III-078 - REVALORIZAÇÃO DE RESÍDUOS PLÁSTICOS Adriane Lawisch Rodríguez (1) Engenheira Química pela Escola de Engenharia da PUCRS. Mestre em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela Escola de Engenharia da UFRGS, Doutora em Engenharia pela Universidade Tecnológica de Berlim, Alemanha, Professora do Departamento de Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul, UNISC. Diosnel A. Rodríguez Lopez Engenheiro de Minas pela Escola de Engenharia da UFMG. Mestre em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela Escola de Engenharia da UFRGS, Doutor em Engenharia pela Universidade Tecnológica de Berlim, Alemanha, Professor do Departamento de Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul, UNISC. Cláudia Mendes Mählmann Física pela Universidade de Santa Cruz do Sul. Mestre em Física pela UFSC, Doutoranda em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais pela Escola de Engenharia da UFRGS (PPGEM), Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul, UNISC. Liane Mählmann Kipper Física pela Universidade de Santa Cruz do Sul. Mestre em Física pela UFSC, Doutoranda em Engenharia de Produção pela UFSC, Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul, UNISC. Rafael Engel Acadêmico do Curso de Engenharia de Produção, Bolsista de Iniciação Científica, Universidade de Santa Cruz do Sul, UNISC. Endereço (1) : Av. Independência, 2293, Santa Cruz do Sul, RS - CEP: 96815-000 - Brasil - Tel: (51) 37177515 - email: adriane@unisc.br RESUMO A composição física do lixo doméstico é composta de plásticos com características bem diferentes. As poliolefinas são normalmente as principais componentes do lixo plástico urbano. No lixo urbano de Santa Cruz do Sul elas compõem 64,44% do lixo. É previsível considerar também, que um aumento do consumo de produtos plásticos terá como conseqüência um aumento na geração de resíduos deste material, e, por conseguinte, um agravo no problema da destinação do lixo urbano. Um dos problemas da reciclagem de plásticos é a incompatibilidade existente na mistura de algumas resinas, neste caso Polietileno e Polipropileno. Neste sentido, trabalhos que envolvem misturas tornam-se interessantes, e importantes. Estudos sobre formas de revalorização dos resíduos passam a ser relevantes, na medida em que podem contribuir para a solução deste problema e para a minimização do impacto ambiental. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento de blendas obtidas entre Polietileno de Alta Densidade (PEAD) e Polipropileno (PP) elaboradas com plástico pós-consumo a fim de propor novos produtos. Nas composições amostras avaliadas, embora tenham ocorrido algumas variações nas propriedades mecânicas, o material obtido apresenta condições de ser re-introdução na cadeia de produção. PALAVRAS-CHAVE: Resíduos plásticos, revalorização, reciclagem. INTRODUÇÃO Durante a última década, vários estudos têm sido realizados a respeito das propriedades mecânicas dos materiais plásticos reciclados, principalmente sobre a mistura de alguns deles. Em especial, o fato de as misturas propiciarem a possibilidade da combinação das propriedades de cada plástico individualmente, formando assim um produto com novas características tem sido bastante explorado. Outra importante razão para o interesse na utilização de uma mistura de plásticos na fabricação de produtos com boa qualidade está na dificuldade e custo relacionados às etapas de separação dos vários tipos de plásticos na etapa da coleta e separação dos resíduos sólidos. (BERTIN, 2002; FEARON, 2003; SOUZA, 2002) O produto obtido com o material reciclado, o qual servirá de matéria prima na fabricação de novos artefatos, deverá conservar ao máximo suas propriedades básicas. Outro fator que deve ser levado em consideração é que as propriedades dos materiais plásticos se modificam no decorrer do tempo como resultado de algumas ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
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 consequência dos vários tipos de ataques físicos e/ou químicos a que o material está sujeito durante o processamento ou uso final dos artigos. (RABELLO, 2000) Segundo REMÉDIO et al. (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 predominante em relação à cisão da cadeia molecular do polímero. Os polietilenos podem ser divididos em três tipos, quais sejam polietileno de alta, média e baixa densidade, onde os mais empregados são os de alta e baixa densidade. Pode ser processado por extrusão, sopro ou injeção. O polietileno de alta densidade, PEAD, tem como principais propriedades: baixa reatividade química, dureza e boa resistência mecânica. Este material é utilizado em diferentes segmentos da indústria de transformação de plásticos, podendo ser processado por sopro, extrusão e injeção. (COUTINHO, 2003) Atualmente, estão sendo desenvolvidas blendas poliméricas porque raramente obtém-se, em um único polímero, todas as propriedades necessárias para a aplicação final da maioria dos produtos e, como por meio das blendas poliméricas é possível melhorar o desempenho do artefato e, em alguns casos, até mesmo reduzir custos, isso se torna extremamente importante. (Rossini, 2003) Além destes, a blendagem se apresenta como uma forma importante de reutilização das misturas de polímeros, pois evita a dificuldade encontrada na separação dos polímeros nos processos convencionais. O projeto de pesquisa contou com o apoio da FAPERGS, da SCT-RS através do PMTVRP e da UNISC. MATERIAIS E MÉTODOS As amostras estão subdividas em dois grupos, quais sejam G1: amostras pós consumo e GII : amostras de resíduo industrial (pré-consumo). As resinas virgens e recicladas foram processadas separadamente e preparadas as blendas conforme indicado na tabela 1. O material pós consumo foi obtido de frascos de cremes, detergentes e produtos para limpeza produzidos em Polietileno de alta densidade (PEAD) e, garrafas de água mineral produzidas em Polipropileno (PP). As resinas virgens foram Polietileno de Alta Densidade (PEAD - ES300 da marca Ipiranga e o Polipropileno (PP) H503 da marca OPP. Tabela 1: Codificação e formulação das amostras do grupo I CÓDIGO DAS MISTURAS FORMULAÇÃO 100 PEAD 100% PEAD Virgem (ES300) 75/25 75% PEAD Virgem + 25% PP Virgem 50/50 50% PEAD Virgem + 50% PP Virgem 25/75 25% PEAD Virgem + 75% PP Virgem 100 PP 100% PP Virgem (H503) 100 PEAD rec 100% PEAD Reciclado 75/25 rec 75% PEAD Reciclado + 25% PP Reciclado 50/50 rec 50% PEAD Reciclado + 50% PP Reciclado 25/75 rec 25% PEAD Reciclado + 75% PP Reciclado 100 PP rec 100% PP Reciclado As blendas foram extrudadas na extrusora SEIBT ES-35 F-R e após a extrusão, os pelets foram injetados na Injetora HIMACO para a confecção dos corpos-de-prova para os ensaios de tração e compressão na máquina de ensaios universal EMIC. Todas as amostras, descritas e especificadas no quadro anterior, foram misturas separadamente e extrudadas na extrusora SEIBT de rosca simples para a efetiva confecção das blendas e, após picotadas para dar origem aos peletes que serão utilizados na confecção dos corpos-de-prova (CP) para os ensaios. Foram confeccionados CP, em uma injetora HIMACO LHS 130/400, sendo que esta apresenta uma matriz com formato do CP segundo a norma ASTM D638 com dimensões e forma de gravata, onde os mesmos são submetidos a uma força de tração uniaxial que tende a esticá-lo ou alongá-lo. Já para o ensaio de flexão o CP tem o formato de retângulo, segundo a norma DIN 53452. Para a determinação do índice de fluidez foi utilizado o equipamento MELT FLOW JR marca CEAST, seguindo a norma ASTM D1238 método A, condição N com carga de 10.000 gramas, tempo de corte de trinta segundos e temperatura de 190 C. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
O outro grupo de amostras, grupo II, foi preparado com o intuito de observar a possibilidade de utilização de rebarbas de PEAD em uma empresa de fabricação brinquedos. Inicialmente foi preparada a amostra com: resina virgem e adição do pigmento amarelo, numa proporção de 2% em relação ao peso. Esta amostra foi colocada na extrusora-sopradora para a produção da peça garfo para tricículo de onde teve origem às rebarbas de primeiro ciclo utilizadas posteriormente para reprocessamento até o terceiro ciclo. Após a confecção da peça no molde com extração manual, a rebarba é separada da peça pronta e então picotada em moinho de facas. Após é recolocada no processo, dando assim, início ao segundo ciclo que repete os mesmos parâmetros de temperatura e ciclo da máquina. O mesmo acontece ao final do segundo ciclo, onde a rebarba, novamente moída, dá início ao terceiro ciclo. RESULTADOS AMOSTRAS DO GRUPO I Blendas PEAD:PP Os resultados do ensaio de tração das amostras com resina virgem encontram-se na tabela 2. Observa-se um aumento do Módulo de Elasticidade das amostras conforme o aumento do percentual de PP na matriz de PEAD, exceto nas formulações 25/75 PEAD/PP virgem e 50/50 PEAD/PP reciclado. Tabela 2 Resultados do Ensaio de Tração: Amostras com resina virgem. 100 PEAD 75/25 50/50 25/75 100 PP Mód. Elastic. [Mpa] 1.018 1.038 1.147 1.121 1.196 Força Ruptura [N] 543,7 536,0 965,1 1.007 706,4 Força Máxima [N] 1.109 1.139 1.217 1.264 1.372 Nas tabelas 3 e 4 são apresentados os resultados do ensaio de tração para as amostras com material pós consumo nas proporções apresentadas na tabela 1. Tabela 3 Resultados do Ensaio de Tração: Amostras com material pós-consumo. 100 PEAD rec 75/25 rec 50/50 rec 25/75 rec 100 PP rec Mód. Elastic. [MPa] 939,8 1.102 1.021 1.060 1.125 Força Ruptura [N] 623,8 1.048 833,0 602,7 1.368 Força Máxima [N] 1.059 1.303 1.222 1.164 1.387 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
Tabela 4 Resultados do Ensaio de Flexão: Amostras com material pós-consumo. 100 PEAD rec 75/25 rec 50/50 rec 25/75 rec 100 PP rec Força Colapso [N] 42,35 53,44 59,15 68,25 75,95 Deformação Colapso [mm] 14,57 13,25 14,37 14,69 15,25 Def. Específica Colapso [%] 4,097 3,726 4,042 4,131 4,290 Tensão Colapso [MPa] 22,59 28,56 31,55 36,40 40,51 Tabela 4 Resultados do índice de fluidez: Amostras com material pós-consumo. Índice de Fluidez [g/10min] 100 PEAD 75/25 50/50 25/75 100 PP Resinas virgens Pós Consumo 0,1778 0,2938 0,7916 0,8016 2,969 0,6143 0,9020 1,3341 1,7633 1,9290 AMOSTRAS DO GRUPO II A avaliação da variação do índice de fluidez em função do número de ciclos de reprocessamento apresentou um aumento no índice com o número de ciclos. A figura 1 abaixo apresenta a representação gráfica deste comportamento. Resultados Índice de Fluidez (g/10 min) 6,3 6,2 6,1 6 5,9 5,8 5,7 0 1 2 3 N de Processamentos Figura 1: Gráfico do Índice de Fluidez em função dos reprocessamentos. Analisando os resultados da determinação do índice de fluidez, observa-se que há um aumento da fluidez do material no decorrer dos reprocessamentos das rebarbas. Este aumento do índice de fluidez sugere que o material está ficando menos viscoso e com menor peso molecular, caracterizando, segundo Remédio 1999, uma degradação por cisão na cadeia molecular do polímero. Os resultados da avaliação do índice de fluidez em função da quantidade de rebarba no processamento do terceiro ciclo mostraram um aumento em função da quantidade de material de rebarba adicionado. O percentual de rebarba variou entre 50, 70 e 80% e os resultados foram respectivamente 6,01; 6,145 e 6,207 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
g/10 min. Este comportamento de aumento da fluidez do material no decorrer dos reprocessamentos das rebarbas remete a uma possível alteração no material em especial, no seu peso molecular, caracterizando, segundo Remédio 1999, uma predominância da degradação por cisão na cadeia molecular do polímero. Em trabalhos desenvolvidos por Wolters (1997) o número de ciclos para reprocessamentos sem comprometimento das características fundamentais do material ficou em torno de 14. A partir deste ciclo ocorreu uma redução de aproximadamente 83% no índice de fluidez, porém até o 7 ciclo houve um aumento de aproximadamente 10% no índice de fluidez. CONSIDERACOES FINAIS A adição do polipropileno na matriz de polietileno de alta densidade resultou um aumento no módulo de elasticidade bem como, na força máxima da mistura. Nas composições amostras avaliadas, embora tenham ocorrido algumas variações nas propriedades mecânicas, o material obtido apresenta condições de ser reintrodução na cadeia de produção. As rebarbas de PEAD podem ser reutilizadas no processo de moldagem de plásticos por sopro, pois, foi verificado que até três ciclos de reutilização, o material não apresentou alterações significativas nas propriedades físico-químicas e mecânicas, o que demonstra que as rebarbas decorrentes dos reprocessamentos pode ser utilizada na fabricação de novos produtos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BERTIN, S.; ROBIN, J.J. Study and characterization of virgin and recycled LDPE/PP blends. European Polymer Journal, n. 38, 2002. 2. FEARON, P. K.; PHEASE, T. L., BILLINGHAM, N. C.; BIGGER, S. W. A new approach to quantitatively assessing the effects of polymer additives. Polymer, n. 43, 2002 3. SOUZA, A. M. and DEMARQUETTE, N.R. Influence of composition on linear viscoelastic behaviour and morpholoogy of PP/HDPE blends. Polymer, n. 43, 2002 4. Rabello, M. Aditivação de Polímeros. São Paulo: Editora Artliber, 2000. 5. 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, vol. 9, p. 177-183, 1999. 6. Coutinho, F. M. B.; Mello, I. L.; Santa Maria, L. C. Polietilenos: principais tipo, propriedades e aplicações. Polímeros, vol.13, p. 01-13, 2003 7. Rossini, E. L. Obtenção da Blenda Polimérica PET/PP/PE a partir de garrafas PET e Estudo das Modificações Provocadas pela Radiação Ionizante. Exame de Qualificação para Doutorado (USP) -São Paulo, 2003. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5