ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina

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1 ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina ESTUDO DA QUALIDADE DE POLIPROPILENO (PP) RECICLADO Rafael Luís Engel Cláudia Mendes Mählmann Adriane de Assis Lawisch Liane Mählmann Kipper Jorge A. R. Moraes PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 Resumo ESTUDO DA QUALIDADE DE POLIPROPILENO (PP) RECICLADO Rafael Luís Engel 1 Cláudia Mendes Mählmann 2 Adriane de Assis Lawisch 3 Liane Mählmann Kipper 4 Jorge A. R. Moraes 5 O aumento da quantidade de produtos de plásticos depositado em lixões evidencia a necessidade de implementação de ações que minimizem agressões ao meio ambiente, por parte deste tipo de resíduo, como a reciclagem, possibilitando que o volume descartado deste material seja reduzido. Neste trabalho apresentamos a caracterização (propriedades do material) das amostras de resina de Polipropileno (PP) virgem, reciclado e mistura de ambas, obtidas pelo processo de injeção. Foram utilizadas resinas de Polipropileno virgem OPP (H503) e garrafas de água mineral pós-uso. As amostras foram elaboradas conforme 5 formulações com diferentes percentuais de resina virgem e reciclada. Após a obtenção dos pelets por extrusão, os corpos-de-prova foram injetados. Os ensaios realizados para a caracterização das propriedades das diferentes amostras e matéria-prima, foram: determinação do Índice de Fluidez ASTM D 1238 A; densidade; dureza Shore D ASTM D 2240; tração ASTM 882; flexão DIN As variações de temperatura sofrida pelo material no seu processamento é um importante fator de degradação dos polímeros que compõem o plástico, tornandose mais evidente na reciclagem do mesmo. Foi observado que o índice de fluidez aumentou com o aumento do percentual de resina virgem adicionada nas amostras, e após o processo de injeção. Foram verificadas pequenas variações quanto à resistência mecânica das amostras com adição de maiores percentuais de material reciclado. Palavras-chave: reciclagem, polipropileno, injeção. 1 Bolsista de Iniciação Científica, Cursos de Engenharia de Produção da Universidade de Santa Cruz do Sul. 2 Mestre em Ciências- Área de Concentração Física. Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul. 3 Doutora em Engenharia. Professora do Departamento de Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul. 4 Mestre em Ciências- Área de Concentração Física. Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul. 5 Mestre em Engenharia de Produção. Professor do Departamento de Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul. 4024

3 Introdução Aliado à crescente utilização de artefatos constituídos, totalmente ou parcialmente, de algum dos tipos plásticos, tem-se o desenvolvimento, também crescente, de estudos sobre a destinação e reaproveitamento deste material. Estes tipos de estudos dedicamse, principalmente, aos produtos plásticos descartáveis, como as embalagens de alimentos. A geração de resíduos deste material tem aumentado significativamente, causando grandes problemas quanto ao seu destino final, pois os plásticos, geralmente, ocupam grandes volumes, considerando a pequena massa que este material apresenta (ALVES, 2002). Segundo o IPT/CEMPRE (1995) e Mustafa (1993), apud Manrich (2000) os polímeros sintéticos e os naturais modificados, utilizados em diversas embalagens, têm sido considerados um dos grandes vilões da poluição ambiental, principalmente quando se refere aos danos causados pelos resíduos urbanos. A reciclagem deste tipo de material é considerada uma possibilidade interessante para minimizar o problema de destino do resíduos plásticos. No entanto, estes resíduos plásticos pós-consumo, antes de serem reciclados já sofreram algum tipo de deterioração de suas propriedades físicas e químicas. Estas reações de degradação, normalmente são oriundas da polimerização, processamento, uso e descarte do polímero. (SANTOS, 1999) Estudos envolvendo reciclagem de plásticos, aplicações e controle de qualidade apresentam grande relevância científica e social. Acompanhada da necessidade de conscientização da população para a utilização racional de produtos plásticos, já que estes apresentam degradação muito lenta quando depositados no meio ambiente. O controle de qualidade (caracterização das propriedades) de matéria-prima e produtos obtidos a partir da reciclagem de materiais plásticos torna-se uma etapa indispensável no desenvolvimento de pesquisas sobre reciclagem, para, além da caracterização técnica do material, contribuir significativamente para a conscientização da população quanto ao uso deste tipo de produto. Além disso, o conhecimento das alterações ocorridas nas propriedades de um material influi na otimização do processo de produção. O material quando reprocessado mecanicamente pode sofrer degradação, perdendo suas propriedades originais. Segundo Remédio (1999), a variação do índice de fluidez de um material polimérico sugere a ocorrência de degradação, onde a diminuição deste índice indica uma forma de degradação por reticulação ( coss-linking) predominante em relação à cisão da cadeia molecular do polímero. O polipropileno (PP) é classificado como um plástico de aplicação geral, do grupo dos termoplásticos. Apresenta como propriedades marcantes: excepcional resistência a rupturas por flexão, alta resistência química e a solventes, propriedades elétricas 4025

4 excelentes, boa estabilidade térmica, baixo peso (peso específico de 0,905g/cm³) e baixo custo. Geralmente é utilizado na confecção de: pára-choques de carros, carcaças de eletrodomésticos, brinquedos, recipientes, sacaria, material hospitalar, embalagens, entre outros. A maioria dos polipropilenos é produzida por moldagens por injeção, por sopro ou por extrusão, a partir de compostos reforçados e sem reforços. (MANO, 1991; ALBUQUERQUE, 1990) Para a reciclagem foram utilizados dois processos, principais etapas, para a obtenção dos corpos-de-prova e produtos obtidos, que foram extrusão e injeção. A extrusão consiste na produção de um fundido homogêneo do plástico (misturas), através da aplicação de temperatura e pressão necessárias para a formação, após resfriamento, de filamentos sólidos deste material (espaguete), que são posteriormente granulados. A injeção é o principal processo de fabricação de peças de plástico, onde a moldagem da peça ocorre sob pressão do material fundido, sendo que após o resfriamento obtém-se o produto acabado. Geralmente, na reciclagem de plásticos o processo de extrusão antecede ao de injeção. (MICHAELI, 1995) Neste trabalho são apresentados e discutidos os resultados obtidos dos ensaios físico-mecânicos e físico-químicos de polipropileno reciclado, amostras constituídas de percentuais deste material reciclado e virgem, bem como os parâmetros dos processos envolvidos. Materiais e Métodos A matéria-prima utilizada na produção das amostras foram polipropileno pós-uso de garrafas sopradas de água mineral e resina virgem de OPP H503. A matéria-prima pós-uso foi coletada, limpa e seca. Após foram picotadas em moinho de facas modelo MF300 - MECANOFAR. O material moído foi utilizado nas diferentes formulações, como codificado na tabela 01. As amostras foram homogeinizadas pelo processo de extrusão (extrusora modelo ES-25- SEIBT), e os corpos-de-prova e moldaoas por injeção (injetora LHS-130/400. TABELA 01 Formulação e codificação das amostras. Formulação Código da Amostra 100% polipropileno virgem 100V 20% polipropileno virgem e 80% polipropileno pós-uso 20V80R 35% polipropileno virgem e 65% polipropileno pós-uso 35V65R 50% polipropileno virgem e 50% polipropileno pós-uso 50V50R 100% polipropileno pós-uso 100R Os parâmetros de extrusão para a confecção dos espaguetes e pelets foram: zona C, zona C, zona C, e matriz 210 C; com velocidade da rosca de 50 Hz. E para a injeção dos corpos-de-prova: zona C, zona C, zona C, bico de injeção 10%. 4026

5 A avaliação das propriedades das diferentes formulações foram realizadas através de ensaios físico-mecânicos e físico-químicos. A determinação do índice de fluidez das amostras foi feita antes e após o processamento por injeção. Os procedimentos para a realização dos ensaios seguem procedimentos descritos em normas técnicas específicas como segue: Ensaio de Dureza Shore D - Neste ensaio foi determinada a dureza superficial das amostras com a utilização do Durômetro Shore GSD Teclock Politest, utilizandose o método ASTM D Determinação do Índice de Fluidez - O índice de fluidez de cada amostra foi determinado usando o equipamento Melt Flow Junior- POLIMATE, seguindo a norma ASTM D1238 método A, com tempo de corte de 30s, 2,16 kg e 230 C. Ensaio de Densidade - Para a realização deste ensaio utilizou-se a norma ASTM D Ensaio de Tração - Para a realização deste ensaio utilizou-se o método ASTM D638 no equipamento Emic DL Ensaio de Flexão - Para a realização deste ensaio utilizou-se o método DIN no equipamento Emic DL Ensaio de Espectrofotometria na Região do Infravermelho - Para esta análise seguiu-se um procedimento padrão pelo método ATR. A obtenção dos espectros foi realizada em um Espectrofotômetro FT-IR NICOLET MAGNA 550. Resultados e Discussão Na figura 01 são apresentados os corpos-de-prova confeccionados para o ensaio de tração, onde da esquerda para a direita estão colocadas as amostras seguindo o aumento de quantidade de polipropileno pós-uso na mistura (de 0% a 100%). FIGURA 01 Amostras (ensaio de tração) das diferentes formulações. 4027

6 Os resultados obtidos através da realização dos ensaios de caracterização das propriedades do material são apresentados como segue: Ensaio de Dureza Os resultados obtidos através do ensaio de dureza superficial são apresentados na tabela 02. Observa-se que não houve variações significativas na dureza do material considerando as diferentes formulações. TABELA 02 - Resultados de dureza. Dureza (Shore D) 105,08 105,36 105,36 104,48 102,22 Determinação do Índice de Fluidez Na tabela 03 são apresentados os índices de fluidez medidos, com tempo de corte de trinta segundos das amostras de PP conforme as formulações, antes da injeção dos corpos-de-prova. TABELA 03 - Índice de fluidez das amostras de PP (antes da injeção). Índice de Fluidez (g/10min) 4,5004 2,3932 2,4548 2,98 2,4220 A tabela 04 apresenta o índice de fluidez, em tempo de corte de trinta segundos, das amostras de PP após o processo de injeção. TABELA 04 - Índice de fluidez das amostras de PP (após injeção). Índice de Fluidez (g/10min) 5,5128 2,9968 4,1480 3,6248 2,8236 Na figura 02 estão plotados os resultados de índice de fluidez (tabelas 03 e 04) antes e após a injeção, pelo percentual de resina virgem adicionada na amostra. Observa-se um aumento dos valores do índice de fluidez de todas as amostras após a injeção das mesmas, o que sugere a ocorrência de degradação por cisão da cadeia molecular do polímero. Com o aumento da incorporação de resina virgem na amostra percebe-se que os valores obtidos são médias ponderadas das amostras puras. 4028

7 6 5,5 5 4,5 4 Índice de Fluidez (g/10min) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Após Extrusão Após Injeção Percentual de Resina Virgem FIGURA 02- Gráfico de resultados da determinação de índice de fluidez antes e após o processo de injeção. Ensaio de Densidade Os resultado do ensaio de densidade das amostras são apresentados na tabela 05. A eficiência deste ensaio pode ser observada pelo valor de 0,902 g/cm³ do polipropileno virgem, que segundo bibliografia encontra-se dentro do limite esperado, não apresentando variações significativas entre os tipos de amostras. (ALBUQUERQUE, 1990) TABELA 05 - Resultados de densidade. Densidade (g/cm 3 ) 0,91 0,90 0,91 0,90 0,90 Ensaio de Tração A tabela 06 apresenta os resultados do ensaio de tração onde os parâmetros determinados foram: módulo de elasticidade, força na ruptura, tensão na ruptura, deformação específica na ruptura e força máxima. Observou-se que a amostra pura de resina pós-uso apresenta maior resistência ao rompimento e menor deformação que as demais amostras. Na maioria dos parâmetros considerados os resultados obtidos foram valores médios dos resultados das resinas puras, considerando os percentuais das misturas, demonstrando ter ocorrido uma mistura homogênea entre os materiais básicos. 4029

8 TABELA 06 Valores médios obtidos no ensaio de tração. Módulo de Elasticidade (MPa) 1.117, , , , ,13 Força na Ruptura (N) 739,84 739,64 770,73 753,18 929,99 Tensão na Ruptura (MPa) 18,36 18,35 19,18 18,69 23,12 Deformação Específica na 23,45 27,62 22,37 24,54 17,94 Ruptura (%) Força Máxima(N) 1.426, , , , ,03 Ensaio de Flexão Na tabela 07 são apresentados os resultados do ensaio de flexão. Os seguintes parâmetros foram observados: força no colapso, deformação no colapso, deformação específica no colapso e tensão no colapso. Observou-se que a amostra pura de resina pós-uso apresenta maior resistência ao dobramento que a amostra de resina virgem, nos demais parâmetros não foram verificadas variações significativas. TABELA 07 Valores médios obtidos no ensaio de flexão. Força (N) 46,9 51,75 51,74 50,92 53,54 Deformação (mm) 20,87 20,75 20,72 20,12 21,31 Deformação Específica (%) 3,819 3,797 3,792 3,681 3,899 Tensão (MPa) 2,52 2,78 2,78 2,74 2,88 Ensaio de Espectrofotometria no Infravermelho Os espectros obtidos no infravermelho caracterizaram a estrutura do polipropileno. (SILVERSTEIN,1994) Assim, considerando os processamentos utilizados não foram observadas modificações em suas estruturas. Conclusão Com as formulações estudas, sem a incorporação de aditivos que propiciassem uma melhora ou conservação das propriedades do material original, pôde-se verificar que as propriedades mecânicas foram parcialmente preservadas. Esse é um indicativo importante, pois demonstra a viabilidade técnica de reciclagem deste polímero. Entre os cinco tipos de amostras de PP analisadas (formulações), o resultado do ensaio de determinação do índice de fluidez da amostra com 100% de resina pós-uso indicou uma degradação menor do que as demais formulações, considerando os dois processos envolvidos extrusão e injeção. 4030

9 Como os resultados indicaram uma possível ocorrência de degradação do material reciclado, esta poderia ser evitada ou minimizada através da inclusão na formulação de um agente anti-oxidante. Observou-se que a amostra pura de resina pós-uso apresenta maior resistência ao rompimento e menor deformação que as demais amostras. Na maioria dos parâmetros considerados os resultados obtidos foram valores médios dos resultados das resinas puras, considerando os percentuais das misturas, demonstrando ter ocorrido uma mistura homogênea entre os materiais básicos. Referências Bibliográficas 1 ALVES, A. L., SILVEIRA, C., MEZALIRA, D. Z., WICKERT, L. R., JAEGER, R. G., MÄHLMANN, C. M., LAWISCH, A. A., KIPPER, L. M., MORAES, J. A. R. Estudo da qualidade do reciclado obtido a partir de garrafas de água mineral (Polipropileno). Revista Redes, v.7, Santa Cruz do Sul: EDUNISC, MANRICH, Sati. Estudos em reciclagem de resíduos plástcios urbanos para aplicações substitutivas de papel para escrita e impressão. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.10, n.3, SANTOS, A. S. F., AGNELLI, J. A. M., MANRICH, S. Estudo da influência de resíduos catalíticos na degradação de plásticos reciclados (blenda HDPE/PP e PET) provenientes de lixo urbano. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Out/Dez, REMÉDIO, M. V. P., ZANIN, M., TEIXEIRA, B. A. N. Caracterização do efluente de lavagem de filmes plásticos pós-consumo e determinação das propriedades reológicas do material reciclado. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Out/Dez MANO, Eloísa Biasotto. Polímeros como materiais de engenharia. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda, ALBUQUERQUE, Jorge A. C.. O plástico na prática. 1ª edição, Porto Alegre: Sagra, MICHAELI, W., GREIF, H., KAUFMANN, H., VOSSEBÜRGER, F. J. Tecnologia dos Plásticos. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda, SILVERSTEIN, R. M., Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos, Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan, Agradecimentos: Secretaria de Ciência e Tecnologia do Estado do Rio Grande do Sul, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul e Pólo de Modernização Tecnológica do Vale do Rio Pardo. 4031

10 Abstract The increase of the amount of products of plastic deposited in landfills evidences the need of implementation of actions that minimize aggressions to the environment on the part of this residue type, like the recycling, making possible that the discarded volume of this material is reduced. In this work we presented the caracterization (properties of the material) of the samples of resin of Polypropylene (PP) virgin, recycled and mixture of both, obtained by the injection process. Resins of virgin Polypropylene OPP (H503) were used and bottles of mineral water after-use. The samples were elaborated accordingly five formularizations with different percentile of virgin and recycled resin. After the obtaining of pelets by extrusion, the proof bodies were injected. The assays used to caracterization (properties) of the samples had been: melt flow index - ASTM D 1238; density; hardness Shore D - ASTM D 2240; traction - ASTM 882; flexural test - DIN The temperature variations suffered for the material in its processing are an important factor of degradation of the polymers that compose the plastic. It was observed that the index of fluidity increased with the increase of the percentile of virgin resin added in the samples, and after the injection process. Small variations were verified as for the mechanical resistance of the samples with addition of larger percentile of recycled material. Key-words: recycling, polypropylene, injection. 4032