REAPROVEITAMENTO CELULÓSICO DO PAPEL MOEDA RETIRADO DE CIRCULAÇÃO

Transcrição

1 REAPROVEITAMENTO CELULÓSICO DO PAPEL MOEDA RETIRADO DE CIRCULAÇÃO Loureine Rapôso Oliveira Garcez 1 ; Thérèse Hofmann Gatti 2 ; Joaquim Carlos Gonçalez 3. ¹Engenheira Florestal, Mestranda em Ciências Florestais Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, Campus Darcy Ribeiro, Universidade de Brasília/UnB Brasil. Endereço eletrônico: loureine@gmail.com. Telefone: Endereço de correspondência: QE 44 conjunto J casa 03 Guará II CEP: ²Profa. Dra. Coordenadora do Curso de Licenciatura de Artes Visuais Universidade Aberta do Brasil, Campus Darcy Ribeiro, Universidade de Brasília/UnB Brasil ³Prof. Dr. do Departamento de Engenharia Florestal, Campus Darcy Ribeiro, Universidade de Brasília/UnB Brasil RESUMO O desenvolvimento de tecnologia para reaproveitar as fibras do papel moeda é realizado desde 1996 pela Universidade de Brasília por meio da quebra da resina à base de formol-melanina presente no material Patente nº PI Com o objetivo de disponibilizar mais uma alternativa para obtenção de polpa celulósica a partir da reciclagem do papel moeda retirado de circulação pelo Banco Central do Brasil (BACEN), utilizou-se uma metodologia a base de quebra de resina. Para tanto, as fibras foram obtidas pela quebra da resistência a úmido do papel moeda por meio de imersão em aditivo químico. Em seguida, para a obtenção da polpa, foram realizados cozimentos alcalinos sob diferentes períodos (2h30, 3h30, 4h30 e 6h30) e utilizando diferentes concentrações de NaOH (2,0%, 2,5% e 3,75%). As cédulas foram tratadas de forma igual na caracterização morfológica das fibras. As fibras mostraram um comprimento máximo de 10,15mm e mínimo de 0,41mm. Além de largura média de 12,23µm, diâmetro médio do lúmen de 6,78µm e espessura média da parede de 2,72µm. Isto confirma que o papel moeda é composto por uma mistura de celulose de fibras, sugerindo a presença de fibras longas e curtas. Os índices de enfeltramento (134,57), coeficiente de flexibilidade (55,49%), fração parede (44,51%) e índice de Runkel (0,80) indicaram uma alta resistência ao rasgo, moderada resistência à ruptura e alta potencialidade de ligações entre as fibras, resultando numa rede mais compacta, o que é desejável para fabricação de papéis mais resistentes. Desta forma, a técnica desenvolvida contribui para a reutilização e aproveitamento celulósico do papel moeda, disponibilizando, assim, um material alternativo de alta qualidade para a produção de papel no âmbito da reciclagem. Palavras-chave: Reciclagem, papel moeda, formol-melanina, fibras.

2 ABSTRACT The development of technology to recycle the fibers of paper money has been conducted since 1996 by the University of Brasilia by breaking of the resin based melamine-formaldehyde that are in the material Patent No. PI In order to provide another alternative for obtaining pulp from recycled paper money withdrawn from circulation by the Central Bank of Brazil (BACEN), it was used a methodology based on breach of resin. To achieve, the fibers were obtained by breaking the resistance of the wet paper money by dipping into chemical additives. Then, to obtain the pulp, were performed under different periods alkaline cooking (2:30, 3:30, 4:30 and 6:30) and using different concentrations of NaOH (2.0%, 2.5% and 3.75%). The ballots were treated equally in the morphological characterization of the fibers. The fibers showed a maximum length of 10.15mm and 0.41mm minimum. Beyond of 12.23µm wide average, 6.78µm in diameter of the lumen and 2.72µm wall thickness. This confirms that the paper money is composed of a mixture of cellulose fibers, suggesting the presence of long and short fibers. Enfeltration rate (134.57), coefficient of flexibility (55.49%), wall fraction (44.51%) and Runkel rate (0.80) indicated a high rip resistance, moderate break resistance and strength potential links between the fibers, resulting in a more compact network, which is desirable for the manufacture of stronger papers. Thus, the developed technical contributes to the cellulose recycling of paper money, providing another alternative material of high quality for the production of paper in the recycling. Keywords: Recycling, paper money, melamine-formaldehyde, fibers.

3 1 INTRODUÇÃO O reaproveitamento do papel moeda retirado de circulação surgiu em meados de 1993 com o intuito de difundir a importância da coleta seletiva na sede do Banco Central do Brasil (BACEN/DF). A celulose utilizada para a fabricação do papel moeda é composta por uma mistura de fibras, que por questão de segurança é mantida em segredo. A ABTCP informa que o maior constituinte para a fabricação dessa mistura no Brasil é o algodão e nos Estados Unidos, o linho. As cédulas a serem recicladas devem ser as que foram retiradas de circulação devido a manchas, sujeira, desfiguração, desgaste ou desfragmentação; com marcas rabiscos, símbolos, desenhos ou quaisquer caracteres a elas estranhos; com cortes ou rasgos em suas bordas ou interior; queimadas ou danificadas por ação de líquidos, agentes químicos ou explosivos etc, classificadas de acordo com a Carta-circular 3.235, de e a Carta-circular 3.373, de (BACEN, 2009). O papel utilizado na confecção do papel moeda de insere no grupo dos chamados materiais proibitivos, pela alta quantidade de produtos impermeáveis à umidade, este é feito com fibras de alta qualidade o que, por si só, já justifica a tentativa de se aproveitar tal material (HOFMANN-GATTI et al, 1996). Sabemos que tal material não se decompõe rapidamente, tanto pela qualidade das fibras empregadas em sua confecção quanto pelos produtos químicos que garantem sua resistência a úmido (HOFMANN-GATTI et al, 1996). Sendo assim esse estudo vem com o objetivo de adequar o melhor processo para fabricação de polpa a partir do papel moeda retirado de circulação por meio da utilização de anti-resistência a úmido (Patente nº PI ) através da análise da qualidade das fibras disponibilizadas após o processo de quebra da resistência a úmido do papel moeda, da análise do processo de polpação, bem como as propriedades morfológicas da polpa resultante. 2 METODOLOGIA A primeira etapa consistiu no processo de obtenção das fibras a partir da quebra da resistência a úmido do papel moeda. Por motivos de segurança, o material foi cedido picotado pelo Banco Central do Brasil (DF) em forma de confetes. No Laboratório de Materiais Expressivos LEME/Ida/UnB as amostras de cédulas de R$ 10,00; R$ 20,00; R$ 50,00 e R$ 100,00 foram dispostas em pesagem padrão a seco de 2,5 kg utilizando-se uma balança digital com precisão de 1g. A amostra foi imersa a uma solução com 30 litros de água e 2 litros de aditivo químico, chamada pelo fabricante de Resipel, para promover a quebra da resina melaninaformaldeído por períodos de sete e 14 dias. As amostras foram lavadas, utilizando um coador de nylon e fazendo o uso de técnicas de lavagem para a racionalização do consumo de água, em seguida foram prensadas, colocadas em saco plástico e armazenadas na geladeira a 10 C para posterior cozimento alcalino. A segunda etapa consistiu no processo de obtenção da polpa, também realizada no LEME/Ida/UnB, utilizando-se soda cáustica (NaOH) em quantidades de 0,4kg;

4 0,5kg e 0,75kg diluídos em 20 litros de água por períodos de cozimento de 06h30, 04h30, 03h30 e 02h30. As amostras foram imediatamente lavadas após o término do cozimento alcalino, utilizando um coador de nylon por 15 minutos, em seguida foram prensadas e batidas no liquidificador industrial de 25 litros de capacidade por cinco minutos, com a adição de 10 litros de água para cada 1:5 da polpa obtida por cozimento. No total foram obtidas cinco placas de cada amostra que foram levadas ao secador de camadas ao ar livre. A terceira etapa consistiu na caracterização morfológica da polpa, realizada no Laboratório de Anatomia das Madeiras - BOT/UnB. Foram confeccionadas lâminas utilizando três meios de dissociação (i) safranina aquosa e glicerina; (ii) composto azul de alcian [4] com safranina [1] e glicerina; (iii) composto fluroglucinol [0,25g] com etanol 95% [25ml], ácido clorídrico 10% e glicerina. Cada lâmina foi visualizada e fotografada em foto microscópio ótico Bausch & Lomb com ampliação 5x (para o comprimento das fibras) e 10x (para determinação do diâmetro do lúmen). As fibras foram dimensionadas pelo programa Image-Pro Plus, utilizando coeficiente micrométrico, resultando na média da mensuração de 400 fibras, medidas em 120 lâminas, da polpa do papel moeda obtido a partir dos cozimentos alcalinos; além da mensuração de 100 fibras, medidas em 10 lâminas, da celulose pura utilizada na confecção do papel moeda. Os parâmetros considerados no estudo das fibras foram o comprimento médio da fibra (C), largura da fibra (L), diâmetro do lúmen (D) e espessura da parede (E), calculada como a metade da diferença entre a largura da fibra e o diâmetro do lúmen. Com as características levantadas, foram calculadas as principais relações entre as dimensões das fibras, consideradas importantes na produção de celulose e papel conforme preconizam D AMEILDA (1988) e AZZINI et al. (1984). Coeficiente de flexibilidade (CF), dado pela relação entre o diâmetro do lúmen (D) e a largura da fibra (L), expressa em porcentagem: CF = (D/L)x100. Fração parede (FP), dada pela relação entre duas vezes a espessura da parede da celular (E) e a largura da fibra (L), expressa em porcentagem: FP = (2E/L)x100. Índice de enfeltramento (IE), dado pela relação entre o comprimento (C) e a largura da fibra (L), IE = C/L. Índice de Runkel (IR), dado pela relação entre duas vezes a espessura da parede celular (E) e o diâmetro do lúmen (D), IR = 2E/D. Índice de Boiler (IB), dado pela relação entre as diferenças dos quadrados da largura da fibra (L) e o diâmetro do lúmen (D) sobre a soma dos quadrados da largura da fibra (L) e o diâmetro do lúmen (D), IB = (L²- D²) / (L² + D²). Índice de Mulsteph (IM), dado pela relação entre as diferenças dos quadrados da largura da fibra (L) e o diâmetro do lúmen (D) sobre a largura da fibra (L), IM= (L²- D²) / L².

5 Para cada uma das dimensões encontradas, assim como dos índices calculados, foram determinados os valores médio, máximo, mínimo, desvio-padrão e coeficiente de variação. Não visualizou-se diferença entre os tipos de cédulas no que tange as características morfológicas, para tanto, adotou-se a média das dimensões de todas as notas, considerando-as como uma única unidade amostral. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Caracterização individual das fibras e da polpação O papel moeda se insere no grupo dos chamados materiais proibitivos, com impregnação da resina melanina-formaldeído que proporciona resistência a úmido ao material. Para tanto, no processo de obtenção das fibras, o aditivo químico utilizado foi eficaz quanto a quebra da resistência à úmido apresentando um entumescimento mais significativo das fibras no período de imersão de 14 dias em Resipel. Os procedimentos de quebra da resistência a úmido e de cozimento alcalino com NaOH foram eficazes para promover a individualização das fibras presentes no papel moeda, o que pode resultar em um melhor arranjo da rede de fibras na confecção das folhas recicladas. Além disso, o cozimento promove a destintagem e remoção de eventuais resíduos de resina melanina-formaldeído presentes no material utilizado. O resultado do aproveitamento celulósico médio foi de 81,96%, considerando um desvio padrão de 3,58 e coeficiente de variação de 4,37, indicando um bom controle do experimento (Tabela 1). 3.2 Caracterização morfológica da polpa As fibras vegetais, do ponto de vista papeleiro, são, geralmente, classificadas em fibras longas e fibras curtas. Normalmente, as longas variam de um comprimento médio de 2 a 5mm, enquanto que as curtas variam, em média, de 0,5 a 1,5mm (Tabela 2). A variação do comprimento médio das fibras celulósicas da polpa do papel moeda de 0,41 a 10,15mm (Tabela 3), assim como da celulose pura de 0,943 a 10,614mm (Tabela 4), confirmam que a polpa é composta por uma mistura de espécies na composição do papel moeda, sugerindo mesmo a presença de fibras mais longas como, por exemplo, a do algodão. A largura média de 12,23µm do papel moeda é encontrada também no bambu, sisal, eucalipto, bagaço de cana conforme a Tabela 2. Além de serem equivalentes aos valores da palha de cana-de-açúcar (12,80µm) (AZZINI et al, 1996) e da palha de arroz (12,00µm) (CAHEN et al, 1984). Em função do alto índice de enfeltramento (134,57) pode-se prever uma alta resistência ao rasgo, que é influenciada também pelas ligações entre as fibras. Para tanto, o coeficiente de flexibilidade atribui melhor valoração quanto à possibilidade de ligações entre estas, e, que no caso do papel moeda, corresponde a um moderado coeficiente de flexibilidade (55,49%), o que pode conferir uma média resistência à ruptura e ao índice de tração.

6 O diâmetro médio do lúmen (6,78µm) e a espessura média da parede (2,72µm) apresentam valores muito baixos diante das demais fibras celulósicas encontradas na bibliografia consultada, entretanto, a variação entre máximo (23,49 µm) e mínimo (0,005 µm) da espessura da parede faz com que essa fibra seja considerada nas classes encontradas em araucária, pinus elliotti, bambu, sisal e eucalipto dispostos na Tabela 2. O baixo valor de fração de parede (44,51%) indica que as fibras presentes na polpa do papel moeda são maleáveis e por isso propensas a possibilidade de ligações entre si. D Ameilda (1988) diz que isso pode resultar em valores mais altos de auto-ruptura e/ou índice de tração, o que é confirmado pelo baixo índice de Runkel encontrado (0,802) que indica o potencial de ligação entre fibras. Os índices de Boiler (0,53) e de Mulsteph (0,008) por se basearem na área relativa da parede da célula à fibra toda, demonstram a possibilidade de colapso no agrupamento das fibras, e, por consequência, podem evidenciar a tendência de formar folhas de baixa ou alta densidade. Para o valor encontrado por Nisgoski (2005) em Pinus taeda L. de 0,38 de índice de Boiler, pode-se inferir a potencial tendência de formação de folhas de alta densidade a partir do papel moeda. As técnicas desenvolvidas contribuem para a reutilização, reciclagem e aproveitamento celulósico do papel moeda, para tanto, é preciso que o fornecedor incentive tais objetivos realísticos, implantando um programa de reciclagem que satisfaça as etapas citadas acima. Para a averiguação da melhor concentração alcalina a ser adotada nos cozimentos, faz-se necessário estimar segundo D Ameilda (1988) as propriedades físicas, mecânicas, químicas e topoquímicas da polpa. Porém, a partir de uma análise visual, a concentração ministrada a 2,0% de NaOH por um período de 2h30 foi suficiente para atender essa etapa, sendo ergonomicamente mais viável ao processo. 4 CONCLUSÕES A quebra da resistência a úmido foi mais significativo no período de 14 dias de imersão em aditivo químico. A concentração ministrada a 2,0% de NaOH por um período de 2h30 foi eficaz e mostrou-se ergonomicamente melhor para promover a retirada da tinta e restos de resíduos de resina melanina-formaldeído do papel moeda, demonstrando um aproveitamento médio de 81,96%. As fibras do papel moeda indicam uma alta resistência ao rasgo e moderada resistência à ruptura e ao índice de tração, disponibilizando, assim, outro material alternativo de alta qualidade para a produção de papel no âmbito da reciclagem.

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AZZINI, A.; CIARAMELLO, D.; SALGADO, A.L.B.; TOMAZELLO FILHO, M. Densidade básica do colmo e fibras celulósicas em progênies de Bambusa tuldoides Munro. Bragantia, Campinas, v. 47, n. 2, p , AZZINI, A.; ZIMBACK, L.; GONDIM-TOMAZ, R.M.A. Palha de cana-de-açúcar como matéria-prima na obtenção de fibras celulósicas para papel. Bragantia, Campinas, v. 55, n. 1, p , BACEN. Cédulas inadequadas à circulação. Disponível em: < CEDINADEQ>. Acesso em: 27 nov CAHEN, R.; BUGAJER, S.; SALGADO, A.L.B.; AZZINI, A. Aproveitamento de restos de culturas agrícolas para obtenção de pastas celulósicas. O Papel, São Paulo, v. 45, n. 1, p , D ALMEIDA, Maria Luiza Otero (coord.). Celulose e papel. Editado pelo SENAI e IPT, São Paulo, HOFMANN-GATTI,T.; ANDREOLLI, J.C..; DERZE, T.N.; FREITAS, S.R. da C.; ANDRADE, S. R. de. Reciclagem de papel moeda com utilização de atiresistência a úmido. 29º Congresso Anual de Celulose e Papel da ABTCP, São Paulo, NISGOSKI, S. Espectroscopia no infravermelho próximo no estudo de características da madeira e papel de Pinus taeda L. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2005.

8 ANEXOS TABELA 1: Quadro resumo do aproveitamento celulósico das amostras de polpa de papel moeda. Variável Peso Peso Final Perda de massa Eficiência úmido (Kg) (Kg) (%) (%) Média 5,18 2,05 18,04 81,96 Mínimo 4,32 1,83 3,20 73,28 Máximo 5,88 2,42 26,72 96,80 Desvio Padrão 0,32 0,09 3,58 3,58 C.V. 6,19 4,37 19,83 4,37

9 TABELA 2: Dimensão das fibras de diferentes espécies. Fonte: D AMEILDA, Fibra Comprimento (mm) Largura (µm) Espessura de Parede (µm) Araucária 2,00-5,37 23,0-41,2 3,25-18,5 Pinus elliotti 1,55-4,68 21,5-42,8 2,80-19,6 Bambu 1,16-6,16 7,50-29,2 2,75-13,2 Sisal 1,15-4,15 11,2-30,0 2,25-8,38 Eucalipto 0,70-1,40 11,0-24,8 2,00-8,00 Gmelina 0,72-1,79 16,5-41,2 1,25-5,38 Bagaço de cana 0,82-3,91 11,3-45,6 1,43-15,6

10 TABELA 3: Características morfológicas e propriedades das fibras da polpa de papel moeda medida de 400 fibras. Características Dimensões das Fibras Morfológicas Média Máximo Mínimo Desvio Padrão C.V. (%) Comprimento da fibra (mm) 1,646 10,150 0,410 1, ,715 Largura da fibra (µm) 12,227 66,320 0,100 10,914 89,259 Diâmetro do Lúmen (µm) 6,785 19,330 0,005 1,349 19,883 Espessura da Parede (µm) 2,721 23,495 0,048 0,942 34,616 Coeficiente de Flexibilidade (%) 55,488 29,147 5,000 6,391 11,518 Índice de Enfeltramento 134, ,140 41,000 15,874 11,796 Fração Parede (%) 44,512 99,911 9,600 9,567 21,493 Índice de Runkel 0,802 0,999 0,740 0,732 91,249 Índice de Boiler 0,529 0,998 0,995 0,189 35,690 Índice Mulsteph 0,008 0,066 0,003 0,004 45,077

11 TABELA 4: Características morfológicas e propriedades das fibras da celulose pura medida de 100 fibras. Características Dimensões das Fibras Morfológicas Média Máximo Mínimo Desvio Padrão C.V (%) Comprimento da fibra (mm) 2,842 10,614 0,943 1,981 69,718 Largura da fibra (µm) 14,820 43,760 0,510 4,602 31,039 Diâmetro do Lúmen (µm) 7,960 15,690 0,300 0,754 9,422 Espessura da Parede (µm) 3,430 14,035 0,105 1,470 42,857 Coeficiente de Flexibilidade (%) 53,711 35,855 58,824 16,304 30,356 Índice de Enfeltramento 191, , ,137 43,070 22,475 Fração Parede (%) 46,289 64,145 41,176 63, ,075 Índice de Runkel 0,862 1,789 0,700 0, ,714 Índice de Boiler 0,552 0,772 0,486 0,170 30,786 Índice Mulsteph 10,545 38,134 0,334 0,090 0,854