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 RECICLAGEM POR TERMO-PRENSAGEM DE POLIPROPILENO (PP) PÓS-USO Cláudia Mendes Mählmann Adriane de Assis Lawisch Liane Mählmann Kipper PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 ESTUDO DA RECICLAGEM POR TERMO-PRENSAGEM DE POLIPROPILENO (PP) PÓS-USO Cláudia Mendes Mählmann 1 Adriane de Assis Lawisch 2 Liane Mählmann Kipper 3 Resumo O levantamento da composição gravimétrica dos resíduos realizado (2001) na zona urbana de Santa Cruz do Sul- RS, mostrou que cerca de 17% (peso) do lixo é composto por plásticos, sendo que o polipropileno (PP) corresponde a 23% dos tipos de plásticos. Como os plásticos representam em volume um percentual bem maior do que em peso, este tipo de resíduo contribui de forma significativa para a diminuição da vida útil dos aterros. Como uma forma de minimizar este problema tem-se a reciclagem de plásticos. A reciclagem de materiais plásticos pode ser entendida como a implementação de processos e técnicas para otimizar a utilização de energia e matérias-primas empregados na fabricação de diversos produtos. Utilizando-se reciclagem mecânica foram obtidas amostras de poliprolileno pós-uso, virgem e misto, sendo que os materiais utilizados foram: PP de garrafas de água mineral e resina de PP H503 da OPP Química. As garrafas pós-uso foram moídas, o material obtido foi lavado e seco, e então termo-prensado, sob 6 toneladas e 200 C. As amostras foram analisadas utilizando-se os ensaios e métodos: tração - norma ASTM 882, índice de fluidez- norma ASTM D1238 método A, dureza- norma ASTM D 2240, e espectrofotometria na região do infravermelho. A termo-prensagem foi realizada sucessivamente, por mais três vezes, totalizando quatro termoprensagens. As amostras de cada processamento foram submetidas aos ensaios anteriormente citados. O material termo-prensado obtido no desenvolvimento deste trabalho tem se mostrado potencialmente útil para a confecção de novos produtos. Palavras-chave: reciclagem, polipropileno, termo-prensagem. 1 Mestre em Ciências- Área de Concentração Física. Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul. 2 Doutora em Engenharia. Professora do Departamento de Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul. 3 Mestre em Ciências- Área de Concentração Física. Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul. 4033

3 Introdução Aliado à crescente utilização de artefatos plásticos, tem-se o desenvolvimento, também crescente, de estudos sobre o destino e o aproveitamento deste material. Esse aumento de utilização dos plásticos e conseqüente geração de resíduos deste material tem causado grandes problemas quanto ao seu destino final, pois os plásticos, geralmente, ocupam grandes volumes quando depositados em aterros sanitários e demoram muito tempo para se degradar. (ALVES, 2002) Segundo 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-uso, 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) Segundo Cunha (2002), ainda hoje, muitas vezes, o lixo é tratado com a mesma indiferença de épocas passadas, quando o lixo não era verdadeiramente um problema, seja pela menor quantidade gerada, seja pela maior facilidade da natureza em reciclá-lo. O desenvolvimento de estudos em resíduos sólidos, tem se tornado tópico de debates em diversas áreas de conhecimento e sua importância crescente deve-se a 3 fatores principais (CUNHA, 2002): grande quantidade de lixo gerada - segundo Caixeta Filho (1999), apud Cunha (2002), o índice per capita brasileiro está em torno de 0,50 a 1,00 kg/hab/dia; gastos financeiros relacionados ao gerenciamento de resíduos sólidos urbanos segundo Brasil (2000), apud Cunha (2002), no Brasil, em média, os serviços de limpeza demandam de 7 a 15% do orçamento dos municípios; impactos ao meio ambiente e à saúde da população. Neste contexto, estudos envolvendo reciclagem de plásticos, aplicações e controle de qualidade apresentam uma grande relevância científica e social. Surge então, a necessidade de conscientizar a população para a utilização racional de produtos plásticos já que estes degradação muito lenta jogado no meio ambiente. O controle de qualidade de matéria-prima e produtos obtidos a partir da reciclagem de materiais plásticos torna-se uma etapa indispensável do desenvolvimento de pesquisas sobre reciclagem, para, além da verificação das características do material (propriedades), contribuir significativamente para a conscientização da população quanto ao uso de produtos reciclados. Tendo, também tem aplicação importante na otimização do processo de produção. As propriedades dos materiais plásticos se modificam no decorrer do tempo como resultado de algumas modificações estruturais, tais como: cisão da cadeia principal, reações de reticulação, alterações na estrutura química e degradação ou eliminação dos aditivos presentes. Estas mudanças são conseqüência dos vários 4034

4 tipos de ataques físicos e/ou químicos a que o material está sujeito durante o processamento ou uso final dos artigos. (RABELLO, 2000) 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. Neste trabalho são expostos os resultados obtidos dos ensaios físicomecânicos e físico-químicos de polipropileno reciclado, amostras constituídas de percentuais de material reciclado e virgem, bem como os parâmetros dos processos utilizados. 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 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; MICHAELI, 1995) Materiais e Métodos Foram utilizadas garrafas de água mineral sem gás, pós-uso, fabricadas em polipropileno e o polipropileno virgem - H503 da Braskem (OPP Química). As garrafas coletadas (PP Reciclado) foram lavadas e secas, sendo então, picotadas em moinho de facas e fundidas em uma prensa hidráulica a 200 º C sob pressão de 6 toneladas por 5 minutos. A resina virgem (PP Virgem) foi processada sob as mesmas condições. Foi elaborada a mistura com 50% de PP virgem e 50% de PP pós-uso, para a apresentação dos resultados estas amostras foram denominadas como PP Misto. As amostras foram analisadas, e após a realização dos ensaios necessários, foram reprocessadas, sob mesmas condições. Foram realizados ensaios físico-mecânicos e físico-químicos, com a finalidade de caracterizar alterações das propriedades das amostras (filmes plásticos), seguindo o procedimento descrito nas normas técnicas específicas, como segue: Ensaio de Dureza Shore D: Neste ensaio foi determinada a dureza de cada amostra com a utilização do Durômetro Shore GSD Teclock Politest, utilizou-se o método ASTM D Determinação do índice de fluidez: O índice de fluidez de cada amostra foi determinado usando o equipamento Melt Flow Junior, seguindo a norma ASTM D1238 método A. Densidade: A medida de densidade foi realizada utilizando a norma ASTM D 1894 em uma balança analítica (sensibilidade de 1mg e capacidade 200g) para 4035

5 ensaio de densidade da marca Import Denver Instrument Company. Ensaio de Espectrofotometria no Infravermelho: Para esta análise seguiu-se um procedimento padrão, descrito no manual do equipamento- método ATR, para todas as amostras, sendo feita sua caracterização. A leitura das amostras foi feita em um Espectrofotômetro FT-IR NICOLET MAGNA 550. Ensaio de Tração: Para a realização deste ensaio utilizou-se o método ASTM 882 no equipamento Emic DL Os seguintes parâmetros foram observados: módulo de elasticidade, força na ruptura, tensão na ruptura, deformação específica na ruptura e deformação na ruptura. Resultados e Discussões A tabela 01 apresenta os resultados obtidos no ensaio de dureza dos três tipos de amostras nos quatro reprocessamentos. Pode-se observar uma proporcionalidade entre aumento na dureza superficial dos materiais e o número de reprocessos realizados. Entre os três tipos de materiais não se observa diferença significativa quanto aos resultados deste ensaio. TABELA 01 - Resultados do ensaio de dureza. Dureza (Shore D) PP Virgem PP Reciclado PP Misto Processamento 1 94,6 93,2 92,0 Processamento 2 96,0 98,0 98,0 Processamento 3 96,6 95,2 96,2 Processamento 4 103,4 103,2 104,2 Os resultados obtidos no ensaio de índice de fluidez são apresentados na tabela 02. Observou-se um aumento da fluidez com o aumento do número de processamentos, e também que o material misto apresenta um índice de fluidez superior aos dos demais materiais. A variação do índice de fluidez de um material polimérico sugere a ocorrência de degradação por cisão da cadeia molecular do polímero predominante em relação à degradação por reticulação. (REMÉDIO, 1999) TABELA 02 - Resultados da determinação do Índice de fluidez. Índice de Fluidez (g/10 min) PP Virgem PP Reciclado PP Misto Processamento 1 4,676 2,266 5,253 Processamento 2 5,431 2,598 5,588 Processamento 3 5,716 3,696 8,053 Processamento 4 5,622 3,908 8,728 Os resultado do ensaio de densidade dos materiais são apresentadas na tabela 4036

6 03. Observa-se que não ocorreram diferenças significativas na densidade dos três tipos de amostras considerando o número de processamentos. TABELA 03 - Resultados de densidade. Densidade (g/cm 3 ) PP Virgem PP Reciclado PP Misto Processamento 1 0,902 0,883 0,899 Processamento 2 0,900 0,884 0,927 Processamento 3 0,905 0,899 0,907 Processamento 4 0,898 0,896 0,900 Nos espectros no infravermelho analisados não foram observadas alterações consideráveis após a realização do processo de termo-prensagem, nem após a realização dos reprocessamentos. Estes caracterizaram a estrutura do polipropileno, onde se observa em torno de cm -1 a deformação axial assimétrica da metila (CH 3 ); em cm -1 a deformação axial assimétrica do CH 2 ; em cm -1 observa-se a deformação axial simétrica do CH 3 ; em cm -1 deformação axial simétrica do CH 2 ; em cm -1 a deformação angular assimétrica do CH 3 ; em cm -1 deformação angular do CH 2 e em cm -1 deformação axial simétrica do CH 3.(SILVERSTEIN, 1994) Nas tabelas 04, 05, 06 e 07 são apresentados os resultados dos três filmes de polipropileno nos quatro processamentos, quanto ao ensaio de tração. TABELA 04 Resultados do ensaio de tração processamento 1. Módulo de Elasticidade Força na (N) Tensão na Específica na (%) na (mm) Virgem 779,39 294,09 32,22 13,52 6,916 Reciclado 744,11 295,67 31,46 13,31 6,879 Misto 750,58 305,96 32,58 12,76 6,509 TABELA 05 Resultados do ensaio de tração processamento 2. Módulo de Elasticidade Força na (N) Tensão na Específica na (%) na (mm) Virgem 820,75 266,56 31,63 17,42 8,803 Reciclado 878,27 296,84 34,39 15,50 7,839 Misto 858,68 287,34 33,76 17,46 8,829 TABELA 06 Resultados do ensaio de tração Processamento 3. Módulo de Elasticidade Força na (N) Tensão na Específica na (%) na (mm) Virgem 864,95 287,92 35,53 14,54 7,340 Reciclado 818,20 323,00 34,36 10,48 5,303 Misto 837,31 292,82 34,85 14,54 7,

7 TABELA 07 Resultados do ensaio de tração Processamento 4. Módulo de Elasticidade Força na (N) Tensão na Específica na (%) na (mm) Virgem 710,10 301,55 34,10 17,66 8,829 Reciclado 736,67 308,31 33,62 15,97 7,985 Misto 706,48 300,96 31,61 20,30 10,15 Foram observadas pequenas variações nos resultados obtidos o que indica a ocorrência de mudanças nas características mecânicas do material. Ressalta-se que quando realizado o quarto processamento foi verificada uma maior dificuldade de retirada da amostra após sua fusão na prensa. Conclusão A reciclagem mecânica de plásticos faz com que o material sofra variações térmicas e mecânicas durante o seu reprocessamento, indicando uma maior probabilidade de ocorrência de degradação do material, que pôde ser verificado pelos resultados obtidos considerando os processamentos consecutivos sofridos pelas amostras. As propriedades mecânicas dos materiais sofreram alterações considerando os quatro reprocessos, sendo que foi observado que o material misto (resina pós-uso e resina virgem) apresentou resultados médios, quanto à sua caracterização mecânica, comparados aos de seus dois componentes (virgem e reciclado), caracterizando as propriedades da mistura ensaiada. 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. 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, n. 7, p , MANRICH, S. Estudos em reciclagem de resíduos plásticos urbanos para aplicações substitutivas de papel para escrita e impressão. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v.10, n.3, p , 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, p , out/dez CUNHA, V.; CAIXETA FILHO, J. V. Gerenciamento da coleta de resíduos sólidos 4038

8 urbanos: estruturação e aplicação de modelo não-linear de programação por metas. Gestão e Produção, v.9, n.2, p , RABELLO, Marcelo. Aditivação de Polímeros. São Paulo: Editora Artliber, 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, p , out/dez MANO,E. B. Polímeros como materiais de engenharia. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda, ALBUQUERQUE, J. 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,

9 Abstract The rising of the gravimetrical composition of the residues accomplished (2001) in the urban area of Santa Cruz do Sul - RS, showed that about 17% (weigh) of the garbage is composed by plastics, and the polypropylene (PP) corresponds to 23% of the types of plastics. As the plastics represent in volume a percentile, which is much larger than in weight, this residue type contributes in a significant way to the decrease of the useful life of the landfills. As a form of minimizing this problem there is the recycling of plastics. The recycling of plastic materials can be understood as the implementation of processes and techniques to optimize the use of energy and raw materials used in the production of several products. Using mechanical recycling it was obtained samples of after-use, virgin and mixed polypropylene, and the used materials were: PP from bottles of mineral water and resin of PP H503 of OPP Chemical. The bottles after-use were crushed, the obtained material was washed and dry, and then thermo-compressed, under 6 tons and 200 C. The samples were analyzed being used the rehearsals and methods: traction - norm ASTM 882, index of fluidity - norm ASTM D1238 method A, hardness - norm ASTM D 2240, and spectrophotometry in the area of the infrared. The thermo-compressing was accomplished successively, for more three times, totaling four thermo-compressions. The samples of each processing were submitted to the rehearsals previously mentioned. The thermo-compressed material obtained in the development of this work has shown itself potentially useful for the making of new products. Key-words: recycling, polypropylene, thermo-compressing. 4040