DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS PEAD RECICLADO/PÓ DE BRITA.
P. V. B de Sousa. 1*; A. P. B. Gonçalves 1; D. H. Guimarães 1; C. S. Miranda 1; J. L. M. S. Neto 1; R. F. Carvalho 1; N. M. José 1
1 - Universidade Federal da Bahia Programa de Pós – Graduação em Engenharia Química, Rua Aristides Novis, n° 2, 2° andar, Federação - CEP: 40210-630 – Salvador/BA, Brasil. Grupo de Energia e Ciências dos Materiais, GECIM e-mail:
*patybritosousa@yahoo.com.br
RESUMO
Os compósitos poliméricos são materiais heterogêneos multifásicos, formados por, pelo menos, uma fase contínua e uma descontínua. A matriz utilizada foi o polietileno de alta densidade (PEAD) reciclado e a carga utilizada foi o resíduo de pó de brita gerado pelo processo de britagem das rochas, estocados nas pedreiras, sem destinação final, o que altera a paisagem e proporciona diversos problemas ambientais. Com o objetivo de agregar um novo valor comercial aos resíduos e mitigar o impacto ambiental o trabalho se propõe desenvolver compósitos poliméricos para aplicação na construção civil. Foram preparados compósitos de PEAD reciclado reforçados com três composições 5, 10 e 20% de pó de brita com duas granulometrias distintas. As amostras foram preparadas por prensagem e caracterizadas por análises de FTIR, DRX, TG e DSC. Observou-se que o aumento do teor de pó de brita apresentou melhoras significativas nas propriedades térmicas e estruturais do material.
Palavras-chave: PEAD Reciclado, Pó de Brita, granulometrias.
INTRODUÇÃO
O Estudo dos Polímeros é importante para demonstrar a variedades de produtos que a sociedade tem acesso hoje como, por exemplo: Sacolas plásticas; para-choques de automóveis, canos para água, tinta, chicletes, borrachas dentre outros. E ainda a conscientização ambiental para o controle dos descartes destes materiais no meio ambiente.
Muitas aplicações tecnológicas exigem materiais com combinações incomuns de propriedades que não podem ser alcançadas por materiais poliméricos. Ao invés de desenvolver um novo material que pode ou não ter as propriedades desejadas para uma determinada aplicação, modifica-se um material já existente, através das incorporações de outro componente, levando à preparação de materiais compósitos.
Durante o processo de britagem da rocha, para produção de agregado graúdo, é gerado um resíduo chamado de finos de britagem. Normalmente a quantidade gerada corresponde a aproximadamente 20% do volume do produto final (1).
Os resíduos da britagem de rochas apresentam características próprias, a depender do tipo de processo de fragmentação, do tipo e estado da rocha, bem com dos parâmetros de operação dos equipamentos de britagem (2).
Além de sustentabilidade e economia, o setor da construção civil visa também à qualidade de seus materiais usados, que proporcionam maior segurança às edificações. Estudos realizados demonstraram que o pó de brita possui essas qualidades exigidas, por possuir uniformidade de suas propriedades. De acordo com MENOSSI, R.T(3), a trabalhabilidade e por consequência a resistência à compressão, é influenciada pelo formato que os grãos possuem. O pó de pedra também melhora essas duas características, pois possuem partículas unidimensionais (4).
MATERIAIS E METODOLOGIAS
Materiais
Neste trabalho é proposta a caracterização físico-química dos Compósitos, no qual foi utilizado o PEAD/RECICLADO e do Pó de Brita obtido na Pedreira Aratu em Salvador – BA.
METODOLOGIA
Teste de empacotamento
O Teste de empacotamento foi feito com as diferentes granulometrias (2,36mm; 1,18mm; 600µm; 300µm; 75µm e Depósito) e com um mesmo volume de aproximadamente 150 ml, onde foi verificado que a melhor granulometria a ser utilizada é a de 1,18mm.
Para definição de melhor granulometria utilizada foi seguido o Modelo Teórico de Empacotamento de Partículas, que foi o Modelo de Andreasen mostrado através da Eq. (A).
(A)
Onde:
CPFT – Porcentagem acumulada de partículas menores Dp – Diâmetro de partícula
DL – Diâmetro da partícula grossa q = 0,37.
Preparação dos compósitos
Os compositos foram preparados pelo metodo de prensagem a 180°C , com uma pressão de 5k/N .
Os Compósitos foram preparados seguindo duas granulometrias diferentes, as quais foram chamadas de POG ( Mistura de Pó Grosso e que teve melhor empacotamento) e POF ( mistura de Pó Fino). Seguindo as seguintes proporções: 95, 90 e 80% de PEAD Reciclado e 05 , 10 e 20 % de POG e as mesmas proporções são seguidas para o POF.
Caracterização dos compósitos
A caracterização é feita através das análises térmicas por TGA, DSC, DRX e FTIR. A análise de TGA foi realizada em uma termobalança da marca Shimadzu®, modelo TGA-50, entre 25 a 1000 ºC, a uma taxa de aquecimento de 10ºC/min., sob fluxo de nitrogênio. Para análise de DSC foi utilizado um equipamento da Marca Seiko, Modelo Exstar DSC-6220. Todas as amostras foram analisadas entre 25 a 550 ºC, com taxa de aquecimento de 10 ºC.min-1 em apenas uma corrida. Os ensaios de DRX foram realizados a temperatura ambiente (25 oC) e com ângulos 2θ entre 5 e 80 o (2o.min-1).Para as análises de FTIR utilizou-se um espectrômetro da
Marca BOMEM, modelo ABB BOMEM MB SERIES, as amostras foram preparadas utilizando pastilhas com KBr, no comprimento de onda de 4000 a 400 cm-1.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Análise Termogravimétrica (TGA)
Com a incorporação do Pó de Brita no PEAD Reciclado foi observado que os compósitos começaram a se degradarem em temperaturas mais elevadas em comparação ao PEAD Reciclado como mostram as Fig. 1 (a) e (b).
Figura 1 – (a) Curvas de TGA do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POF);
(b) Curvas de TGA do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POG).
Para as séries POF e POG com o aumento da incorporação do Pó de Brita observou-se um aumento na estabilidade térmica dos compósitos. Evidenciando que a amostra que possui 20% de Pó de brita tem maior estabilidade térmica. Já nas Fig.2 (a) e (b) são representadas as temperaturas máximas de degradação dos materiais. Não foi observada nenhuma degradação do Pó de Brita na faixa de temperatura estudada. 200 400 600 800 1000 0 20 40 60 80 100 PEAD RECICLADO 5% POF 10% POF 20% POF POF Mass a (% ) Temperatura °C 200 400 600 800 1000 0 20 40 60 80 100 PEAD RECICLADO 5% POG 10% POG 20% POG POG M assa (% ) Temperatura (°C) (A) (B)
Análise Termogravimétrica (DTG)
Figura 2 – (a) Curvas de DTG do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POF); (b) Curvas de DTG do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POG).
Na Caracterização Termogravimétrica (TGA e DTG) são observadas temperaturas relevantes que são inerentes a esta análise, como é mostrada nas Tab.1 e Tab.2.
Tab. 1. Temperaturas características dos eventos observados nos gráficos de TGA e DTG para o PEAD Reciclado, os Compósitos e o Pó de Brita ( POF).
Amostra Evento
TONSET (°C) TENDSET (°C) TMAX (°C) Resíduo (%)
PEAD RECICLADO 298 530 488 01 POF 05% 316 560 493 10 POF 10 % 317 613 495 19 POF 20% 332 620 496 32 POF - - - 100
Tab. 2. Temperaturas características dos eventos observados nos gráficos de TGA e DTG para o PEAD reciclado, os compósitos e o pó de brita ( POG).
Amostra Evento
TONSET (°C) TENDSET (°C) TMAX (°C) Resíduo (%)
PEAD RECICLADO 298 530 488 01 POG 05% 304 564 494 06 POG 10 % 319 615 495 08 POG 20% 332 623 497 30 POG - - - 100 200 400 600 800 1000 -0,12 -0,10 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0,00 496°C 495°C 493°C 488°C POF 20% POF 10% POF 5% POF PEAD RECICLADO D T G ( u .a ) Temperatura (°C) 200 400 600 800 1000 -0,12 -0,10 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0,00 497°C 495°C 494°C 488°C POG 20% POG 10% POG 5% POG PEAD RECICLADO D TG (u.a ) Temperatura (°C) (A) (B)
Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
Nos materiais apareceram dois eventos endotérmicos , sendo que o 1º evento é o de fusão do PEAD Reciclado que está entre 120 á 130º de acordo com a literatura e no 2º evento está relacionado a degradação dos materiais. Os compósitos se comportaram semelhantes ao PEAD Reciclado com dois eventos , o de fusão e o de degradação. Para o Pó de Brita não foram observados esses eventos.
Figura 3 – (a) Curvas de DSC do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POF); (b) Curvas de DSC do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POG).
Difratometria de raios X (DRX).
O PEAD Reciclado apresenta picos de intensidades bem definidos que mostram a existência da fase cristalina. Esses picos cristalinos intensos são próximos e 2 = 22º e 24º, característicos aos planos (110) e (200) (GUPTA,1994). Com o aumento da incorporação do Pó de Brita houve o aparecimento dos picos cristalinos característicos do pó de brita sobrepostos aos picos do PEAD.
Figura 4 – (a) Curvas de DRX do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POF); (b) Curvas de DRX do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POG).
100 200 300 400 500 -70000 -65000 -60000 -55000 -50000 -45000 -40000 -35000 -30000 -25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 20% POF 10% POF 05% POF POF PEAD RECICLADO Flu xo d e Ca lor (u .a ) Temperatura (°C) 100 200 300 400 500 -80000 -75000 -70000 -65000 -60000 -55000 -50000 -45000 -40000 -35000 -30000 -25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 Endo 20% POG 10% POG 05% POG POG PEAD RECICLADO F lu xo d e Ca lo r (u .a ) Temperatura (°C) (A) (B) 10 20 30 40 50 60 70 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 5% POF 10% POF 20% POF PEAD RECICLADO POF Int ensid ade ( u.a) 2 10 20 30 40 50 60 70 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 PEAD RECICLADO 5% POG 10% POG 20% POG POG Intensidade ( u.a) 2° (A) (B)
Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourrier (FTIR)
Em relação ao espectro do PEAD Reciclado, observam-se como principais bandas as características dos grupos (C-H), ocorrendo estiramento (C-H) simétrico e assimétrico em 2915 e 2840 cm-1, deformação (C-H) em 1466 cm-1 e em 720 cm-1 características das sequências de grupos (CH2 (5). Foi observado também que não houve interação química entre o PEAD Reciclado e o Pó de Brita.
Figura 5 – (a) Espectros de FTIR do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POF); (b) Espectros de FTIR do PEAD Reciclado, Compósitos e Pó de Brita (Série POG).
CONCLUSÃO
No presente trabalho, observou-se que não houve alteração nas propriedades químicas com as diferentes granulometrias. Existindo apenas interação física e não química do Pó de Brita com o PEAD Reciclado. Com o aumento da incorporação do Pó de Brita na matriz observou-se um aumento da estabilidade térmica proporcional ao teor da carga.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a CAPES, FAPESB e PPEQ.
REFERÊNCIAS
1. PRUDÊNCIO, M.L.R.; COELHO, A.H.; GUTSTEIN, D. Metodologia para
obtenção de agregado miúdo artificial a partir do processamento do pó de pedra In:Congresso Brasileiro do Concreto, 40º, 1998. Rio de Janeiro:
Anais, 1998. 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 POF 20% POF 10% POF 5% POF PEAD RECICLADO Transmitância ( u.a) N° de Onda (cm-1) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 POG 20% POG 10% POG 5% POG PEAD RECICLADO Transmitância (u.a) N° de Onda (cm-1 ) (A) (B)
2. TERRA, L.E.M. Finos de pedreira para confecção de concretos estrutural
- Praticas recomendadas In: Seminário "Desenvolvimento Sustentável
Desenvolvimento Sustentável e a Reciclagem na Construção Civil: Praticas Recomendadas", III. São Paulo: 2000.
3. MENOSSI, R.T. Utilização do pó de pedra basáltica em substituição à
areia natural do concreto. 2004.97f. Dissertação ( Mestrado em Engenharia
Civil) – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira,Universidade Estadual Paulista,Ilha Solteira.2004.
4. ALMEIDA, S. L. M.E SAMPAIO, J. A. Obtenção de areia artificial com base
em finos de pedreiras. REVISTA AREIA & BRITA, OUT/DEZ DE 2002.
5. ARAÚJO, J. R. Compósitos de Polietileno de alta densidade reforçados
com fibra de curauá obtidos por extrusão e injeção. 2009. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Mecânica). Universidade Estadual de Campinas. Campinas, SP, 2009.
ABSTRACT
The polymeric composites are heterogeneous materials multiphase, formed by at least one continuous phase and a discontinuous. The matrix used was recycled high density polyethylene (HDPE) and the load used was the residue of crushed stone dust generated by the process of crushing rocks, stocked in the quarries, no final destination, which changes the landscape and provides many environmental problems. With the aim of adding value to a new commercial waste and mitigate the environmental impact work proposes to develop polymeric composites for application in construction. Were prepared of recycled HDPE composites reinforced with three compositions 5,10 and 20% of powder aggregates with two different granulometries. The samples were prepared by pressing and characterized by FTIR analysis, DRX, DSC and TG. It has been observed that increasing the content of grit powder showed significant improvements in thermal and structural properties of the material.
