DESEMPENHO DE POLIÉSTER ORTOFTÁLICO COM CARGA DE RESÍDUOS PRODUZIDOS NO TINGIMENTO DE BOTÕES

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1 DESEMPENHO DE POLIÉSTER ORTOFTÁLICO COM CARGA DE RESÍDUOS PRODUZIDOS NO TINGIMENTO DE BOTÕES Souza, L.G.M.S.; Karoline, M. O. S., Oliveira, S. E. S.; Cavalcanti, T.A.N.; Costa, L. K. F., Araújo, L.R.R. Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN RESUMO Apresenta-se um compósito polimérico com matriz de resina ortoftálica, tipo cristal, e resíduos gerados pela operação de tingimento em botões na indústria têxtil. A quantidade de resíduos gerada é significativa e seu descarte é feito em aterros, causando um grande problema ecológico, pois tem constituintes tóxicos e seu tempo de vida é altíssimo. Testes preliminares foram realizados para determinar-se a proporção da carga em relação a matriz. São apresentados resultados de propriedades mecânicas e térmicas que demonstraram a viabilidade de obtenção do material produzido, tais como resistência à tração, resistência à flexão, absorção de água, densidade aparente, condutividade térmica, difusividade térmica, calor específico dentre outras. Como aplicação para o novo material proposto pretende-se fabricar protótipos solares/ eólicos e estruturas que não estejam sujeitas a grandes cargas. Palavras-chaves: compósito polimérico, resíduos, tingimento, reuso de materiais. INTRODUÇÃO Em termos de economia é possível descrever o setor têxtil como um dos mais tradicionais e duradouros no ramo, o que faz com que sua produção seja em grande escala. Consequentemente a quantidade desses resíduos industrial vem preocupando vários setores, principalmente o ambiental. Durante o processo de tingimento dos tecidos, que acontece no enobrecimento, há a geração de resíduo em forma de lodo, material semissólido, que devido às suas características de composição, pode ser considerado um resíduo de classe II-A, não perigoso e não inerte, de acordo com a lei /2010. Esse lodo é composto de matéria orgânica e inorgânica, entre eles corantes ricos em metais pesados como alumínio, chumbo, cromo, cobre, ferro, manganês e sódio. Atualmente esse resíduo é encaminhado para os aterros industriais. Porém, devido ao fato de que os materiais que compõe esse lodo terem uma vida útil 8078

2 consideravelmente longa, impossibilitando a decomposição dos mesmos, assim como também a grande quantidade de material advindo do processo de tingimento, é necessário que se encontre formas de reaproveitamento, além da destinação correta. Ao longo dos anos, pesquisas para o reaproveitamento de lodos têm sido realizadas, aplicando os princípios de compósitos. Dentre as pesquisas estão as de compósitos cerâmicos com matriz de argila cerâmica e ainda de argamassas de cimento, aplicadas na engenharia civil, diminuindo assim o custo do descarte e sua permanecia no meio ambiente. Este projeto é voltado para o tratamento de resíduos sólidos de uma indústria têxtil, com foco no resíduo liberado no processo de tingimento dos tecidos. Visando a utilização desse material como compósito de uma matriz polimérica, para a obtenção de materiais que apresente um baixo custo, propriedades mecânicas satisfatórias e práticas sustentáveis. MATERIAIS E MÉTODOS O compósito formado é composto de matriz polimérica de resina poliéster com carga à base de resíduo semissólido do tingimento de tecidos. O material utilizado para fabricação do compósito polimérico foi o resíduo semissólido proveniente do processo de tingimento da indústria têxtil Bornor localizada em Parnamirim/RN. O resíduo foi recebido na forma sólida em diferentes granulometrias. Foi quebrado e peneirado, resultando em um pó. Para à confecção dos CPs foram utilizados 400 g de resina Poliéster Cristal; 200 g de resíduo e 2% de catalisador. Para o processamento dos resíduos foram obedecidos os procedimentos descritos a seguir. A Fig. 1 mostra as várias etapas do processo de preparação do compósito e fabricação da placa para obtenção dos CPs para a caracterização. 1. Quebra das pedras de resíduos por processo manual; 2. Peneiramento do resíduo na granulometria desejada; 3. Colocação da matriz (resina) em recipiente e adição de catalisador; 4. Colocação do resíduo (reforço/carga) na matriz (resina poliéster ortoftálica); 5. Mistura dos constituintes do compósito utilizando lâmina de vidro; 6. Preparação do molde e aplicação de desmoldante; 7. Colocação da mistura no molde; 8. Fechamento do molde e colocação na prensa; 9. Aplicação de carga de 8079

3 4,0 toneladas; 10. Retirada da placa de compósito do molde; 11. Secagem da placa ao sol. Após a fabricação a placa foi cortada para a produção dos corpos de prova para os ensaios de caracterização do compósito. Figura 1. Fabricação dos corpos de provas. Caracterização do compósito produzido Absorção de água O ensaio teve como objetivo verificar a porcentagem de absorção de água nos corpos de prova durante 24 horas à temperatura ambiente. O compósito apresentou valores de absorção positivo, já que o mesmo absorveu uma quantidade mínima de água, ou seja, indicando uma baixa porosidade. Na determinação da absorção de água pelos compósitos, amostras além da resina pura foram pesadas através de uma balança eletrônica, com precisão de 0,0001 g, sendo em seguida imersas em água. A seguir foram feitas várias determinações do peso em intervalos de 24 horas durante três semanas, até atingir o ponto de saturação. O excesso de água das amostras foi retirado com um papel absorvente. O ponto de saturação foi determinado quando o peso da amostra atingiu valor constante. Densidade aparente A densidade aparente considera o volume do material levando em conta os poros abertos presentes, sendo inferior ao volume determinado pela medição indireta das dimensões do corpo de prova no cálculo da densidade volumétrica. 8080

4 A densidade aparente pode ser determinada de acordo com a norma britânica BS (1997), por meio do princípio de Arquimedes. A densidade do corpo é igual à razão entre seu peso e o empuxo do fluido sobre ele. Foram medidas as densidades aparentes da matriz e do compósito. Ensaio de Tração Objetivando-se determinar as propriedades mecânicas do compósito, os corpos de prova foram submetidos as recomendações da norma ASTM D que trata da determinação de propriedades mecânicas sob esforços de tração de polímeros. Os ensaios foram realizados em uma máquina Shimadzu com capacidade para 10 toneladas, a uma velocidade de 5 mm/min. Ensaio de flexão O ensaio de flexão permite a determinação da resistência à flexão sob esforços de flexão. A resistência representa a tensão máxima desenvolvida no compósito sujeito a dobramento. O ensaio foi normalizado através da norma ASTM D790 que descreve o ensaio de flexão para materiais plásticos. Ensaio térmico Para levantamento das propriedades termofísicas utilizou-se o analisador de propriedades térmicas, KD2 Pro fabricado pela Decagon Devices com precisão de 10%, obtendo-se as propriedades térmicas: condutividade térmica, o calor específico, a resistência térmica e a difusividade, da matriz e do compósito proposto. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Tab. 1 apresenta os valores da densidade aparente para as amostras do compósito com 50% em massa do resíduo de tingimento de botões. Tabela 1. Resultados da densidade aparente da matriz e do compósito. Amostra Densidade aparente (g/cm³) A1 1,427 A2 1,426 A3 1,425 Média 1,426 Resina cristal 1,

5 Segundo o fabricante Arazin, a densidade da resina cristal pode variar entre 1,05 e 1,20 g/cm 3, já para a resina escura seus valores podem variar entre 1,10 e 1,15 g/cm 3. Então, pode-se constatar que no ensaio a diferença de densidade entre as resinas permaneceu na faixa de 0,04 g/cm 3. Os resultados mostram que houve interferência significativa na densidade com o acréscimo de resíduo ao compósito. Produziu-se um aumento de 40%, porém esse acréscimo não inviabiliza a utilização do compósito para o fim desejado. A Tab. 2 apresenta os resultados do teste de resistência à tração para as amostras do compósito com 50% em massa do resíduo de tingimento de botões. Tabela 2. Resultados do ensaio de tração do compósito estudado. Amostra RT (MPa) Deformação (%) A1 2,98 4,14 A2 2,47 3,07 A3 2,70 3,12 Média 2,72 3,44 De maneira geral, como já se era esperado houve diminuição na resistência mecânica do compósito com a adição de resíduo. Essa profunda diminuição de 40 MPa para 2,7 MPa limita a aplicação do compósito para utilizações onde não esteja submetido a significativas cargas de tração. Em relação ao alongamento o compósito apresentou uma redução em torno de 15%. A Tab. 3 apresenta os resultados do teste de resistência à flexão para as amostras do compósito com 50% em massa do resíduo de tingimento de botões. Tabela 3. Resultados do ensaio de flexão dos corpos de provas. Amostra RF( MPa) Deformação (%) A1 5,59 4,45 A2 7,06 2,73 A3 8,02 3,22 Média 6,89 3,47 A resistência à flexão apresentou valores um pouco inferiores, em média em torno de 7,0 MPa, se comparado a resistência à flexão da resina pura (aproximadamente 8.7 Mpa dados do fabricante), devido a adição do resíduo têxtil. Essa diminuição 8082

6 em torno de 20% não inviabilizou a utilização do resíduo como carga na formação do compósito. O percentual de água absorvido pelo compósito correspondeu a 2,7%. Apesar do maior percentual de absorção de água em relação à resina cristal em torno de 1,0%, em relação a outros compósitos já estudados e apresentados pela literatura apresentou nível de absorção de água competitivo. A Tab. 4 apresenta a composição do resíduo de tingimento de botões produzido por indústrias têxteis obtida pela DRX. Tabela 4. Concentração de metais no resíduo têxtil. Metais Concentração (%) Fe2O3 41,286 CaO 24,386 ZnO 15,709 CuO 6,976 NiO 4,788 SiO2 4,087 SO3 1,148 Cr2O3 0,754 SrO 0,449 K2O 0,231 MnO 0,187 TOTAL 100,000 Os elementos predominantes são o óxido de ferro e óxido de cálcio, correspondendo a 66%. Percebe-se que o resíduo é rico em metais destacando-se ferro, zinco, cobre, níquel, cromo dentre outros. A Tab. 5 apresenta os resultados dos ensaios de análise térmica do compósito proposto e da resina cristal utilizada como carga. Material Tabela 5. Resultados dos ensaios de análise térmica do compósito. C (MJ / m 3 K) D (mm 2/ s) K (W/mK) R ( C cm/w) Cristal 1,945 ± 0,194 0,114 ± 0,011 0,221 ± 0, ,1 ± 54,2 Compósito 2,021 ± 0,202 0,101 ± 0,010 0,204 ± 0, ,6 ± 49,2 8083

7 A condutividade térmica do compósito na formulação utilizada, duas partes de matriz para uma parte de carga, correspondeu a 0,20 W/m.K, ficando abaixo da K da resina cristal correspondente a 0, 221 W/m.K, em torno de 10%, o que demonstra a baixa condutividade do compósito obtido. CONCLUSÕES E SUGESTÕES 1. O processo de obtenção do compósito demonstrou-se viável para o percentual de carga utilizado; 2. A baixa resistência à tração não inviabilizou a aplicabilidade do compósito para a fabricação de estruturas com baixa solicitação de carga; 3. O compósito apresentou um baixo percentual de absorção de água; 4. A caracterização mecânica do compósito demonstrou que o resíduo está presente no compósito como carga; 5. Caracterizar o compósito para outras formulações; 6. Construir a parábola de um fogão solar, um forno solar e pás de aerogeradores. REFERÊNCIAS KAMINATA,O.T., 2008, Aproveitamento do lodo gerado no tratamento de efluente da Indústria de lavanderia têxtil na produção de bloco de cerâmica vermelha, Dissertação Mestrado, Universidade Estadual de Maringá. SILVA, L.J., 2011, Estudo experimental e numérico das propriedades mecânicas de compósitos poliméricos laminados com fibras vegetais, Dissertação Mestrado, Universidade Federal de São João Del-Rei. LEÃO, M. C., 2013, Compósitos poliméricos a base de fibras de licuri: efeitos da hibridização e do envelhecimento ambiental acelerado, Tese de Doutorado do Programa em Engenharia e Ciência de Materiais da UFRN. SANTOS, E. A., 2006, Avaliação mecanica e microestrutural de compositos de matriz de poliester com adição de cargas minerais e residuos Industriais, Dissertação Mestrado UFRN. LION, C. A. P. Q. F. 2013, Desenvolvimento de compósito a partir da piaçava para construção de uma parábola de fogão solar, Tese de Doutorado em Engenharia de Materiais, UFRN. 8084

8 PERFORMANCE POLYESTER ORTHOPHTHALIC LOAD OF WASTE PRODUCED IN DYEING OF BUTTONS ABSTRACT Presents a polymeric composite with orthophthalic resin type crystal matrix and waste generated by the dyeing operation buttons in the textile industry. The amount of waste generated is significant, and its disposal is done in landfills, causing a major ecological problem, as it has toxic constituents and their lifetime is very high. Preliminary tests were performed to determine the ratio of the load for the die. Results of mechanical and thermal properties that demonstrated the feasibility of obtaining the produced material, such as tensile strength, flexural strength, water absorption, bulk density, thermal conductivity, thermal diffusivity, specific heat are shown among others. As an application for the proposed new material we intend to manufacture solar/wind and structures that are not subject to large loads prototypes. Keywords: polymer composite waste, dyeing, reuse of materials. 8085