PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS MISTURAS
POLIPROPILENO/POLIETILENO E POLIPROPILENO/POLIPROPILENO
RECICLADO
Reinaldo Strapasson
Pós Graduação em Engenharia Mecânica PG-Mec, Universidade Federal do Paraná (UFPR), Caixa Postal 19011, Curitiba/Pr, Brasil, 81531-990. Fone: (041) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: reinaldo@ufpr.br
Priscila Inácio Almeida
Departamento de Engenharia Mecânica – Universidade Federal do Paraná, Caixa Postal 19011, Curitiba/Pr, Brasil, 81531-990. Fone: (41) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: PRISCILA20CTBA@aol.com
Thais H. D. Sydenstricker
Departamento de Engenharia Mecânica – Universidade Federal do Paraná, Caixa Postal 19011, Curitiba/Pr, Brasil, 81531-990. Fone: (41) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: thais@demec.ufpr.br
Sandro C. Amico
Departamento de Engenharia Mecânica – Universidade Federal do Paraná, Caixa Postal 19011, Curitiba/Pr, Brasil, 81531-990. Fone: (41) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: amico@demec.ufpr.br
Resumo. O presente trabalho visa o estudo das propriedades mecânicas de poliolefinas recicladas. Foi determinada a composição média do lixo plástico coletado na cantina interna do Centro Politécnico da Universidade Federal do Paraná e analisada as propriedades mecânicas de misturas polipropileno virgem (PP)/ polipropileno reciclado (PPR) – PP/PPR. Durante 30 dias amostras
diárias de lixo plástico foram coletadas. Após a triagem, pesagem, lavagem e secagem do plástico recolhido, foram determinadas as porcentagens médias dos diferentes materiais. Amostras de PP reciclado de garrafas de água mineral de um único fabricante foram injetadas e utilizadas em ensaios de tração em diversas proporções PP/PPR (0/100, 25/75, 50/50, 75/25 e 100/0). Como o lixo
plástico contém além de PP uma significativa quantidade de polietilenos (PEBD e PEAD), foram preparadas misturas PP/PE, inicialmente com polímeros virgens para avaliar o efeito da presença deste polímero nas propriedades mecânicas do PP. Ensaios de tração mostraram que a adição de PEBD ao PP seguiu aproximadamente a regra das misturas, enfraquecendo o material com o aumento do teor de PEBD na mistura PP/PEBD (90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 35/65, 15/85). Foi verificado também que as misturas PP/PPR não apresentaram perda significativa de
1. INTRODUÇÃO
A reciclagem é uma questão social já que o problema do acúmulo de lixo e do esgotamento de recursos naturais afeta toda a sociedade. Pode ser uma fonte de renda, gera empregos (catadores, sucateiros, recicladores e pesquisadores) e contribui para a preservação ambiental. A viabilidade econômica de projetos de reciclagem depende não apenas do investimento em novas tecnologias, mas também da contribuição individual de toda a população. A realização de programas de educação ambiental, no âmbito de instituições ou através de campanhas governamentais é a melhor forma de conscientização da população que almeja melhoria da qualidade de vida.
O desenvolvimento auto-sustentável tem como principal preocupação não retirar da natureza mais do que ela é capaz de produzir. A produção mundial de polímeros sintéticos foi estimada em 130 milhões de toneladas por ano. A reutilização ou a reciclagem de materiais é imprescindível à continuidade da oferta de bens e conforto à população. Previsões otimistas garantem que no ano 2030 a Economia mundial será sustentável e a principal fonte de materiais para a indústria será de mercadorias recicladas. A qualidade de vida, meta de nossa década, inclui não somente o acesso aos bens de consumo, mas também, o direito à vida em um planeta ecologicamente equilibrado. É previsto também que no ano 2030, a Terra deverá abrigar 8 bilhões de habitantes (Zaikov et al, 1994; Nelson, 1995; Simionescu, 1990 e Correa et al, 1996). Somente a criatividade aliada à Ciência e Tecnologia e amparada pela real determinação em atender à crescente demanda de produtos com manutenção da qualidade de vida, poderá vencer tal desafio.
O acúmulo de lixo urbano é um problema da maioria das cidades brasileiras. Além da escassez de locais apropriados para receber resíduos sólidos, o lixo causa graves danos à saúde. Durante a decomposição do lixo, o "chorume", um líquido negro rico em matéria orgânica é formado e como possui um alto poder de intoxicação, é muito nocivo aos seres vivos. Dentre os vários tipos de aproveitamento de resíduos sólidos de vazadouros, a reciclagem, ou seja, o retorno ao consumo dos materiais que ainda possuem algum valor agregado, é o mais indicado (Vilhena, 1993 e Vilhena et al, 1995).
São conhecidas quatro formas básicas de reciclagem (Ávila e Duarte, 2002). A reciclagem primária é a recuperação de uma matéria-prima dentro do próprio processo de produção, dentro ou fora da indústria geradora de refugo. Na reciclagem primária, o material apresenta um grau de pureza satisfatório, permitindo sua reutilização total ou parcial no processo. A reciclagem secundária ocorre na recuperação dos resíduos sólidos urbanos onde vários materiais estão misturados, sendo necessário uma separação prévia antes da readmissão ao ciclo de consumo. A reciclagem terciária refere-se à despolimerização e/ou decomposição e reutilização dos monômeros e oligômeros formados a partir do refugo plástico. Os monômeros são as unidades que constituem os plásticos e os oligômeros são polímeros de baixo peso molecular. A reciclagem quaternária consiste na recuperação da alta quantidade de energia química gasta na produção do material plástico, armazenada sob a forma de ligações químicas. O material é incinerado e a energia liberada é utilizada para geração de algum bem como calor, vapor ou energia elétrica.
Os termoplásticos são recicláveis, mas de acordo com sua estrutura molecular apresentam características próprias. Assim, fundem em diferentes temperaturas, muitas vezes são incompatíveis entre si e são adequados a diferentes aplicações. Os resíduos plásticos podem ser separados do lixo através da coleta seletiva, da separação manual ou através da sua diferença de densidade: (i) na coleta seletiva, a própria população inicia a separação dos diversos materiais; (ii) na separação manual, catadores treinados separam os diferentes polímeros após o recolhimento do lixo, e (iii) na separação por densidade, é preciso levar os resíduos plásticos a um tanque da unidade recicladora contendo soluções hidro-alcoólicas, aquosas ou salinas. A coleta seletiva é a alternativa mais econômica para a reciclagem dos diferentes plásticos (Wassermann et al, 2002).
Desde 1957, a produção do PP tem sido realizada em grande escala. Dentre as vantagens desse polímero destacam-se: a alta resistência química; suas excepcionais características mecânicas; quando comparado com outros materiais, sua excelente relação custo/desempenho; e, a inexistência de restrições no seu armazenamento, acabamento e à sua transformação (Brenner, 2001).
Misturas PP/PE e PPR/PP são muito utilizadas em recicladoras, microempresas que não dispõem
de tecnologia ou equipamentos operando em condições ótimas para o pleno aproveitamento do potencial desses materiais. Assim, é comum a preparação de misturas PE/PP até 50/50 com o objetivo de aumentar os lucros da unidade embora com prejuízo na qualidade do produto. De um modo geral as pessoas que trabalham na separação do lixo plástico têm conhecimentos básicos quanto aos tipos de plásticos que devem ser separados, utilizam a simbologia padronizada, mas não são rigorosos quanto à presença de contaminantes plásticos em meio a volumes grandes (fardos) de plásticos prontos para serem moídos.
O Campus da Universidade Federal do Paraná (UFPR) - produz diariamente uma grande quantidade de lixo plástico reciclável e até o momento, não há nenhum trabalho sistemático para a separação prévia desse material e reprocessamento do mesmo. Assim, em um esforço com dirigentes da UFPR está sendo planejado o aproveitamento desse lixo com o intuito de manter o Centro Politécnico limpo, gerar renda e servir de modelo para iniciativas similares.
O objetivo deste trabalho é a quantificação do lixo plástico da UFPR e o estudo de propriedades mecânicas das misturas mais utilizadas no mercado.
2. METODOLOGIA
O presente trabalho foi realizado nas seguintes etapas: coleta e preparação do material, injeção de corpos de prova e ensaios de tração.
O material a ser reciclado foi coletado na cantina interna do Campus da UFPR nos meses de Março, Abril e Maio. Foram feitas 30 coletas. Os plásticos recolhidos foram separados, lavados, secos em estufa a 65°C e moídos. Para a confecção dos corpos de prova, foram utilizadas garrafas de água mineral de polipropileno.
Foram confeccionados corpos de prova injetados segundo normas ASTM D638 com diferentes composições de polímeros virgens PP/PEBD (90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 35/65, 15/85) e reciclados PP/PPR (25/75, 50/50, 75/25 e 100) em uma injetora marca Semeraro ano 1972. Na
tentativa de obter as melhores misturas possíveis, devido à falta de uma extrusão prévia dos plásticos, o sistema de carregamento pelo funil da injetora foi desmontado e as misturas foram pesadas uma a uma, em uma balança da marca Marte com uma precisão de 0,01g. Cada alimentação correspondeu a 16 gramas de material (injeção de 2 corpos de prova), o ciclo de injeção foi de 2 minutos e a faixa de temperatura de operação da máquina variou de 180°C à 190°C. Após 15 injeções da mesma mistura as amostras eram separadas para a realização dos ensaios de tração, de forma a garantir que o plástico encontrado no cilindro correspondesse à mistura desejada.
Os ensaios de tração foram realizados a 50 mm/min em uma Máquina de tração Universal modelo EMIC DL 10000, segundo a norma ASTM D 638 M–93, com os corpos de prova Tipo M– II.
Para a caracterização do PP utilizado, foram realizados também testes de índice de fluidez segundo as normas ASTM–D 1238-95 em um Plastômero DSM Modelo MI-3, os quais deram resultados de 10,31 e 3,21 g/10min para o PP virgem e reciclado, respectivamente.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Levantamento Estatístico da Coleta de Lixo no Campus do Centro Politécnico.
Foi instalada uma lixeira com a inscrição “Somente Plástico”, junto à Cantina interna do Centro Politécnico, onde um saco com lixo plástico era recolhido no final da tarde. Analisando estas coletas obtivemos a composição do lixo plástico que é mostrada na Figura 1.
Quanto ao material presente, as amostras de PP se referem principalmente a garrafas de água mineral e copos de chá e refrigerante. As amostras de polietilenos (PEBD e PEAD) foram obtidas de filmes, copos e garrafas. As amostras de poliestireno (PS) e poli(tereftalato de etileno) – PET, foram obtidas respectivamente de copos de café e refrigerante e garrafas de água mineral com gás.
Outros materiais como restos orgânicos, latas de alumínio e garrafas de vidros foram também encontrados. PE 20% Outros Plásticos 20% Outros materiais 30% PP 30%
Figura 1. Distribuição Estatística do Lixo Coletado no Centro Politécnico. 3.2. Propriedades Mecânicas das Misturas PP/PEBD.
A Figura 2 apresenta as curvas obtidas nos ensaios de tração de uma mistura PP/PEBD e dos polímeros puros PP e PEBD virgens. A Figura 3 mostra o aspecto dos corpos de prova após a fratura dos mesmos. Como inicialmente na foi utilizado o resfriamento forçado do molde, pode ser observado na Figura 3(a) que em relação ao corpo de prova não tracionado, o PP deforma muito pouco. Esse comportamento ilustra a provável formação de esferulitos grandes durante o resfriamento lento do corpo de prova. A Tabela 1 e a Figura 4 apresentam os resultados de ensaios de tração das misturas PP/PEBD.
Tabela 1. Propriedades Mecânicas das Misturas PP/PEBD. Composição das
Misturas PP/PEBD
Tensão Máxima (MPa)
Média Desvio Padrão
100 PP 30,1 1,1 90/10 25,8 1,8 80/20 24,6 1,2 70/30 21,6 1,7 60/40 18,5 2,9 50/50 16,1 1,4 35/65 14,0 0,8 15/85 10,5 0,7 100 PEBD 9,3 0,4
* Os corpos de prova foram injetados sem resfriamento forçado do molde.
O PEBD é menos resistente que o PP (9,3 e 30,1 MPa, respectivamente). As misturas variaram de acordo com a porcentagem de material, sendo que quanto maior a quantidade de PEBD adicionada ao PP, menor foi a resistência à tração, não estando aparente nenhum efeito sinérgico.
(d) (c) (b) (a)
Figura 3. Aspecto dos corpos de prova sem resfriamento forçado após tracionamento: (a) PP, e misturas de PP/PEBD (b) 50/50, (c) 80/20 e (d) PEBD
3.3. Propriedades Mecânicas das Misturas PP/PPR.
A figura 5 apresenta o aspecto dos corpos de prova injetados com resfriamento forçado. Avaliando os resultados, apresentados na Tabela 2 e na Figura 6, pode ser concluído que nessas misturas, a incorporação de material reciclado ao virgem não interfere na resistência a tração apesar do peso molecular (ver índice de fluidez) do PP utilizado na reciclagem ser ligeiramente maior que do PP virgem, o que justifica sua maior resistência.
No entanto, a ainda pequena deformação dos corpos de prova de polipropileno nos mostra a importância do resfriamento forçado durante a moldagem. O polipropileno é um polímero muito cristalino e se resfriado lentamente, tende a formar estruturas cristalinas esferulíticas que fragilizam
o material. Assim, é necessária a adição de agentes anti-nucleantes e/ou, ser conduzido um resfriamento rápido durante a moldagem dos corpos de prova para minimizar o crescimento dessas estruturas.
Figura 4: Resistência à Tração das diferentes misturas PP/PEBD.
(d) (c)
(b) (a)
Figura 5. Aspecto dos corpos de prova com resfriamento forçado tracionados de (a) PPR e de
misturas PP/ PPR: (b) 75/25, (c) 50/50 e (d) 25/75.
Tabela 2. Propriedades Mecânicas das Misturas PP/PPR.
Composição das Misturas PP/PPR
Tensão Máxima (MPa)
Média Desvio Padrão
100 PP 30,1 1,11
75/25 33,99 1,264
50/50 33,84 0,505
25/75 32,19 0,820
Figura 6: Resistência à Tração encontrados para as diferentes misturas PP/PPR.
A Figura 7 apresenta o aspecto do corpo de prova de PP virgem tracionado, confeccionado no mesmo molde com utilização de resfriamento forçado. Nas condições do teste de tração, essa amostra não atingiu a fratura. Este resultado reforça a indicação que nas misturas PP/PPR, as
condições de resfriamento do molde devem ser mais drásticas, ou seja, com a utilização de menor temperatura de molde, já que o perfil típico de um ensaio de tração dessa amostra de PP é o de estiramento a frio (Figura 8) onde é formado um pescoço no corpo de prova que cresce à medida que a deformação prossegue e a orientação do material aumenta (Simal, 1992, Kargin, 1968).
Figura 7: Aspecto dos corpos de prova tracionados PP (resfriamento forçado).
Pode-se notar a diferença nas características de deformação causada pela utilização de resfriamento forçado na injeção em comparação com o que foi previamente apresentado na figura 3, onde os corpos de prova injetados foram obtidos em um molde sem circulação de água, e os mesmos atingiram a ruptura durante a realização do ensaio.
4. CONCLUSÃO
Os valores obtidos para o teste de tração do polipropileno (PP) adicionado ao polietileno de baixa densidade (PEBD), ambos virgens, mostraram valores coerentes, isto é, à medida que aumentou a porcentagem de PEBD à mistura com PP, diminuiu a resistência do mesmo. As misturas de polipropileno virgens com o reciclado mostraram valores muito próximos para um ciclo de reciclagem.
Embora a compatibilidade das misturas PP/PE não seja significativamente afetadas pela cristalinidade do polipropileno, as propriedades mecânicas dessas misturas PP/PPR são bastante
afetadas pelas condições de injeção. 5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Electrolux do Brasil pelo fornecimento da matéria prima (polímero) e o aluno de graduação (Engenharia Mecânica) Henry Max Tavares Vieira pelos serviços prestados. 6. REFERÊNCIAS
Ävila S. Antônio e Duarte, V. M., “Gears made of recycled polymeric matrix composites: Is it possible?”, SULMAT 2002.
Brenner, E., “Formulações de PP podem ser usadas com material para perfis de janelas”, Plástico Industrial, Novembro 2001, pp 66-71.
Correa, C. A., Fragalle E. P., Manrich, S., Zanin M., Leão, A. L, “Um desafio chamado ISO 14000”, Polímeros: Ciência e Tecnologia, jul/set, 11-17, 1996.
Kargin, V.A., Sloninimsky, G.L., in Fracture, “Encyclopedia of polymer science and technology”. New York: John Wiley, v7, 1968, 292-357.
Nelson, G. L., “Ecology and plastics”, Chemtec, December, 50-55, 1995.
Simal, L. A., “Estrutura e Propriedades de Polímeros”, Apostila Didática 2–Universidade Federal de São Carlos 1992, pp 89-90.
Simionescu, C., “Contributions and outlook in the field of cellulose chemistry and technology”, Cellulose Chem. Technol.; 24, 293-3-7, 1990.
Sydenstricker, H. D. T., Fontana, C.A.J., Kossaka, J., Taraszkiewicz, T., “Estudo do comportamento mecânico de alguns termoplásticos”, SULMAT 2000, pp 766-775.
Vilhena, T. “Aspectos econômicos da recuperação de plásticos no Brasil-Tese de mestrado”, IMA/UFRJ, 1993.
Vilhena, A., Pacheco, E. B. A. V., Hemais, C. A., “Tecnologia para reciclagem de papel e de plásticos no Brasil”, Revista de Química Industrial, 703, out/dez, 5-10, 1995.
Wassermann, A. L., “Análise da Processabilidade na Reciclagem de Plásticos Misturados”, SULMAT 2002.
Zaikov, G.E., Artsis, M. I., Polishchuk, A. Ya., “New horizons in environment and application of polymeric materials”, Polymer News, 21, 323-324, 1994.
MECHANICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENE/POLYETHYLENE
AND POLYPROPYLENE/RECYCLED POLYPROPYLENE BLENDS
Reinaldo Strapasson
Post graduation in Mechanical Engineering PG-Mec, Universidade Federal do Paraná (UFPR), P.O.-box 19011, Curitiba/Pr, Brazil, 81531-990. Phone: (041) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: reinaldo@ufpr.br
Priscila Inácio Almeida
Department of Mechanical Engineering – Universidade Federal do Paraná, P.O.-box 19011, Curitiba/Pr, Brazil, 81531-990. Phone: (41) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: PRISCILA20CTBA@aol.com
Thais H. D. Sydenstricker
Department of Mechanical Engineering – Universidade Federal do Paraná, P.O.-box 19011, Curitiba/Pr, Brazil, 81531-990. Phone: (41) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: thais@demec.ufpr.br
Sandro C. Amico
Department of Mechanical Engineering – Universidade Federal do Paraná, P.O.-box 19011, Curitiba/Pr, Brazil, 81531-990. Phone: (41) 361-3430. Fax: (041) 361-3129. E-mail: amico@demec.ufpr.br
Palavras-chave: Reciclagem mecânica, Misturas de poliolefinas, ensaios de tração.
Abstract. The present work aims the study of the mechanical properties of recycled polyolefins.
The plastic waste was collected from the inside snack bar of the Federal University of Parana. The mechanical properties of virgin polypropylene (PP)/recycled polypropylene (PPR) - PP/PPR blends
were evaluated. For 30 days, daily samples of plastic waste were collected. After sorting, weighing, washing and drying of the picked up plastic, the mean percentages of the different materials were determined. Recycled PP samples of mineral water bottles of a single manufacturer were used for making specimens for tensile tests following various ratios with the virgin material - PP/PPR
(0/100, 25/75, 50/50, 75/25 and 100/0). Because the plastic waste contains not only PP but also a significant amount of polyethylenes (HDPE and LDPE), PP/PE blends were prepared. At first only virgin polymers were used in order to evaluate the effect of the presence of PE in the mechanical properties of PP. Tensile tests showed that the addition of low density polyethylene (LDPE) to PP followed approximately the rule of mixtures weakening the material as the amount of PP in the PP/PEBD composition decreases (90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 35/65, 15/85). It was verified that the PP/PPR blends did not present a significant loss of properties regarding the virgin polymer. Keywords. Mechanical recycling, Polyolefin blends, Tensile tests.
