Título: Influência da Granulometria nas Propriedades Térmicas e Reológicas da Madeira Plástica Feita a Partir de Resíduos Sólidos

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1 Título: Influência da Granulometria nas Propriedades Térmicas e Reológicas da Madeira Plástica Feita a Partir de Resíduos Sólidos Autores: Caroline Barbosa da Silva. (1), Andréa Bercini Martins (2) & Ruth Marlene Campomanes Santana (2). Filiação: (1) Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto (2) Alegre, RS, Brasil. caroline_silva_82@hotmail.com, Depto. de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. ruth.santana@ufrgs.br INTRODUÇÃO Atualmente um material que vem ganhando destaque no mercado internacional é a madeira plástica, mais conhecida como wood-plastic composites (WPC s). Por apresentar a possibilidade de utilização de fibras ou pó de madeira - resíduos provenientes do beneficiamento da madeira - é uma excelente alternativa para substituição do uso da madeira natural, pois além de o produto final ter custo reduzido, o compósito apresenta vantagens como: resistência a umidade e agentes xilófagos, menor custo de manutenção de rotina, resistência ao empenamento e trincas, entre outras (Correa et al., 2003). Contudo, como a madeira tem componentes com baixa estabilidade térmica e hidrofílicos, enquanto que o polímero é hidrofóbico, existe uma dificuldade na obtenção de uma mistura homogênea e por isso, tal ideia se transformou em um desafio tecnológico para os estudiosos na busca de uma formulação e estabilização da mistura, pesquisando principalmente sobre diferentes agentes compatibilizantes para promover adesão dos dois materiais incompatíveis (Correa et al., 2003, Poletto, 2014). No Brasil apenas 21% do resíduo plástico é reciclado mecanicamente e reaproveitado, os outros 79% são descartados em aterros e lixões (Plastivida, 2012). 1

2 Tanto os resíduos de madeira como os resíduos poliméricos são difíceis de se degradar no meio ambiente, por isso é interessante reaproveitar também os resíduos poliméricos para a produção de WPC s reduzindo o uso de matéria prima virgem e o descarte de materiais nobres (Battistelle et al, 2014). Neste sentido, objetivou-se no presente trabalho realizar um estudo da influência da granulometria dos flocos de polipropileno (PP) com etileno-co-acetato de vinila (EVA) reciclados nas propriedades térmicas e reológicas da matriz polimérica e dos compósitos reforçados com fibra de madeira da espécie Mezilaurus itauba (ITA), uma das madeiras exploradas no norte do Brasil (Garcia et al., 2012). MATERIAIS E MÉTODOS Foi usado como matriz polimérica PP proveniente de tampas de garrafas de água mineral e EVA presente no liner junto as tampas. As fibras da madeira de ITA foram fornecidas pelas madeireiras da região de Sinop-MT. As tampas com os liners foram trituradas na forma de flocos em um moinho picador da Retsch SM 300 e separadas por granulometria através de um sistema de peneiras em um agitador eletromagnético da Bertel, onde foram selecionados os flocos com tamanho de partículas entre µm (série Tyler 24 e 16) e de µm (série Tyler 16 e 14). Também foram peneiradas as fibras da madeira ITA, sendo selecionadas as fibras de tamanho entre µm (série Tyler 32 e 24). Os compósitos termoplásticos de PP-EVA/ITA foram processados em um misturador da Thermo Scientific Haake Rheomix OS na proporção mássica de 70/30 % polímero/fibras (Catto, 2012). Em seguida, a mistura foi triturada em um moinho Seibt, modelo MGHS 2/ rpm, para injetar os corpos de prova em uma injetora da Thermo Scientific Haake Mini Jet II. As amostras de PP-EVA também foram injetadas com e sem prévio processamento no misturador Haake, conforme a Tabela 1. AMOSTRAS GRANULOMETRIA MISTURADOR MINI-INJETORA µm (180 C, 60 rpm, 5Kg e 5 min) (200 C, 400bar, 350bar de recalque por 10 s) PP-EVA PP-EVA PP-EVA X - PP-EVA X PP-EVA X X PP-EVA/ITA-1 710/500 X - PP-EVA/ITA-2 710/500 X X 2

3 Tabela 1. Amostras e suas condições de processamento. As amostras foram caracterizadas segundo suas propriedades térmicas e reológicas, tais como análise termogravimétrica (TGA) e índice de fluidez (MFI). A TGA foi realizada em um equipamento modelo 2050 da TA Instruments, em uma faixa de temperatura de 25 C a 800 C, em atmosfera de N 2 e taxa de aquecimento de 20 C/min, conforme ASTM E Os ensaios de MFI foram realizados no equipamento Ceast Modular Flow modelo , da Instron Ceast Division, baseado no método A da norma ASTM D-1238, nas condições de 230 C, 2,16kg. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 encontramos as curvas termogravimetricas das amostras avaliadas, onde é possível visualizar que a fibra de ITA apresenta uma estabilidade térmica inferior ao PP-EVA e compósito (Fig.1a), devido aos componentes polares que são mais suscetíveis a degradação em altas temperaturas, e são melhor detectados nas curvas de DTG (Fig. b). Dentre as matrizes com diferentes granulometrias foi confirmado que a PP-EVA 1000 apresenta estabilidade térmica um pouco maior, como esperado. Mesmo assim, foi escolhido para a elaboração do compósito a matriz PP-EVA 710, por causa do maior teor de EVA, que pode atuar como agente compatibilizante para a interação da matriz com as fibras, visto que é obtido pela copolimerização de monômero apolar etileno e de monômero polar acetato de vinila, distribuído aleatoriamente pela cadeia polimérica (Anton, 2009). Figura 1. Curvas térmicas comparativas das amostras avaliadas (a) TGA e (b) DTG. 3

4 Por causa da organização celular da celulose, hemicelulose, lignina e em menores quantidades de extrativos e materiais inorgânicos, a madeira é considerada um compósito natural anisotrópico. Um estudo feito com diferentes espécies de madeira verificou que a degradação da hemicelulose ocorre entre C, da celulose entre C e da lignina inicia em torno de 170 C e estende-se acima de 600 C (Poletto, 2014). Já o EVA por ser um copolímero sofre duas etapas de degradação: a primeira em torno de C, que é onde ocorre a decomposição do acetato de vinila, e a segunda na faixa de C que degrada a parte olefínica do copolímero (Anton, 2009). Já o PP apresenta apenas um estágio de decomposição na faixa de C e temperatura de pico de degradação em torno de 480 C (Catto, 2012). Os estágios de degradação nas amostras são mostrados na Tabela 2 abaixo: Componentes PP-EVA 710 PP-EVA 1100 PP-EVA 710/ITA ITA % m/m Tp ( C) % m/m Tp ( C) % m/m Tp ( C) % m/m Tp ( C) H 2 O , ,41 61,9 Hemicelulose e/ou 0,26 255,6 0,27 252,1 4,99 282,7 12,72 287,8 PP Celulose e/ou EVA 6,73 363,3 3,56 348,7 17,14 372,4 52,19 374,07 PP 93,01 466,6 96,17 466,4 67,98 475,2 - - Lignina ,84 543,5 17,96 655,4 Resíduos ,63-13,72 - Tabela 2. Estabilidade térmica das matrizes, da fibra e do compósito. Onde Tp ( C) a temperatura do pico de máxima degradação do componente. Entre 60 a 100 C é possível observar uma pequena perda de massa na fibra e no compósito que corresponde a umidade que a madeira absorve. Na faixa de 200 a 300 C as matrizes apresentaram um pequeno pico na DTG que representa o início da degradação do PP, já o compósito apresentou a degradação do mesmo junto com a hemicelulose e extrativos da madeira. Entre 300 a 400 C ocorreu a degradação do EVA nas matrizes e do EVA combinado com celulose e um resquício de hemicelulose no compósito. De 400 a 500 C foi o pico máximo de degradação do PP e acima de 500 C a degradação da lignina. Como o ensaio foi até 800 C, é possível que tenha ficado nos resíduos cargas inorgânicas presentes nas fibras como sílica, por exemplo, pois a ITA é comum de ser encontrada em solos pobres e silicosos (Garcia et al., 2012). Na Figura 2 encontramos os resultados do índice de fluidez das amostras avaliadas. Dentre as matrizes podemos observar que a amostra PP-EVA 710 teve maior MFI. Possivelmente devido ao menor tamanho dos flocos e maior teor de EVA. 4

5 Figura 2. Índice de fluidez das matrizes e dos compósitos. Sabe-se que quanto menor o tamanho dos flocos mais rápida é a distribuição de energia na amostra e mais fluida fica a matriz polimérica. Já o EVA, quanto maior for o teor de acetato de vinila maior é a redução da cristalinidade do polímero deixando-o menos viscoso e mais fluido (Anton, 2009). Foi feito também uma análise comparativa do MFI da matriz PP-EVA 710 após ser submetido a diferentes processamentos. A amostra PP-EVA 1 apresentou MFI maior do que o PP-EVA 2, o que evidencia que o misturador foi mais agressivo a matriz polimérica do que a injeção. Como esperado, a amostra PP-EVA 3 teve MFI maior ainda devido ao somatório de cisalhamento dos dois processos. Para o compósito também foi feita uma análise comparativa do MFI antes de ser injetado (PP-EVA/ITA 1) e depois de injetado (PP-EVA/ITA 2). Nos compósitos foi possível ver que o MFI do não injetado foi um pouco maior do que o do injetado. Provavelmente porque ao ser injetado o empacotamento do compósito foi melhor e, dessa forma, foram eliminados alguns vazios aumentando a viscosidade e diminuindo assim a fluidez. Em comparação as matrizes, o compósito apresentou MFI bem menor por causa das fibras que causam atrito e dificultam o escoamento do polímero (Catto, 2012). CONCLUSÃO A partir dos ensaios de TGA e MFI foi possível concluir que o PP-EVA 710, por ter maior teor de EVA, é a melhor matriz polimérica para elaboração do compósito e, apesar da matriz sofrer um pouco de cisalhamento no processamento o reforço com as fibras diminuiu o índice de fluidez aumentando a viscosidade e consequentemente a cristalinidade da matriz polimérica. AGRADECIMENTOS Agradeço ao CNPq-PROPESQ da UFRGS pelo apoio financeiro e ao Laboratório de Materiais Poliméricos (LAPOL) da UFRGS pela estrutura. 5

6 REFERÊNCIAS Correa C.A., Fonseca C.N.P., Neves S., Razzino C.A. & Hage Jr. E Compósitos termoplásticos com madeira. Polímeros Ciência e Tecnologia, São Carlos, Brasil: vol. 13, n 3, p 154. Poletto M Avaliação da estabilidade térmica e da cinética de degradação da madeira através da caracterização de seus componentes. Tese de Doutorado em engenharia, PPGE3M, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil: 63 p. Plastivida Monitoramento dos índices de reciclagem mecânica de plástico no Brasil. Estudo Disponível em: Battistelle R., Viola N.M., Bezerra B.S.& Valarelli I.D.D Caracterização física e mecánica de polipropileno reciclado e farinha de madeira sem aditivos. Revista Matéria, vol 19, n 1, p 7. Garcia F.M., Manfio D.R., Sansígolo C.A., Magalhães P.A.D Rendimento no desdobro de toras de Itaúba e Tauari segundo a classificação da qualidade da tora. Floresta e meio ambiente, Rio de Janeiro, Brasil: vol 19, n 4, p 468. Catto A. L Estudo da compatibilização da matriz poliolefínica em compósitos termoplásticos a partir de resíduos pós-uso. Tese de mestrado em engenharia, PPGE3M, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil: 146 p. Anton J.J Avaliação térmica, mecânica e morfológica de incorporação de nanopartícula de sílica coloidal em matriz de poli(etileno-co-acetato de vinila). Trabalho de conclusão de curso, Curso de Bacharel em Química, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 6