation of post-consumer poly(ethylene terephtalate) (PET) replacing part of the mineral filler is proposed. Thermal degradation of PET was carried out through multiple passing in a twin-screw extruder. The powder coating preparations followed a commercial formulation and a conventional processing. The results showed that each passing in the extruder reduces the polymer molecular weight and increasis the crystallinity, without modify its melting point. In spite of degradation and recristalyzation processing it was not possible improving its homogenization in the powder coating mixture, showing small nodules on the applied coating on metal surface. No loses was observed on the flexibility, adherence and corrosion resistance properties by the PET addition.
Keywords: Powder coating, post-consumer PET, reuse, physical properties, corrosion resistance.
Introdução
A reutilização de materiais poliméricos é um importante meio de minimizar a geração de resíduos sólidos e preservar as fontes esgotáveis de matéria-prima e constitui-se num importante fator econômico, pois possibilita a incorporação destes resíduos em produtos com maior valor agregado. O reuso de poli(tereftalato de etileno) (PET) pós-consumo em tinta em pó, pode significar a obtenção de um revestimento orgânico de boas propriedades e custo inferior às tintas em pó disponíveis no mercado.
O mercado da tinta em pó está em crescente expansão devido ao amplo uso destes nos mais diferentes campos, tais como automotivo, utensílios domésticos, naval e têxtil, entre outros. Assim,
que possibilite a redução do custo final do produto. Propriedades do revestimento, tais como como dureza, flexibilidade, aderência e resistência à abrasão, são dependentes da formulação do revestimento, especialmente da resina utilizada (1).
As vantagens constatadas na utilização de garrafas de PET, previamente processadas pela recicladora, como componente ou substituinte de resinas são várias, incluindo melhoria na performance do produto, redução de custo e consumo de matérias-primas não renováveis, diminuição de 40% da quantidade de água de reação gerada na produção de resinas, além da geração de empregos.
A incorporação de PET na formulação de revestimentos tem sido estudada por alguns pesquisadores (2-6,). Contudo, a maioria dos estudos está baseada na utilização de resinas obtidas através da reciclagem química do PET. Neste processo é feito primeiro a despolimerização para obter a resina que será utilizada na tinta, substituindo a resina virgem. A degradação mecânica do PET, para uso em tinta em pó, também tem sido considerada em alguns estudos (7, 8).
Tusubuku (8) empregou um processo de reciclagem mecânica do PET e sua subseqüente incorporação em tinta em pó. Ele reporta a obtenção de diferentes composições para revestimentos de tinta em pó baseados no uso do PET, granulado ou em pequenos pedaços, recuperado de produtos moldados. Porém, o PET apresenta alguns problemas referentes ao seu uso como revestimento, tal como a sua pobre aderência a substratos metálicos. Além disso, mesmo após a aplicação e cura do revestimento sobre a superfície de um material, a sua cristalinidade tende a progredir ocasionando a quebra e destacamento da película. Contudo, tais problemas podem ser contornados com certos cuidados mantidos durante o reprocessamento do PET.
Quando o PET é fragmentado a temperaturas ordinárias torna-se difícil a obtenção do pó de PET na granulometria de 5 a 350 µm, considerada adequada para tinta em pó. Isto exige que a cominuição do PET seja realizada sob baixas temperaturas empregando nitrogênio líquido. Considerados estes aspectos quanto ao reprocessamento do PET, é possível obter revestimentos de tinta em pó com qualidades superiores aos que utilizam resinas virgens (9).
Em estudos prévios (10) foi verificado o efeito da cristalização e comininução do PET pós-consumo em tinta em pó base poliéster. No presente estudo, o PET foi submetido à degradação termomecânica antes de ser utilizado na mistura de tinta em pó, substituindo parcialmente a carga mineral. Aspectos relacionado à aderência, flexilibilidade e resistência à corrosão dos revestimentos obtidos foram investigados.
Experimental
Preparação e aplicação da mistura de tinta em pó
A degradação do PET pós-consumo foi realizada em uma extrusora dupla rosca co-rotante, marca MH, com diâmetro das roscas de 20 mm e razão L/D: 32. A faixa de temperaturas utilizada é a que segue: zona 1: 220ºC, zona 2: 240ºC, zona 3: 260ºC, zona 4: 270ºC, zona 5: 270ºC, zona 6: 240ºC, zona 7: 260ºC, zona 8: 270ºC, zona 9: 270ºC, temperatura da massa fundida: 280ºC, na velocidade de rotação de 200 rpm e de alimentação de 15 rpm, sendo submetido a uma (PET 1), duas (PET 2) e três (PET 3) passagens pela extrusora.
Após a extrusão o PET foi submetido a recristalização em mufla por 2 horas a 190°C, seguido por moagem em um moedor Cuisinart modelo DCG-20 e peneiramento. Após estas etapas de preparação, o PET foi incorporado como substituto parcial da carga de sulfato de bário na tinta em pó (Tabela 1). A mistura foi processsada numa extrusora monorosca para tinta em pó BUSS PCS 30 a 110ºC e 200 rpm, sendo, posteriormente submetida à moagem e peneiramento e, então, aplicada em chapas de alumínio comercial com pistola eletrostática corona CETE-Modelo Tecplus. A cura da tinta foi realizada em estufa a 200oC por 10 minutos.
Tabela 1. Formulação da Tinta ( PET pós-consumo degradado, recristalizado e moído) Descrição do Material Tinta 1 - com PET
(gramas)
Tinta 2 - sem PET (gramas) Resina Poliéster 270 270 Endurecedor 20,35 20,35 Benzoina 2,5 2,5 Alastrante 5 5 Amarelo de Cromo 12 12 Titânio 25 25 Azul de Ftalocianina 0,05 0,05 Sulfato de bário 65 165 PET 3 100 -Ensaios de caracterização
As análises por Cromatografia de Permeação em Gel (GPC) foram realizadas no Instituto de Macromoléculas Professora Eloísa Mano (IMA) da UFRJ, utilizando um sistema cromatográfico Waters 410 e conjunto de colunas Shodex HFIP 805 e 803. O solvente utilizado foi HFIP (hexafluor-propanol), a temperatura de ensaio de 20ºC e calibração com PMMA.
As análises de DSC foram realizadas segundo a norma ASTM D-3418-82 com um equipamento Shimadzu modelo 50, com 10 mg de amostra, sob atmosfera de nitrogênio a uma taxa de 10°C/min. Os ensaios de impacto, flexibilidade (mandril cônico) e aderência (método da fita adesiva) foram
Ensaios de desempenho à corrosão
No ensaio de imersão as amostras tiveram as bordas protegidas com araldite e uma incisão vertical foi efetuada com um instrumento cortante. Foram selecionadas duas amostras da Tinta 1 (com PET) e duas amostras da Tinta 2 (sem PET). Cada amostra foi colocada em um béquer contendo 600 mL de solução de água do mar sintética (Composição para 1L: 0,199g NaHCO3, 3,811g Na2SO4,
23,216g NaCl, 10,565g MgCl2.6 H2O, 1,462g CaCl2.2 H2O, 0,705g KCl, 0,0025g K2HPO4, 0,065g
Na2B4O7.10 H2O). As amostras foram colocadas no interior de um banho termostático, na
temperatura de 40ºC, durante 1000 horas. A avaliação visual das amostras foi realizada periodicamente.
Para a realização do teste em câmara de névoa salina (salt spray test), duas amostras de cada composição da tinta (Tinta 1 e 2) foram testadas. Foi utilizada uma câmara modelo USC-01 da Bass Equipamentos Ltda. O ensaio foi conduzido conforme a norma ASTM B117:2007. Uma incisão vertical foi realizada no revestimento de tinta de cada amostra e as bordas foram protegidos com parafina. As amostras foram posicionadas em suportes com ângulo de 15º com a vertical e foram submetidas a 1000 horas de exposição, sendo avaliadas a cada ciclo de 24 horas. Conforme as recomendações da norma, as seguintes condições de ensaio foram empregadas: concentração da solução de cloreto de sódio: 5%; faixa de pH: 6,5 a 7,2 e temperatura da câmara: 35ºC.
Resultados e Discussão
A etapa inicial consistiu na degradação termomecânica do PET pós-consumo realizada em uma extrusora dupla rosca, na qual o PET foi submetido a uma, duas ou três passagens pela extrusora. A degradação mecânica do PET foi considerada objetivando reduzir seu ponto de fusão através da redução do peso molecular, a fim de obter uma maior homogeneização com a resina poliéster. Pela análise de GPC, Tabela 2, é possível verificar que o PET extrudado teve redução de sua massa molecular, proporcional ao número de passagens na extrusora. Após a recristalização e moagem, o PET foi incorporado como substituto parcial da carga de sulfato de bário na tinta em pó. A Figura 1 mostra o aspecto do PET e do filme de tinta obtido.
Tabela 2. Massa molecular do PET obida por GPC
Condição do PET Mn Mw
PET 0 (sem degradação) 24634 57954
PET 1 19627 46550
PET 2 16480 39596
PET 3 12407 34540
(a) (b) (c) (d)
Figura 1. (a) Aspecto do PET pós-consumo, processado três vezes em extrusora dupla-rosca. (b) Aspecto do
PET após a recristalização. (c) PET após a moagem e peneiramento, (d) Aspecto do filme de tinta aplicado sobre alumínio, mostrando a presença de pequenos grânulos de PET.
A análise de DSC foi realizada a fim de comprovar a degradação do PET, o que foi verificado com o aparecimento de um pico anterior ao pico indicativo da temperatura de fusão (aprox. 240oC), mostrado na Figura 2(a), com as amostras de PET 1, PET 2 e PET 3. Este pico não aparece na análise de DSC para o PET 0 (sem degradação), Figura 2(b), o indica que a degradação ocasiona uma variação na distribuição de tamanho de cristais, os quais fundem em temperatura inferior a da fusão do PET. Através do cálculo de cristalinidade, Tabela 3, constatou-se um aumento de cristalinidade com o aumento da degradação do polímero.
(a) (b) 0 50 100 150 200 250 300 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 D S C ( m W ) Temp (C) PET 1 PET 2 PET 3 0.00 100.00 200.00 300.00 Temp [C] -10.00 -5.00 0.00 DSC PET 0
Tabela 3. Entalpia e cristalinidade do PET degradado
Entalpia (J/g) Cristalinidade (%)
PET 1 -37,27 20,3
PET 2 -54,52 33,10
PET 3 -60,95 49,63
A Figura 3 mostra o aspecto do revestimento após 1000 horas de imersão em água do mar sintética. Não foi observada a presença de bolhas ou desplacamento do revestimento, mesmo na região da incisão, evidenciando que a tinta apresenta um bom desempenho à corrosão, mesmo com a incorporação do PET em sua formulação. O mesmo desempenho foi constatado com as amostras submetidas ao ensaio de névoa salina, Figura 4.
Figura 3. (a) Alumínio revestido com a Tinta 1 (com PET) e (b) Tinta 2 (sem PET) após 1000 h de imersão
em água do mar sintética.
Figura 4. (a) Alumínio revestido com a Tinta 1 (com PET) e (b) Tinta 2 (sem PET) após 1000 h de
exposição à névoa salina.
(a) (b)
Nos testes de impacto e dobramento (flexibilidade), todos os filmes obtidos apresentaram boa flexibilidade, sem apresentar qualquer evidência de ruptura. A incorporação do PET também não prejudicou a cura da tinta. Nenhum destacamento de tinta foi constatado nos filmes obtidos após o teste de aderência com fita adesiva.
Conclusões
O processo de termodegradação mecânica do PET pode ser obtido por passagens múltiplas em extrusora dupla rosca, proporcionando uma redução superior a 55% na massa molecular do polímero, considerando três passagens nas condições consideradas.
O aumento da cristalinidade do PET, proporcionado por passagens múltiplas em extrusora e pelo processo de recristalização a 190oC durante 3 horas, é necessário para promover uma maior cominuição do polímero durante a operação de moagem. Contudo, não foi possível obter a granulometria desejada (<40µm), que permitisse a perfeita homogeneização do PET na mistura de tinta em pó. Com isto, o PET permaneceu na forma de pequenos grânulos, possíveis de serem visualizados no revestimento aplicado. Este efeito pode ser atenuado quanto se opta por tintas que providenciam um acabamento texturizado.
A degradação termomecânica do PET pós-consumo em extrusora não possibilitou redução da temperatura de fusão, também considerada necessária para promover uma maior homogeneização do PET na mistura de tinta em pó.
As tintas ensaiadas mostraram um bom desempenho à corrosão, tanto no ensaio de imersão em água do mar sintética como no ensaio de exposição à névoa salina, não apresentando alterações visuais até o final do ensaio. Isto indica que a incorporação do PET na tinta, na concentração testada, não compromete o desempenho à corrosão do revestimento aplicado sobre alumínio.
A flexibilidade e a aderência da tinta ao substrato não foram comprometidas com o uso do PET na formulação da tinta em pó.
Os resultados mostraram que a incorporação de PET pós-consumo em tinta em pó é um procedimento viável de ser utilizado para reduzir o impacto ambiental causado pela disposição de resíduos de PET em aterros sanitários.
Agradecimentos
Os autores expressam seus agradecimentos a Universidade de Caxias do Sul, pela bolsa de iniciação científica e apoio às atividades de pesquisa, ao LCOR pelos ensaios de corrosão, ao LPOL pelo processamento do PET e análises de DSC e TGA, a Prof. Dra. Regina Nunes, do IMA-UFRJ, pela análise de GPC e a Tecnóloga Debora Albino, da empresa Sherwin-Willians, por disponibilizar
Referências Bibliográficas
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10-D. Corso, E.J. Birriel, A.J. Zattera, L.C. Scienza in Anais do 18o Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto de Galinhas, 2008, 11679.
