INFLUÊNCIA DO TEOR DE POLIETILENO RECICLADO NO ÍNDICE DE FLUIDEZ E NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE PEÇAS OBTIDAS NO PROCESSO DE ROTOMOLDAGEM

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1 INFLUÊNCIA DO TEOR DE POLIETILENO RECICLADO NO ÍNDICE DE FLUIDEZ E NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE PEÇAS OBTIDAS NO PROCESSO DE ROTOMOLDAGEM Luciano Pisanu 1, Marcelo M. Ueki 1, Tomás Jéferson A. Mélo 2* ¹ Faculdade de Tecnologia Senai Cimatec lpisanu@fieb.org.br - Av. Orlando Gomes, 1845 Piatã CEP Salvador, Bahia, Brasil; ²* Universidade Federal de Campina Grande - Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de Engenharia de Materiais, tomas@dema.ufcg.edu.br, Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó Campina Grande, PB - Brasil - Caixa-Postal: ³ Faculdade de Tecnologia Senai Cimatec ueki@fieb.org.br Influence of Recycled Polyethylene Content in Melt Index and Mechanical Properties of Rotational Molded Parts Rotational molding of plastics is a process used to manufacture hollow plastic articles. In this work the recycled polyethylene influence was evaluated in parts gotten in the rotomolding process. The results had shown that melt index reduced in function of the amount of recycled, indicating that it had cross-linking. The mechanical properties under traction had been reduced in function of the amount of recycled, probably had the immiscibility between recycled and the polyethylene. Already the impact resistance increased with the amount of recycled; this increase can is related the changes in the crystallization of polyethylene had the cross-linking. Introdução A Moldagem Rotacional ou Rotomoldagem é um processo usado para fabricar artigos de plástico oco, a partir de moldes simples e relativamente baratos [1,2]. O processo consiste em quatro etapas para fabricação: 1-Carga: uma quantidade de material micronizado é adicionada manualmente dentro de um molde oco e em seguida é fechado; 2-Aquecimento e Rotação: Após o carregamento e o fechamento do molde, o mesmo é conduzido para um forno onde inicia um movimento de rotação biaxial. O efeito sinérgico entre o calor recebido do forno e a movimentação biaxial resulta em um aquecimento uniforme do material no interior do molde. Quando a temperatura no interior do molde alcança a temperatura de amolecimento do polímero, o mesmo começará a aderir à superfície do molde, iniciando um processo de sinterização. A continuidade do aquecimento resulta em uma diminuição da viscosidade do polímero, o que torna mais fácil o processo de dissolução do ar pela matriz polimérica, até que a maioria das bolhas tenha sido eliminada. Se este aquecimento adicional for prolongado, a peça resultante não apresentará bolha, porém poderá exibir degradação termooxidativa na sua superfície interna, com acentuada perda de resistência mecânica. 3-Resfriamento e Rotação: ainda em movimento o molde é retirado da câmara e inicia-se o processo de resfriamento. O resfriamento do molde pode ocorrer por ar ambiente, jato de ar, spray, ou por sistemas mais complexos como camisas envoltas no molde. O processo de resfriamento possui grande influência sobre as propriedades mecânicas da peça moldada, principalmente devido as possíveis variações na

2 morfologia de materiais semicristalinos como o polietileno. As diferenças de estrutura e níveis de contração poderão resultar também no empenamento da peça. 4-Desmoldagem: após o molde e a peça serem resfriados, o movimento de rotação biaxial é cessado, e o molde é conduzido para uma estação de desmoldagem. A abertura do molde e a extração da peça são feitas manualmente. Depois da extração da peça, o molde é novamente carregado com material e o ciclo recomeça. Neste processo, as taxas de aquecimento e resfriamento são mais lentas e conduzem a uma quase ausência de tensões residuais internas proporcionando um aumento dos esferulitos, livres de orientação molecular. Durante a moldagem rotacional, o polímero está sujeito a temperaturas relativamente altas por longos períodos de tempo na presença de oxigênio, podendo conduzir a degradação do polímero na superfície interna do artigo moldado, com conseqüente deterioração das propriedades mecânicas da peça [1-5]. Na literatura existe uma carência de trabalhos que abordam a influência de reciclados e os efeitos da presença destes nas propriedades de peças rotomoldadas. Esta constatação é importante, uma vez que do ponto de vista industrial, muitas empresas utilizam aparas e peças defeituosas para o reaproveitamento da matéria-prima em seus processos, evidenciando a necessidade de ampliar o conhecimento sobre o assunto. Desta forma, o presente estudo, pretende contribuir para a maior compreensão dos efeitos da degradação presentes em peças rotomoldadas, utilizando a mistura de polímeros reciclados com virgens até uma proporção de 100% reciclado. Sabe-se que o polietileno quando submetido a temperaturas elevadas por um longo período e exposto ao oxigênio perde importantes aditivos, como estabilizantes térmicos, aditivos anti UV, etc, e que tem a tendência a reticular quando reprocessado [6-8]. Estes conhecimentos sobre as formas degradativas do polietileno são relevantes e neste trabalho serão avaliadas na mistura com polímero virgem no processo de rotomoldagem que possui características de ciclos diferentes dos outros processos industriais. Experimental Materiais Polietileno Linear de Média Densidade PELMD: O material virgem RC35U4 da Braskem (Politeno), é um copolímero de buteno-1 produzido pelo processo de solução com MI 3,5g/10 min e densidade de 0,939 g/cm³. Este material para compor a amostra, foi micronizado e pigmentado com 0,5 % de pigmento em pó orgânico de cor azul conforme os métodos descritos abaixo. Polietileno Linear de Média Densidade - PELMD Reciclado. O polietileno reciclado foi obtido através de peças já rotomoldadas do polímero base acima citado que foram moídas

3 em um moinho de facas marca Primotécnica com motor de 5 CV e 3600 rpm e extrusadas numa extrusora monorosca Reifenhauser com diâmetro de rosca de 150mm com condições de temperatura de 195ºC. Os grânulos foram obtidos através do corte na cabeça, sistema tipo Gala. A mistura deste material reciclado após micronizado com o material virgem foi em um turbo blender conforme processos descritos a seguir. Métodos Micronização A micronização da matéria prima foi realizada em moinhos especiais de disco marca Fibratec com um segmento e capacidade de 500 Kg/h, motor de 75 Cv, com refrigeração no disco estacionário e o disco rotativo com rotação de RPM, conforme Figura 1. O pó foi separado por peneiras vibratórias até atingir a granulometria definida, conforme ASTM D % > 35 mesh, equivalente a 420µ 10 a 15% < 100 mesh, equivalente a 150µ Pico entre 50 e 70 mesh, equivale de 297µ até 210 µ Fig. 1- Discos do moinho micronizador. Mistura a seco dos polímeros na forma de pó Foi utilizado como misturador dos polímeros na forma de pó, um turbo blender (misturador intensivo tipo Henschel) marca CACCIA ROTOMEC modelo AV 600 com 1775 RPM, com capacidade de 120 Kg por batelada. O tempo de homogeneização da mistura foi de 5 min. No turbo blender a mistura é mecânica e não chega a fundir o polímero, portanto é uma mistura física. A Tabela 1 mostra as composições das cinco misturas para obtenção dos corpos de prova rotomoldados.

4 Tabela 1 Composições das misturas entre polímero virgem e reciclado AMOSTRAS PELMD VIRGEM (%) PELMD RECICLADO (%) Processamento da mistura de polímeros por rotomoldagem para a obtenção das blendas: O processamento das misturas de polímeros virgem e reciclado, após a etapa de mistura a seco, foi obtido através da rotomoldagem em um molde cilíndrico de 90 cm de altura com raio de 25 cm feito em aço carbono. O processo de moldagem rotacional ocorreu em uma máquina marca ROTOLINE O processo foi com o tempo de forno de 15 min e rotação do braço primário em relação ao secundário de 6:3 rotações por minuto. O tempo de resfriamento foi estabelecido em 15 min e, estes parâmetros foram definidos após várias tentativas de obtenção do produto com as melhores características. Obtenção dos corpos de prova Após a extração da peça foi extraído da peça moldada um corpo de prova por recorte em guilhotina, isto é, a partir da superfície plana da parede lateral da peça foram recortadas várias tiras com largura de aproximadamente 13mm e com 3,2 mm de espessura para compor amostras para ensaios de tração e impacto, conforme desenho da peça rotomoldada na Figura 2. Fig. 2 Desenho do molde de rotomoldagem Ensaio de Índice de Fluidez Todas as amostras foram ensaiadas com um Plastômetro da DSM modelo M1 nas condições de 2,16 Kg e 190ºC, conforme norma ASTM D1238.

5 Ensaio Mecânico de Tração Foi utilizada uma Máquina Universal de Ensaios Marca EMIC, Modelo DL2000, com capacidade máxima 2000Kgf (20KN) e velocidade do travessão de 50mm/min. Foram avaliados os seguintes parâmetros: resistência à tração, módulo da elasticidade e alongamento final, segundo norma ASTM D 638. Ensaio Mecânico de Impacto IZOD Foi analisada a resistência ao impacto IZOD em corpos de prova entalhados, segundo norma ISO 180, numa maquina de Impacto EMIC com martelo de 2,75 Kg. As medidas dos ensaios mecânicos foram oriundas de uma média oito corpos de prova ensaiados. Resultados e Discussão Ensaio de Índice de Fluidez (IF) Na Figura 3 está apresentado o gráfico de índice de fluidez relativo em função do teor de reciclado obtido de peças rotomoldadas. Observa-se que o índice de fluidez reduziu com o aumento do teor de reciclado, sendo esta redução superior a 30% na amostra com 100% de polietileno reciclado. Estes resultados indicam que o material reciclado, ao ser submetido a mais etapas de reprocessamento (extrusão e mais um ciclo de rotomoldagem), sofre degradações termo-oxidativas que conduzem a mudanças na macromolécula e consequentemente no seu comportamento de fluxo. Sabe-se que o processo de termo-oxidação do polietileno linear de média densidade inicialmente causa reticulação das cadeias e a medida que o degradação prossegue a cisão de cadeia se torna predominante. O indício de reticulação, propiciado pela termo-oxidação, fica evidenciado na diminuição do índice de fluidez com o aumento do teor de material reciclado. Gráfico do Índice de Fluidez Valores relativos de MFI 1 0,9 0,8 0,7 0,6 100%Virg. 20% 40% 60% Amostras Rotomoldadas 80% 100%Rec. Fig. 3 Índice de fluidez das amostras.

6 Ensaio Mecânico de Tração Os resultados obtidos do ensaio de tração estão apresentados nas Figuras 4a e 4b. Na Figura 4a, encontram-se os valores de tensão escoamento para as amostras de zero a 100% de polietileno reciclado. Observa-se que houve uma redução significativa nesta propriedade para o polietileno 100% reciclado. No processo de rotomoldagem, a superfície interna está sujeita a maior exposição térmica e oxidativa que a externa (em contato com o molde), portanto, esta camada superficial poderá apresentar um grau maior de degradação em relação à espessura da peça. Logo, no ensaio mecânico sob tração, o material degradado na superfície poderá ter influenciado mais na redução desta propriedade em todas as composições estudadas. Este efeito também foi observado na deformação no escoamento, apresentado na Figura 4b. O contrário deste comportamento mecânico era esperado na amostra 100% reciclado, se ao longo de toda a espessura tivesse ocorrido degradação com predominância de reticulação de cadeia o que levaria ao enrijecimento da amostra, ou seja, redução da ductilidade. Análises da morfologia externa e interna e de degradação das amostras rotomoldadas estão sendo realizadas para uma melhor discussão deste comportamento V 20 R 40 R 60 R 80 R 100 R (a) Deformação no Escoamento (%) V 20 R 40 R 60 R 80 R 100 R (b) Fig. 4 Parâmetros obtidos do ensaio mecânico de tração.

7 Ensaio de Resistência ao Impacto Conforme os dados apresentados no gráfico da Figura 5, a resistência ao impacto IZOD apresentou valor crescente em função do teor do reciclado. Segundo CRAMEZ et al.[7,8], que estudaram o efeito do processo de extrusão no polietileno virgem utilizado em rotomoldagem, a causa do aumento na resistência ao impacto está relacionada a reticulação ocorrida no processo de extrusão. O comportamento da figura 5 mostra esta tendência, exceto para a composição com 80% de reciclado que apresentou valor médio abaixo da linha de tendência. Com os resultados realizados até o presente ainda não foram suficientes para explicar esta anomalia, porém ensaios complementares de análises térmicas e morfologia estão sendo realizados para auxiliar na investigação da complexa estrutura formada em peças rotomoldadas. Também estão sendo realizados teste de envelhecimento acelerado para verificar o efeito do reciclado na vida útil do produto, já que o mesmo é utilizado principalmente em caixas d água e, portanto, é submetido a condições de intemperismo adversas. Resit. Impacto (KJ/m²) %V 20% 40% 60% 80% 100R Amostras rotomoldadas Fig. 5 Resistência ao impacto. Conclusões - O indíce de fluidez reduziu em função do teor de reciclado, indicando que houve degradação com predominância de reticulação;

8 - As propriedades mecânicas sob tração (tensão no escoamento e alongamento no escoamento), também foram reduzidas em função do teor de reciclado, provavelmente a superfície mais degradas tenham colaborado para esta redução; - A resistência ao impacto aumentou com o teor de reciclado também indicando reticulação causada por degradação termo-oxidativa. Agradecimentos Ao SENAI/CIMATEC Salvador-Ba e a Nordeste Indústria e Comércio Ltda (Fortlev) pela amostras cedidas. Referências Bibliográficas 1. R.J. Crawford., Rotational Moulding of Plastics. Chichester,: John Wiley and Sons Inc., UK M.J Oliveira, M.C. Cramez, J. Materials Science M.C Cramez, M.J. Oliveira, R.J. Crawford, Polymer Degradation and Stability, 2002, M.C Cramez, MJ Oliveira and RJ Crawford. In anais de Congresso - SPE/ANTEC 2000 Orlando/ Florida G. I Islabão., Dissertação de Mestrado,Universidade Federal do Rio Grande do Sul, R.J Crawford; PJ Nugent, Proc. And Appl, 1992, 17, ,R.J Crawford.; P.J Nugent,. Proc. And Appl., 1992, 17, M.C Cramez, M.J. Oliveira, R.J. Crawford, Kluwer Academic Publishers, 1998.