III-077 - REVALORIZAÇÃO DE RESÍDUOS PLÁSTICOS DA INDÚSTRIA DE TABACO Cláudia Mendes Mählmann (1) 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. Adriane Lawisch Rodríguez Engenheira Química pela Escola de Engenharia da PUCRS. Mestre em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais pela Escola de Engenharia da UFRGS (PPGEM), 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 de Minas, Metalúrgica e de Materiais pela Escola de Engenharia da UFRGS (PPGEMM), 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. 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. Marquion Vaz Acadêmico do Curso de Engenharia Ambiental, 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: mclaudia@unisc.br RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade de revalorização de resíduos plásticos da indústria fumageira, presente em grande número na região de abrangência da Universidade de Santa Cruz do Sul. Este é um estudo de inovação tecnológica que busca aumentar o uso de polietileno e polipropileno pós-consumo através de aplicações distintas daquelas que hoje existem para estes materiais. O polipropileno PP pósconsumo utilizado foi oriundo das embalagens de carteiras de cigarro e o polietileno PE oriundo de filme de proteção de embalagens de papelão. Os corpos de prova foram preparados em uma extrusora de rosca simples e subdividos em dois grupos, grupo I mistura de polietilieno virgem e reciclado (pós consumo) e grupo II blendas de PP:PE. Misturas com resina virgem também foram avaliadas com o intuito de comparar possíveis alterações. Os ensaios de tração realizados mostram que a adição de PP na matriz de PE altera as propriedades da mistura uma vez que o módulo de elasticidade sofreu um aumento em relação ao PE. O material obtido apresenta boas propriedades mecânicas; ensaios com a adição de aditivos deverão ainda ser realizados.os resultados demonstraram que, em função da pouca alteração nas qualidades do material obtido, existe a possibilidade de reutilização de blendas polietileno e polipropileno na fabricação de novos produtos. PALAVRAS-CHAVE: Resíduos plásticos, revalorização, reciclagem. INTRODUÇÃO A relação entre resíduos e a problemática ambiental torna-se mais visível quando se trata de resíduos sólidos, considerando que o seu grau de dispersão é bem menor que os dos líquidos e gasosos (DEMAJOROVIC, 1995). 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. 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. A obtenção de novos produtos a partir de material pós-consumo também pode ser considerada uma atividade econômica que venha a trazer benefícios às empresas através de ganhos econômicos e redução de custos. Nesse contexto, estudos sobre o reaproveitamento dos resíduos plásticos tornam-se cada vez mais relevantes. Assim, o desenvolvimento de novos materiais poliméricos com propriedades adequadas vem sendo ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
intensificado nos últimos tempos. Um dos principais objetivos destes estudos é proporcionar boas propriedades mecânicas através da blendagem para as misturas de polímeros (HALIMATUDAHLIANA, 2002, GARCIA, 2001). Esta forma de reutilização das misturas de polímeros é bastante atrativa, pois evita a dificuldade encontrada na separação dos polímeros nos processos convencionais. A blendagem de polímeros pode gerar novos materiais com propriedades únicas.(mustafa, 2000, BERTIN, 2002, WANG, 2003, FEARON, 2002) Um dos primeiros objetivos da blendagem dos polímeros é o aumento da resistência ao impacto, a estabilidade dimensional, da resistência à tração, e melhorias no processamento destas misturas. Um problema técnico associado ao lixo plástico é a sua composição heterogênea. Segundo Mustafa (2000), a maioria dos polímeros é termodinamicamente imiscíveis. A blendagem destes componentes leva à formação de compostos bifásicos ou a morfologias multifásicas. Em função do exposto acima, a realização de estudos que avaliem as propriedades do material obtido a partir de resíduos plásticos e em especial, para misturas destes, se faz necessária para garantir a re-introdução no processo de produção de novos artefatos com qualidade. O projeto de pesquisa contou com o apoio da FAPERGS, SCT-RS através do PMTVRP e da UNISC. MATERIAIS E MÉTODOS A matéria-prima (resíduo plástico) utilizada foi de material oriundo de refugos da produção de carteiras de cigarro (invólucros de Polipropileno) e do filme que recobre as embalagens maiores de papelão (filme de Polietilieno). Estes dois tipos de plásticos foram escolhidos uma vez que se encontram em grande quantidade no resíduo gerado no município de Santa Cruz do Sul. O material, o mesmo foi moído (Moinho Mecanofar 300) e aglutinado separadamente (Aglutinador RS). Este resíduo apresenta um elevado grau de limpeza não necessitando assim da etapa de lavagem. Ap'os o material extrusado para a produção de pelets (extrusora da marca Seibt, mod. ES-25, série AB 56/01, 4CV). Afigura 1 mostra a as etapas de preparação das amostras. MOAGEM AGLUTINAÇÃO EXTRUSÃO INJEÇÃO Figura 1 Etapas da preparação das amostras. As temperaturas usadas nas zonas de aquecimento da extrusora foram de: 90 C, 155 C e 220 C. A partir dos pelets foram elaborados corpos de prova para a avaliação da qualidade do material. As blendas obtidas foram caracterizadas a partir de ensaios mecânicos, tração e flexão (Máquina de Ensaios Universal-EMIC) possibilitando a realização de análises comparativas entre as amostras considerando as diferentes composições. Inicialmente foram elaboradas amostras com polietileno virgem e pós-consumo, com os teores de 0, 50, 65, 80 e 100% de material pós consumo, para verificar o comportamento de um só tipo de plástico. Após foi realizada a avaliação do comportamento de uma blenda com percentual em peso de PE em 90% e de PP de 10%; amostras com resina virgem foram também preparadas na mesma proporção que aquelas com material reciclado para avaliar alterações nas propriedades. Para a produção das amostras foram utilizados os laboratórios: Pesquisa em Reciclagem e, a Planta Piloto em Reciclagem Mecânica de Plásticos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
RESULTADOS Misturas de Plástico Virgem e Pós-Consumo Os resultados do ensaio de dureza encontram-se na Tabela 2. Tabela 2: Resultados da densidade. Densidade [g/cm 3 ] 100:0 0,9126 50:50 0,9204 35:65 0,9168 20:80 0,9192 0:100 0,9201 Pode-se perceber através dos resultados obtidos que a densidade das misturas não apresentaram diferença significativa quando comparados com o material 100% virgem e 100% reciclado. Assim sendo, a adição de material reciclado (pós-consumo) não alterou o valor da densidade das amostras. Na Tabela 3 estão os resultados do módulo de elasticidade e da força na ruptura encontrados para cada amostra analisada no ensaio de tração. Tabela 3: Resultados obtidos do ensaio de tração. Módulo de Elasticidade [MPa] 100:0 262,14 643,04 50:50 262,82 698,35 35:65 262,53 694,33 20:80 266,26 699,72 0:100 271,06 701,78 Para as amostras estudadas não foi observada uma variação significativa tanto no módulo de elasticidade quanto na força de ruptura o que possibilita a reutilização do material pós-consumo na obtenção de produtos de qualidade a partir de material reciclado. A média dos resultados dos ensaios de dureza encontra-se na Tabela 4. Tabela 4: Resultados do teste de dureza. Dureza Shore D 100:0 84,08 50:50 83,22 35:65 83,78 20:80 84,16 0:100 84,38 Os valores de dureza encontrados mostram que o Polipropileno apresenta uma maior dureza que o Polietileno, sendo mais resistente superficialmente. Pode-se observar que os valores encontrados para as misturas não variaram muito. Conforme Garcia et al. (1999), os resultados fornecidos pela medida de dureza podem variar em função de tratamentos térmicos, termoquímicos, entre outros sofridos pela peça. O índice de fluidez foi realizado tanto para as amostra após a extrusão quanto para as amostras após a injeção conforme apresentado nas Tabelas 5 e 6, respectivamente. Realizou-se também o índice de fluidez para o PEBD virgem (Pellets sem processamento) onde foi encontrado um valor de 5,0824g/10min. Ressalta-se que um maior índice de fluidez representa uma maior facilidade de escoamento. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
Tabela 6: Resultados do índice de fluidez após a extrusão. Virgem:Reciclado [%] Após a extrusão IF [230 C /2,16g] Após a Injeção IF [230 C /2,16g] 100:0 11,5096 10,0904 50:50 7,8544 5,9136 35:65 5,9928 5,2712 20:80 6,302 4,7964 0:100 5,37 4,2584 Após a injeção sua fluidez diminuiu, podendo estar relacionado com sua cristalinidade. Na tabela 7 são apresentados os resultados dos ensaios realizados nas amostras de polietileno e polipropileno sem a realização de mistura. Tabela 7: Resultados dos ensaios nas amostras antes da mistura. Amostras Módulo de Elasticidade [MPa] PP reciclado 929,99 1213,12 PP virgem 739,84 1117,99 PE reciclado 701,78 271,06 PE virgem 643,04 262,14 Na tabela 8 estão os resultados do módulo de elasticidade e da força na ruptura encontrados no ensaio de tração. Tabela 8: Resultados obtidos do ensaio de tração. Amostras [PE%: PP%] Módulo de Elasticidade [MPa] 90:10 virgem 398,36 646,08 90:10 virgem + compatiblizante 615,29 555,66 90:10 reciclado 308,82 669,32 90:10 reciclado + compatiblizante 392,77 615,38 Pode ser observado que os valores do módulo de elasticidade da mistura PE/PP 90/10 de resina virgem apresenta valores intermediários aos das respectivas resinas virgens, apresentadas na tabela 9 (maior que o do PP e menor que a do PE). A mesma observação pode ser feita para a força de ruptura. Isto se explica pela falta de total compatibilidade entre os dois polímeros utilizados para a confecção das blendas (PP e PE são polímeros imiscíveis). A incompatibilidade entre os dois polímeros normalmente afeta, entre outros, a força de interação entre os polímeros, o que por sua vez, se reflete diretamente sobre o módulo de elasticidade do material. Segundo Garcia (2000), o módulo de elasticidade é uma medida das forças de interação entre as moléculas do sólido. Quanto maior for esta força, maior o módulo de elasticidade do material. A adição do compatibilizante EPM sobre a mistura PE/PP 90/10 de material virgem tem um efeito positivo sobre as propriedades da blenda. O módulo de elasticidade desta mistura aumentou, o que indica que uma melhoria na compatibilidade e na interação entre as moléculas dos dois polímeros utilizados. A redução da força de ruptura pode indicar de que o EPM está atuando como um auxiliar de fluxo, reduzindo a rigidez da blenda produzida. No caso de blendas produzidas com material reciclado PE/PP 90/10, o módulo de elasticidade é menor que as das blendas feitas com material virgem. Este resultado pode ser atribuído à menor força de interação entre as moléculas das resinas recicladas. A força de ruptura apresentou um valor superior ao obtido com blendas de material virgem, isto pode ser explicado com o aumento de rigidez experimentado pelos polímeros da blenda com conseqüência do reprocessamento das mesmas durante a sua reciclagem. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
A determinação do índice de fluidez foi realizada para as amostras antes e após seu reprocessamento por injeção, na tabela 9 são apresentados os resultados antes da injeção e após a injeção. Onde se verifica que os resultados do índice de fluidez foram menores após a injeção das amostras, sugerindo a ocorrência de degradação do material por reticulação, predominante em relação à cisão da cadeia molecular do polímero. Através dos resultados do índice de fluidez pode-se perceber que, com a injeção, ocorre uma diminuição do índice de fluidez nas amostras foi ter submetido-as a mais um reprocesso. Tabela 9: Resultado do índice de fluidez após a extrusão e injeção. Amostras Índice de Fluidez/ antes da Índice de Fluidez/ após injeção PE%:PP% extrusão [g/10min] [g/10min] 90:10 virgem 10,022 5,242 90:10 reciclado 5,413 4,604 CONSIDERAÇÕES FINAIS A reciclagem e o processamento de misturas de plásticos têm sido realizados com sucesso, mas o comprometimento das propriedades mecânicas e, os baixos preços dos produtos obtidos a partir desse são os principais limitadores para esta atividade. Uma das principais tendências no desenvolvimento de materiais poliméricos, com o intuito de proporcionar a estes boas propriedades mecânicas é através da blendagem. Esta forma de reutilização das misturas é bastante atrativa, pois evita a dificuldade encontrada na separação dos polímeros nos processos convencionais. A blendagem de polímeros pode gerar novos materiais com propriedades únicas. No presente trabalho, a reutilização do resíduo oriundo dos envólucros das carteiras de cigarro e das embalagens de papelão mostrou-se possível uma vez que não ocorreram variações expressivas nas propriedades do material obtido. A adição de um compatibilizante foi avaliada tanto nas misturas com resina virgem quanto para aquelas com plástico pós-consumo. Os ensaios de tração realizados mostram que a adição de PP na matriz de PE altera as propriedades da mistura uma vez que o módulo de elasticidade sofreu um aumento em relação ao PE permanecendo, porém, dentro de um limite possível para a fabricação de produtos plásticos. A adição de um compatibilizante acarretou um aumento no módulo de elasticidade em ambos os casos estudados, amostras com resina virgem e com reciclado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. DEMAJOROVIC, J. Da política tradicional do tratamento do lixo à política de gestão de resíduos sólidos. Empresas. São Paulo, v. 35, nº 3, 1995. 2. HALIMATUDAHLIANA, H.; NASIR, M. The effect of varius compatibilizers on mechanical properties of polystyrene/polypropylene blend. Polymer Testing, n. 21, p. 163-170, 2002. 3. GARCIA, J.I. Eguiazabal, J., Nazabal Effects of mixing time on phase structure and mechanical properties of Pol(yethylene terephthalate)/polycarbonate Blends. Journal of Applied Polyner Science, Vol. 81, 121-127, (2001). 4. MUSTAFA, S et all, Polypropylene/Polystyrene Blends Preliminary Studies for Compatibilization by aromatic-grafted polypropylene. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 82, 428-434 (2001). 5. BERTIN, S.;ROBIN, J.J. Study and characterization of virgin and recycled LDPE/PP blends. European Polymer Journal, n. 38, 2002. 6. WANG, Y. et al. The morphology and mechanical properties of dynamic packing injection molded PP/PS blends. Polymer 44, 1469-1480, 2003. 7. FEARON, P. K. Et all. A new approach to quantitatively assessing the effects of polymer additives. Polymer, n. 43, p. 4611-4618, 2002. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5