CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS PELO PROCESSO DE EXTRUSÃO
Vieira, M. C.1 , Giraldi, A. L. F. M.1 , d’Ávila, M. A.2
1Faculdade de Tecnologia Arthur de Azevedo de Mogi Mirim, São Paulo, Brasil. 2Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, Brasil.
E-mail: marcelo.vieira@fatec.sp.gov.br
RESUMO
É bem conhecido o largo uso de polímeros resultando no aumento expressivo de resíduos sólidos como (PP, PE, PVC, PET, etc). Uma das técnicas de reprocessamento é realizada por meio de extrusoras e injetoras onde ocorre a fusão e a moldagem do plástico em diferentes formatos. Com o intuito de reciclar o resíduo industrial o material passou por um processo de extrusão sob três diferentes proporções com mistura do polímero Polietileno de baixa densidade (PEBD) virgem e processo de injeção para confecção dos corpos de prova para análises de propriedades mecânicas, caracterizados por ensaios de tração e índice de fluidez. Foi observada alta porcentagem do polímero Polietileno de baixa densidade (PEBD), pela análise Térmica de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Os resultados obtidos são promissores para o auxilio aos fabricantes do ponto de vista de aplicações tecnológicas no processamento de resíduos misturados com polímero PEBD virgens.
1 INTRODUÇÃO
A principal aplicação dos polímeros representa o setor de embalagem. Diante de uma volumosa produção, consequências relacionadas a impactos ambientais passaram a ser motivo de preocupação. Em 2012 no Rio de janeiro, aconteceu a Conferência da ONU sobre o Desenvolvimento Sustentável (RIO + 20) em 2012. Estiveram presentes, representantes de 193 países discutindo políticas e metas de redução de emissão de poluentes e preservação e reconstrução de áreas naturais(1).
O desenvolvimento sustentável está firmado sobre três pilares: redução, reutilização e reciclagem(2). Esse terceiro “R”, que é objeto de estudo deste trabalho é o processo que converte um material no seu estado bruto inicial ou para servir de matéria-prima para produção de novos materiais(3). Segundo o site Compromisso Empresarial com a Reciclagem (CEMPRE)(4) o Brasil reciclou 953 mil toneladas em 2012 das 6,5 milhões de toneladas de termoplásticos consumidos conhecidos como materiais de comodittes. O plástico tipo filmes flexíveis (PP e PE), compreendem 23% das embalagens consumidas em nosso país enquanto os rígidos (garrafas, eletrodomésticos, tubulações, vasos, e outros) representam 77%. De acordo com Spinacé(5) os termoplásticos mais encontrados em formas de resíduos urbanos são o polietileno (PE), o poli tereftalato de etileno (PET), o poli cloreto de vinila (PVC) e o polipropileno (PP).
Um aspecto importante para a promoção da reciclagem é a coleta seletiva. Entretanto identificação dos resíduos é importante para manter a qualidade e revalorização do material reciclado. A norma ABNT NBR 13230 de 1994 trata da simbologia que os produtos poliméricos recebem a fim de facilitar e minimizar diversidades de composições. De acordo com Centro de Tecnologia de Embalagem – Instituto de Tecnologia de Alimentos (CETEA ITAL)(6) ainda existe falta de informação no mercado brasileiro sobre os tipos de plásticos bem como ausência da símbologia de identificação nos produtos. Todavia seja de grande importância a realização realizar da separação dos plásticos, técnicas de reciclagem com resinas misturadas, estão sendo estudadas(7). Como apresenta Hegberg(8), a fabricação de perfis lineares chamados de madeira plástica é uma solução para resíduos plásticos misturados, sendo possível adicionar outros tipos de rejeitos na composição da
mistura. Conforme relata Lund(9), painéis de madeira plástica são utilizados como tecnologias emergentes na fabricação de casas. Segundo Mathiasson e seus colaboradores é possível admitir uma quantidade de plásticos não fundidos ou contaminantes como papel misturados com polímeros termoflexíveis de baixa temperatura de fusão(10). Painéis desenvolvidos com materiais compósitos de madeira e resíduos de plástico misturado com polipropileno (PP)(11). A fabricação em formatos de perfis torna o material bastante versátil sendo aplicado em pisos, bancos, barreiras e jardins(12).
Um dos processos de reciclagem de plásticos misturados que dá origem a madeira plástica foi criado por Edward Klobbie na Holanda e patenteado na década de 70(13). Trata-se de um sistema de extrusão composto por um carrossel de moldes de injeção, ficando conhecido como Intrusão(14).
O processo Reverzer é o mais antigo meio de reciclagem desse tipo de material. A matéria-prima é inicialmente amolecida e bem misturada para posteriormente ser processada através da Intrusão, Extrusão a baixa pressão ou Moldagem por compressão(14). Por fim o processo mais eficiente de Moldagem por Compressão foi desenvolvido pelo alemão Erich Weichenreider, patenteado como Recycloplast. Através dessa metodologia os plásticos são fundidos por fricção em uma extrusora que posteriormente alimenta moldes de compressão com elevada taxa de transferência de calor dando origem a peças de paredes grossas aplicadas em bancos, paletes e cruzetas(14).
Na reciclagem por extrusão, ocorre a transformação física do material através da fusão e compressão utilizando um equipamento chamado extrusora. O movimento de giro da rosca obriga o material fundido ser expelido através de um orifício na extremidade da câmara e na sequência esse filamento é resfriado e passa por um triturador formador de grânulos.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Foi utilizado o polímero PEBD TX7001 combinado com resíduos industriais poliméricos. As amostras foram processadas a partir do polímero puro para servir de referência e também da mistura de PEBD virgem/resíduo em concentrações 90/10 e 80/20 em massa.
A preparação do resíduo se deu através da separação por diferença de densidade. O material foi colocado em tanques de água limpa onde as resinas com densidades mais leves flutuaram separando das pesadas juntamente com impurezas de outra natureza como areia, metais, papel e papelão. Resinas como PS, PET, e PVC apresentam densidades maiores que 1000 kg/m3 referente à água. A fração leve então foi levada em tanques de álcool 46° INPN com densidade de 930 kg/m3 separando os plásticos do tipo PEBD e PEAD (910 e 950 kg/m3 respectivamente). Para concluir a etapa da separação, os resíduos ficaram expostos ao ar livre para promover a secagem por 72 horas.
A fim de evidenciar a característica do resíduo a ser estudado, foi realizado um ensaio de calorimetria exploratória diferencial (DSC). O equipamento utilizado foi Differential Scanning Calorimeters (DSC Q20) da TA Instruments. O resíduo foi aglutinado através do aglutinador modelo 161 da marca Lombardi de 15 HP de potência para promover um melhor fluxo no funil de alimentação da extrusora. Para a extrusão, foi utilizada a extrusora granuladora monorosca com relação comprimento por diâmetro de 28. O perfil de temperatura utilizado foi de 180°C nas três zonas de aquecimento e no cabeçote. A frequência do giro da rosca foi de 100 rpm. Na sequência o filamento extrudado resfriado em água passou pelo granulador. O equipamento utilizado para a injeção dos corpos de prova foi a injetora da marca Sandreto modelo SB Uno 430/110 com capacidade de fechamento do molde de 110 toneladas. A temperatura na zona de aquecimento foi ajustada em 250°C. Os modelos dos corpos de prova obedecem a norma ASTM D 638.
Após a confecção dos corpos de prova foram realizados os ensaios de resistência mecânica. Nesse ensaio foram detectados os valores de resistência à tração, alongamento e módulo de elasticidade conforme a norma ASTM D638-02a. A máquina universal de ensaios utilizada é da marca Time Group equipada com célula de carga de 500 kg e extensômetro para grandes deformações. Por fim foi realizado o ensaio de fluidez através do plastômetro marca Pantec modelo XNR-400C baseado na norma ASTM D 1238-04.
Utilizou-se a análise de DSC com o intuito de verificar a característica do resíduo após a separação por densidade. A figura 1, mostra a curva de DSC do resíduo após separação.
Figura 1: Curva de DSC do resíduo após separação por densidade
Em estudos realizados sobre o reprocessamento de filmes de PEBD em condições extremas essa se admite uma faixa de 100-140°C para temperatura de fusão devido a distribuição do peso molecular e variação dos tamanhos dos cristais na sua estrutura(15). Na figura 1 pode-se observar que na amostra estudada o valor de 117°C apresentando no termograma tem um comportamento similar ao polímero PEBD.
As amostras dos corpos de provas do PEBD virgem, das misturas de PEBD / Resíduos 90/10 e 80/20 foram submetidas a ensaio de resistência mecânica. Na tabela 1 são apresentadas as propriedades relativas aos ensaios de tração. Os valores encontrados referem à média de sete repetições de cada corpo de prova.
Tabela 1: Média dos valores obtidos nas análises das propriedades mecânicas Amostra Resistência à tração (MPa) Limite de escoamento (MPa) Taxa de deformação (%) Módulo de elasticidade (GPa) PEBD puro 12,44 ± 0,23 5,34 ± 1,01 105,70 ± 3,77 0,12 ± 0,03 90/10 12,45 ± 0,35 7,66 ± 2,19 113,37 ± 11,75 0,11 ± 0,03 80/20 12.66 ± 0,15 7.46 ± 2,97 131.46 ± 5,53 0.13 ± 0,01
De acordo com a tabela, os valores médios de tensão de resistência e módulo elástico permaneceram muito próximos entre as três formulações (12,5 Mpa e 0,12 GPa respectivamente) significando que a adição do resíduo não diminuiu o valor da resistência e elasticidade do material estudado. Os valores médios da taxa de deformação houve um aumento de 25,76% conforme adicionado a concentração de resíduo. A figura 2 apresenta a comparação das curvas tensão versus deformação dos copos de prova do PEBD virgem e nas diferentes proporções.
Figura 2:Curva tração versus deformação dos corpos de prova de PEBD, PEBD /90/10 e 80/20 .
De acordo com a Tabela 4 pode ser obsevado um aumento do para a amostra PEBD/Resíduo 90/10, quando comparado com o a amostra PEBD virgem. Para as amostras contendo 20% de resíduo, ocorre uma diminuição no índice de fluidez causando uma variação não linear. Esse comportamento também é observado em pesquisas de reprocessabilidade de PEBD(16) onde a reação de reticulação das cadeias baixam o índice de escoamento após ter obtido um valor inicial superior.
Tabela 4 – Valores do ensaio de fluidez.
Amostra Índice de fluidez (g/10min)
PEBD Puro 0,4737
PEBD/Resíduo 90/10 0,6570
PEBD/Resíduo 80/20 0,4350
Com base nos resultados obtidos, pode-se afirmar que a adição de até 20% de resíduos poliméricos pós-consumo de PEBD no polímero virgem mantém os valores de tensão de resistência à tração e módulo de elasticidade. Porém as aplicações tecnológicas no processamento desse tipo de misturas devem considerar que o limite de escoamento e a taxa de deformação são maiores.
REFERÊNCIAS
1. DA SILVA, Flavia Martins; DE LACERDA, Paulo Sérgio Bergo; JUNIOR, Joel Jones. Desenvolvimento sustentável e química verde. Quim. Nova, v. 28, n. 1, p. 103-110, 2005.
2. SANTOS, Amélia SF; AGNELLI, José Augusto M.; MANRICH, Sati. Tendências e desafios da reciclagem de embalagens plásticas. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 14, n. 5, p. 307-312, 2004.
3. LOCATELLI, Ana Flávia; SANCHEZ, RS da S.; ALMEIDA, FQAA. Redução, reutilização e reciclagem de resíduos em unidade de alimentação e nutrição. Revista Simbio-Logias, v. 1, n. 2, 2008.
4. CEMPRE, Compromisso empresarial com a reciclagem. Disponível em: < http://cempre.org.br/artigo-publicacao/ficha-tecnica/id/4/plasticos>. Acesso em: setembro de 2018.
5. DA SILVA SPINACÉ, Márcia Aparecida; DE PAOLI, Marco Aurelio. A tecnologia da reciclagem de polímeros. Quim. Nova, v. 28, n. 1, p. 65-72, 2005.
6. CETEA, ITAL. Reciclagem de materiais plásticos: a importância da identificação correta. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 18, n. 2, p. 119-125, 2008.
7. ESPÍNDOLA, Letícia Christmann. Reciclagem de plásticos pós-consumo misturados não reaproveitados pelos centros de triagem de Porto Alegre. 2004. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química – Polímeros) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
8. HEGBERG, Bruce. Mixed plastics recycling technology. William Andrew, 1992.
9. LUND, Eric. Alternatives to Lumber and Plywood in Home Construction. DIANE Publishing, 1994.
10. MATHIASSON, A. et al. Hydrolytic treatment of plastics waste contaminated with paper. Resources, conservation and recycling, v. 2, n. 1, p. 57-67, 1988.
11. ZOCH, Vanessa Pozzi. Produção e propriedades de compósitos madeira-plástico utilizando resíduos minimamente processados. 2013.
12. ALMEIDA, Aquiles Bezerra. Madeira plástica: estudo da viabilidade técnico e econômico a partir do resíduo sólido. 2013.
13. KLOBBIE, Eduard JG. Method and apparatus for producing synthetic plastics products, and product produced thereby. U.S. Patent n. 4,187,352, 5 fev. 1980.
14. LAMPO, Richard; NOSKER, Thomas J. Development and testing of plastic lumber materials for construction applications. US Army Corps of Engineers, Construction Engineering Research Laboratories, 1997.
15. LABORATÓRIO DE POLÍMEROS, U. C. S. Estudo do reprocessamento de polietileno de baixa densidade (PEBD) reciclado do processamento de extrusão de filmes tubulares. Polímeros, v. 20, n. 4, p. 269-274, 2010.
16. BOLSONI, Elisandra et al. Estudo da reprocessabilidade do polietileno de baixa densidade. 2001.
CHARACTERIZATION OF THE MECHANICAL PROPERTIES OF INDUSTRIAL WASTE BY THE EXTRUSION PROCESS
ABSTRACT
It is well known the prolonged use of polymers without significant increase of residues such as (PP, PE, PVC, PET, etc.). The reprocessing techniques are carried out by means of extruders and injectors where the melting and molding of the plastic occurs in different formats. In order to recycle the industrial waste, the material underwent an extraction process with three different proportions with the mixture of the low density polymer (LDPE) and injection process for the preparation of test specimens for analysis of mechanical properties, characterized by tensile tests and flow index. The high temperature of the low density polyethylene polymer (LDPE) by the Thermal Analysis of Differential Exploration Calorimetry (DSC). The results are promising for assisting manufacturers from the point of view of technological applications in the processing of waste mixed with virgin LDPE polymer.
