DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE COMPÓSITOS DE PAPÉIS REFORÇADOS COM FIBRAS NATURAIS

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1 Lilian Soethe 1 Tiago Krieck 2 Silvana Fehn Bastianello 3 Heloísa Pinna Bernardo 4 Denise Abatti Kasper Silva 5 Ana Paula Testa Pezzin 6 DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE COMPÓSITOS DE PAPÉIS REFORÇADOS COM FIBRAS NATURAIS 1 Acadêmica do curso de Engenharia Ambiental, bolsista do PIBIC/Univille. 2 Acadêmico do curso de Desingn, bolsista do PIBIC/Univille. 3 Profª do Departamento de Desing, Pesquisadora. 4 Profª MSc. do Departamento de Engenharia de Produção Mecânica, Pesquisadora. 5 Profª Dra. do Departamento de Engenharia Ambiental, Pesquisadora. 6 Profª Dra. do Departamento de Engenharia Ambiental, Orientadora.

2 Resumo: O projeto visou o desenvolvimento de papéis adequados à criação de embalagens com preocupações ecológicas e sociais, obtidas a partir de papel reciclado com adição de fibras naturais, de bananeira e palha de arroz, como reforço. Os compósitos foram caracterizados por ensaios físico-mecânicos quanto à resistência à tração, alongamento, rigidez Taber, método Cobb de absorção de água, arrebentamento, esmagamento do anel, porosidade, gramatura e espessura. Os testes de resistência à tração, arrebentamento e esmagamento do anel, rigidez Taber e alongamento mostram que as amostras com 2% de fibra de bananeira foram superior em relação a todos os resultados. Palavras-chave: Papel reciclado, fibra de bananeira, palha de arroz. Introdução A reciclagem é hoje um dos fatores mais importantes para a redução de lixo nas grandes cidades e tem-se mostrado excelente oportunidade na geração de novos empregos e outras fontes de renda. A reciclagem de papel, que constitui um procedimento em prol da conservação ambiental, tem seu fundamento em questões da natureza essencialmente econômicas, pois transforma algo que só tem custo, o lixo, em um produto com valor agregado, contribuindo para a diminuição do lixo nos aterros e a redução no consumo de energia e água. Consumidores de produtos menos agressivos ao meio ambiente, valorizam e procuram pela qualidade ambiental. Segundo Silva & Oliveira (2), estes são alguns dos motivos pelos quais a reciclagem de papéis vem ao longo dos anos atingindo importância mundial. Atualmente, existe um crescimento em pesquisas que buscam matérias-primas alternativas e mais baratas, provenientes de resíduos naturais que são descartados e destinados inadequadamente. Castanho & Oliveira (24) afirmam que a redução dos recursos naturais e o aumento da população do nosso planeta determinam buscas técnicas que aceitem o melhor aproveitamento de tais recursos e reduzam o acúmulo de resíduos urbanos. Os efeitos da reciclagem em papéis têm sido alvo de várias pesquisas. Ellis & Sedlachek (1994) relatam que as fibras quando são recicladas estão sujeitas a várias operações unitárias que modificam suas propriedades diminuindo a qualidade do produto final (SILVA & OLIVEIRA, 2). O interesse no uso de fibras vegetais como reforço tem merecido um grande espaço na área de pesquisa nos últimos anos. Mishra (1998) afirma que tal fato ocorre devido às características apresentadas pelas fibras, isto é, por estas serem biodegradáveis, leves, não abrasivas, provenientes de fontes renováveis e possuírem propriedades mecânicas, as quais permitem a sua utilização em compósitos para várias aplicações, a um custo competitivo. Na região de Joinville, dentre as fibras vegetais existentes, a da bananeira e as provenientes dos resíduos de arroz se fazem presentes devido a um extenso pólo de cultivo.

3 O objetivo desta pesquisa foi o desenvolvimento de papéis reciclados com adição de fibras naturais, com boas propriedades mecânicas para produção de embalagens, a fim de reduzir resíduos e o consumo de insumos energéticos. Materiais e Métodos Resíduos de bananeira: O pseudocaule foi cortado longitudinalmente, passou por processo mecânico manual para auxiliar na quebra das paredes parenquimáticas, foi macerado para a eliminação da lignina, que consistiu em deixar os pedaços de pseudocaule submersos em água que foi trocada a cada 24 horas. Estes processos auxiliaram na eliminação do material mucilaginoso, restando uma quantidade bem inferior, que foi eliminada com o cozimento em água com NaOH a 5% sobre o peso da polpa de banana por 1h e 3 min. Deixou-se esfriar, coouse e lavou-se por três vezes. Finalmente, liquidificou-se com água e coou-se novamente. Resíduos de arroz: Após uma pré-seleção, as palhas de arroz foram cortadas (5 cm) e hidratadas em água por 3 min. Foram cozidas em água com NaOH a 1% sobre o peso da palha de arroz por 3 min. Deixou-se esfriar, coou-se e lavou-se por três vezes, liquidificou-se com água e coou-se novamente. Resíduos de papel: Na preparação da polpa, cada 1 g de aparas de papel picotado foi desinfectado em 1 L de água e cerca de 3 ml de água sanitária por 1 h. Lavou-se por três vezes com 1 L de água para cada lavagem, seguido de cozimento por 1 h, com 1 L de água e 5 g de NaOH. Deixou-se esfriar e repetiu-se o processo de lavagem por 3 vezes. Liquidificou-se com água por cerca de 3 seg e por fim coou-se. Confecção das folhas: trabalhou-se com recipientes onde o nível de água era de pelo menos a metade da altura da tela sendo reposta durante o processo, assim como a quantidade de polpa de papel e fibra. No recipiente com água, foram acrescentadas as quantidades de polpa e fibra conforme as proporções definidas no projeto (1, 2 e 3% de fibras), juntamente com um dímero de alquil ceteno (AKD) que trata-se de uma cola utilizada na manufatura de cartões para embalagens de alimentos líquidos. A tela foi passada dentro do recipiente e retirada na posição horizontal movimentando em vários sentidos, afim de não ocorrer concentração de polpa em apenas uma parte. Então foi pressionada sobre feltros, seguidos de carpês e prensada duas vezes onde substituía-se os feltros por outros mais secos. Por fim, com o auxílio de pinça, o papel foi retirado e deixado secar em temperatura ambiente. Caracterização mecânica: realizados a (23 1) o C e (5 2) % de umidade relativa. Gramatura: realizado de acordo com a norma NBR NM ISO Espessura: realizado segundo a norma NBR NM ISO

4 Porosidade: É a razão entre o volume dos poros do papel e seu volume total, inclui os poros da parede das fibras e os espaços dos lumens não colapsados. Rigidez Taber: realizado em um aparelho Taber (Norma NBR NM ISSO 2493:21). Resistência à tração e Resistência ao alongamento: realizados em uma EMIC DL 5, segundo a norma NBR NM ISO :21 a 2mm/min. Resistência ao arrebentamento: foi realizado no aparelho Mullen tester MTA 2P e MTA 2C, segundo a norma NBR NM 2758:21. Resistência ao esmagamento do anel: realizado segundo a norma NBR 14259:98. Capacidade de absorção de água (Método Cobb): realizado de acordo com a norma NBR NM ISO 535: Errata/22. Resultados e Discussão A Figura 1 ilustra os resultados obtidos para os testes de gramatura, espessura, porosidade, capacidade de absorção de água (Método Cobb), rigidez Taber, resistência ao arrebentamento, resistência ao esmagamento do anel, resistência à tração e alongamento em amostras de papéis com palha de arroz e bananeira em percentuais de 1, 2 e 3 %. Analisados os testes de gramatura, constatou-se que a proporção que apresentou melhores resultados foi a que utilizou 2% de fibra de bananeira (18 g/m 2 ). A gramatura afeta principalmente a opacidade e as propriedades de resistência do papel. As amostras de papel reforçadas com fibra de bananeira mostraram-se mais espessas que as reforçadas com fibra de arroz, principalmente com 1 e 2 % de fibras. O ensaio de porosidade mostrou uma variação nos resultados em relação aos demais testes, sendo que neste o papel reforçado com 3% de fibra de bananeira mostrou-se de melhor qualidade. A resistência à tração para a maioria dos papéis é maior na direção longitudinal à fabricação do papel do que na direção transversal, pois na primeira as fibras estão alinhadas e exercem uma resistência maior. Os dados de resistência à tração dos papéis com 1, 2 e 3% de fibra de arroz e 1 e 3% de fibra de bananeira ficaram em torno de 3,7 Kgf, enquanto as amostras com 2% de fibra de bananeira apresentaram resistência à tração bem superior (5,8 Kgf). Os ensaios de alongamento, rigidez Taber, resistência ao arrebentamento e resistência ao esmagamento do anel, apresentaram resultados superiores para a amostra com 2% de fibra de bananeira. O ensaio de capacidade de absorção de água (Método Cobb), não apresentou variações quando comparados aos demais resultados obtidos, mostrando que os papéis reforçados com fibras de bananeira apresentaram-se melhores.

5 Gramatura (g/m 2 ) Espessura (mm),6,5,4,3,2,1 25, Porosidade (ml/min) Resistência à tração (Kgf) Alongamento (%) 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5 Rigidez Taber (mn) , Resistência ao arrebentamento (Kgf/cm 2 ) 2,5 2, 1,5 1,,5, Resistência ao esmagamento do anel (KN/m) 1,,9,8,7,6,5,4,3,2,1,

6 Capacidade de absorção de água (Cobb) (g/m 2 ) Figura 1. Resultados dos testes físico-mecânicos. Conclusão Neste projeto buscamos oportunidades de aproveitamento das fibras naturais que são descartadas, agregando-as a fibras secundárias que estão contidas em papéis que são reciclados, aliando as vantagens ecológicas, econômicas e sociais da reciclagem com a aplicação mais nobre de um material de baixo custo. Através dos testes obtivemos resultados excelentes que devem ser de conhecimento público e podem servir de renda à população. Os melhores resultados foram alcançados utilizando 2% de fibra de bananeira como reforço. Referências ALMEIDA, A. M., PEREIRA, N. C., NEITZEL, I. Modelagem dos ensaios de colagem interna para cartões de alimentos líquidos. O Papel. P 83-91, Maio/24. CASTANHO, C. G., OLIVEIRA, R.C. Estudos de aproveitamento fibroso industrial da polpação de papéis reciclados. Universidade Federal de Viçosa. Viçosa MG: 2. ELLIS, R. L. & SEDLACHEK, K.. Recycled versus virgin fiber characteristics : a comparison. Tappi 76(2): p , MISHRA, S; NAIK, J.B.; Journal of Applied Polymer Science, p , v. 68 n SILVA, R. P., OLIVEIRA, R. C. Efeitos da Ação do Refino e da Reciclagem nas Propriedades de Papéis de Pinus e Eucalipto. Revista Árvore. Viçosa-MG:, v.24, n.2, p , 2.