ICTR 2004 – CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Costão do Santinho – Florianópolis – Santa Catarina
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PRÓXIMA
AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE RECICLAGEM DE EMBALAGENS DE PET PÓS-CONSUMO Anderson Maia Edilson M. Viana Hamilton M. Viana
Avaliação do processo de reciclagem de embalagens de PET
pós-consumo.
Anderson Maia2, Edilson M. Viana 3, Hamilton M. Viana4.
Resumo
O PoliEtilenoTereftalato (PET) tem sido amplamente utilizado em embalagens de bebidas carbonatadas, por conta de suas propriedades físico-químicas. Por se tratar de um poliéster, o processamento do material é bastante sensível ao teor de umidade e um descuido neste aspecto compromete severamente a qualidade do material processado, e em casos mais graves, compromete inclusive o processamento. O presente estudo avaliou o processo de reciclagem através de medidas de índice de fluidez, teor de cristalinidade e propriedades mecânicas das amostras retiradas em cada uma das etapas do processo. Um ponto muito importante a considerar é a qualidade do material que chega para ser reprocessado: a limpeza do material é um grande facilitador do processo de reciclagem. Os resultados indicam as etapas mais críticas do processo e sugerem os cuidados a serem tomados.
Palavras-chave: PET, reciclagem, índice de fluidez, processamento.
Introdução
O Polietileno Tereftalato (PET) foi desenvolvido em 1941 pelos químicos ingleses Whinfild e Dickson. As garrafas produzidas com este polímero só começaram a ser fabricadas na década de 70, após cuidadosa revisão dos aspectos de segurança e meio ambiente.
No começo dos anos 80, EUA e Canadá iniciaram a coleta dessas garrafas, reciclando-as inicialmente para fazer enchimentos de almofadreciclando-as. Com a melhoria da qualidade do PET reciclado surgiram aplicações importantes, como tecidos, lâminas e garrafas para produtos não alimentícios, por conta de suas propriedades: barreira a gases, resistência química e mecânica, e brilho e leveza1.
Por outro lado, o alto consumo gera um acúmulo de embalagens que preocupa pelo aspecto do impacto ambiental causado, ou se torna interessante oportunidade de negócio para o mercado de reciclagem.
Atualmente o maior mercado para o PET pós-consumo no Brasil é a produção de fibras para fabricação de cordas (multifilamento), fios de costura (monofilamento) e cerdas de vassouras e escovas.
A vantagem de se reciclar o PET, além de desviar o lixo plástico dos aterros, utiliza apenas 30% da energia para a produção da resina virgem e também pode ser reciclado várias vezes sem prejudicar a qualidade do produto final.
2
Anderson Maia, CROMEX-BRANCOLOR, SP, Brasil
3
Edílson Magalhães Viana, BAN Química, SP, Brasil
4
Dr. Hamilton Magalhães Viana, Centro Universitário Fundação Santo André – FAENG – hviana@fsa.br , SP, Brasil
No caso dos plásticos, observa-se que estes materiais são bons combustíveis (tabela 1), contudo, nem sempre o saldo global de energia é vantajoso. No caso do PET, enquanto são necessários 97 X 106 BTU para produzir 1 tonelada de PET (incluindo o refino dos hidrocarbonetos), apenas 23 X 106 BTU podem ser recuperados pela combustão.
Tabela 1: Poder calorífico de alguns polímeros e do com óleo combustível
Material Poder calorífico (kj/kg) Poliestireno (PS) 4,6 X 104
Polietileno (PE) 4,6 X 104 Policloreto de vinila (PVC) 1,9 X 104
Óleo 4,4 X 104
Fonte: SCHNABEL, W.; “Polymer degradation – Principles and practical application”, New York: Hansen International, 1981.
O material2 não pode ser transformado em adubo, pois na incineração o PET é altamente combustível, com valor de cerca de 23.000 BTUs/Kilo, e libera gases residuais como monóxido e dióxido de carbono, acetaldeído, benzoato de vinila e ácido benzóico, sendo uma das desvantagens também a difícil degradação em aterros sanitários, onde uma garrafa de plástico demoraria 400 anos para se decompor e/ou enterrada, 800 anos.
É conhecido3 que o grande impacto ambiental dos materiais poliméricos (plásticos e borrachas) descartados decorre do fato destes materiais não se degradarem no meio ambiente num período aceitável. Como a grande maioria dos plásticos se origina dos produtos petroquímicos, eles não resultam da evolução biológica e, portanto, dos microorganismos não tem enzimas capazes de quebrar as moléculas num nível tal que possam ser reincorporados nos seres vivos.
O desenvolvimento de materiais plásticos biodegradáveis (degradáveis por microorganismos) ou fotodegradáveis (degradáveis pela luz) seria uma forma de solucionar o problema de acúmulo de lixo plástico. Uma pequena parcela de materiais plásticos pode ser considerada como biodegradável. Atualmente estão surgindo diversos trabalhos de pesquisa onde materiais plásticos são obtidos a partir de óleos vegetais ou amido (modificado quimicamente ou não), de fontes como o milho, a batata e a mandioca, entre outras. Contudo, a performance destes materiais ainda é limitada, o que faz com que alguns pesquisadores prefiram misturar o material biodegradável com os plásticos tradicionais de origem petroquímica. A biodegradabilidade do material depende da ação de microorganismos que consomem a fração biodegradável e mesmo assim ainda restará a fração do material plástico não biodegradável pulverizado no solo.
Algumas críticas são feitas aos plásticos degradáveis, tais como:
- a fragmentação pode permitir que aditivos tóxicos permeiem para o solo; - não há aproveitamento energético ou de matéria-prima;
- os plásticos degradáveis se constituiriam num contaminante adicional para a reciclagem dos outros plásticos.
Diante do exposto, conclui-se que o reprocessamento dos polímeros é um caminho bastante viável. Os cuidados necessário para obtenção de produto com qualidade físico-química e mecânica passam pelo controle de porcentagem de cristalinidade, degradação e umidade do material a ser reprocessado. No caso brasileiro, o reciclador costuma investir o mínimo possível no processo de beneficiamento do material, por conseguinte, ele ganha no preço, mas perde em qualidade de produto.
Tabela 2: Preços de plásticos virgens (fabricantes nacionais) e reciclados
Material Preço (US$/ton) PET (Rhodia-Ster) 670,00 PVC (Solvay, supensão) 504,74 Injeção 1018,71 Sopro 1048,18 PEAD (Ipiranga) Extrusão 1069,71 PEAD (Polialden) injeção, sopro e extrusão. 583,94
PEBD (OPP) 872,26 PEBD (Polietileno) 948,18 PP (OPP) 784,67 V I R G E M PP (Polibrasil) 881,37 Incolor (prensado) 109,49 Incolor (flakes) 197,48 Verde (prensado) 200,00 PET Verde (flakes) 72,00 PVC flexível 162,40 Granulado preto 350,36 Granulado incolor 437,96 Filme granulado 394,16 Filme prensado 87,59 R E C I C L A D O S PS, PE, PP
Frasco sem tampa 87,60 Fonte: Jornal de Plásticos nº 1043/1044
Parte dos processos de separação considera as diferenças de densidade desses polímeros usando a água como meio de separação.
Materiais e Métodos
A seguir a descrição dos materiais e métodos utilizados na realização deste trabalho.
a) Materiais
Foram utilizadas garrafas de PET (de diferentes capacidades) oriundas de unidades industriais e de centrais de coleta seletiva de diversas regiões do Brasil.
Além do polímero PET, foram utilizados antioxidantes (à base de fosfito e fosfonito) da Clariant.
Para o processamento do material foi utilizada uma extrusora mono-rosca da marca Wellix, com filtro seletivo, com sistema de degasagem e com produção estimada de 500 kg/hora.
Os corpos-de-prova foram obtidos por injeção em uma injetora da marca Sandretto, com força de fechamento de 100 toneladas.
As análises de Calorimetria diferencial de varredura (DSC) foram realizadas no equipamento DSC-7 Perkin-Elmer; um plastômetro Zwick 4100 foi utilizado para as determinações de índice de fluidez (IF)
A resistência à tração foi determinada através da Máquina de Ensaios Universal da marca Loyd de 30 kN de força e os ensaios de resistência ao impacto foram realizados numa máquina de ensaios Zwick.
b) Métodos
O material polimérico foi extrudado a uma temperatura de 265ºC e foi cristalizado numa estufa sob 140ºC por 5 horas.
Os corpos-de-prova foram obtidos por injeção a 250ºC e foram avaliados de acordo com as normas ASTM D-256 (Izod – para impacto)4 e ASTM D-638 para tração5. Os resultados de DSC foram obtidos segundo a norma ASTM D-34176 e os resultados de Índice de fluidez tiveram por base a norma ASTM D-12387.
As amostras de PET avaliadas são apresentadas na tabela seguinte:
Tabela 3: Tratamento para cada amostra avaliada de PET
Amostra Tratamento
1 Flake pós-consumo, cristalizado.
2 Flake pós-consumo, extrudado e cristalizado. 3 Pré-forma cristalizada.
Resultados
Antes de passar pelo processo de extrusão e/ou cristalização, todas as amostras de flake (garrafa moída) foram lavadas previamente como parte integrante da preparação.
a) Índice de fluidez
A seguir, são apresentados os resultados das análises de índice de fluidez para as amostras de material coletadas (aqui foi lavada apenas a amostra de flake) e submetidas a diferentes lavagens (alcalina e neutra, com adição ou não de antioxidantes). O tempo dos diferentes tratamentos foi utilizado para avaliação do índice de fluidez e os melhores resultados serviram para seleção para as amostras que seriam extrudadas e injetadas para avaliações posteriores. Os resultados obtidos são apresentados a seguir:
Tabela 4 – Índice de fluidez para diferentes tipos de lavagens.
Figura 1: Variação do IF em função do tempo de lavagem
b) Análise térmica (DSC)
Figura 2: Curva DSC para a amostra 1
Figura 4: Curva DSC para a amostra 3
A partir das curvas obtidas e dos respectivos valores de calor de transição, pode-se calcular a porcentagem de cristalinidade para cada uma das amostras. Esses valores são apresentados na Tabela 5.
Tabela 5: Porcentagem de cristalinidade para as amostras de PET. Amostra Calor de transição (J/g) Cristalinidade (%) Aspecto Visual
Referência (Literatura) 140,1 100,0 - 1 49,21 35,1 Opaco 2 55,57 39,7 Opaco 3 18,85 13,5 Opaco 4 7,13 5,1 Transparente c) Propriedades Mecânicas
Nesta etapa, todas as amostras foram lavadas apenas com água deionizada e submetidos a secagem e cristalização. Após injeção, as amostras foram submetidas aos ensaios de avaliação mecânica.
Tabela 6: Propriedades mecânicas das diferentes amostras injetadas.
Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4 Resistência à Tração (MPa) 60,9 ± 0,4 62,1 ± 0,1 61,5 ± 1,1 62,7 ± 0,1 Alongamento (%) 4,4 ± 0,7 5,1 ± 0,1 4,6 ± 0,4 4,9 ± 0,5 Resistência IZOD entalhado (J/m) 34,1 ± 3,5 32,3 ± 18,2 30,8 ± 6,9 31,6 ± 3,7 Discussão
Os diferentes tópicos são discutidos individualmente.
a) Índice de fluidez
Pela condição de recebimento do polímero PET a reciclar, é imprescindível a lavagem prévia do produto. Nesse sentido, dentre os banhos avaliados (alcalino e neutro, com e sem antioxidante) o banho com soda é o que mais provoca a redução da viscosidade do material, conforme Figura 1). A explicação para esse fato é a hidrólise do poliéster provocada pela água e catalisada pela soda. Os demais banhos apresentam uma condição menos agressiva para o poliéster e como conseqüência a redução da viscosidade não é tão acentuada. Comparando-se a lavagem com água deionizada e os demais banhos (excetuando-se o banho com soda) não há uma diferença significativa entre o efeito desses banhos, inclusive sugerindo que o uso de antioxidante não é imprescindível.
b) Análise térmica
O processo de solidificação do PET pode ser controlado para a obtenção de material mais ou menos cristalino. De acordo com a Tabela 5, um valor intermediário entre 5,1% e 13,5% de cristalinidade é o limite para uma amostra transparente e uma amostra opaca. À medida que aumenta a porcentagem de cristalinidade, o polímero se torna mais opaco, pois aumenta a porção de material com índice de refração diferente (material amorfo e material cristalino). Essa análise térmica permite avaliar o aspecto visual do produto final que, nos caso das embalagens, é de extrema importância.
c) Propriedades mecânicas
A análise dos dados apresentados na Tabela 6 mostra que a amostra de flake apenas cristalizado, se comparada à amostra de flake extrudado e cristalizado, apresenta maior resistência à tração, que pode ser explicada por uma provável pós-condensação do poliéster no interior da extrusora. A seqüência de processamento para o PET é a seguinte: a resina virgem (amostra 4) passa pela injeção para a obtenção da pré-forma (amostra 3) e a pré-forma passa pela etapa de extrusão por sopro para obtenção da garrafa, que é moída após o consumo para a obtenção dos flakes. Os flakes devem passar pela etapa de cristalização (amostra 1) ou podem antes da cristalização passar pela etapa de extrusão para posteriormente ser cristalizado (amostra 2). O número de etapas de processamento é proporcional ao grau de pós-condensação do PET. Quanto mais pós-condensado for o PET, melhores serão suas propriedades finais.
d) Conclusão
Nas condições de realização do trabalho, pode-se concluir que: a) Os banhos alcalinos provocam hidrólise acentuada do PET; b) A hidrólise aumenta o índice de fluidez do PET;
c) A pós-condensação do PET melhora as propriedades mecânicas d) A redução da cristalinidade do PET aumenta sua transparência.
e) Agradecimentos
Os autores agradecem ao Centro Universitário Fundação Santo André pelo suporte financeiro concedido.
f) Referências Bibliográficas
1
SCHNABEL, W.; “Polymer degradation – Principles and practical application”, New York: Hansen International, 1981.
2
Anon (1999); Cempre Informa, 43, 2: “Primeira Parcial Da Pesquisa Ciclosoft 99 Confirma: Cresce Em Mais De 50% O Número De Municípios Com Programas De Coleta Seletiva”;
3
M. R. Furtado; Plástico Moderno; 266, 8-18: “Aplicações Novas Prometem Dobrar O Uso De Reciclados”; (1996);
4
ASTM D256-04 “Standard Test Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics” American Society For Testing And Materials, Philadelphia, 2004;
5
ASTM D638-03 Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics; American Society For Testing And Materials, Philadelphia, 2003;
6
D3417-99 Standard Test Method for Enthalpies of Fusion and Crystallization of Polymers by Differential Scanning Calorimetry (DSC); American Society For Testing And Materials, Philadelphia, 1999;
7
D1238-04 Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer; American Society For Testing And Materials, Philadelphia, 1999;
g) Abstract
Polyethylene therephtalate (PET) has been widely applied in soft drinks bottles due its physical-chemistry properties. Processes this polyester is very sensible to water content and neglect on that can hardly affect the final product, including the processing. This present work evaluated the recycling process by melting flow index, crystallinity rate, and mechanical properties of the specimens. A very important point to consider is the delivered material quality to be reprocessed: its cleaning state is a easy maker for that process. The results show that critical steps of the process and suggest some care to be taken.
