COMPÓSITO DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE COM RESÍDUO MINERAL PARA OBTENÇÃO DE PAPEL SINTÉTICO

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1 COMPÓSITO DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE COM RESÍDUO MINERAL PARA OBTENÇÃO DE PAPEL SINTÉTICO Marceli do Nascimento da Conceição (M. N. da Conceição), Roberto Carlos Ribeiro da Conceição (R. C. C. Ribeiro) Rua Barros de Alarcão, 675, Pedra de Guaratiba, Centro de Tecnologia Mineral (CETEM) Resumo O papel sintético apresenta características superiores ao papel celulósico, como maior resistência ao rasgo, maior durabilidade além de poder ser molhado. Ideal para confecção de livros e documentos. Uma outra grande vantagem do papel sintético é que o mesmo pode ser formado com resíduo. Uma das indústrias que gera grande quantitativo de resíduo é a indústria de rochas ornamentais. Assim, este trabalho tem como objetivo a verificação da possibilidade de aplicação deste resíduo na confecção do papel sintético. Para isso foram feitas composições de 20, 30 e 40% em massa do resíduo em uma matriz de polietileno. Foi realizado a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) nos materiais compósitos e no papel celulósico, material de referência. Foram analisados também a composição mineralógica dos resíduos. Os resultados foram satisfatórios pois indicaram a possibilidade de utilização do resíduo como fonte de carbonato e foi possível a formação da microcavitação, característica importante para o papel sintético. Palavras-chave: papel sintético, resíduo mineral, compósito INTRODUÇÃO As rochas ornamentais são muito utilizadas no setor de construção civil, pois tem a função de proteção e decoração. Durante o processamento de extração e beneficiamento das mesmas observa-se a geração de uma quantidade significativa de resíduos. Desta forma, o aproveitamento desses resíduos trata-se 4009

2 de uma questão de fundamental importância, tendo em vista as questões relativas ao meio ambiente (1;2). Assim, pesquisas tem sido desenvolvida para otimização das propriedades dos resíduos e para o desenvolvimento de novos materiais. No entanto, esse processo deve ser conduzido de forma inteligente, dentro de um contexto de desenvolvimento tecnológico sustentável e consciente. Para unir esses conceitos, utilizar resíduos de materiais, como os materiais compósitos tem sido uma boa alternativa. Neste contexto surge o papel polimérico, um filme compósito polimérico formado por um polímero e uma carga, em geral o carbonato de cálcio. Este apresenta características superiores ao papel celulósico, pois apresenta maior vida útil, maior resistência mecânica e pode ser molhado. Podendo ser aplicado principalmente em livros e documentos. A superfície fibrosa do papel celulósica fornece características ao papel como, menos brilho, receptividade e escrita com lápis e caneta esferográfica. Nos papéis poliméricos essa característica tem sido conseguida através da formação da microcavitação, que são vazios que se formam na interface da matriz polimérica com a partícula (3). Esses microvazios auxiliam em características desejadas com baixo brilho, característico dos materiais poliméricos, receptividade a tintas e menor densidade. OBJETIVOS O presente trabalho tem como objetivo produzir um material compósito com resíduos de rocha calcária, como fonte de carbonato e Polietileno de Alta Densidade (PEAD), para ser aplicado na produção de papel polimérico, em diferentes porcentagens de resíduo. Para se avaliar a influência de cada carga e a quantidade ideal de resíduo. METODOLOGIA Resíduo Mineral Foram utilizados dois tipos de resíduos, oriundos do beneficiamento de um calcário sedimentar da região do Cariri-CE e um calcário metamórfico da região de Caiacó-RN. Ambos foram desagregados e passantes na peneira de 0,149 mm. 4010

3 Polímero O polímero escolhido foi o PEAD, pois apresenta maior resistência mecânica entre os polietilenos. O PEAD utilizado foram dois; um cedido pelo Instituto Nacional de Tecnologia (INT), EL-60070, com valor de Índice de Fluidez (MFI) de 7,00 g/10mim, sendo este homopolímero. E o segundo cedido pelo Centro Universitário Estadual da Zona Oeste (UEZO), HS-5406, com MFI de 5,5 g/10min, sendo este segundo copolímero. Procedimento Para a geração do papel polimérico, previamente foram feitas composições com o PEAD- Homopolímero variando o resíduo, nas composições de 20, 30 e 40% de massa de cada um dos resíduos. Estas foram processadas na extrusora com matriz plana (AX 1626, Lab 16 da marca AX Plásticos), resultando em um filme, a Fig 1 ilustra o processo de fabricação deste filme. As amostras de papel polimérico foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Foi analisada também, no MEV, uma amostra de papel celulósico de uso comum, do tipo Ofício A4, como material comparativo. Além disso, foi realizada uma análise quantitativa nos resíduos, para se obter o potencial dos resíduos a serem utilizados como substituinte do carbonato de cálcio, por Fluorescência de R-X. Por fim as amostras de papel polimérico foram analisadas manualmente aspecto como, receptividade quando à escrita com lápis e caneta esferográfica. Figura 1: Modo de fabricação do filme-papel polimérico 4011

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise Química dos Resíduos A Tabela 1 ilustra os resultados de Fluorescência de R-X dos resíduos, onde observa-se a alta porcentagem de cálcio que foi de 70,8 e 96,5 % para os resíduos do RN e do Cariri, respectivamente, indicando a potencialidade de serem substituintes do carbonato industrializado. Além disso, observa-se o baixo teor de sílica, elemento abrasivo que poderia restringir a utilização nesse setor. Tabela 1: Análise quantitativa dos resíduos por DR-X Caracterização dos Papéis Papel Celulósico O papel celulósico apresenta uma superfície irregular e muitos vazios, como podem ser observados na Fig 2-a. Além disso, pode ser visto a presença de uma carga entre as fibras de celulose, que possivelmente seria o carbonato de cálcio, pois o mesmo apresenta picos de cálcio, como ilustra a Fig 2-b. a b Figura 2: (a) Imagem do MEV do papel celulósico e (b) Imagem do DR-X da carga deste papel Aspecto visual do papel polimérico e do resíduo mineral A Fig 3-a ilustra as imagens dos resultados obtidos, pode-se observar que o papel com resíduo do RN apresenta uma coloração clara, próximo ao papel celulósico, sendo mais indicado para a escrita. Esta coloração está de acordo 4012

5 com a tonalidade do resíduo do RN, como indica a Fig 3-b. Já o papel com o resíduo do Cariri, o material apresentou uma coloração mais bege se comparado com a coloração do resíduo do RN. Isso possivelmente pela oxidação do ferro e material orgânico, encontrado neste resíduo, durante o processamento devido à alta temperatura. O ideal para a utilização dos resíduos é que o mesmo promova o branqueamento no papel. Figura 3: (a) Foto dos papéis e (b) Foto dos resíduos Papel polimérico com os resíduos do Cariri e do RN PEAD Homopolímero O processamento dessas composições na extrusora não ocorreu de forma ideal, pois o fluxo do polímero fundido não fluiu de forma contínua, possivelmente pela estrutura química desse polímero. Sua alta cristalinidade dificulta a inserção da carga nas macromoléculas do polímero, dificultando na homogeneização. Nas composições com 20, 30 e 40% de resíduo do RN com o PEAD- Homopolímero, o filme apresentou muita aspereza, não sendo possível conseguir um bom acabamento no produto final. Isso porque suas partículas apresentavam dimensões maiores se comparadas com o resíduo do Cariri, como indica a Fig 4-a. Já as composições com 20, 30 e 40% de resíduo do Cariri, o produto final apresentou melhores características que as com resíduo do RN. Entre as três composições a amostra com 40% de resíduo do Cariri se mostrou superior quanto a receptividade escrita. Isso porque o aumento de resíduo aumenta a rugosidade da superfície do material, possibilitando a escrita. A Fig 4-b ilustra a micrografia do papel polimérico com PEAD- Homopolímero e 40% Cariri. No entanto a homogeneização não foi ideal, necessitando-se uma alteração do polímero. a b 4013

6 Partícula grande Figura 4: (a)mev do PEAD- Homopolímero/40%RN e (b)pead- Homopolímero/40% Cariri Papel polimérico com os resíduos do Cariri e PEAD- Copolímero Como a massa polimérica não foi ideal, devido a má homogeneização, foi utilizado outro polímero no intuito de contornar essa dificuldade. Os resultados A nesse processamento foram satisfatórios, pois o fluido se apresentou homogêneo, com a carga devidamente distribuída no filme, como ilustra a Fig 5- a. Isso pode ser explicado com a estrutura química deste polímero. Pois sua estrutura molecular apresenta pequenas moléculas inseridas de propano, butano ou propano, diminuindo a cristalinidade das macromoléculas do polímero, facilitando a inserção das partículas dos resíduos entre as macromoléculas. Além disso, houve a formação de microvazios, que permitem que o filme possua características semelhantes ao papel celulósico, pois ocorre diminuição do brilho no filme, diminuição da densidade, além de maior receptividade a tintas (HUANG, 1997). Os microvazios se formam na interface da carga/polímero, como ilustra a Fig 5-b. B A A Figura 5: MEV do PEAD- Copolímero/40%Cariri 4014

7 CONCLUSÃO Pode-se concluir que a utilização do resíduo mineral como fonte de carbonato de cálcio para a confecção de papel polimérico, em substituição ao carbonato industrializado é possível. Além disso, foi possível obter a formação da microcavitação entre a carga e o polímero, resultando em um filme com boas características para a escrita. Em relação aos resíduos, o mais indicado seria o resíduo do Cariri, por apresentar partículas menores, sendo possível obter um produto com melhor acabamento. Chegando-se a teor máximo de 40%. AGRADECIMENTOS Ao CNPq pelo apoio financeiro, ao Instituto Nacional de Tecnologia e a Universidade Estadual da Zona Oeste, pelo fornecimento de material e espaço laboratorial. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) CONCEIÇÃO, M. N.; RIBEIRO, R. C. C.; CORREIA, J. C. G.Estudos Preliminares da Utilização de Resíduos Oriundos do Beneficiamento da Pedra Sabão em Pavimentação Asfáltica. XVII Jornada de Iniciação Cientícica. Centro de Tecnologia Mineral, (2) RIBEIRO, R. C. C.; CORREIA, J. C. G.; SEIDL, P.R., SOARES, B.S.; ALMEIDA, S. L. M.; CARVALHO, E. A. Utilização de Calcário do Cariri como Agregado Mineral em Pavimentação Asfáltica. Série Tecnologia Mineral, p (3) HUANG, H.W. Synthetic paper and method for its manufacture. EP (A1). maio de 1997 Resumo 4015

8 The synthetic paper presents superior cellulosic paper characteristics such as greater tear strength, better durability and it can be wet. Optimal for the production of books and documents. Another great advantage of synthetic paper is that it can be formed with waste. One of the industries that generate large quantity of waste is the industry of ornamental stone. Thus, this study aims to verify the possibility of applying this mineral waste in the confection of synthetic paper. For those compositions 20, 30 and 40% were made by mass of waste on a polyethylene matrix. Was performed Scanning Electron Microscopy (SEM) in composite materials and cellulosic paper, reference material. The mineralogical composition of the waste were also analyzed. The results were satisfactory as indicated the possibility of using the mineral waste as a source of carbonate and the possible formation of microvoid important feature for the synthetic paper. Key-words: synthetic paper, mineral waste, composite 4016