Título: Influência do Processamento nas Propriedades Físicas da Madeira Plástica Elaborada a Partir de Resíduos Sólidos
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1 Título: Influência do Processamento nas Propriedades Físicas da Madeira Plástica Elaborada 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 No Brasil temos um problema que é o mal aproveitamento dos resíduos resultantes do beneficiamento da madeira. Por ano são gerados aproximadamente 30 milhões de toneladas de resíduos de madeira. Destes, estima-se que 91% são oriundos da indústria madeireira, pois o desperdício é muito alto, de 50 a 70% do volume de uma tora consumida na indústria é transformado em resíduos. Infelizmente grande parte desses resíduos acaba sendo queimada ou abandonada devido a abundância de matéria prima e a falta de tecnologia no setor madeireiro (Garcia et al, 2012 & Tuoto, 2009). Pensando nessa problemática, o uso de plástico reciclado e resíduos de madeira em compósitos tem sido alvo de estudos para substituir o uso da madeira natural e reduzir o descarte de resíduos com grande potencial de reutilização, diminuindo assim o emprego de matéria prima virgem. Conhecidos como wood-plastic composites (WPC s) ou madeira plástica, são interessantes para a indústria porque o produto final tem um custo reduzido, devido ao uso de resíduos, e para o consumidor por apresentar várias vantagens, como resistência à umidade e à degradação ambiental, menor custo de manutenção, maior resistência ao empenamento e a trincas, entre outras (Correa et al, 2003). Contudo, como a serragem e o plástico são incompatíveis a madeira é hidrofílica enquanto os polímeros termoplásticos são hidrofóbicos, vários estudos 1
2 investigam o melhor processamento e um eficiente agente compatibilizante (Correa et al, 2003). Neste sentido, objetivou-se neste trabalho realizar um estudo comparativo da influência do processamento e da superfície de fratura nas propriedades físicas e morfológicas do PP com EVA reciclados e seus compósitos reforçados com fibras de madeira da espécie Mezilaurus itauba (ITA), uma das madeiras exploradas no norte do Brasil (Garcia et al, 2012). MATERIAIS E MÉTODOS Como matriz polimérica foi usado neste estudo o polipropileno (PP) proveniente de tampas de garrafas de água mineral junto com o liner, que é de etileno-co-acetato de vinila (EVA). As fibras de ITA foram fornecidas pelas madeireiras da região de Sinop- MT. As tampas e os liners foram triturados na forma de flocos em um moinho picador da Retsch SM 300 e separados 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). As fibras de ITA também foram separadas por granulometria e foi utilizado as de tamanho entre µm (série Tyler 32 e 24). Os compósitos termoplásticos de PP-EVA/ITA com proporção mássica de 70/30% matriz/fibras (Catto, 2012) foram processados em um misturador da Thermo Scientific Haake Rheomix OS. 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 MISTURADOR MINI-INJETORA (180 C, 60 rpm, 5Kg e 5 min) (200 C, 400bar, 350bar de recalque por 10 s) PP-EVA-1 - X PP-EVA-2 X X Compósito (PP- EVA/Ita) X X Tabela 1. Amostras e suas condições de processamento. As amostras foram caracterizadas segundo suas propriedades físicas, tais como densidade, absorção de água e teor de vazios, sendo este último apenas para o 2
3 compósito. A densidade das amostras foi determinada pelo método de Arquimedes, baseado na norma ASTM D e utilizando álcool etílico 95% a 25 C como meio líquido. No que concerne ao teste de absorção de água, baseado na norma ASTM D570, corpos de prova inteiros e fraturados por impacto foram imersos em água por um período de 15 dias. Para determinar o teor de vazios do compósito, foi utilizada a norma ASTM D A densidade da serragem Ita, porém, foi calculada pelo ensaio de picnometria, baseado na ABNT NBR Todos os ensaios foram realizados em triplicata. Realizou-se ainda análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura (MEV) das superfícies de fratura. Sem metalização, as amostras foram analisadas em um microscópio eletrônico JEOL J5M 5800, com voltagem de 1,5 kv e com magnificações de 400 e 1000 vezes. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Fig. 1 são apresentados os valores médios das densidades das amostras avaliadas, assim como das fibras Ita. Observa-se que a diferença de mais uma etapa de processamento da matriz não teve influência significativa na densidade. Já o compósito apresentou uma densidade menor do que a matriz polimérica, mesmo as fibras sendo mais densas que a matriz. Com base no cálculo do teor de vazios, foi constatado que o compósito tem 19% de espaços vazios, o que justifica a diferença de densidade em relação a matriz. Esse resultado pode estar relacionado ao fato de que a serragem absorve umidade, e durante o processamento da mistura a umidade pode ficar presa por dentro, formando espaços vazios. Outro fator que pode aumentar o teor de vazios é a má adesão interfacial das fibras com a matriz. Pensando nisso, utilizou-se o EVA junto ao PP, uma vez que o EVA é obtido pela copolimerização de monômero apolar etileno e de monômero polar acetato de vinila, distribuído aleatoriamente pela cadeia polimérica, o que confere uma estrutura molecular que pode atuar como um agente compatibilizante (Anton, 2009). Ceras, flavonóides e outros extrativos da madeira que têm baixa massa molar também podem ter volatilizado no processamento e injeção, ocasionando a formação de vazios (Catto, 2012). 3
4 Figura 1. Densidade das amostras processadas e da serragem. Uma propriedade importante que deve ser estudada nos compósitos termoplásticos é a absorção de água, já que a partir desta avaliação pode-se definir melhor as aplicabilidades desse material. Na Fig. 2 (a) são apresentados os resultados do seguimento da absorção de água das amostras em um período de 15 dias. Como esperado, as amostras que apresentaram maior absorção foram os compósitos (inteiro e fraturado). Verificou-se que as matrizes poliméricas absorveram no máximo 0,2%, enquanto o compósito aproximadamente 1% de água. Estes resultados corroboram pesquisas da literatura, as quais afirmam que as poliolefinas geralmente não absorvem água por serem apolares. Contudo, a madeira costuma absorver umidade devido à presença da hemicelulose e celulose, que são moléculas polares por apresentarem várias hidroxilas e carbonilas na sua estrutura (Catto, 2012). Nota-se ainda que os corpos de prova fraturados dos compósitos absorveram mais água do que os íntegros, visto que a superfície de fratura facilita a penetração da água pela exposição da madeira e dos vazios. O mesmo foi observado nas amostras PP- EVA-1 fraturadas. Tal comportamento pode estar relacionado aos flocos que não tiveram uma boa homogeneização, já que não passaram pelo misturador e foram diretamente injetados pelo modelo pistão, o qual não promove uma mistura adequada. As amostras de PP-EVA-2 apresentaram porcentagem de absorção de 0,1%. Este resultado ressalta a importância do processamento no misturador Haake para elaboração de bons compósitos. 4
5 Figura 2. Absorção de água dos corpos de prova em função do tempo de imersão (a) e fotografia dos corpos de prova de inteiros e fraturados (b). A partir das micrografias da superfície de fratura das três amostras avaliadas (Fig. 3), pode-se verificar que a amostra PP-EVA-1 apresentou vários contornos de grão, correspondentes ao EVA que não homogeneizou bem com o PP. Já as amostras PP-EVA-2 e PP-EVA/ITA, ficaram bem homogêneas, com poucos espaços vazios na superfície, o que comprova que o EVA atuou como um bom agente compatibilizante para envolver as fibras com o polímero. Figura 3. Micrografias de MEV do (a) PP-EVA-1 em x400, (b) PP-EVA-2 em x400, (c) PP-EVA/ITA x400, (d) PP/EVA-1 x1000, (e) PP/EVA-2 x1000, (f) PP-EVA/ITA x1000. CONCLUSÕES Os resultados demonstraram que o prévio processamento das matrizes não influenciou na densidade, sendo o compósito o menos denso e com teor de vazios de 19%. As amostras previamente misturadas foram mais homogêneas e apresentaram menor absorção de água. A exposição à superfície de fratura só foi significativa na 5
6 absorção de água para as matrizes só injetadas e também para os compósitos, sendo que o último foi o mais suscetível à absorção (1%). Através das imagens de MEV comprovou-se que o uso do misturador foi essencial para uma mistura homogênea. AGRADECIMENTOS Agradeço ao CNPq-PROPESQ da UFRGS pelo apoio financeiro e ao Laboratório de Materiais Poliméricos (LAPOL) da UFRGS pela estrutura. REFERÊNCIAS 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. Tuoto M., Levantamento sobre a geração de resíduos provenientes da atividade madeireira e proposição de diretrizes para políticas, normas e condutas técnicas para promover o seu uso adequado. Secretaria de Biodiversidade e Florestas, Ministério do Meio Ambiente, Curitiba, PR. 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. Catto A. L Estudo da compatibilização da matriz poliolefínica em compósitos termoplásticos a partir de resíduos pós-uso. Tese de mestrado em engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais, 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
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