AVALIAÇÕES FÍSICAS, MECÂNICAS E TÉRMICAS DO POLIPROPILENO PÓS- CONSUMO PROVENIENTES DE EMPRESAS DE RECICLAGEM

Transcrição

1 AVALIAÇÕES FÍSICAS, MECÂNICAS E TÉRMICAS DO POLIPROPILENO PÓS- CONSUMO PROVENIENTES DE EMPRESAS DE RECICLAGEM G. L. Lago 1, E. Francisquetti ²; R. M. C. Santana¹; *UFRGS Campus do Vale, Av. Bento Gonçalves, 9500, Bloco IV, Prédio 74, Sala 117, Bairro Agronomia, Porto Alegre, RS, Brasil 1 Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul 2 IFRS Instituto Federal do Rio Grande do Sul, Campus Farroupilha, RS gui_llago@hotmail.com Resumo Com a demanda mundial de polímero com menor custo, insumos reciclados possuem várias vantagens, como por exemplo, redução do consumo de matériaprima não renovável (petróleo), redução do consumo de energia utilizada na fabricação e principalmente a redução de resíduos plásticos. Este estudo tem como objetivo realizar um levantamento da qualidade do polipropileno reciclado oriundo de diversas recicladoras existentes no Brasil, proveniente da reciclagem mecânica primária e/ou secundária. Os ensaios realizados para avaliação da qualidade foram Índice de fluidez (MFI), calorimetria diferencial por varredura (DSC), tração e impacto. Resultados de MFI mostraram uma variação entre as amostras de PP pósconsumo, devido a mistura dos diferentes PP que existem no mercado e indicando que os materiais podem ser utilizados em diferentes processos de transformação. Verificou-se variações também no desempenho mecânico a tração e a impacto. Palavras-chave: polipropileno, reciclado, materiais, polímero. 8397

2 1. INTRODUÇÃO Quando o assunto é resíduo, a natureza é eficiente na transformação de resíduos naturais, como por exemplo, o tronco de uma árvore, que primeiramente é utilizado como casa para insetos e pássaros, até se transformar em húmus para novas árvores. Já os resíduos produzidos pelo homem, a transformação dos resíduos não são os mesmos, o ciclo de decomposição nem sempre ocorre de maneira natural, devido as substâncias artificiais contidas nos resíduos, isso levaria décadas, centenas ou milhões de anos até a decomposição. Nas últimas décadas a população mundial começou a utilizar a coleta seletiva em diversos lugares, sendo eles domésticos ou industriais. No Brasil, cada pessoa descarta um quilo de lixo diariamente, são mais de 125 mil toneladas de restos de comida, embalagens e outros resíduos (COLAVITTI, 2003). Os empreendedores brasileiros começam a enxergar é que a possibilidade de se iniciar um negócio a partir de resíduos é, em muitos casos, mais lucrativo do que utilizar matéria prima virgem. Eles também preveem que o resíduo se tornará um ativo cada vez mais valioso. De acordo com um estudo do Sebrae, 46% dos pequenos empresários pesquisados identificam oportunidades de ganhos com resíduos, e 48,3% utilizam materiais reciclados em seu processo produtivo (COSTA, 2012). Os polímeros sintéticos e os naturais modificados, muito utilizados em embalagens diversas, têm sido considerados um dos grandes vilões da poluição ambiental, principalmente quando se refere aos danos causados pelos resíduos urbanos. A contribuição desses materiais no crescente volume de resíduos sólidos urbanos também tem aumentado ao longo dos últimos anos, tendo alcançado o segundo lugar em maior incidência na composição do lixo da cidade de São Paulo, considerando somente os plásticos (MANRICH, 2000). O polietileno de baixa e alta densidade (PEBD e PEAD) e o polipropileno (PP) representam 45% da produção de plástico no mundo. Particularmente, o polipropileno virgem é amplamente explorado, mas o aumento do custo das resinas plásticas, pressionado pelas constantes flutuações do preço do petróleo no mercado internacional, tem estimulado as pesquisas em reciclagem deste polímero (ROSÁRIO et al, 2010). 8398

3 Juntamente com a questão ambiental devido a reciclagem de materiais que já estão no mercado, existe um lado econômico na qual ajuda a desenvolver novos projetos de injeção plástica com a reutilização dos materiais reciclados, na maioria das vezes viabilizando projetos, pois se fosse utilizado material virgem não teria retorno financeiro a curto espaço de tempo. O objetivo deste trabalho é qualificar e quantificar o polipropileno reciclado em diferentes fornecedores no território brasileiro com características aceitáveis para o processo de injeção. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente foram selecionadas quatro recicladoras de polipropileno no mercado brasileiro, onde as mesmas deveriam ser capazes de entregar um mínima de 200 tonelada por mês, as empresas escolhidas estão localizadas uma na região sudeste e as outras três na região sul do Brasil. Para preservar o nome das empresas as mesmas foram identificadas conforme tabela 1. Tabela 01: Informações das empresas recicladoras avaliadas. Recicladora PP 01 PP02 PP03 PP04 Região Volume adquirido (Kg) SUDESTE 300 SUL 350 SUL 280 SUL 450 As diferentes amostras de polipropileno foram caracterizadas pelos ensaios de Índice de Fluidez (MFI), Calorimetria Diferencial por Varredura (DSC), tração e resistência ao impacto. Para comparação das amostras, foi utilizado o polímero virgem do grade CP 141 da empresa Braskem, é um copolímero heterofásico de propeno e eteno. Para determinar o índice de fluidez (MFI) das amostras avaliadas, foi utilizado um plastomero Instron e realizado o ensaio baseado na norma ASTM D1238. As amostras de PP foram analisadas por calorimetria exploratória diferencial (DSC), seguindo a norma ASTM D3418. O equipamento utilizado foi Perkin Elmer 8399

4 modelo A massa aproximada das amostras usadas foi de 8 mg, com taxa de aquecimento de 20 C/min no intervalo de 30 C a 200 C em atmosfera inerte de N2. Para avaliar as propriedades mecânicas de tração foi usado o equipamento Emic DL 2000 com célula de carga Tr 24 e baseado na norma ASTM D Seis amostras foram previamente ambientadas para o ensaio a 23 C +-0,5 C, com umidade em 50% + - 5% durante um período superior à 24 horas. Para avaliar a resistência ao impacto, os corpos de prova foram entalhados conforme a norma ASTM D 265 em um entalhador padrão marca EMIC. O ensaio de impacto foi realizado em um equipamento Zwick calibrado, com impacto do tipo Izod. Seis amostras foram ambientadas à 23 C +-0,5 C, com umidade controlada em 50% + - 5% durante 24 horas antes do ensaio. 3. RESULTADOS E DISCUÇÕES 3.1 Índice de Fluidez (MFI) A Tabela 02 mostra os valores do MFI obtidos, para as diferentes amostras, se observa que a fluidez dos PP encontrados no mercado variam de 4 a 8 g/10 min valores baixos, quando desejamos utilizar estes materiais no processo de injeção, mas a fluidez deve ser observada como um indicativo de processamento, não inviabilizando o uso da resina. Os valores baixos de MFI quando comparado a amostra virgem, possivelmente estejam associados a diversidade de grades encontrada nos materiais reciclados, uma vez que a matéria prima é obtida de diferentes industrias de transformação, tais como extrusão, termoformagem, injeção, etc. Tabela 02: MFI para o Polipropileno virgem e polipropileno reciclado obtidos no comércio. AMOSTRA MÉDIA (g/10min) DESVIO PADRÃO PP VIRGEM 47,32 1,79 PP01 4,97 0,62 PP02 6,95 0,38 PP03 8,94 0,33 PP04 4,43 0,

5 3.2 Calorimetria Diferencial por Varredura Na tabela 03 se observa que todas as amostras de PP reciclados apresentaram 2 temperaturas de fusão distintas sugerindo uma mistura, possivelmente a mistura tem como componentes PP/PEAD, Lin (2015) e colaboradores obtiveram resultados semelhantes quando estudaram misturas de PP/PEAD, onde observaram pontos de fusão na faixa de 128 e 134 C que associaram ao PEAD, e 164 C que associaram ao PP. Também é possível observar uma variação no percentual de cristalinidade das amostras, (LIN e colab, 2015) relatam a variação do percentual de cristalinidade para o PP, quando adicionado PEAD. Tabela 03: Dados obtidos de DSC, para o Polipropileno virgem e polipropileno reciclado obtidos no comércio. AMOSTRA Tm1 ( C) Tm2( C) Tc ( C)* ΔHf 1 (J/g) ΔHf 2 (J/g) PP VIRGEM PP , PP ,21 72 PP , PP , Tração Na tabela 04, observam-se os valores de tensão na ruptura, não ocorre variação significativa entre as amostras tracionadas, esperava-se que a tensão na ruptura fosse afetada pela possível presença de polietileno no material, o que não foi observado, para melhor interpretar os resultados de tração a análise será realizada na tensão de escoamento, módulo elástico e deformação máxima, que serão realizadas na segunda etapa do estudo, pois nos ensaios realizado não foi possível retirar estes dados devido a separação de fases dos materiais presentes nas amostras, novas amostras serão injetadas observando-se as condições de processamento para poder se obter corpos de prova que possibilitem a realização dos testes de tração para retirar os dados desejados. Todos esses dados podem ser obtidos pelo ensaio de tração. Tabela 04: Tensão na ruptura para o Polipropileno virgem e polipropileno reciclado obtidos no comercio. Não foram obtidos outros valores devido a 8401

6 contaminação dos PPs não ser possível retirar outras informações dos dados obtidos. AMOSTRA MÉDIA (MPa) DESVIO PADRÃO PP VIRGEM 26,00 - PP01 20,57 0,24 PP02 22,93 0,30 PP03 19,73 0,23 PP04 24,27 0, Resistência ao Impacto Os resultados obtidos de resistência ao impacto podem ser observados na tabela 05, se observa uma variação nos resultados principalmente a amostra PP 02, a qual tem uma resistência maior quando comparada com as demais, o que não era esperado, pois as amostras quando analisado a tensão na ruptura apresentavam valores próximos, possivelmente a resistência ao impacto foi influenciada pela possível presença de polietileno, o que pode ter causado a variação principalmente na PP02 onde a variação dos resultados foi muito grande entre os diferentes corpos de prova, sugerindo má homogeneização da amostra. Tabela 05: Dados de impacto obtidos para o Polipropileno virgem e polipropileno reciclado obtidos no comercio. 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 IMPACTO (J/m) 0,00 PP VIRGEM PP01 PP02 PP03 PP04 IMPACTO MÉDIA (J/m) IMPACTO DESVIO PADRÃO 8402

7 3 CONCLUSÃO As análises das propriedades mecânicas dos polímeros, mostraram que as diferentes amostras de polipropileno adquiridos no mercado apresentam uma mistura de 2 polímeros diferentes, o que para o processo de transformação pode ser prejudicial, mas não inviabiliza seu uso, analises complementares são necessárias para podermos afirmar que o polímero de mistura é o polietileno. AGRADECIMENTOS Os sinceros agradecimentos a Professora Dra. Ruth Marlene Campomanes do LAPOL UFRGS e ao professor Dr. Edson Francisquetti do IFRS Campus Farroupilha pela paciência e confiança. Agradecer também a empresa Brasilata Embalagens Metálicas S/A,que está apoiando a pesquisa e fornecendo as amostras dos diferentes tipos de polipropileno. REFERÊNCIAS BATTISTELLE, R. VIOLA, N. M., BEZERRA, B. S., VALARELLI, I. D., Caracterização física e mecânica de um compósito de polipropileno reciclado e farinha de madeira sem aditivos. Revista Matéria V 19. N 01. Artigo 11529, pp COSTA, A. C. O lixo como oportunidade de sucesso. Veja.com, COSTA, H. M., RAMOS, V. D., ESTEVES, L. L., Efeito do óleo de semente de uva sobre o polipropileno (PP) reciclado. Parte I: Cinética de degradação., The Journal of Engineering and Exact Sciences. Vol 04 N COLAVITTI, F. O que fazer com o lixo?. Revista Galileu, n. 143, p , LIN, Jia-Horng et al. Preparation and compatibility evaluation of polypropylene/high density polyethylene polyblends. Materials, v. 8, n. 12, p ,

8 MANRICH, S. Estudos em Reciclagem de Resíduos Plásticos Urbanos para Aplicações Substitutivas de Papel para Escrita e Impressão. Departamento de Engenharia de Materiais, Polímeros: Ciência e Tecnologia, val. 10, n 3, p ROCHA, M. C.G., BALKE, S., COUTINHO, F. M.B., Índice de Fluidez: Uma variável de controle de processos de degradação controlada de polipropileno por extrusão reativa. Polímeros: Ciência e Tecnologia. Julho/Setembro ROSÁRIO, F., PACHEKOSKI, W. M., SILVEIRA A. P. J., JÚNIOR S. F. S. H., CASARIN S. A., Resíduos de Sisal como Reforço em Compósitos de Polipropileno Virgem e Reciclado. Tecnologia de Produção em Plástico. FATEC ABSTRACT With the worldwide demand for polymer with lower cost, recycled inputs have several advantages, such as reducing the consumption of non-renewable raw materials (petroleum), reducing the energy consumption used in manufacturing and, in particular, reducing plastic waste. This study aims to carry out a survey of the quality of recycled polypropylene from several recyclers in Brazil, using polypropylene from primary and / or secondary mechanical recycling. The tests performed for quality evaluation were Fluidity Index (MFI), differential scanning calorimetry (DSC), traction and impact. MFI results showed a variation between the post-consumption PP samples, due to the mixing of the different PPs on the market and indicating that the materials can be used in different transformation processes. There were also variations in the mechanical performance of traction and impact. Keywords: polypropylene, recycled, materials, polymer. 8404