DESENVOLVIMENTO DE ECO COMPÓSITO UTILIZANDO FIBRAS TÊXTEIS DE UNIFORMES PÓS-USO E EPS RECICLADO

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1 DESENVOLVIMENTO DE ECO COMPÓSITO UTILIZANDO FIBRAS TÊXTEIS DE UNIFORMES PÓS-USO E EPS RECICLADO Jhonattas M. Souza 1* (M), Marlova Pagnoncelli (M) 1, Aline Dettmer (D) 1 e Ademir J. Zattera(D) 1 Universidade de Caxias do Sul UCS- C entro de Ciências Exatas e Tecnologia (CCET) RS (jmsouza3@ucs.br) Rua Francisco Getúlio Vargas, 1130, Bairro Petrópolis, Caxias do Sul - RS Resumo: Neste estudo, foi utilizado EPS-r e fibras têxteis, a fim de produzir um compósito com melhores propriedades mecânicas, além de ser uma alternativa no reaproveitamento de materiais. Nos ensaios de resistência à flexão e tração, a adição de fibras têxteis, resultou no aumento dessas propriedades, quando comparado ao EPS-r puro, isso porque, houve uma boa interação entre as fibras e a matriz polimérica. No ensaio de resistência ao impacto, foi observado um aumento da resistência para todas as amostras, indicando que houve uma boa transferência dos esforços da matriz para as fibras têxteis. Houve apenas a diminuição da resistência ao impacto na amostra A88N12 (composição de 88% algodão e 12% de nylon), e isso está relacionado com o aumento da rigidez no material, proporcionado pelo nylon. Palavras-chave: Compósito polimérico, resíduo industrial, poliestireno reciclado, fibras têxteis. ECO COMPOSITE DEVELOPMENT USING FIBER OF UNIFORM AFTER USE AND RECYCLED EPS Abstract: Composites consist of a continuous phase called a matrix, and one or more discontinuous phases, called disperse phase. In this study, EPS-r and textile fiber were used to produce a composite with improved mechanical properties, besides being an alternative to reuse of materials. For the strength test and flexural strength, the addition of fibers, resulted in the increase in these properties compared to pure EPS-r, that because there was a good interaction between the fibers and the polymeric matrix. In the impact resistance test, an increase in resistance was observed, indicating that there was a good transfer of efforts from the matrix to the fibers. There was only the decrease in impact resistance in A88N12 (composition 88% cotton and 12% nylon) and this is related to the increased stiffness of the material, provided by the nylon. Keywords: Polymeric composite, industrial waste, recycled polystyrene, textile fibers. Introdução O grande volume de resíduos têxteis industriais pós-uso descartados em aterros contribui para o aumento do impacto ambiental, pois aterrar resíduos dessa natureza é eliminar uma fonte de reuso e motivar o consumo de novas matérias primas. A reutilização desses materiais apresenta-se como alternativa para diminuir esse efeito, porque surge a possibilidade de desenvolver novos materiais com potencial aplicação em vários segmentos industriais. Outra vantagem é que adequa-se a Lei /10, que diz que apenas rejeitos - resíduos sólidos que depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento, não apresentem outra possibilidade que não a disposição final ambientalmente adequada - sejam encaminhados aos aterros sanitários. O reaproveitamento dos uniformes industriais pós-uso é dificultado devido às deficiências empresariais em gerenciar os resíduos gerados e de falta de parcerias para reciclar e reutilizar para agregar valor ao novo material. A reutilização de resíduos têxteis vai além de uma destinação consciente ou legal, visa minimizar o uso dos recursos naturais, pois para produção de novos materiais têxteis existe um consumo significativo de água, energia, geração de efluentes líquidos e gasosos, entre outros [1, 2, 6, 14]. Estima-se que a produção de resíduos têxteis seja da ordem de 175 mil toneladas por ano no Brasil e apenas 35 mil toneladas são reaproveitadas. Segundo o Programa da Organização das

2 Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) o volume desses resíduos deverá aumentar de 1,3 bilhão de toneladas para 2,2 bilhões de toneladas até 2025 [1, 2]. Atualmente as principais formas de reutilização e reciclagem desses resíduos mais difundidos no Brasil é a utilização de retalhos na composição de fibras novas, retalhos para artesanato, fibras para confecção de panos para limpeza, e em menor proporção a venda desses resíduos como matéria-prima para outras indústrias [1, 6, 8]. Há vários estudos em que incorporaram fibras têxteis como reforço em compósitos poliméricos e obtiveram excelentes propriedades mecânicas e térmicas. A adição de reforço na forma de fibras proporciona melhor propriedades mecânicas ao compósito quando comparado aos reforços particulados. Isso é justificado pela fibra apresentar alta razão de aspecto e a forma de rede que apresenta quando dispersa no polímero, promovendo maior sustentação mecânica ao compósito. (7, 11, 14, 15]. A seleção do polímero a ser utilizado deve considerar a afinidade entre as fases, a aplicação do material compósito, o meio que estará exposto, processabilidade, disponibilidade de matérias primas, entre outros fatores. Quando não há interação entre as fases ou para aumenta-la, faz necessária a utilização de agente de acoplamento para melhorar a adesão dos reforços à matriz. O poliestireno expandido reciclado (EPS-r) apresenta propriedades como baixa densidade, baixa condutividade térmica, capacidade de absorção de energia e choque e alta resistência à umidade, largamente utilizado em embalagens, na construção civil como isolante térmico e acústico, e segundo Poletto (2011) há grande volume gerado na Serra Gaúcha [10, 12,13]. Embora apresente boas propriedades e muita disponibilidade, possui reciclagem desvalorizada devido ao baixo valor econômico, custo do transporte e por ocupar grandes áreas nas unidades de reciclagens [11]. A Lei nº de Agosto de 2010, contribuiu para avanços significativos no reaproveitamento e na reciclagem desses materiais. A norma NBR também contribui, pois regulamenta a classificação dos resíduos e orienta aos empreendedores sobre a forma de disposição. Desta forma os uniformes industriais e o EPS-r são classificados como resíduos classe II-B segundo essa norma. Diante deste cenário, uma das possibilidades para destinação mais nobre destes materiais é a reciclagem das fibras têxteis incorporando-as como agente de reforço em um compósito polimérico com matriz de EPS-r. O presente artigo é resultado do projeto de Pesquisa e Desenvolvimento da CPFL (Companhia Paulista de Força e Luz), intitulado PA0037 Matriz High Tech de Reuso e Descarte Limpo, que faz parte do programa de P&D regulado pela ANEEL em parceria com a Universidade de Caxias do Sul/RS. Experimental Materiais Os agentes de reforços utilizados são uniformes industriais pós-uso (resíduo têxtil) compostos de calças, camisetas e camisas fornecidos pela empresa Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), unidade de Caxias do Sul/RS. Os tecidos foram classificados conforme sua composição em três grupos conforme Tabela 1. O comprimento médio das fibras utilizadas foi de 25 mm, não sendo realizado nenhum tratamento nas fibras. O EPS-r foi fornecido pela unidade recicladora do município de Caxias do Sul/RS, na forma de fardos prensados. Tabela 1 - Classificação dos resíduos têxteis conforme sua composição Grupos Composição Grupo 1 100% poliéster Grupo 2 65% poliéster e 35% algodão Grupo 3 88% algodão e 12% nylon Métodos

3 Foram retirados botões, zíperes e tarja refletiva dos uniformes industriais para evitar danos durante o processamento. Para fragmentação dos tecidos, foi utilizado aglutinador SEIBT modelo AS30/500, com velocidade de rotação de 1765 rpm, durante 2 minutos. Realizou-se a triagem no EPS-r para remoção de outros resíduos aderidos ao material. Após essa etapa realizou a degasagem e redução de volume por meio de uma extrusora para PS, modelo PS- MACCO , com temperatura na zona 1 em 50 C e zona C com velocidade da rosca de 50 rpm. Todos os materiais foram secos em estufa a 105 C por 24h. Foram processadas diferentes formulações para os compósitos, de acordo com a Tabela 2. Sendo a amostra EPS-r puro 100% poliestireno reciclado, P100, 100% poliéster, P65A35 65% poliéster e 35% de algodão e a amostra A88N12 88% de algodão e 12% de nylon. A quantidade de agente de reforço nos compósitos foi definida em 30%. Tabela 2 - Formulação dos compósitos Amostras EPS-r (%) Agente de reforço (%) EPS-r puro P P65A A88N Os materiais foram processados em uma extrusora mono rosca modelo ES35FR, utilizando o seguinte perfil de temperaturas: 140, 160 e 180 C. A velocidade de rotação da rosca utilizada na pré-mistura dos materiais foi de 42,88 rpm. Após a pré-mistura, o compósito foi moído em um moinho de facas, marca PRIMOTECNICA P1001 e posteriormente processado em uma extrusora duplarrosca, modelo COR LAB, do fabricante MH Equipamentos com o seguinte perfil de temperaturas 120, 140, 175, 185, 180, 175, 175, 170 C, com velocidade de rotação da rosca de 200rpm. Para confecção dos corpos de provas, utilizou a injetora, modelo LHS fabricante Himaco Hidráulicos e Máquinas Ltda, com três zonas de aquecimento, 160, 170 e 180 C, molde a 40 C e rotação da rosca de 60rpm. Caracterização O ensaio de flexão foi realizado conforme norma ASTM D790-10, utilizando velocidade de 1,5mm/min e o ensaio de tração foi realizado conforme norma ASTM D638-10, com velocidade de 5mm/min. Ambos os ensaios, foram realizados em uma máquina universal de ensaios EMIC DL O ensaio de resistência ao impacto foi realizado pelo método IZOD, sem entalhe, com pêndulo de 1J em equipamento da CEAST, modelo Resil 25, conforme norma ASTM D Resultados e Discussão Resistência à Flexão Na Fig. 1 (a), é possível verificar que a adição de cargas ao EPS-r resultou no aumento da resistência à flexão em todas as amostras, quando comparado ao EPS-r puro. Isso demonstra que houve boa interação das fibras têxteis com a matriz. Um aumento mais acentuado da resistência à flexão é observado na amostra A88N12, devido à presença de fibras de algodão mescladas com fibras de nylon. O maior desempenho da amostra A88N12 é atribuído à presença das fibras de nylon, que possui elevadas propriedades mecânicas [6, 8].

4 Em relação ao módulo de flexão, observa-se em geral um aumento do módulo em relação ao EPS-r com a adição de variados tipos de fibras, e pode ser justificado de que as fibras possuem maior módulo em relação à matriz polimérica [10, 14, 15]. Resistência à Tração Para o ensaio de tração nos compósitos, conforme Fig. 1 (b) houve acréscimo da resistência à tração nas amostras P65A35 e A88N12. Essa resistência refere-se ao efeito de adição de reforço proporcionado pela fibra e por uma possível distribuição uniforme. No compósito P65A35 o aumento das propriedades é atribuído ao fato de que a fibra de algodão possui em sua composição celulose superior 80% em massa da fibra [3, 5, 11]. No compósito A88N12 o aumento das propriedades à presença de fibras de nylon, que possui alto desempenho devido às fortes interações das ligações de hidrogênio com o grupo amida, que lhe confere altas resistência à tração [6, 8, 9]. O aumento dessa propriedade para as amostras P65A35 e A88N12 foram respectivamente 12 e 35%. A incorporação de fibras têxteis de poliéster não proporcionou um aumento significativo na resistência do compósito provavelmente devido à aglomeração das fibras na matriz durante o processamento, o que leva a formação de pontos frágeis [11]. A presença de fibras resulta numa transferência de tensão mais uniformemente distribuídas, com isso as fibras descontínuas na matriz polimérica termoplástica melhora as propriedades de rigidez e resistência dos compósitos obtidos por meio do processo de injeção [15]. O módulo elástico apresentou um aumento de até 57% em relação à amostra pura. O módulo de elasticidade está relacionado com a rigidez do material, assim, quanto maior o valor do módulo mais rígido será o material. As fibras proporcionam um aumento no módulo, refletindo a capacidade de fibra e matriz de transferirem as pequenas deformações elásticas sem fratura na interface [16]. (a) (b) Figura 1 - Ensaios de resistência à flexão(a) e tração (b) para diferentes compósitos: EPS-r puro, P100, 100% poliéster, P65A35 com 65% poliéster e 35% algodão e A88N12 com 88% algodão e 12% nylon. Resistência ao Impacto A Fig. 2 apresenta os resultados da resistência ao impacto nos compósitos. Em todas as amostras a resistência foi aumentada, indicando que houve uma boa transferência dos esforços da matriz para as fibras têxteis. O melhor resultado de resistência ao impacto ocorreu na amostra P65A35. A combinação das propriedades das fibras de poliéster e de algodão contribuiu para o aumento de absorção de energia de impacto. Conforme Finkler (2005), compósitos que apresentam boas propriedades de tração e impacto são indicados para fabricação de acessórios e componentes para a indústria moveleira [7, 11, 16].

5 Figura 2 - Ensaios de resistência á tração para diferentes compósitos: EPS-r puro, P100, 100% poliéster, P65A35 com 65% poliéster e 35% algodão e A88N12 com 88% algodão e 12% nylon. Conclusões Para o ensaio de flexão a adição de fibras têxteis resultou no aumento de resistência dos compósitos, sendo que este aumento foi mais acentuado para a amostra A88N12. O compósito A88N12(composição de 88% algodão e 12% de nylon) apresentou melhor resultado de resistência à tração devido à presença de fibras de nylon. Os ensaios de resistência ao impacto foram satisfatórios, pois em todos eles houveram um aumento no mínimo de 240, 370 e 270% de absorção de energia nas amostras P100, P65A35, A88N12, respectivamente comparando ao EPS-r puro. Embora não houve adição de agente de acoplamento nas misturas, os resultados apresentaram satisfatório, podendo inferir que houve uma interação entre as fases, pela qual foi transferidas tensões da matriz para o reforço. O baixo custo da matéria-prima, a disponibilidade, a demanda de materiais com baixa densidade com elevadas propriedades mecânicas motiva a aplicação destes compósitos nas indústrias do setor da construção civil, automotivo, moveleiro e arquitetura. Dessa forma o desenvolvimento de compósitos utilizando matriz polimérica EPS-r e resíduos têxteis (uniformes industriais) como agente de reforço apresentam-se como alternativa para destinação mais nobre a esses resíduos, contribuindo para redução de impacto ambiental. Agradecimentos Os autores agradecem à CPFL pelo apoio financeiro e a Universidade de Caxias do Sul e ao PGPROTEC pelo apoio tecnológico. Referências Bibliográficas 1. W. F. Zonatti, Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, Milan, G. S.; Vitorazzi, C.; Reis, Z. C. In Anais do VI Congresso Nacional de Excelência em Gestão, Niterói, 2010, M. Jawaid., M.; H. P. S. Abdul Khalil. Carbohydrate Polymers, v. 86, p. 1-18, Callister, Jr.; W. D. Materials Science and Engineering. 7 ed. New York: John Wiley & Sons, Inc, 2007, S. R. Albinante; E. B. A. Pacheco; L. L. Y. Visconte. Quim. Nova, 2013, 36, S. G. Cardoso, Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, M. Finkler et al., Polímeros: Ciência e Tecnologia, 2005, 15, D. C. Bezerra; P. C. Fernandes; T. R. G. Silva. Polímeros, 2010, 20, I. M. Factori, Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, M. Poletto, Dissertação de Mestrado, Universidade de Caxias do Sul, 2009.

6 11. C. Borsoi et al., Polímeros, 2011, 21, A. Strong, Plastics materials and processing. New Jersey: Prentice-Hall, E. Mihaynlar.; S. Dilmac.; A. Güner. Materials & Design. 2008, 29, M. I. Misnon et al. Materials and Design, 2014, v. 59, p P. Antich et al. Composites: Part A, 2006, n. 37, p M. A. S. Spinacé; K. K. G. Fermoseli; M. A. De Paoli. Journal of Applied Polymer Science, 2009, v. 112, p