ENG 02298 TRABALHO DE DIPLOMAO

ESTUDO DA INFLUNCIA DA NATUREZA DAS CARGAS NAS PROPRIEDADES DA MADEIRA PLSTICA

Giuliana Alves do Amaral 130657

Ruth Marlene Campomanes Santana Professora Orientadora

Novembro de 2009.

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AGRADECIMENTOS

professora Ruth Marlene Campomanes Santana, por toda sua dedicao, seu empenho, sua prestatividade e sua colaborao no desenvolvimento deste projeto.

Ao LAPOL, pela oportunidade e disponibilidade de equipamentos e pessoal.

A minha famlia, em especial a minha me, que me ajudou na coleta e limpeza dos materiais reciclveis utilizados no trabalho e por toda sua ajuda, compreenso e apoio nas horas necessrias.

Ao meu namorado, Pablo, por ser to compreensivo e amigo, e por me acompanhar em muitos sbados nas minhas idas UFRGS, para que este trabalho pudesse ser concludo.

Aos colaboradores do LAPOL: Leonardo Bento, Eduardo Bubicz e Mauro Silveira, pelo apoio prestado em diversos momentos.

Ao LACOR, por disponibilizar seus equipamentos.

UFRGS, por todos estes anos de ensino pblico, gratuito e de qualidade.

Enfim, a todos que me apoiaram e me deram condies de chegar ao fim desta jornada.

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RESUMO

Este trabalho trata da produo de madeira plstica a partir de dois tipos de resduos slidos: plsticos ps-consumo e resduos oriundos da agro-indstria, neste caso, casca de arroz (CA). Esta madeira plstica foi fabricada a partir de termoplsticos ps-consumo, neste caso: polietileno de alta densidade (PEAD), polipropileno (PP) e politereftalato de etileno (PET), e de farinha de casca de arroz (CA).

O objetivo deste trabalho desenvolver compsitos termoplsticos a partir da utilizao de PEAD e PP ps-consumo como matriz polimrica, e de flakes de PET ps-consumo e CA como carga (ou reforo) que possua propriedades superiores s da madeira convencional, tais como excelente propriedade de barreira (absoro de gua), e desempenhos trmico e mecnico.

Para produzir esta madeira plstica foram coletados polmeros termoplsticos originrios basicamente de lixo urbano domstico e utilizou-se CA proveniente do resduo da agro-indstria de arroz. Os resduos plsticos foram pr-modos, limpos, secos e modos novamente na forma de flakes. A CA foi moda na forma de p, seguidamente passou por um sistema de peneiras, sendo selecionada a granulometria de 0,5mm a 1,0mm. Foram extrudadas sete formulaes de compsitos termoplsticos na forma de pellets, cuja proporo mssica poliolefina/carga era de 60/40 e 70/30. Finalmente foram moldados os corpos de prova do material compsito atravs de moldagem por compresso trmica, para realizar os testes de avaliao das propriedades fsicas, mecnicas e trmicas.

Resultados deste trabalho mostraram que a madeira plstica que apresentou melhor desempenho mecnico, estabilidade trmica e baixa absoro de gua foi a que continha PEAD como matriz e PET como carga.

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SUMRIO

1 INTRODUO........................................................................................................6 2 OBJETIVOS............................................................................................................8

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL.............................................................................8 2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.....................................................................8

3 REVISO BIBLIOGRFICA...................................................................................9 3.1 RECICLAGEM DE TERMOPLSTICOS..................................................9 3.1.1 Definio.....................................................................................9 3.1.2 Etapas.......................................................................................11 3.1.3 Classificao.............................................................................12 3.1.4 Importncia................................................................................18 3.2 MADEIRA PLSTICA: COMPSITO TERMOPLSTICO......................19 3.3 MATRIZES TERMOPLSTICAS............................................................22 3.3.1 Definio...................................................................................22 3.3.2 Classificao.............................................................................23 3.3.2.1 PP................................................................................24 3.3.2.2 PEAD...........................................................................25 3.4 CARGAS.................................................................................................27 3.4.1 CASCA DE ARROZ...................................................................28 3.4.1.1 Definio......................................................................28 3.4.1.2 Composio.................................................................28 3.4.1.3 Produo......................................................................29 3.4.1.4 Reciclagem..................................................................30 3.4.2 PET............................................................................................31 3.4.2.1 Histrico.......................................................................31 3.4.2.2 Definio......................................................................31 3.4.2.3 Morfologia....................................................................33 3.4.2.4 Produo.....................................................................33 3.4.2.5 Reciclagem..................................................................33 3.4.2.6 Aplicaes do PET reciclado.......................................34

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3.5 COMPSITOS TERMOPLSTICOS......................................................36 3.5.1 Definio....................................................................................36 3.5.2 Fase matriz e fase dispersa......................................................37 3.5.3 Tipos de processamento...........................................................37 3.5.3.1 Moldagem por compresso trmica.............................37 3.5.3.2 Extruso.......................................................................39 4 MATERIAIS E MTODOS....................................................................................41 4.1 MATERIAIS.............................................................................................41 4.2 CARACTERIZAO...............................................................................42 4.3 PROCESSAMENTO...............................................................................42 5 RESULTADOS E DISCUSSES..........................................................................47 5.1 PROPRIEDADES FSICAS.....................................................................47 5.1.1 Densidade.................................................................................47 5.1.2 Teor de Vazios..........................................................................49 5.1.3 Absoro de gua.....................................................................50

5.2 PROPRIEDADES TRMICAS................................................................53 5.2.1 DSC (Calorimetria Exploratria Diferencial)..............................53 5.2.2 TGA (Anlise Termogravimtrica).............................................54 5.2.3 DTG (Termogravimetria Derivativa)...........................................55

5.3 PROPRIEDADES MECNICAS.............................................................58 5.3.1 Dureza.......................................................................................58 5.3.2 Resistncia ao Impacto.............................................................61 6 CONCLUSES.....................................................................................................63 7 SUGESTES PARA FUTUROS TRABALHOS....................................................65 8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.....................................................................66

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1. INTRODUO

A tecnologia de produo de madeira plstica surgiu h alguns anos atravs do uso de resinas termofixas, como uria e fenol, na fabricao de painis MDF. Nas dcadas de 70 e 80 ocorreram avanos atravs da indstria automobilstica, com o emprego de PP com farinha de madeira [Clemons, 2002]. Atualmente so feitos vrios estudos com o intuito de desenvolver um material compsito que possua melhores propriedades e que utilize polmeros termoplsticos na sua matriz e que tenha como reforo cargas inorgnicas, como por exemplo, a casca de arroz e a farinha de madeira.

Dados do Mercado Agrcola [2009] mostram que o Brasil o maior produtor e consumidor mundial de arroz fora do continente asitico, sendo responsvel pela exportao de mais de 330 mil toneladas de arroz por temporada. Segundo o IBGE [2006], o RS responsvel por aproximadamente 50% da produo nacional de arroz, chegando ao incrvel nmero de 6.408.555 toneladas por ano. Dados mostram que a produo de arroz no RS chegar a 7,9 milhes de toneladas neste ano, superando em 7,4% o ciclo anterior [FAEG, 2009]. Dentro deste contexto, a casca de arroz representa o maior volume entre os subprodutos obtidos durante o beneficiamento do arroz, chegando, em mdia, a 22%. Deste total, apenas 50% podem ser utilizados como fonte de energia e/ou na produo de eletricidade, sendo o restante descartado, pois a casca do arroz apresenta o inconveniente de ter uma densidade muito baixa, o que dificulta o seu transporte (pelo alto volume que ocupa). Existem estudos comprovando que ela pode ser usada como carga na construo civil, porm sua utilizao como carga num composto de madeira plstica ainda no muito estudado.

Juntamente com o descarte de resduos agro-industriais, temos o descarte de grandes volumes de termoplsticos ps-consumo, os comoditties, provenientes de lixo urbano domstico. A maior parte destes resduos composta por poliolefinas, tais como PP e PEAD. Estudos indicam que cerca de 2.177,799 toneladas de plstico ps-consumo so acumuladas anualmente no Brasil, e apenas 17,2% do total reciclado [Parente, 2006]. Levando em considerao dados do Cempre

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[2004], temos que o PP e o PEAD, alm de outros plsticos com estrutura semelhante, somam 77% das embalagens plsticas que so produzidas no Brasil. Apesar de alguns desses nmeros parecerem pequenos ou longe do ideal, o Brasil possui um ndice positivo em comparao taxa europeia, superando, por exemplo, Portugal e Grcia, que tem ndices em torno de 5%. Estudos mostram que, no Rio Grande do Sul, o ndice de reciclagem ps-consumo de 27,6%; no Cear, 21,3%; no Rio de Janeiro, 18,6%; na Grande So Paulo, 15,8%; na Bahia, 9,4%; e em Minas Gerais, 5,6% [Cempre, 2004].

Um dos maiores viles da era moderna no que diz respeito a descarte de resduos o PET. Conforme dados da Plastivida [2009], sabe-se que o mercado da reciclagem de PET j movimenta R$ 1,083 bilho, quase metade da receita obtida com a resina virgem, de R$ 2,263 bilhes. Observando o grfico abaixo, pode-se analisar o ndice dos plsticos mais consumidos no Brasil.

Figura 1:ndice do consumo de resduos plsticos por tipo. Fonte: Plastivida, 2008.

Com o objetivo de reduzir este percentual altssimo de resduos, a reciclagem se apresenta como a alternativa mais promissora e vivel, trazendo inmeros benefcios, tanto para a sociedade quanto para o meio ambiente. Uma das reas que se mostra mais atrativa para a realizao da reciclagem de resduos termoplsticos ps-consumo e de resduos agro-industriais a produo de madeira plstica. Neste trabalho, o material compsito formado por PP e PEAD como matrizes termoplsticas e a casca de arroz e o PET fazem o papel de carga/reforo. Atravs disto pode-se avaliar propriedades importantes do compsito, tais como sua propriedade de barreira.

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2. OBJETIVOS

2.1) Objetivo principal:

Neste sentido, a pesquisa tem como objetivo desenvolver madeira plstica a partir da utilizao de PEAD e PP ps-consumo como matriz polimrica, e como carga (ou reforo), o PET ps-consumo e casca de arroz (CA) com propriedades superiores s da madeira convencional, tais como excelente propriedade de barreira (absoro de gua), estabilidade trmica e desempenho mecnico.

2.2) Objetivos especficos:

Diversos objetivos especficos norteiam o desenvolvimento deste trabalho, buscando sempre atingir o objetivo geral mencionado: a) Disseminar a utilizao de resduos plsticos comoditties; b) Disseminar a utilizao de resduos agroindustriais; c) Avaliar o desempenho das propriedades de barreira da madeira plstica; d) Avaliar o desempenho das propriedades mecnicas da madeira plstica; e) Avaliar o desempenho das propriedades trmicas e fsicas da madeira plstica.

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3. REVISO BIBLIOGRFICA

O desenvolvimento tecnolgico trouxe consigo a problemtica do aumento de descarte de resduos, sejam eles urbanos ou industriais. A gerao de resduos slidos urbanos possui trs aspectos a serem considerados: o seu volume crescente, em funo do crescimento populacional, urbanizao e introduo da cultura de produtos descartveis; a complexidade do resduo, devido ao desenvolvimento de novos materiais introduzidos no mercado, resultando em resduos sintticos nem sempre biodegradveis ou assimilveis pelo meio ambiente e que, muitas vezes, necessitam tratamento prvio at seu descarte final; poluio visual ou lixo visual, causado pelo crescente volume de resduos plsticos e a conseqente desvalorizao da rea onde os mesmos so depositados [Piva e Wiebeck, 2004]. Os resduos industriais representam um problema to ou mais grave do que os urbanos, pois a fiscalizao dos rgos ambientais, tais como o CONAMA, aumentou severamente, fazendo com que as grandes empresas e indstrias se preocupem muito mais com o destino que dado a estes resduos.

Tendo em vista os fatores acima descritos, uma das alternativas que tem se tornado mais vivel para estes resduos slidos, tanto econmica quanto social e ambientalmente, a reciclagem.

3.1) RECICLAGEM DE TERMOPLSTICOS:

3.1.1.) Definio:

Reciclar, de forma simplificada, consiste num processo de transformao de materiais, previamente separados, de forma a possibilitar sua recuperao. No Brasil so geradas, aproximadamente, 500 mil toneladas por ano de resduos, dos quais cerca de 6% a 10% so de plsticos de origem urbana, industrial ou agrcola [Piva e Wiebeck, 2004].

De acordo com dados do CEMPRE [2008], o resduo slido urbano composto por 52% de material orgnico, 26% de papel/papelo e cerca de 6% de

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plstico. No entanto, esse pequeno percentual no condiz com o aspecto visual extremamente negativo que o seu volume aparente representa. A figura abaixo diz respeito coleta seletiva realizada no Brasil no ano de 2008 de acordo com dados do CEMPRE:

Figura 2: Composio da coleta seletiva realizada no Brasil em 2008. Fonte: CEMPRE, 2008.

Ainda no que diz respeito coleta seletiva, at o ano de 2008 somente 7% dos municpios brasileiros possuam esse sistema [Plastivida, 2008]. A figura abaixo mostra o avano da coleta seletiva no Brasil:

Figura 3: Municpios com coleta seletiva no Brasil. Fonte: Plastivida, 2008.

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Na Europa e nos EUA a reciclagem de resduos slidos uma prtica muito comum. Entretanto, no Brasil a forma mais comum de lidar com o problema de descarte ainda so os lixes. De acordo com dados do CEMPRE, recicla-se em torno de 8% dos resduos slidos descartados nos municpios brasileiros. Esse baixo nmero pode ser explicado pelo fato de apenas 451 cidades brasileiras, das 5 mil existente no pas, possurem coleta seletiva.

Um dos fatores mais importantes envolvendo a questo da reciclagem e que muitas vezes a torna desvantajosa em comparao com o plstico virgem a qualidade do material reciclado, que est ligada ao modo como o material foi coletado e tratado posteriormente. O custo de um projeto de reciclagem deve levar em considerao a coleta, o armazenamento, o transporte, o beneficiamento primrio do resduo e o eventual tratamento dos resduos gerados durante o prprio processo de reciclagem [Piva e Wiebeck, 2004].

3.1.2) Etapas:

3.1.2.1) Coleta:

A triagem a etapa inicial e mais importante. Consiste na separao dos plsticos do resduo recebido e a eliminao de contaminantes atravs de algumas tcnicas, tais como separao por diferena de densidade. Esta separao pode ser feita no local da reciclagem, no seu ponto de gerao ou nas usinas de triagem.

3.1.2.2) Identificao do plstico:

As resinas termoplsticas podem ser facilmente reconhecidas atravs de um cdigo usado no mundo todo. Este cdigo traz um nmero convencionado para cada polmero reciclvel impresso no rtulo do produto ou impressos na prpria pea. No Brasil, este cdigo foi alocado pela ABNT Associao Brasileira de Normas e Tcnicas, na norma NBR-13230. Este cdigo consiste, conforme a figura abaixo, em:

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1 Politereftalato de etila; 2 Polietileno de alta densidade; 3 Policloreto de vinila; 4 Polietileno de baixa densidade; 5 Polipropileno; 6 Poliestireno; 7 Outros.

Figura 4: Cdigos de identificao de polmeros convencionais. Fonte: http://www.cdcc.usp.br/exper/medio/quimica/9bpolimerosg.pdf.

Alm da identificao atravs deste cdigo, os plsticos podem ser identificados por meio de inmeros testes, tais como o teste de chama, o teste de densidade, teste de solubilidade, teste da luz polarizada, etc.

Uma maneira de realizar uma rpida identificao do produto atravs de anlise de superfcie, com a observao de caractersticas superficiais, desde o seu toque at a sua conformao. Por exemplo: atravs da observao da superfcie do polietileno percebemos que seu toque ceroso. J no que se refere dureza, o PE pode ser facilmente riscado com a unha, j o polipropileno no [Piva e Wiebeck, 2004].

3.1.3) Classificao:

A Sociedade Americana de Ensaios de Materiais (ASTM) normalizou uma diviso dos tipos de reciclagem de plsticos, de modo a uniformizar conceitos. Essa

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diviso engloba [Zanin e Mancini, 2004]:

3.1.3.1) Reciclagem Primria:

Quando a matria-prima de fonte absolutamente confivel e limpa, como no caso de resduos da indstria e plsticos. O processo usado envolve seleo de resduos, moagem (aps isso o material adquire o formato de floco), lavagem, secagem e reprocessamento em equipamentos como extrusoras e injetoras. No caso de filmes plsticos, pode haver uma etapa extra de aglutinao, necessria para aumentar a densidade dos flocos e torna-los mais aptos ao processamento. O produto final o material reciclado com propriedades semelhantes resina virgem.

3.1.3.2) Reciclagem Secundria:

A matria-prima de resduos slidos urbanos e o processo tambm se baseia em seleo, moagem, lavagem, secagem e reprocessamento, incluindo aglutinao, no caso de filmes. A matria-prima da reciclagem secundria pode, eventualmente, ser um resduo industrial, porm, por definio, o produto final um material reciclado com propriedades finais inferiores resina virgem.

3.1.3.3) Reciclagem Terciria:

O processo usado para reciclar o plstico tem por base a despolimerizao, ou seja, no nvel qumico promovida a decomposio qumica controlada do material, tendo por produtos: oligmeros, monmeros e substncias de baixa massa molar, que posteriormente podero ser submetidos a novos processos de polimerizao, processamento, industrializao e utilizao.

3.1.3.4) Reciclagem Quaternria:

Quando o processo utilizado para reciclar o plstico tem por base sua combusto, visando ao aproveitamento de seu contedo energtico. Os produtos finais so a energia e a emisso gasosa, notadamente dixido de carbono, quando

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da sua combusto completa.

Dentro da diviso da ASTM est embutida uma outra que diz respeito ao processo de reciclagem que o plstico sofrer. Em razo dessa necessidade de mencionar o processo, difundiu-se outra classificao, que divide a reciclagem de plsticos em:

3.1.3.5) Reciclagem Mecnica:

O plstico passa por etapas de seleo, moagem, lavagem, aglutinao e reprocessamento, originando o grnulo ou uma pea de plstico reciclado. Pode envolver aditivao do polmero visando melhora de suas propriedades finais. Se as propriedades do reciclado sero ou no semelhantes s da resina virgem, depende de uma srie de fatores, como qualidade de cada etapa do processo e da matria-prima (resduos).

Desenvolveu-se relativamente bem nas ltimas dcadas e tem capacidade de recolocar no mercado consumidor grande quantidade de material plstico reciclado, pois utiliza equipamentos e processos semelhantes aos da indstria de plsticos.

Quando se fala em reciclagem de plsticos de resduos urbanos, quase sempre se trata de plsticos rgidos. Isso se deve, principalmente, ao fato de os plsticos em forma de filme provenientes de resduos urbanos se apresentarem, em sua maioria, sujos e contaminados, dificultando a etapa de limpeza. Assim, um grande problema na reciclagem de resduos plsticos urbanos na forma de filme o tratamento do efluente de lavagem.

A reciclagem de plsticos advindos de resduos urbanos pode ser complexa em razo das diferentes contaminaes presentes, que envolvem operaes desde separao, pr-lavagem, lavagem, enxge, moagem e secagem, cuidados com efluentes, etc. Isolado o plstico de interesse, inicia-se o reprocessamento propriamente dito: aglutinao, extruso, etc.

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A Figura 5 mostra um esquema do funcionamento da reciclagem mecnica de poliolefinas:

Figura 5: Esquema do funcionamento de reciclagem mecnica para poliolefinas. Fonte: Espndola; L. C., 2004.

Para que a reciclagem mecnica obtenha resultados satisfatrios seguem-se algumas etapas necessrias ao processo [Piva e Wiebeck, 2004]:

a) Separao: fundamental uma separao criteriosa por tipo de plstico para que haja um bom desempenho dentro de qualquer tipo de reciclagem. Uma pr-seleo pode ser feita pelo consumidor (descarte seletivo) ou por profissionais (catadores e funcionrios de centros de triagem). Alm do tipo, os resduos plsticos podem ainda estar separados por cor e/ou por produtos que as embalagens acondicionaram. Na reciclagem mecnica, a mistura de plsticos diferentes normalmente leva fabricao de um produto com propriedades mecnicas inferiores.

b) Moagem: Aps a seleo, os resduos a serem reciclados passam para a etapa de reduo de tamanho, em que normalmente empregam-se moinhos. O material modo, comumente chamado de floco (flake) deve ter tamanho e formato adequados para as etapas subseqentes do processo.

H vrios tipos de moinhos (bolas, martelos, facas), sendo que no ramo de

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reciclagem de plsticos o de facas o mais usado. O equipamento consiste de um compartimento com facas fixas (com o gume normalmente virado para cima) e mvel-giratrias (com o gume virado para baixo). Abaixo do sistema de facas h uma tela metlica que funciona como uma peneira. Os flocos menores passam e esto prontos para seguir o processo. Os flocos maiores so retidos e modos novamente at passarem pelos orifcios da tela.

A moagem uma etapa fundamental e relativamente custosa em termos de energia para a reciclagem. O grande problema dessa etapa a constante necessidade de paradas para trocas de facas que gastam o gume aps horas de trabalho contnuo. Algumas vezes necessrio que se realize a etapa de moagem duas vezes: a primeira moagem uniformiza o tamanho dos flocos, normalmente em pedaos relativamente grandes, como por exemplo, 3 cm de dimetro ou at maiores. A segunda moagem transforma os flocos grandes em pequenos, aptos a seguir o processo.

c) Lavagem: A limpeza dos flocos no deixa de ser uma separao. Seu objetivo separar os plsticos de outros materiais que facilmente se fixam a eles, como areia, papis, outros plsticos, terra e matria-orgnica. A finalidade obter um material livre de impurezas. Notadamente, em resduos slidos urbanos, em razo das muitas impurezas impregnadas, utilizam-se para a sua limpeza tcnicas de lavagem com agitao, produtos qumicos e ainda temperatura maior que a ambiente.

Normalmente ocorre em tanques, cujo percurso pode envolver dezenas de metros, mas tambm so comuns os sistemas menores. O tamanho depende da eficincia de lavagem requerida, do sistema de transporte, da existncia de agentes de lavagem, etc. Nos tanques de lavagem podem ser usadas solues de limpeza, de modo a auxiliar na remoo de impurezas. So usadas, geralmente, quando h muita matria-orgnica impregnada.

Um aspecto fundamental quando se fala na lavagem de plsticos ps-consumo para fins de reciclagem mecnica a gerao de efluentes lquidos. O emprego de temperatura e/ou agentes de limpeza um agravante para tornar a

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gua de lavagem mais poluda.

d) Enxge: S realizado quando se usam produtos qumicos, como sabes, detergentes, sodas custicas, etc. Tem a finalidade de remover resqucios de produtos qumicos que podem causar trs tipos de problemas: aderidos superfcie dos flocos podem, normalmente em altas temperaturas, provocar reaes qumicas predominantemente superficiais, degradando o material e prejudicando suas propriedades finais; podem funcionar como lubrificantes no processamento posterior secagem, alterando a produtividade da etapa; podem contaminar o produto em contato com o plstico reciclado, impedindo sua aplicao.

e) Secagem: uma etapa fundamental na reciclagem de plsticos, de forma a eliminar a gua que aderiu superfcie do polmero, quer durante a lavagem, quer na estocagem.

f) Transformao: a etapa onde todos os procedimentos que se aplicam ao processamento de polmeros, como extruso, injeo, rotomoldagem, calandragem, moldagem por compresso, termoformagem, etc., podem ser adaptados para a reciclagem de resduos plsticos.

Na transformao de flocos em produtos finais, certamente a extruso pode ser classificada como a forma de processamento mais importante para a reciclagem, na medida em que pode se constituir num mtodo de fabricao de produtos ou produzir grnulos de materiais reciclados.

Para fabricar grnulos, o material modo entra num funil, caindo por gravidade num cilindro com aquecimento, onde gira um eixo em forma de parafuso-sem-fim (conhecido por rosca), que especialmente desenhado para possuir regies de transporte de slido, de slidos em processo de fuso e de material fundido. A fuso acontece pelo atrito entre os flocos e as partes do equipamento, sendo que o aquecimento do cilindro por meio de resistncias eltricas auxilia o trmino da fuso e mantm o material fundido. Isso ocorre ao mesmo tempo em que os flocos e/ou a massa de fundido so empurrados para o final da rosca, onde o cilindro fechado

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com um sistema que possui pequenas aberturas circulares. Ento, a massa empurrada contra essas aberturas, originando vrios fios cilndricos, que so mergulhados numa banheira dgua, onde ocorre seu resfriamento e enrijecimento. Os fios so puxados at um picotador, que os cortam em pequenos pedaos, na forma de grnulos. A transformao dos flocos em grnulos pode ser feito num fluxo contnuo, com a alimentao constante do funil e o correto emprego da temperatura do cilindro e das velocidades de rotao da rosca, do puxador e do granulador.

3.1.3.6) Reciclagem Qumica:

Quando o plstico passa pela despolimerizao visando destruio da estrutura polimrica, inclusive da cadeia principal. A linha de possveis produtos finais a mesma da reciclagem terciria.

3.1.3.7) Reciclagem Energtica:

O plstico passa por uma combusto. Os produtos finais so os mesmos da reciclagem quaternria. O plstico no deixa de ser despolimerizado, porm no h nfase nos produtos que possam advir da despolimerizao, somente a energia desprendida no processo.

3.1.4) Importncia:

Os fatores que incentivam a reciclagem de materiais decorrem da necessidade de poupar e preservar os recursos naturais e da possibilidade de minimizao de resduos, o que reduz o volume a ser transportado, tratado e descartado. Reciclando, so reduzidos os problemas ambientais e de sade pblica, assim como os socioeconmicos decorrentes do descarte inadequado dos resduos slidos.

Do ponto de vista econmico, a reciclagem proporciona a reduo do custo de gerenciamento dos resduos, com menores investimentos em instalaes de tratamento e disposio final e promove a criao de empregos. Socialmente,

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possibilita a participao da populao no processo de separao, conscientizando-a quanto sua responsabilidade perante os problemas ambientais.

O gerenciamento do resduo industrial tem um custo elevado, pois envolve vrias etapas: acondicionamento, coleta, armazenamento, transporte, tratamento e disposio final. Quanto aos produtos descartados pela sociedade, pode-se dizer que so reciclados tanto formal quanto informalmente [Piva e Wiebeck, 2004].

3.2. MADEIRA PLSTICA: COMPSITO TERMOPLSTICO

O termo WPC's (Wood Plastic Composites) se refere a qualquer material compsito que contenha fibras de plantas (incluindo madeira e no-madeira) e matrizes termorrgidas ou termoplsticas [Ashori, 2007].

Durante a dcada de 80 muitas indstrias e pesquisadores iniciaram a investigao sobre o uso de p de madeira como carga em materiais termoplsticos, tanto para aumentar a rigidez destes materiais quanto para reduzir os custos com matria-prima.

O compsito de madeira plstica consiste, basicamente, de madeira e polmeros termoplsticos. Tradicionalmente, os materiais so vistos como fibra de madeira ou partcula-reforo de uma matriz contnua termoplstica. No entanto, j foram realizados estudos mostrando que ela pode ser produzida com fibras sintticas, tais como fibra de carbono, fibra de vidro, e cargas minerais [Wolcott e Englund, 1999].

Existem algumas definies para o compsito de madeira plstica. Eis alguns deles:

Madeira Plstica Reciclada um produto semelhante madeira, fabricado a partir plsticos reciclados ou plsticos reciclados misturados com outros materiais, que podem ser utilizados para substituir concreto, madeira e metais. Califrnia Integrated Waste Management Board

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a mistura de plsticos geralmente PEBD, PEAD, PET, PVC e PP. Pode ser usada para confeco de moures, cerca bancos de praa, postes, etc. A madeira plstica, no uma mistura de materiais madeira e plstico, mas sim o nome comercial de um tipo de material que pode ser basicamente classificado como uma blenda de resduos plsticos, com a importante caracterstica de ser confeccionado em peas de espessuras inusitadamente grandes para materiais plsticos, pois visa ser manuseada e empregada como se fosse madeira, material de mercado amplo e estvel. Sistema Brasileiro de Respostas Tcnicas Ministrio da Cincia e da Tecnologia

Madeira Plstica um produto fabricado com seco transversal geralmente retangular, e normalmente fornecido em tamanhos correspondentes aos da madeira tradicional. Pode ser slido ou oco e composto de plsticos separados ou misturados com madeira ou fibras vegetais. Tipicamente possui pelo menos 50% em peso de plstico. Guide to Plastic Lumber - The Healthy Building Network ASTM D6662

Pode ser utilizada para fazer tbuas, perfis, ripas e praticamente qualquer forma que se encontre por a em madeira natural. Alm disso, oferece diversas vantagens em relao madeira natural. Ela apresenta, por exemplo, maior durabilidade e no requer o uso de pesticidas; fcil de limpar com gua e sabo, moldvel e impermevel e pode ser furada, aparafusada e serrada. Ela pode ser feita a partir de diversos tipos de plstico e levar na composio cargas minerais e fibras naturais ou de vidro para aumentar a sua resistncia e estabilidade, dependendo do que se queira atingir.

Nos Estados Unidos, o uso de resduos plsticos como matria-prima para a fabricao de mesas de piquenique, bancos de jardim, tampas de lixo, cercas, moures e outras aplicaes destinadas a ficar ao ar livre cresce vertiginosamente a cada ano. No Brasil, embora incipiente, esse mercado de reciclagem de plstico aparenta ser promissor, impulsionado pelo momento favorvel que as questes ambientais desfrutam [O Eco, 2008].

Este material um produto novo, ecologicamente correto, pois no contm

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nenhuma das substncias txicas encontradas na madeira tratada, fabricado a partir da transformao de matrias-primas reaproveitveis, naturais ou no, e de materiais reciclveis, como resduos de diversos tipos de plsticos e fibras vegetais. A base do produto qualquer tipo de plstico reciclvel, ao qual se pode agregar at 40% de fibras vegetais, tais como serragem, fibra de coco, bagao de cana, bambu, borra de caf, sisal, juta, sabugo de milho, casca de arroz, raspas de couro, algodo, folhas, e mais uma infinidade de outras [Brasil Atual, 2008].

A madeira plstica vem sendo estudada e desenvolvida no Brasil e no resto do mundo como uma alternativa de reciclagem e reaproveitamento dos polmeros termoplsticos ps-consumo e dos resduos industriais, tais como a (indstria madeireira) e a casca de arroz (indstria orizcola). Nasce e desenvolve-se como produto da preocupao com a responsabilidade com o meio ambiente, com o crescimento da reciclagem de materiais, visando substituir madeira em diversos fins (objetos externos, expostos intempries, ou internos, sob umidade alta), como bancos de praa, instalaes para lixo, cobertura de pontes, escadas, corrimos, guardas de sacadas, estrados para a criao de animais na pecuria, como os porcos, decks de piscinas e outros, dormentes de trilhos de trens e metrs e pallets para transporte e armazenamento de mercadorias, ou mesmo o ferro fundido em aplicaes urbanas e sanitrias, como tampas de instalaes subterrneas, "bocas de lobo" de esgotos pluviais. Pode ainda ser usado para mveis escolares, construes diversas na indstria onde substitua adequadamente a madeira ou metal [Ecowood, 2008].

Quanto s suas propriedades, a madeira plstica apresenta inmeras vantagens em relao madeira convencional e aos metais [Correa e col., 2003]:

- Maior resistncia umidade e deteriorao ambiental; - Resistncia a pragas e insetos; - Podem ser extrudados em perfis com diversos formatos; - Apresentam melhor estabilidade dimensional; - Resistncia ao empenamento e trincas; - Possuem menor custo de manuteno de rotina;

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- Maior durabilidade em ambientes agressivos como marinas e piscinas; - So totalmente reciclveis e imitam em aspecto a madeira; - Dispensam o uso de proteo superficial como tintas e vernizes.

Pode ser comprada como madeira convencional e trabalhada da mesma forma, com as mesmas ferramentas. Possui flexibilidade varivel pela composio e permite um melhor agarre a pregos e maior facilidade para o corte e entalhe. Os melhores clientes da madeira plstica so aqueles cujas aplicaes requeiram grande durabilidade, j que o produto sinttico tem resistncia muito superior ao natural. Na construo civil, por exemplo, muitas vezes o tapume se acaba antes da obra e, no caso de formas para concreto, a construtora pode depois revend-las para a prpria empresa fabricante da madeira plstica, onde passaro por reciclagem.

3.3. MATRIZES TERMOPLSTICAS:

3.3.1) Definio:

Dentro da classe dos polmeros existem os polmeros termorrgidos e os polmeros termoplsticos. Estes ltimos podem fazer o papel de matriz dentro de um material compsito. Ainda tm o emprego restrito, pois na maioria das vezes a finalidade de um material compsito exige um alto desempenho. A grande vantagem dos materiais compsitos com matrizes termoplsticas o fato de poderem ser reciclados [Levy e Pardini, 2006].

O setor industrial, nas ltimas dcadas, investiu significativamente em equipamentos de processo para utilizao de matrizes predominantemente termorrgidas. Mais recentemente, muitos esforos tm sido concentrados em pesquisas no sentido de se utilizar mais intensamente as matrizes termoplsticas, no entanto suas aplicaes comerciais ainda no so significativas.

Os polmeros termoplsticos tm continuamente se mantido como uma

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alternativa de aplicao em estruturas, devido maior tenacidade fratura, maior resistncia ao impacto e maior tolerncia a danos em relao aos termorrgidos. Compsitos com matriz termoplsticas obtidos com matriz de poliamidas ou polipropileno tm sido usados j h algum tempo com reforo particulado ou de fibras de vidro curtas na indstria automobilstica, embora atualmente existam outras alternativas a esses materiais em uso corrente. No processamento desse tipo de material, podem ser utilizados processos convencionais de extruso ou injeo, tendo como ponto de partida uma composio definida de reforo/matriz.

As propriedades de termoplsticos so influenciadas pelo grau de cristalinidade, pela morfologia e pela orientao da rede polimrica, as quais so diretamente relacionadas s condies de processamento.

Atualmente j existem estudos comprovando que as matrizes termoplsticas podem ser misturadas com matrizes termorrgidas, formando matrizes hbridas, com aumento significativo nas propriedades dos compsitos.

3.3.2) Classificao:

As matrizes termoplsticas so derivadas de poliolefinas. As poliolefinas so produzidas atravs da polimerizao de pequenas molculas chamadas de alfa-olefinas. Estas alfa-olefinas so insaturadas e possuem a frmula qumica geral CnH2n. As poliolefinas so membros de uma famlia de materiais chamada termoplsticos, o que significa que podem ser fundidos e processados diversas vezes [Ehrig, 1992].

As propriedades fsicas e as caractersticas de processamento de poliolefinas so dependentes de seu peso molecular mdio, da distribuio de seus pesos moleculares mdios e do nmero e comprimento dos ramos das molculas polimricas.

As poliolefinas mais largamente produzidas so o polietileno (PE) e o polipropileno (PP).

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3.3.2.1) PP:

O PP um polmero semi-cristalino, que apresenta uma vasta gama de aplicaes, sendo favorecido pelo seu baixo custo, facilidade de processamento e possibilidade de modificao. Sua principal caracterstica a alta resistncia a produtos qumicos e umidade [Abreu, 2004].

Desenvolveu-se a partir da famlia do polietileno, apresentando propriedades similares ao mesmo, mas com menor densidade (0,905) e maior resistncia ao calor. obtido pela polimerizao do propeno. Sua temperatura de fuso da ordem de 160C, mais elevada do que a dos polietilenos (120C para os de alta densidade, 105C para os de baixa densidade). Sua alta cristalinidade lhe confere elevada resistncia mecnica, rigidez e dureza, que se mantm a temperaturas relativamente elevadas. Por isso, e dado seu menor custo, est deslocando o polietileno em suas aplicaes [Blass, 1988].

A figura abaixo mostra a reao de polimerizao do propeno:

Figura 6: Reao de polimerizao do propeno. Fonte: Rosa; S. L., 2007.

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Abaixo na tabela temos algumas das principais aplicaes do PP:

Tabela 1: Principais aplicaes do PP. Fonte: Santos, E. F., 2007.

Algumas desvantagens apresentadas pelo polipropileno so sua apolaridade, que restringe sua aplicao, sua baixa resistncia ao impacto e ruptura [Gonella, 2001].

3.3.2.2) PEAD:

O PEAD um produto da homopolimerizao do etileno, ou da copolimerizao deste com uma pequena quantidade de alfa-olefinas, tendo um baixo percentual de ramificaes. Por este motivo, ele altamente cristalino. Sua temperatura de fuso de aproximadamente 132C. Possui alta resistncia ao impacto, inclusive em baixas temperaturas, e boa resistncia a agentes qumicos [Schneider, 2008].

O PE a poliolefina com estrutura molecular mais simples, lhe conferindo propriedades como alta tenacidade e alongamento na ruptura, excelente processabilidade e reciclabilidade. A produo de PE de alta densidade deu incio com o uso de catalisadores Ziegler-Natta, que possibilitaram a produo de PE em baixas presses e temperaturas [Schultz, 2004].

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A figura (n) abaixo mostra as diferentes curvas de tenso x deformao que os tipos de PE apresentam:

Figura 7: Curvas de tenso X deformao para alguns tipos de polietileno. Fonte: Schultz, M. E. R., 2004.

Compe-se de uma classe de materiais que so divididos de acordo com suas densidades: PEBD (0,910 g/cm3 a 0,925 g/cm3), PE de mdia densidade (0,926 g/cm3 a 0,940 g/cm3) e o PEAD (0,941 g/cm3). O grau de cristalinidade depende da ramificao da cadeia polimrica e determina a densidade do material [Ehrig, 1992].

Quando est T ambiente insolvel em quase todos os solventes orgnicos, embora possa ocorrer amolecimento, inchamento ou fissurao quando o ataque se d sob tenso.

Um maior grau de polimerizao d maior resistncia ao PE, mas lhe diminui, tambm, o ndice de fluidez, tornando mais difcil o processamento. Os valores mdios usuais (cerca de 700) representam um compromisso entre boas propriedades mecnicas e facilidade de moldagem [Blass, 1988].

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3.4. CARGAS:

De um modo geral, as cargas podem ser definidas como materiais slidos, insolveis, finamente divididos, que so adicionados aos polmeros em quantidades suficientes para diminuir os custos e/ou alterar suas propriedades fsicas. Alm de poderem aumentar a viscosidade do material fundido, dificultando o processamento, as cargas geralmente diminuem a resistncia ao impacto e muitas vezes contribuem para uma maior propagao de trincas, diminuindo a resistncia fadiga. Por outro lado, a presena de cargas melhora a estabilidade dimensional e diminui a retrao no resfriamento ou na cura [Schneider, 2008]. Os principais tipos de cargas utilizadas em materiais compsitos so mostradas na tabela abaixo:

Tabela 2: Principais tipos de cargas usadas em materiais compsitos. Fonte: Schneider, C. G., 2008.

Os compsitos reforados com cargas naturais podem ser uma alternativa tica e economicamente vivel em relao queles sistemas que utilizam cargas como a fibra de vidro pelo seu alto custo. A incorporao de materiais lignicelulsicos como componente reforante em compsitos polimricos tem recebido ateno crescente devido aos seus preos baixos e pelo maior potencial de aplicao. Esses materiais apresentam diversas vantagens sobre os materiais inorgnicos, podendo-se citar a menor densidade e grande deformabilidade, alm do que as cargas naturais contribuem para a biodegradao e renovao do ciclo ecolgico [Costa, 2007].

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3.4.1) Casca de arroz:

3.4.1.1) Definio:

A casca de arroz um revestimento ou capa protetora que se forma durante o crescimento dos gros de arroz. Removidas durante o refino do arroz, estas cascas possuem baixo valor comercial, pois o SiO2 e as fibras contidas no possuem valor nutritivo e por isso no so usadas na alimentao humana ou animal. H alguns anos, quase todo esse material ia parar nas lavouras e fundos dos rios, num descarte prejudicial e criminoso [Ferro e col., 2007].

A casca de arroz um composto lignocelulsico que contm elevado teor de slica, sendo disponvel a um baixo custo aps o beneficiamento do arroz [Rosa, 2007].

3.4.1.2) Composio:

No processamento industrial do arroz, as cascas correspondem a aproximadamente 20% do peso dos resduos. Essas cascas, quando no so queimadas visando ao aproveitamento energtico, so deixadas no meio ambiente, criando problemas de esttica, que se agravam quando levadas pelo vento para outras reas [Cultivo de Flores, 2008]

As cascas de arroz tm baixa densidade e peso especfico, alm de lenta biodegradao, permanecendo em sua forma original por longos perodos de tempo. Apresentam um alto poder energtico, j que contm quase 80% de seu peso em carbono. Suas cinzas so compostas basicamente de slica e, portanto, bastante alcalinas. As cascas de arroz, quando queimadas totalmente, transformam-se em cinzas e tm seu volume reduzido em cerca de 20 vezes.

Tanto nas cascas de arroz como em suas cinzas, no existem compostos txicos. Entretanto, durante o processo de combusto e gaseificao, formam-se partculas de cinzas que contm carbono: a fuligem.

A casca de arroz considerada um resduo de classe II, ou seja, no inerte e

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no perigoso sade humana e ao meio ambiente. O problema que, quando incinerada em ambiente fechado (caldeiras e fornos, por exemplo), resulta em cinzas que so txicas e prejudiciais ao homem. Outro destino comum da casca o descarte em lavouras e fundos de rios, liberando gs metano - prejudicial camada de oznio - ao se decompor [Arroz em Foco, 2004].

A tabela abaixo mostra a composio qumica de algumas fibras e compostos naturais.

Tabela 3: Composio qumica de algumas fibras e compostos naturais. Fonte: Rosa; S. L., 2007.

3.4.1.3) Produo:

No RS, responsvel por cerca de 51% da produo nacional, gerado aproximadamente 760 mil toneladas da casca que sobra da industrializao do arroz no estado.

Um estudo realizado pelo IRGA, em 1996, apontava o RS como destaque do setor no pas. Em 1980, a produo gacha correspondia a 23,4% da produo nacional, alcanando patamares superiores a 40% a partir de 1990. A produo gacha de arroz cresceu de 874.185 toneladas em 1960 5.008.567 toneladas na ltima safra, um incremento de 473% (11,53% ao ano) [Pauleski, 2005].

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3.4.1.4) Reciclagem:

Uma das alternativas para o reaproveitamento da casca do arroz est no setor de gerao de energia eltrica, pois o RS responde por mais da metade da produo orizcola nacional. No entanto, existem alguns fatores que tornam essa alternativa pouco usada. Dentre eles se encontra o potencial fator poluente, pois a cinza, que equivale a aproximadamente 18% do peso da casca e contm 92% de slica, s tem valor econmico se apresentar alta qualidade. Se for descartada no meio ambiente, provocar poluio, pois carrega carbono residual do processo de combusto. Portanto, a cinza requer um sistema especial de queima nas termoeltricas. Alm disso, os custos de implantao destas termoeltricas relativamente alto.

Numa conferncia internacional, ocorrida no ano de 1974, sobre o emprego de subprodutos do arroz, foram apresentados estudos que mostravam a viabilidade da utilizao de casca de arroz na produo de tijolos. Diversos estudos nas dcadas de 70, 80 e 90 trataram do desenvolvimento de materiais compostos a base de produtos agrcolas e industriais. Estes estudos mostraram que os materiais feitos a partir de casca de arroz tratada e no-tratada se mostraram mais resistentes aos efeitos trmicos e aos ataques de produtos qumicos [Sabalsagaray, 1998].

Outra alternativa para o uso da casca de arroz seria seu reaproveitamento como carga inerte num sistema de material compsito, sendo utilizada ao lado de outros termoplsticos, que funcionariam como matriz polimrica. Isto ainda pouco realizado no Brasil e em outros pases do mundo. Contudo, a casca do arroz apresenta um elevado potencial neste sentido. Aps a sua moagem ela pode ser facilmente incorporada num sistema de matriz polimrica.

Segundo estudos de Houston e Govindarao, existem algumas possibilidades de utilizao da cinza de casca de arroz [Pouey, 2006]:

Uso na agropecuria: empregada no tratamento de solos como fertilizante e corretivo. Tambm utilizada como cama na criao de animais confinados na avicultura e pecuria.

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Como j foi descrito anteriormente, pode ser utilizada na construo civil, na produo de tijolos, painis e telhas. Na obteno de slica de alta pureza. Obteno de energia, sendo seu poder calorfico uma funo de sua umidade e condies de plantio.

Estudos comprovam que, comparativamente aos derivados de madeira, a madeira plstica com farinha de casca de arroz apresenta maior estabilidade dimensional na presena de umidade e maior resistncia ao ataque biolgico [Rosa, 2007].

3.4.2) PET:

3.4.2.1) Histrico:

As primeiras amostras de laboratrio da fibra de PET foram desenvolvidas por uma pequena empresa inglesa em 1941. A pesquisa com polisteres s comeou nos EUA e na Europa depois da 2 Guerra Mundial. Nos anos 50, a pesquisa estava baseada quase totalmente nas empresas Duponts Dacron TM e na ICIs Terylene TM. Em 1962, Goodyear introduziu a primeira fbrica de pneu de polister, e foi somente no fim dos anos 60 e perto dos 70 que os polisteres foram desenvolvidos especificamente para embalagens filmes, folhas, revestimentos e garrafas apesar de j existirem filmes de PET orientado desde a dcada de 50 [Ehrig, 1988].

3.4.2.2) Definio:

O PET constitui-se de unidades monomricas repetitivas de tereftalato de etileno, conforme a figura (n) abaixo que mostra a unidade repetitiva do PET:

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Figura 8: Unidade monomrica do PET. Fonte: Calcagno, C. I. V., 2007.

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A reao de obteno do PET mostrada na figura (n) abaixo e envolve a polimerizao de um cido dicarboxlico e um glicol ou bifenol:

Figura 9: Reao de obteno do PET. Fonte: Krey, P. F., 2002.

O PET (politereftalato de etila) um polmero termoplstico, ou seja, pode ser aquecido, conformado, resfriado, novamente aquecido e conformado sem a perda significativa de suas propriedades fsicas. usado para diversas aplicaes: suporte de filme metlico para estampagem em plstico, embalagens de alimentos, frascos para refrigerantes gaseificados, cosmticos, produtos farmacuticos, filmes para radiografia, etc [Zanin e Mancini, 2004].

Apesar de possuir caractersticas especiais, o PET pode originar produtos interessantes ao ser combinado com outros materiais. Por exemplo, em 1962 j foi misturado com polimetilpenteno para melhorar a estabilidade dimensional do polister. No final dos anos 60 o PET foi misturado com PE para melhorar sua resistncia ao impacto e ao PC para melhorar sua resistncia corroso [Krey, 2002].

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3.4.2.3) Morfologia:

O PET pode ocorrer sob duas formas: cristalino ou amorfo. A diferena entre eles se d no modo como conduzido o resfriamento da resina fundida. O resfriamento conduzido da temperatura de 260C temperatura abaixo da Tg do polmero (73C). Se aps a fuso o resfriamento for lento, produz-se PET cristalino. No entanto, se o resfriamento for rpido, o PET amorfo produzido. O mximo grau de cristalinidade aceito de 55% [Piva e Wiebeck, 2004].

3.4.2.4) Produo:

A introduo da embalagem PET no Brasil aconteceu em 1988, trazendo inmeras vantagens e desafios ao consumidor. Nos ltimos tempos, a produo nacional de PET vem crescendo. O Brasil hoje o terceiro maior consumidor mundial de PET para produo de garrafas no mundo, contando com cerca de 3.400 marcas de refrigerantes diferentes registradas. Embora parea que a tendncia de crescimento do consumo aparente de PET no Brasil aumenta mais rapidamente que a produo, puxado pela entrada do polmero em novos segmentos alimentcios [Dias e Teodsio, 2006].

3.4.2.5) Reciclagem:

Devidos aos elevados volumes do seu resduo plstico e pelo crescimento acelerado de seu consumo, cada vez mais tm surgido empresas que encontram na reciclagem do PET um negcio bastante promissor. Por exigir um processamento muito cuidadoso, geralmente so usados equipamentos de alta tecnologia. O PET higroscpico, ou seja, absorve gua, exigindo uma secagem rigorosa. Toda a contaminao com outras resinas deve ser eliminada. Dentre estas contaminaes, a de maior dificuldade a separao do PVC, que possui densidade semelhante ao PET; a tcnica de flotao pode ser til para esta operao. Uma das opes utilizadas pelos recicladores no passar pela fase de obteno do granulado. A resina moda, retirando-se ou no o p proveniente da moagem, que pode dar origem a pontos pretos na pea. O modo extrudado ou injetado, misturado ou no

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com PET virgem [Piva e Wiebeck, 2004].

A forma mais utilizada para reciclagem do PET atravs da reciclagem mecnica. O reciclador de PET leva moagem o material coletado, lava-o com gua, seca-o e finalmente produz o granulado por extruso e, normalmente, obtm um material cristalino. Aps a extruso do granulado feita uma secagem.

Figura 10: Esquema da linha de lavagem e moagem de PET. Fonte: www.reciclveis.com.br.

A maior preocupao durante o reprocessamento do PET a remoo de todos os contaminantes que possam catalisar sua hidrlise. Embalagens de PET que possuam rtulos com adesivos devem ser cuidadosamente lavadas, no devendo haver traos de adesivo aps a lavagem. A presena do adesivo contamina o PET, mesmo em quantidade nfima, tornando o reciclado descolorido e escuro.

As principais reclamaes quanto ao produto reciclado do PET continuam sendo: sujeira das embalagens, contaminao por outros materiais, umidade, no-uniformidade dos flakes, custo elevado dos grnulos e sua pouca disponibilidade.

3.4.2.6) Aplicaes do PET reciclado:

O PET reciclado possui inmeras aplicaes, tais como: mantas de no-tecido, cordas, resinas insaturadas, embalagens, cerdas de vassouras e escovas,

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etc. No entanto, o maior mercado para o PET ps-consumo no Brasil a produo de fibra de polister para a indstria txtil, onde ser aplicada na fabricao de fios de costura, forraes, carpetes, tapetes, mantas de TNT, entre outras.

Figura 11: Distribuio dos mercados para o PET reciclado. Fonte: Nunes et al., 2005/2.

No Brasil, o PET ps-consumo caracterizado pela produo de fibras para a fabricao de cordas multifilamentadas, fios de costura, cerdas de vassouras e escovas, produo de tintas, etc. A fabricao nobre crescente, pois a utilizao destas fibras na confeco de tecidos e malhas em polister favorece a indstria txtil, a qual est testando a fabricao de jeans com PET reciclado.

A partir de resduos de embalagens diversas so fabricados produtos como telha e cumeeira, produzidas a partir de material 100% reciclado ps-consumo.

Recomenda-se sempre que possvel utilizar produtos reciclados, e estes existem no mercado na forma de tubos de plstico PET que substituem o PVC, carpetes, mangueiras, condutos de eletricidade, fibras para incorporao ao concreto, placas para divisrias, fibras para cordas, mantas de impermeabilizao, entre outros tipos de artefatos plsticos.

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O PET suficientemente resistente para diversas aplicaes, e pesquisas em design desenvolveram mveis a partir de garrafas descartveis, como sofs, poltronas e pufes, e estes geraram renda para cooperativas de catadores de lixo. Um uso alternativo para o PET seu uso como carga na produo de madeira plstica, que proveniente de plsticos ps-consumo que no contm PVC, substituindo a madeira para decks, estrados, reas de maresia, moures de cerca, dentre outras utilidades.

3.5. COMPSITOS TERMOPLSTICOS:

3.5.1) Definio:

Muitas das nossas tecnologias modernas exigem materiais com combinaes no-usuais de propriedades, as quais no podem ser atendidas pelas ligas metlicas, cermicos e materiais polimricos convencionais [Callister, 2007].

De modo geral, os materiais compsitos so quaisquer tipos de material multifsico que exibe uma proporo significativa das propriedades de ambas as fases que o constituem, de modo tal que obtida uma melhor combinao de propriedades. So feitos artificialmente, num contexto atual, e suas fases constituintes devem ser quimicamente diferentes e estar separadas por uma interface distinta.

Os compsitos obtidos a partir de reforos contnuos apresentam um excelente desempenho estrutural, considerando-se a rigidez e a resistncia especficas. Estes materiais so muito resistentes corroso, e se comparados s ligas metlicas estruturais so bem mais leves [Neto e Pardini, 2006].

Dentro da classe de materiais compsitos existem uma gama bem ampla de classificaes, que vo de naturais e sintticos at fibras curtas ou contnuas.

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3.5.2) Fase matriz e fase dispersa:

Muitos compsitos so constitudos por apenas duas fases: matriz, a qual contnua e envolve a outra fase, chamada com freqncia de fase dispersa. As propriedades dos compsitos so funo das propriedades destas fases constituintes, de suas quantidades relativas e da geometria da fase dispersa. A matriz confere estrutura ao material compsito, preenchendo os vazios que ficam entre a carga e mantendo-a em sua posio relativa. A carga reala as propriedades mecnicas, eletromagnticas ou qumicas do compsito como um todo [Callister, 2007].

3.5.3) Tipos de Processamentos:

Pode-se classificar o processamento de compsitos basicamente de duas maneiras: pelo tipo de matriz a ser usada (polimrica, cermica e metlica), ou pelo tipo de processo usado para a obteno do compsito, ou seja, processamento via fase lquida, via fase gasosa ou via fase de partcula slida.

Os processos de fabricao correspondem a 50 60% do custo total de um compsito, e por esse motivo um assunto que demanda significativa ateno da comunidade industrial e cientfica, tendo em vista o interesse em reduzir a parcela de representao desse item no custo final do produto.

As transformaes fsico-qumicas a que esto sujeitas as matrizes polimricas termoplsticas envolvem estgios de amolecimento e fuso, para posterior conformao na cavidade do molde e solidificao [Neto e Pardini, 2006].

3.5.3.1) Moldagem por compresso trmica:

A moldagem por compresso de compsitos um processo que teve sua origem derivada do processo de estampagem de chapas metlicas. Esse processo pode ser utilizado tanto para processamento de compsitos formados com polmeros

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termoplsticos ou com polmeros termorrgidos.

Os compsitos termoplsticos moldados por compresso a quente podem ser obtidos pelo empilhamento de camadas intercaladas de reforo e polmero na forma de filmes, ou pela utilizao de hbridos reforo/polmero.

O processo tem incio pela disposio do reforo com a orientao apropriada no molde, previamente tratado com produto desmoldante. O fechamento do molde se processa pelo abaixamento do puno superior resultando na consolidao do material pela presso aplicada. Para maior produtividade, o projeto do molde deve contemplar ngulos de sada para extrao imediata do componente. O conjunto submetido a ciclos programados de aquecimento, sob presso constante, para cura do compsito, caso a matriz usada seja termorrgida, ou amolecimento do polmero, caso seja uma matriz termoplstica. Os ciclos de aquecimento para matrizes termoplsticas so bem mais curtos do que os ciclos para matrizes termorrgidas [Neto e Pardini, 2006].

O molde, em duas partes, montado em uma prensa geralmente hidrulica e aquecido at a temperatura especificada para o servio, que depende das caractersticas do material a ser moldado. Estando a prensa aberta, deposita-se o material de moldagem, em forma de p, flakes, esferas, tabletes ou pr-formas sobre a cavidade do molde inferior. A prensa , ento, acionada, de forma que os moldes incidam suavemente um contra o outro, aumentando progressivamente a presso exercida sobre o material a moldar. Logo aps a cura, que depende do material a ser moldado, a prensa acionada, abrindo o molde, e o moldado extrado, realizando-se a desmoldagem [Blass, 1988].

Na moldagem por compresso envolvendo matrizes termoplsticas os ciclos so, geralmente, de 1 a 5 minutos, levando a altos volumes de produo. A utilizao de prensas para moldagem de compsitos tem um alto custo inicial, devido ao investimento imediato necessrio em equipamentos de processo. Aps a moldagem, algumas operaes secundrias, como desbaste, por exemplo, devem ser efetuadas [Neto e Pardini, 2006].

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O processo de moldagem por compresso apresenta como vantagens [Blass, 1988]:

- Menor perda de material, por no existirem canais de alimentao e distribuio; - Menores tenses internas nos moldados, pelas menores trajetrias das partculas de material sob presso; - Maior nmero de cavidades possvel num molde; - Adequado peas com paredes delgadas; - Economia em ferramental.

Como desvantagens, temos:

- Peas de desenho complexo; - Necessidade de carregar o material numa posio tima, para minimizar os esforos sobre os moldes durante a moldagem; - Tendem a formar rebarbas mais facilmente, pois possuem viscosidade superficial baixa.

3.5.3.2) Extruso:

Apesar do processo de extruso ser conhecido como uma forma de manufatura para os materiais desde o sculo XVIII, somente a partir dos ltimos 80 anos que seu real potencial foi descoberto.

Fundamentalmente, o processo de extruso consiste na converso adequada de matria-prima num produto de seo transversal especfica atravs do foramento do material atravs de um orifcio sob condies controladas.

H certas requisies que devem ser atendidas, tanto no equipamento quanto na matria-prima. O equipamento deve ser capaz de gerar presso suficiente de forma contnua e uniforme no material, e em alguns casos deve ter tambm meios de provocar a fuso e o amolecimento ou, de outra forma, tornar o material capaz de ser extrudado [Fischer, 1964].

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Figura 12: Sistema de extruso. Fonte: http://www.lumaplastic.com.br/desenho%20extrusora.jpg.

Existem diversos mecanismos de extruso: cilindros, bombas, parafusos rotativos, etc.

O nmero de materiais plsticos que podem ser extrudados aumenta continuamente. A extruso o processo mais verstil e um dos que possuem o maior output-rate. Dentre os materiais que podem ser extrudados temos o ABS, materiais de origem celulsica, poliacetais, poliamidas, policarbonatos, PP, PS, PE e muitos outros materiais.

Normalmente, os materiais que podem ser extrudados so fornecidos na forma de grnulos, previamente formulados. Estes materiais podem conter estabilizantes, pigmentos, lubrificantes, plastificantes e outros aditivos que possam aumentar as propriedades de extruso.

O fluxo do material deve ocorrer numa fuso homognea sem partculas insolveis, no-misturadas ou misturadas de forma imperfeita. Estes fatores so influenciados por uma boa composio, a correta escolha do plastificante e o correto nvel de lubrificao interna. O composto deve ser estvel contra o calor e contra a luz, para que no haja degradao dentro da extrusora ou durante a vida em servio do produto adequado. Os aditivos tambm devem ser igualmente estveis contra estes efeitos [Fischer, 1964].

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4. MATERIAIS E MTODOS

4.1) Materiais:

Os materiais utilizados neste trabalho so provenientes de origens diferentes. Conforme as Figuras 13, 14, 15 e 16, respectivamente, foram eles: polietileno de alta densidade (PEAD) ps-consumo, politereftalato de etila (PET) ps-consumo, polipropileno (PP) ps-consumo e casca de arroz (CA), da empresa Ledur Alimentos, situada em Venncio Aires, RS. O PEAD foi obtido de garrafas de leo para automvel e diversas outras embalagens de produtos de limpeza e de uso pessoal. O PET, quase que na sua totalidade, foi obtido de garrafas para bebidas carbonatadas. Em relao ao PP, temos que a maior parte do material de embalagens de manteiga, tampas de garrafas, copos descartveis e diversos outros tipos de embalagens.

Figura 13: PEAD ps-consumo antes da moagem. Figura 14: PET ps-consumo antes da moagem.

Figura 15: PP ps-consumo antes da moagem. Figura 16: CA antes da moagem.

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4.2) Caracterizao:

No que diz respeito caracterizao dos materiais, foram realizados testes da matria-prima antes e ps-processamento. Esta caracterizao est baseada nas propriedades fsicas, mecnicas e trmicas dos materiais.

Com relao s propriedades fsicas, antes do processamento, foram realizados testes de densidade, atravs do mtodo de picnometria, baseados na norma NBR 11936. Para a caracterizao do material j processado foi feito um teste de teor de vazios, baseado na norma ASTM D2734-94. Aps o material estar processado e moldado foi realizado teste de absoro de gua, conforme norma ASTM E104.

No que diz respeito s propriedades mecnicas foram realizados testes de dureza, baseado na norma ASTM D2240, e testes de resistncia ao impacto Izod, baseado na norma ASTM D256.

Por fim, para anlise das propriedades trmicas do material, foram realizados testes de anlise termogravimtrica (TGA) e calorimetria exploratria diferencial (DSC), para avaliao de estabilidade trmica.

4.3) Processamento:

O material utilizado neste trabalho sofreu uma limpeza prvia, para que todos seus contaminantes fossem retirados. As embalagens de PEAD sofreram uma limpeza mais rigorosa, tendo em vista que originariamente eram embalagens de leo lubrificante de automvel. Cabe salientar que, dependendo do tipo de produto que a embalagem contm, a limpeza deve ser realizada com detergentes, solues alcalinas ou cidas e bastante gua, por vezes quente. Aps a coleta, os resduos plsticos ps-consumo foram limpos, secos, separados, pr-modos e, posteriormente, triturados novamente, no moinho Retsch SM 2000, para diminuio da granulometria, obtendo o seguinte aspecto:

43

Figura 17: PEAD pr-modo. Figura 18: PET pr-modo.

Figura 19: PP pr-modo.

Por sua vez, a CA passou apenas pelo processo de moagem, no necessitando de pr-moagem, sendo logo aps peneirada num sistema de peneiras da marca Bertel da srie Tyler 32 e 16 Mesh, nas aberturas de 0,25mm (250 m), 0,50mm (500 m), e 1,00mm (1000 m), sofrendo vibraes de 3,5 por um tempo de 5 min. Terminado este processo, foi selecionada a granulometria de 0,5 a 1 m, mostrada na Figura 20.

Figura 20: CA moda e peneirada na granulometria de 0,5mm a 1,0mm.

44

A continuidade do processamento do material ocorreu com a formulao das misturas de materiais, que so mostradas na Tabela 4:

Tabela 4: Composio das amostras avaliadas.

AMOSTRAS MATRIZ/CARGA COMPOSIO (% m/m) 1 PEAD/PET 70/30 2 PEAD/PET 60/40 3 PEAD/CA 70/30 4 PEAD/CA 60/40 5 PP/PET 70/30 6 PP/CA 70/30 7 PP/PET 60/40 8 PP 100 9 PEAD 100

Estas composies foram extrudadas na extrusora de rosca simples (L/D: 22) Ciola, a uma velocidade de 50 rpm. O material extrudado foi picotado na picotadora Seibt PS 50 numa velocidade de 4,0Hz. O perfil de temperaturas utilizado pode ser verificado na Tabela 5:

Tabela 5: Condies de processamento por extruso.

AMOSTRAS COMPOSIO T na zona 1 (C) T na zona 2 (C) T na matriz (C) 1 PEAD/PET (70/30) 160 170 180 2 PEAD/PET (60/40) 160 170 180 3 PEAD/CA (70/30) 160 170 180 4 PEAD/CA (60/40) 160 170 180 5 PP/PET (70/30) 160 180 200 6 PP/CA (70/30) 160 180 200 7 PP/PET (60/40) 160 180 200 8 100% PP 160 180 200 9 100% PEAD 160 170 180

Aps a extrudado, o material foi colocado em estufa, por um perodo de 24 horas, na temperatura de 60C, para que toda a umidade presente fosse eliminada. Depois de extrudado e seco em estufa, o material ficou com o seguinte aspecto mostrado nas figuras abaixo:

45

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i) Figura 21: Imagens do material extrudado e seco: a) 70% PEAD 30% PET; b) 60% PEAD 40%

PET; c) 70% PEAD 30% CA; d) 60% PEAD 40% CA; e) 70% PP 30% PET; f) 70%PP 30%CA; g) 60%PP 40%PET; h) 100% PP; i) 100% PEAD.

Ao trmino do processo de secagem de estufa do material peletizado, uma pequena amostra de cada composio foi destinada para anlises trmicas, que foram realizadas em aparelho da TA Instruments, modelo 2920, utilizando uma taxa de aquecimento de 20C/min.

Depois disso, o material foi prensado em prensa hidrulica da marca Carver, com um perodo de pr-aquecimento de 2 minutos, sofrendo uma presso prvia de 0,5 toneladas. Findo o perodo de pr-aquecimento, o material sofreu presso de 3

46

toneladas durante 5 minutos. Para as composies contendo PEAD foi usada uma faixa de T de 188C / 183C. J as composies contendo PP foram prensadas numa faixa de T em torno de 210C. Logo aps, o material foi resfriado em gua, numa temperatura de 20C. Aps resfriamento, o material foi cortado e preparado para o teste de absoro de gua, ficando imerso em gua de acordo com a Figura 22:

Figura 22: Corpos de prova imersos em gua para teste de absoro.

A realizao do teste de Impacto Izod se deu em aparelho da marca Ceast, modelo Impactor II. Foi realizado em corpos de prova com entalhe e pndulo de 0,5J, sob temperatura ambiente de 24C.

Na Figura 23 abaixo podemos visualizar no fluxograma um resumo de como foi realizada a metodologia do processamento dos materiais compsitos:

Figura 23: Fluxograma da metodologia utilizada na realizao do trabalho.

Seleo de material Pr- Moagem Pr-lavagem

Limpeza

Secagem Moagem Extruso Caracterizao

fsica e trmica Densidade

Teor de vazios

TGA e DSC

MCT Caracterizao mecnica

Impacto e Dureza Caracterizao fsica

Absoro de gua

47

5. RESULTADOS E DISCUSSES

5.1) Propriedades Fsicas:

As propriedades fsicas avaliadas no presente trabalho foram a densidade, o teor de vazios dos materiais compsitos e a propriedade fsica de barreira absoro de gua.

5.1.1) Densidade:

Nas Figuras 24, 25 e 26 so mostrados os resultados de densidade obtidos para os materiais presentes neste trabalho, que foram moldados atravs de compresso trmica.

Na Figura 24 so apresentadas as densidades dos dois tipos de resduos particulados usados como carga. Observa-se a densidade do PET superior a da CA.

Cargas

1,375 1,390

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

1Amostras

De

ns

idad

e (g

/cm

) CAPET

Figura 24: Densidade dos materiais utilizados como carga: CA e PET.

Com relao aos materiais compsitos com matriz de PEAD, pode-se

48

observar que os mais densos so os que possuem PET na composio, visto que a densidade do PET a mais elevada. O mesmo pode-se dizer dos compsitos com matriz de PP. Os valores obtidos esto coerentes com os valores encontrados para cada material de forma separada.

Matriz: PEAD

0,9801,070

0,903

1,0040,984

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

PEAD PEAD/CA PEAD/PET

Amostras

De

ns

ida

de (g/

cm

)

carga: 0%

carga:30%

carga:40%

Figura 25: Densidades do PEAD e de seus compsitos.

Matriz: PP

0,8620,903 0,943 0,970

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

PP PP/CA PP/PETAmostras

De

ns

ida

de (g/

cm

)

carga: 0%carga: 30%carga: 40%

Figura 26: Densidades do PP e de seus compsitos.

49

Os valores de densidade obtidos mostram que o material mais denso o PET, com 1,390 g/cm. Em contrapartida, o menos denso o compsito de PP/CA (70/30), com uma densidade de 0,862 g/cm.

Sabe-se que a densidade determinada atravs da relao da massa pelo volume, portanto podemos concluir que os dados obtidos nos compsitos contendo CA se devem a possvel absoro de gua que o material adquiriu enquanto estava submerso, pois a casca de arroz um material altamente hidroflico. Ao absorver umidade do ar, a CA aumenta seu volume, fazendo com que a relao massa/volume diminua, diminuindo os valores de densidade dos seus compsitos.

Ressaltando que o material utilizado para a produo dos compsitos completamente reciclado, o resultado obtido para o compsito de PP/CA (70/30) pode ser explicado pela presena de cargas, pigmentos e aditivos no material utilizado, que faz com que a densidade seja afetada.

5.1.2) Teor de Vazios:

Os resultados obtidos para o teor de vazios das amostras so mostrados nas figuras abaixo:

Matriz: PEAD

1,073 1,062

1,204

1,093

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

PEAD/CA PEAD/PETAmostras

Teo

r de

Va

zio

s (%

) carga: 30%carga: 40%

Figura 27: Teor de vazios dos compsitos de PEAD/CA e PEAD/PET.

50

Matriz: PP

1,007 0,998 1,033

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

PP/CA PP/PET

Amostras

Teo

r de

Va

zio

s (%

)

carga: 30%carga: 40%

Figura 28: Teor de vazios dos compsitos de PP/CA e PP/PET.

De acordo com o mostrado nas figuras acima, podemos observar que o material compsito que possui o maior teor de vazios o de PEAD/CA (60/40), o que pode indicar que a miscibilidade e interao entre estes dois componentes no foi eficaz. Tambm podemos concluir que pelo fato da casca de arroz absorver bastante umidade, isto pode ter prejudicado a adeso dos materiais e provocado esse nmero mais elevado de vazios.

Dentre todos os compsitos observa-se que o que possui o menor teor de vazios o de PP/PET (70/30), indicando que nestas propores a mistura entre os dois tipos de polmeros foi eficiente, gerando um teor de vazios menor.

De forma geral, todos os compsitos apresentaram valores aproximados, no mostrando nenhuma diferena muito grande entre os compsitos de mesma matriz.

5.1.3) Absoro de gua:

A propriedade de barreira absoro de gua foi testada e obteve os resultados mostrados abaixo nas Figuras 29 e 30. Podemos observar que os compsitos que continham casca de arroz como carga foram os que mais

51

absorveram gua durante o teste. Isto pode ser explicado pelo fato da casca de arroz ser hidroflica, tendo na sua composio componentes polares, tais como celulose, hemicelulose, lignina, entre outros. Mesmo passando pela etapa de secagem em estufa, assim como os outros compsitos, provavelmente ela no ficou completamente seca e apresentou este comportamento durante o ensaio.

Matriz: PEAD

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 5 10 15 20 25 30 35

Tempo de imerso em gua (dias)

Abs

or

o de

g

ua

(%

)

PEADPEAD/CA(30)PEAD/CA(40)PEAD/PET(30)PEAD/PET(40)

Figura 29: Absoro de gua do PEAD e de seus compsitos.

Matriz: PP

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 5 10 15 20 25 30 35

Tempo de imerso em gua (dias)

Abs

or

o de

g

ua (%

)

PP

PP/CA(30)PP/PET(30)PP/PET(40)

Figura 30: Absoro de gua do PP e de seus compsitos.

52

Nota-se que dentre todos os tipos de compsitos testados, o que continha PP/CA (70/30), foi o que mais absorveu gua. Esta composio absorveu cerca de 50% seu peso inicial. Podemos destacar que o polipropileno um polmero que possui um C tercirio na sua estrutura, sendo este ltimo muito instvel, especialmente quando submetido a condies de altas temperaturas e taxas de cisalhamento, e, portanto, seria o ponto de incio de degradao do polmero tornando-o polar, facilitando a absoro de gua. Este dado tambm pode ser observado ao analisarmos o percentual de gua absorvida pelas matrizes, de forma isolada. A absoro do material feito de PEAD sem carga foi de cerca de 0,38% ao final do teste. J o PP sem carga absorveu praticamente o dobro do valor, em torno de 0,80%.

Para os compsitos com matriz de PEAD tambm houve uma composio que absorveu um nvel elevado de gua: PEAD/CA (60/40), onde um maior teor de carga de CA incorporada originou um aumento do nvel de absoro de gua, enquanto que a composio de PEAD/CA (70/30) absorveu cerca de cinco vezes menos gua. Percebe-se que a casca de arroz em quantidades elevadas prejudica o desempenho do material compsito no quesito de barreira absoro de gua.

Dentre os compsitos com matriz de PEAD, o que absorveu a menor quantidade de gua foi o PEAD/PET, na proporo de 70/30, respectivamente. Isto pode evidenciar que a mistura entre estes componentes se deu de forma amplamente satisfatria, fazendo com que seu compsito absorvesse um nvel baixo de gua. Outro dado importante o de que o PEAD um polmero muito mais estvel do que o PP.

Nos compsitos com matriz de PP nota-se que aqueles que foram reforados com PET a absoro de gua foi praticamente igual, com baixos valores, em torno de 4%. Contudo, estes valores continuam sendo superiores aos valores obtidos pela matriz de PEAD. Isto ocorre pelo fato do PP possuir foras de ligao secundrias muito menores do que as de PEAD, tornando os compsitos de matriz PP muito mais susceptveis ao ataque da gua. Ao passo que o PEAD possui uma cadeia linear, sem nenhum grupo metila pendurado na sua estrutura, o que torna suas

53

ligaes mais fortes, dificultando a possibilidade do polmero sofrer ataques.

Conclui-se que os compsitos que obtiveram melhores respostas no teste de absoro de gua foram os que continham PEAD na sua matriz e PET como reforo. Tanto o compsito carregado com 30% e 40% de PET apresentaram resultados de absoro de gua inferiores e similares, e que podem ser considerados desprezveis, podendo ser melhor visualizadas nas Figuras 29 e 30 pelas curvas quase sobrepostas. O compsito de PEAD/PET, na proporo de 60/40, obteve um valor ligeiramente superior do que o carregado com 30% de PET, o que mostra que o aumento do percentual de PET, neste caso, no prejudicou o desempenho do material compsito na sua barreira absoro de umidade.

5.2) Propriedades Trmicas:

As propriedades trmicas de interesse neste trabalho foram analisadas atravs dos mtodos de DSC, TGA e DTG.

5.2.1) DSC (Calorimetria Exploratria Diferencial):

Os resultados obtidos na anlise de DSC esto abaixo representados na Tabela 6.

Tabela 6: Temperaturas de fuso das amostras polimricas.

AMOSTRAS T fuso PEAD (C) T fuso PP (C) T fuso PET (C) PP/CA (70/30) 127,29 165,83 -

PEAD/PET (70/30) 133,51 - - PEAD/PET (60/40) 132,84 - 250,12 PEAD/PET (70/30) 133,28 - 248,95 PEAD/CA (60/40) 135,74 - - PP/PET (60/40) 128,70 167,11 251,04

PP 100% - 166,38 - PEAD 100% 132,16 - -

PP/PET (70/30) 125,03 163,56 247,59

Atravs das anlises de DSC podemos identificar as amostras polimricas atravs dos seus picos de fuso. Percebe-se que os picos de fuso do PEAD ocorrem em torno de 133C, os do PP em 165C e os do PET em torno de 250C. Em alguns casos, como na amostra de PP/PET, na proporo de

54

60/40, houve a apario de mais um pico de fuso correspondente ao PEAD tambm, o que indica que possivelmente o PP ps-consumo utilizado no compsito de PP estava contaminado com algumas embalagens de PEAD.

5.2.2) TGA (Anlise Termogravimtrica):

Atravs da anlise de TGA, podemos obter resultados no que diz respeito ao percentual de massa de cada componente do material compsito e as temperaturas em que comeou a ocorrer a decomposio de cada componente. A partir das tabelas abaixo podemos verificar estes valores.

Tabela 7: Temperaturas de incio de decomposio dos componentes obtidos por TGA.

T de incio de decomposio (C) AMOSTRAS Polmero CA

PP/CA (70/30) 430 275 PEAD/CA (70/30) 430 270 PEAD/PET (60/40) 490 e 400 - PEAD/PET (70/30) 445 e 425 - PEAD/CA (60/40) 440 75 PP/PET (60/40) 385 -

PP 100% 350 - PEAD 100% 405 -

PP/PET (70/30) 320 -

Tabela 8: Composio em % em massa de cada componente dos compsitos.

% de massa de cada componente AMOSTRAS Polmero CA Resduo

PP/CA (70/30) 74,98 21,93 3,09 PEAD/CA (70/30) 77,34 22,62 0,04 PEAD/PET (60/40) 95,79 - 4,21 PEAD/PET (70/30) 97,12 - 2,88 PEAD/CA (60/40) 63,84 28,11 8,00 PP/PET (60/40) 94,02 - 5,97

PP 100% 100 - - PEAD 100% 99,08 - 0,93

PP/PET (70/30) 95,58 - 4,41

Com base nos valores observados nas tabelas acima podemos concluir que, conforme o esperado, nos compsitos que possuam PET como reforo, este que comeou a decompor primeiro, apresentando temperaturas de incio de fuso em

55

torno de 470C. Este fato explicado devido presena de oxignio na estrutura do PET, que acaba atuando como um agente oxidante, fazendo sua decomposio iniciar antes dos outros polmeros.

Nas composies de PP/PET, tanto a carregada com 40% quanto a carregada com 30%, observa-se a presena de somente um pico de fuso. Isto pode ter ocorrido por causa de uma mistura extremamente homognea e devido ao fato do PET e do PP apresentarem temperaturas de incio de decomposio similares. J nos compsitos contendo PEAD/PET surgiram dois picos de fuso, o que evidencia que as misturas no foram to homogneas quanto as do PP com o PET e que o PEAD muito mais estvel do que o PET, iniciando sua decomposio em temperaturas mais altas.

De acordo com a tabela de percentual mssico, observamos que as composies de PP/PET possuem uma pequena quantidade de resduos, cerca de 6% para a composio de PP/PET (60/40), e aproximadamente 4,5% de resduos para a composio de PP/PET (60/30). Isto advm do fato de que o material utilizado no trabalho no era um polmero virgem, ao contrrio, todo o material era reciclado, gerando nestes casos a presena de resduos, que podem ser cinzas, cargas ou algum tipo de pigmento contidos no material.

Atravs da anlise de TGA tambm podemos concluir que o compsito que possui a maior estabilidade trmica, ou seja, que comeou a decompor numa temperatura maior do que a dos outros compsitos, foi o de PEAD/PET, na proporo de 70/30, iniciando a decomposio do PET em 425C e a do PEAD em 445C. Conclumos que ambas as composies de PEAD/PET se equivalem em estabilidade trmica, variando muito pouco uma em relao outra.

5.2.3) DTG (Termogravimetria Derivativa):

Atravs do mtodo de TGA, podemos derivar suas curvas e obter os valores

56

das temperaturas de pico dos componentes, ou seja, as temperaturas em que a cintica de decomposio atingiu seu valor mximo. Abaixo segue uma tabela com os valores obtidos:

Tabela 9: Composies e suas respectivas temperaturas de cintica de decomposio mxima.

T do pico DTG dos componentes (C) AMOSTRAS Polmero CA

PP/CA (70/30) 497,94 318,95 e 385,63 PEAD/CA (70/30) 517,62 316,71 e 383,20 PEAD/PET (60/40) 482,65 e 510,78 - PEAD/PET (70/30) 482,62 e 516,07 - PEAD/CA (60/40) 517,14 87,45; 268,50; 316,71 e 385,11 PP/PET (60/40) 482,32 -

PP 100% 466,92 - PEAD 100% 491,97 -

PP/PET (70/30) 448,26 -

Podemos notar que as temperaturas do pico de taxa de decomposio mxima dos componentes foram semelhantes, ou seja, todos atingiram uma velocidade mxima de decomposio em temperaturas prximas. Na amostra de composio de PEAD/CA de proporo 60/40, mostrada na Figura 31, foi possvel observar nitidamente todos os picos dos componentes da casca de arroz e do PEAD.

57

517.14C

385.11C

316.71C

268.50C87.45C

2.34%(0.50mg) 21.04%

(4.54mg)

63.84%(13.79mg)

Residue:12.75%(2.75mg)

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Deriv

. W

eigh

t (%/C

)

0

20

40

60

80

100

Wei

ght (%

)

0 200 400 600 800 1000

Temperature (C)

Sample: PEAD 60% + CA 40%Size: 21.5990 mgMethod: Rampa 20 C/minComment: Rampa 20C/min

TGAFile: D:...\Tga\Lapol\Prof.Ruth\2009\247-09 FOperator: MatheusRun Date: 11-Sep-2009 09:42Instrument: 2050 TGA V5.4A

Universal V4.2E TA Instruments

Figura 31: Curva de TGA-DTG para o material compsito PEAD/CA (60/40).

Observa-se que, possivelmente, devido a maior quantidade de CA e a uma provvel mistura no to eficiente, os picos dos componentes da CA ficaram bastante ntidos e separados.

Na Figura 32 observada a presena de apenas um pico, correspondendo mistura polimrica de PP/PET. J para a Figura 33 observa-se a presena de somente dois picos, correspondentes ao PET e PEAD respectivamente, nessa ordem.

58

482.32C 94.02%(18.16mg)

Residue:5.97%(1.15mg)

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Der

iv. W

eigh

t (%/C

)

0

20

40

60

80

100

120

Wei

ght (%

)

0 200 400 600 800 1000

Temperature (C)

Sample: PP 60% + PET 40%Size: 19.3150 mgMethod: Rampa 20 C/minComment: Rampa 20C/min

TGAFile: D:...\Tga\Lapol\Prof.Ruth\2009\247-09 GOperator: MatheusRun Date: 11-Sep-2009 11:30Instrument: 2050 TGA V5.4A

Universal V4.2E TA Instruments

Figura 32: Curva de TGA-DTG para o material compsito PP/PET (60/40).

482.65C

510.78C

95.79%(18.84mg)

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Der

iv. W

eigh

t (%/C

)

0

20

40

60

80

100

120

Wei

ght (%

)

0 200 400 600 800 1000

Temperature (C)

Sample: PEAD 60% + PET 40%Size: 19.6690 mgMethod: Rampa 20C/min

TGAFile: D:...\Tga\Lapol\Prof.Ruth\2009\247-09 DOperator: MatheusRun Date: 08-Sep-2009 13:51Instrument: 2050 TGA V5.4A

Universal V4.2E TA Instruments

Figura 33: Curva de TGA-DTG para o material compsito PEAD/PET (60/40).

59

Este fato pode ser explicado atravs de uma anlise da mistura de PEAD/PET: o PEAD muito mais estvel do que o PET e quando a concentrao deste ltimo aumenta possvel visualizar a diferena de ambos os picos no DTG, onde o PET decompe primeiro do que o PEAD, indicando que a temperatura de decomposio mxima menor do que a do PET. J no caso da mistura de PP/PET, o PP alm de ser reprocessado, menos estvel termicamente do que o PEAD, e, portanto, apresentam temperaturas de decomposio similares com o PET.

5.3) Propriedades Mecnicas:

Para o presente trabalho as propriedades mecnicas analisadas foram dureza e impacto Izod. Abaixo seguem os resultados obtidos atravs dos testes realizados.

5.3.1) Dureza:

Os resultados de dureza obtidos para os materiais compsitos foram separados de acordo com a matriz utilizada. Na Figura 34 esto indicados os resultados obtidos para os compsitos com matriz PEAD. Na Figura 35 esto os resultados para os compsitos com matriz PP.

Matriz: PEAD

48,6748,2047,00

53,2949,57

0,0

7,5

15,0

22,5

30,0

37,5

45,0

52,5

60,0

PEAD PEAD/CA PEAD/PET

Amostras

Du

reza

(S

hore

D

)

Carga: 0%Carga: 30%Carga: 40%

Figura 34: Dureza do PEAD e seus compsitos de matriz PEAD/CA e PEAD/PET.

60

Matriz: PP55,53

51,25

42,50

54,00

0,0

7,5

15,0

22,5

30,0

37,5

45,0

52,5

60,0

PP PP/CA PP/PET

Amostras

Du

reza

(S

hore

D

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Figura 34: Dureza do PP e seus compsitos de matriz PP/CA e PP/PET.

Comparando os resultados mostrados nas Figuras 34 e 35 podemos observar que a matriz que possui a maior dureza a de PP (55,53 Shore D), enquanto que a matriz de PEAD apresentou uma dureza em torno de 49 Shore D; fato que pode ser atribudo ao PEAD ser muito mais tenaz do que o PP, se deformando muito mais, e isto pode estar influenciado pela Tg do PEAD que est em torno de -120C, enquanto que a do PP est prxima de -20C.

Ao fazermos um comparativo entre os compsitos de PP/CA e os de PEAD/CA podemos notar que os que contm PP esto com valores de dureza menores do que os que contm PEAD. Isto se torna incoerente, partindo dos resultados de dureza para o PP e o PEAD separadamente, que indicam que a dureza do PP maior do que a do PEAD. Isto pode indicar que durante o processamento do compsito de PP o material pode no ter ficado bem disperso no molde, causando uma m distribuio dos componentes, gerando vazios localizados, o que pode influenciar na diminuio da dureza das amostras. Outros fatores que podem influenciar nos valores medidos de dureza para os compsitos de PP que o material utilizado para sua confeco reciclado, o que pode acarretar a presena de impurezas e outras partculas no desejadas.

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Dentre todos o