ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina APROVEITAMENTO DA BORRACHA DE PNEUS INSERVÍVEIS NA PRODUÇÃO DE COMPONENTES PARA CONSTRUÇÃO. Rodrigues Jorge, Mara Regina Pagliuso Ferreira, Osny Pellegrino Claro Neto, Salvador PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP
APROVEITAMENTO DA BORRACHA DE PNEUS INSERVÍVEIS NA PRODUÇÃO DE COMPONENTES PARA CONSTRUÇÃO. Autores: RODRIGUES JORGE, Mara Regina Pagliuso 2 FERREIRA, Osny Pellegrino 3 CLARO NETO, Salvador 4 RESUMO O estilo de vida na sociedade contemporânea está intimamente relacionado ao grande consumo de bens e serviços, o que acarreta um aumento nos níveis de poluição ambiental e geração de resíduos. Para a solução desse problema, pesquisas vêm sendo desenvolvidas segundo o princípio dos 3Rs: Reuso, Reutilização e Reciclagem, focando-se neste trabalho a reciclagem de pneus inservíveis, por terem se tornado um problema mundial, devido à dificuldade em se dar a estes um destino final adequado. Os pneus possuem uma estrutura física singular, com grande resistência e durabilidade mesmo ao final de sua vida útil, sendo difíceis de deposição em aterros sanitários por não admitirem a compactação, tornando-se propícios para criadouro de vetores de doenças, além de oferecerem grande risco de incêndios, com grave impacto ambiental. O método de reciclagem dos pneus, atualmente empregado exige quantidades expressivas de energia, além de consumir produtos voláteis de alta toxidade, como solventes. O objetivo deste trabalho consiste em utilizar o resíduo de borracha de pneus sem o uso de métodos agressivos ao ambiente, promovendo apenas sua moagem por processo mecânico, aglomerando as partículas de borracha com uma resina poliuretana de origem vegetal. Este polímero provém de recurso natural renovável, proporcionando ao material composto resultante características físicas e mecânicas que viabilizam a produção de inúmeros componentes para uso na construção civil e minimizam o impacto causado pelo passivo ambiental gerado pelos pneus inservíveis. Palavras-chave: Reciclagem, Borracha, Pneus, Resíduo. 2 Faculdades Dom Pedro II Faculdade de Engenharia Civil de São José do Rio Preto- São Paulo Brasil e-mail: mararj@terra.com.br 3 Laboratório de Construção Civil Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Brasil e-mail: osnypefe@sc.usp.br 4 Grupo de Química Analítica e Tecnologia de Polímeros - Instituto de Química de São Carlos Universidade de São Paulo Brazil 3692
1. INTRODUÇÃO O presente trabalho traz uma proposta inovadora para mitigar o estado de degradação em que se encontra o meio ambiente, promovendo a utilização de um resíduo sólido industrial particular, que preocupa ambientalistas de vários países do mundo. Para enfrentar os danos causados pelos impactos ambientais gerados pelos resíduos sólidos, decorrentes de sua disposição final inadequada, vêm sendo adotadas no mundo todo algumas formas de minimização, tais como reciclagem e reuso dos materiais. Estas medidas visam à ampliação do ciclo de vida útil, reduzindo a extração de recursos naturais e maximizando a vida útil dos aterros sanitários. Constata-se, no Brasil, que, enquanto o aproveitamento de alguns resíduos sólidos evoluiu nas últimas décadas, outros materiais, tais como pneus inservíveis e demais derivados da borracha, continuam sendo dispostos inadequadamente no meio ambiente. Neste contexto, a questão destes pneus requer uma atenção especial, pois, além de estes materiais constituírem um passivo ambiental, ocasionam sérios riscos ao meio ambiente e à saúde pública. Sabe-se que a maior parte dos pneus hoje é feita de 15% de borracha natural (látex), 70% de petróleo (borracha sintética) e 15% de aço e tecidos (tipo lona), que servem para fortalecer ainda mais a estrutura. Esta tem como objetivo atribuir-lhe as características necessárias ao seu desempenho e segurança. No que tange à classificação ambiental, trata-se de produto não biodegradável, segundo LUND (1993). De acordo com MMA (2002), o Brasil gera cerca de 10 milhões de carcaças de pneus por ano. De 1995 até 1999, desconsiderando o passivo anterior àquele período, tem-se 40 milhões de carcaças; e até o fim do ano de 2004 haverá um passivo ambiental da ordem de 90 milhões de pneus inservíveis. São vários os impactos que os pneus podem causar ao meio ambiente. Quando queimados a céu aberto, liberam dióxido de enxofre na atmosfera, contribuindo para a poluição do ar. Para cada pneu queimado, são liberados cerca de 10 litros de óleo no solo, que percolam até atingir o lençol freático, contaminando a água deste subsolo. Quando dispostos em aterros sanitários, os pneus, por apresentarem baixa compressibilidade, reduzem a vida útil desses aterros. (CIMINO & BALDOCHI, 2002). Sendo os materiais que compõem a estrutura dos pneus de difícil decomposição, a sua disposição final torna-se mais complexa. Para que se possa realmente resolver a questão, é necessário mudar a óptica de destinação final adequada, para uma melhor tecnologia de tratamento disponível, ambientalmente segura e economicamente viável. Com esta mudança, poder-se-á gerenciar melhor o problema e assim garantir um reuso dos componentes do pneu na cadeia produtiva. Admitindo-se que a melhor solução consiste em dar tratamento ao resíduo e não simplesmente tratar da sua disposição final adequada, tem-se um maior ganho ambiental para a sociedade e uma série de utilidades para o resíduo de pneus inservíveis. O desafio atual para a diminuição dos danos ambientais causados por estes resíduos, no Brasil e no mundo, consiste em aplicar as alternativas tecnológicas de 3693
utilização, reutilização e reciclagem para os mesmos, analisando a melhor dosagem de compostos de borracha-resina poliuretana derivada do óleo de mamona. Desta forma, este trabalho visa contribuir com novas alternativas tecnológicas a serem utilizadas na construção civil. 2. MATERIAIS E MÉTODO O método consistiu em analisar o traço ótimo para composição de resíduo de borracha derivada de pneus inservíveis com um aglomerante de origem vegetal, resina poliuretana derivada do óleo de mamona. a) O resíduo de pneu utilizado foi adquirido da empresa Midas Elastômeros, situada em Itupeva SP, nas seguintes granulometrias: P5 P10 P20 P30 Figura 1 Resíduo de pneu. b) Resina poliuretana derivada do óleo de mamona, desenvolvida desde 1983 pelo Laboratório de Química Analítica e Tecnologia de Polímeros (LQATP) do Instituto de Química (IQ-USP). Esta possui a vantagem de ser um material obtido a partir de recurso natural e renovável. Já a poliuretana derivada da indústria petroquímica possui a matéria prima para sua produção nos compostos derivados do petróleo, que são recursos esgotáveis, além de serem prejudiciais à saúde. Figura 2 e 3 -Pré-polímero e poliól e Ilustração da mistura do pré-polímero com poliol resultando a resina poliuretana. A porcentagem de borracha nos diferentes meshs está compreendida nos seguintes intervalos: P5...de 11 à 15% P10...de 15,5 à 36% P20...de 14 à 31% P30...de 8 à 19%. Foi empregado no composto 15% de resina poliuretana à uma temperatura aproximada de 100 C, para aglomerar a borracha. 3694
Figura 4 -Composto formado. c) Foram desenvolvidos um dispositivo para o aquecimento do composto com uma variação de temperatura até 300 C e fôrmas para confecção dos corpos de prova para os ensaios necessários. Figura 5 - Molde para os corpos de prova cilíndricos Figura 6 e 7 - Molde e Protótipo de placa de revestimento de piso d)para o teste de dureza utilizou-se um durômetro wultest, com ponta de prova para a escala Shore A, modelo MP-2. os ensaios de dureza, nas amostras de Borracha/Resina, foram feitos sempre à temperatura ambiente, seguindo-se o 3695
procedimento descrito pela norma ASTM D2240-97 FOR RUBBER PROPERTY DUROMETER HARDNESS. Tabela 1 Dureza na Escala Shore Composto Dureza na Escala Shore A Pneu Integral 73 Borracha/Resina(a) 75 Borracha/Resina(b) 75 e) Este ensaio foi realizado em conformidade com a ASTM D792 DENSITY AND SPECIFIC GRAVITY (RELATIVE DENSITY) OF PLASTICS BY DISPLACEMENT. Por se tratar de um material que não absorve água, a densidade foi obtida através da massa e do volume de corpos-de-prova. A massa foi obtida em balança com precisão de 0,001 g e o volume, através de paquímetro com precisão de 0,01 mm. A densidade, portanto, é o quociente da massa (g) pelo volume (cm 3 ). ρ = m / v Tabela 2 - Densidades Composto Densidade ρ (g / cm 3 ) Borracha/Resina(a) 1,16 Borracha/Resina(b) 1,06 Pneu Integral 1,17 f) Ensaio de compressão axial Os ensaios foram feitos segundo a ASTM D695M para compressão no Laboratório de Química Analítica e Tecnologia de Polímeros (LQATP) do Instituto de Química (IQ-USP). Figura 8 e 9 Corpo de prova antes e depois de deformado a compressão g) Resultados do teste de compressão para duas densidades diferentes de composto. Nos gráficos abaixo é apresentada a relação entre a Tensão σ (MPa) e a 3696
deformação ε (%): Gráfico 1 e 2 Ensaio de Compressão densidades (a) e (b). h)a tangente à curva fornece o Módulo de Elasticidade E (MPa). Tan θ = E = σ / ε Tabela 3 Módulo de Elasticidade Composto Tensão σ (MPa) Deformação ε (%) Borracha/Resina 2,12 20 10,6 Módulo de Elasticidade E (MPa) 2. ANÁLISE DOS RESULTADOS Foram analisadas as durezas, o módulo de elasticidade e alongamento e resistência à compressão para duas diferentes densidades de composto Borracha/ resina PU e comparadas com a borracha de pneu em uso. O índice de dureza Shore obtido para o composto Borracha x Resina PU não difere substancialmente da amostra retirada de um pneu em uso, o que pode ser explicado em decorrência do primeiro ser constituído de fragmentos de borracha, os quais não sofreram nenhum tipo de alterações de suas propriedades, apenas passaram por sucessivas moagens e seleção granulométrica em diferentes peneiras, mesmo tendo sido feitos com diferentes densidades. Os ensaios realizados de conformidade com a ASTM D695M permitem avaliar o comportamento à compressão do material composto (Borracha x Resina PU) em duas diferentes densidades comparativamente à amostra retirada diretamente de um pneu em uso. Os resultados iniciais, limitando-se o conteúdo de resina PU em 15% (em massa) relativamente à borracha moída, indicam uma baixa capacidade dos compostos de resistir a grandes tensões de compressão, com sua ruptura ocorrendo com deformações por volta de 50% das dimensões iniciais dos corpos de prova. O módulo de deformação à compressão mostrou-se maior no caso do 3697
composto Borracha x Resina PU em relação à borracha retirada de um pneu em uso, implicando em alongamentos de pequenas magnitudes para o primeiro material, quando da ocorrência de sua ruptura. 4. CONCLUSÃO Apesar de esta pesquisa encontrar-se em fase inicial, os resultados obtidos indicam um grande potencial para a utilização deste composto de Borracha x resina Poliuretana derivada de óleo vegetal, em várias aplicações na construção civil, podendo representar uma alternativa viável para a reutilização de borracha proveniente da moagem de pneus inservíveis. Esse composto poderá adquirir várias formas, como mostrou a ilustração do protótipo na figura 7. Este estudo tem prosseguido com a finalidade de testar diferentes teores de resina PU, em relação ao conteúdo de borracha, visando avaliar a melhora nas suas propriedades físicas e mecânicas do composto resultante. Importantes questões de elevado interesse ambiental poderiam ser satisfeitas com a utilização deste novo material composto, estando ainda para ser propostas alternativas de seu emprego em diferentes setores da construção. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASTM D638M. STANDARD TEST METHOD FOR TENSILE PROPERTIES OF PLASTICS... ASTM D695M.. STANDARD TEST METHOD FOR COMPRESSIVE PROPERTIES OF RIGID PLASTICS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004 Resíduos Sólidos. Rio de Janeiro, 1987. CIMINO, M. A., BALDOCHI, V. M. Z. Minimização de Resíduos Sólidos Urbanos - Alternativas Tecnológicas para Pneumáticos Inservíveis. UNISANTA, UFSCar, 2002. LUND, H. F., 1993 The McGraw Hill Recycling Handbook New York: McGraw Hill, Cap 18; MMA, Ministério do Meio Ambiente, 2002 In: Meio Ambiente Industrial Disponível em: <http://www.mma.gov.br> Acessado em: 17 abr. 2002. MMA, Ministério do Meio Ambiente, 2002 In: Resoluções / Resolução nº 258, de 26 de agosto de 1999 Disponível em: <http:// www.mma.gov.br> Acessado em: 23 fev. 2002. MMA, Ministério do Meio Ambiente, 2002 In: Matéria do InforMMA Sala de Imprensa - InforMMA de hoje: CONAMA Reforça Proibição da Importação de Pneus Usados Disponível em: <http://www.mma.gov.br.> Acessado em: 26 mar. 2002. 3698
ABSTRACT The life style in the contemporary society is intrinsically related to the great consumption of goods and services, which brings about an increase in the levels of environmental pollution and production of residues. In order to solve this problem, researches have been developed according to 3Rs: Reuse, Reutilization and Recycling. This work aims to recycle scrap tires, once it is known they have become a worldwide problem, due to the difficulty in giving them a suitable end. The tires have a singular physical structure with great resistance and durability, even in the end of their useful life, being inadequate to deposition in sanitary landfills because they do not compact, which contributes to the creation of vectors of diseases, as well as they can offer great fire risks, with serious environmental impact. The method of recycling tires, used nowadays, demands a high amount of energy, besides consuming volatile products of high toxicity, like solvents. This work aims to use the tire rubber residue, avoiding methods that damage the environment, using only the grind process through the mechanical method, lumping together the rubber particles and polyurethane resin of vegetable origin. This polymer comes from a renewable natural resource, providing physical and mechanical characteristics for the compound material, which make viable the production of several components used in civil construction, and minimize the impact caused by the environmental passive caused by the scrap tires. Key words: Tire, Rubber, Recycling, Residues, Polyurethane Resin 3699