Análise do desempenho do PEAD reciclado proveniente de borras de purga

A partir da realização de ensaios físicos, ópticos, térmicos, mecânicos e reológicos foram obtidos meios para analisar e avaliar as propriedades do polietileno de alta densidade (PEAD) proveniente de borras plásticas geradas durante o procedimento de purga da unidade de injeção de máquinas e compará-los aos resultados obtidos para o PEAD virgem (PEADv.) submetido às mesmas condições e ensaios. Comparativamente, as amostras preparadas com frações de PEADv. e PEAD obtido a partir da moagem das borras plásticas injetadas (PEADb.) apresentaram valores próximos aos citados como referência na literatura e àqueles obtidos para as amostras de PEADv. Analisadas, com destaque para propriedades físicas, em que não se verificou variação significativa para densidade, grau de cristalinidade e coloração. Observou-se perda de brilho, no entanto, que pode ser decorrente das variáveis de processo.


E. Pereira e R.M.C. Santana

Data: 26/02/2017

Edição: PI Maio 2017 Ano 19 No 222

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Fig. 1 – Borras plásticas injetadas pertencentes aos grupos G1, G2 e G3, classificadas a partir de análise visual

Quando as margens para ganhos financeiros são estreitas e o lucro está atrelado à produtividade, como ocorre nas indústrias de injeção de termoplásticos, cada centavo deve ser considerado e cada perda no processo deve ser minimizada, seja com redução do tempo de ciclo, redução do tempo de máquina parada, estudos de set up, automatização e reciclagem, não somente de produtos não conformes e canais e de injeção, prática comum nas empresas transformadoras, mas também, das borras plásticas geradas no processo de purga de máquinas injetoras.

Purga é o procedimento de limpeza realizado em máquinas injetoras para retirada de resíduos do parafuso plastificador, normalmente quando há troca de cor, troca de matéria-prima, partida de máquina e preparação para manutenções que envolvam a unidade de injeção(1,2).

As borras são o produto da purga, consideradas também como resíduo industrial. O material polimérico fundido é injetado fora do molde, formando uma massa espessa e disforme que normalmente é vendida como resíduo ou sucata, visto que muitas vezes estão contaminadas ou sujas, impossibilitando a sua reutilização, reciclagem ou trazendo desconforto e desconfiança acerca da sua qualidade.

Para que seja possível o reaproveitamento da borra plástica injetada é necessário que ela seja bem cuidada e acondicionada de modo a evitar contaminações externas. Também necessita de classificação visual, normalmente como borra limpa, borra suja, borra queimada ou contaminada(3, 4).

Pesquisas acerca da recuperação de borras plásticas são escassas, justificando o presente estudo. Uma pesquisa realizada em uma empresa que atua na área de injeção de peças plásticas, onde a metodologia de separação de borras e reciclagem foi realizada para análise do impacto econômico e ambiental do reaproveitamento das borras, revelou que cerca de 2% da massa total produzida pela empresa eram borras plásticas injetadas(5). No Brasil, em 2013, 6,42 milhões de toneladas de transformados de plásticos foram produzidos, sendo 30,7% utilizados em injetoras(6) , ou seja 1,97 milhão de toneladas. Se a média de geração de borras for semelhante à dessa empresa, podemos estimar que cerca de 39,4 t/ano de borras são geradas em indústrias transformadoras de plásticos por injeção. Esse número é uma estimativa, uma vez que poucas empresas podem declarar com orgulho a quantidade de resíduos que geram, sendo, portanto, uma dificuldade à obtenção desses dados.

Fig. 2 – Representação do espaço cromático CIELab

A purga é uma operação que não agrega valor ao processo; ao contrário, gera custos, consome energia, tempo e matéria-prima, mas é importante, pois pode garantir uma boa limpeza do conjunto canhão e rosca plastificadora e prevenir problemas de contaminações que interferem na qualidade do produto final(3,4).

Manuais de fabricantes de matéria-prima apontam que manchas e defeitos superficiais podem ser causados por purga ineficiente da máquina. Pro blemas como delaminação, descoloração, contaminação, pontos pretos e pontos claros estão vinculados à eficiência e frequência da purga do conjunto rosca e cilindro. Pontos claros podem ser indício de contaminação. Do mesmo modo, a delaminação pode ocorrer pela presença de matérias-primas incompatíveis misturadas devido à ineficiência da purga. A descoloração pode ser causada pela degradação da matéria-prima estagnada no interior da máquina, assim como a presença de pontos pretos indica material degradado no cilindro ou bico de injeção(7,8).

O acúmulo de carbono proveniente de matéria-prima degradada no conjunto rosca e cilindro, bem como em moldes e bicos de injeção, tem impacto significativo na eficiência de processamento, taxas de geração de sucata, vida útil e manutenção de equipamentos. Assim, a prática de purgar o equipamento preventivamente, evitando o aparecimento de peças defeituosas, mostra-se vantajosa. No entanto, inevitavelmente, gera borras(9,10).

Nesse sentido, esta pesquisa objetiva realizar um estudo acerca da viabilidade técnica para a reutilização e reprocessamento da matéria-prima obtida a partir das borras plásticas injetadas, um resíduo industrial, apresentando uma metodologia para sua reciclagem e valorização a partir de sua classificação e fracionamento com resina virgem de polie tileno de alta densidade.

Materiais e métodos

Fig. 3 – Variação da densidade em função da formulação

Os materiais utilizados nessa pesquisa foram as borras plásticas de PEAD provenientes do procedimento de purga inerente ao processo de moldagem por injeção de termoplásticos geradas nas aulas práticas de transformação de termoplásticos no IFSul – Sapucaia do Sul. O PEAD virgem, IF 7,3 g/10 min. (190 °C/2,16 kg), da Braskem, que deu origem às borras, também foi analisado a fim de possibilitar o estudo comparativo de suas propriedades e das perdas sofridas durante os processos de reciclagem e reprocessamento.

Obtenção e preparação das formulações

Fig. 4 – Variação do parâmetro L* em função da formulação

Misturas contendo frações de resina virgem e frações de borras moídas originaram as formulações utilizadas nesse estudo. O material moído de borras plásticas foi proveniente de três fontes: (1) borra plástica injetada oriunda de matéria-prima virgem; (2) borra plástica injetada oriunda de matéria-prima reprocessada e (3) borra plástica oriunda de matériaprima virgem ou recuperada que tenha sofrido contaminação ou queima durante o processo, chamada nesse estudo de moído de borra plástica injetada contaminada. A tabela 1 apresenta as formulações entre PEAD virgem e material obtido a partir da moagem de borras plásticas injetadas, bem como as proporções utilizadas em cada formulação.

A obtenção e preparação das amostras exigiu a coleta, observação, classificação, corte e moagem das borras, além da formulação e processamento das misturas obtidas entre frações do material obtido a partir da moagem das borras e frações de PEAD virgem para posterior injeção dos corpos de prova.

Fig. 5 – Variação do parâmetro a* em função da formulação

As borras geradas foram coletadas, estratificadas de acordo com a maté ria-prima que as originou (PEAD virgem e PEAD reciclado), pesadas e observadas quanto à presença de contaminações e, depois, reclassificadas de acordo com o aspecto visual que apresentavam formando três grupos: “borras plásticas oriundas de matéria-prima virgem” G1, “borras plásticas oriundas de matéria-prima recuperada/reprocessada” G2 ou “borras plásticas contaminadas” G3. Na figura 1 é possível observar exemplos da classificação das borras considerando aspectos visuais.

Após a classificação visual pelo aspecto apresentado pela borra, as mesmas foram pesadas em balança eletrônica (marca Marte modelo AS 5500) para contabilização da massa total obtida e, posteriormente, fatiadas em uma serra de fita (marca Romarfa modelo RMF 200E) para redução de espessura para condicionamento para moagem em moinho de facas (marca Retsch modelo SM 200), em que o material sólido e compacto das borras foi reduzido a pequenos grânulos. As misturas entre matéria-prima virgem e os grânulos de borras moídas foram realizadas manualmente nas proporções indicadas na tabela 1. As formulações foram processadas em extrusora dupla-rosca, co-rotante (Haake Rheomex PTW16/25), com perfil de temperaturas em 170/175/180/185/ 190/200 °C e rotação de 60 rpm visando uma mistura de melhor qualidade. Após extrusão das misturas, essas foram peletizadas (na peletizadora Seibt, modelo PS50). Os corpos de prova foram obtidos posteriormente em uma mini-injetora (Thermo Scientific Haake Mini Jet II) com préaquecimento de 300 s, temperatura do cilindro em 180 °C, temperatura do molde em 60 °C e pressão de 600 bar aplicada por 6 s.

Caracterização

A fim de verificar comparativamente aspectos de cada uma das formulações preparadas foram realizados ensaios para determinação de propriedades físicas, ópticas, térmicas, mecânicas e reológicas.

Quanto aos aspectos físicos, foram analisados fatores como densidade e cor. A densidade foi determinada pelo método de Arquimedes, baseado na ASTM D792-13(11-13). O ensaio foi realizado com banho de imersão em álcool etílico a 25 °C.

Sabe-se que muitas propriedades dos polímeros podem ser estimadas a partir do valor de sua densidade, pois essa é uma consequência da sua natureza semicristalina(14). A densidade em polietilenos pode ser considerada proporcional ao grau de cristalinidade(15). Assim, a partir da densidade, o grau de cristalinidade foi calculado com a aplicação da equação 1(16-18).

Fig. 6 – Variação do parâmetro b* em função da formulação

Onde: Xc é o % de cristalinidade ñ é a densidade da amostra ña é a densidade do polímero totalmente amorfo ñc é a densidade do polímero perfeitamente cristalino

Os valores de ña e ñc podem ser medidos por métodos experimentais. No entanto, a cristalização não pode ser prevenida com facilidade para polímeros com estrutura simples, como é o caso do PEAD, mesmo que altas taxas de resfriamento sejam aplicadas. Nesse caso é possível fazer uso de valores teóricos(19). Para aplicação da equação 1 foram considerados como valores atribuídos à densidade teórica para o polietileno 100% amorfo (ña) 0,830 g/cm3 (18) e 0,998 g/cm3 (18,19) para o polietileno 100% cristalino (ñc), visto que a determinação dos valores para o polímero 100% amorfo e 100% cristalino é uma dificuldade que restringe em muitos casos o uso dessa técnica(18,20). Os valores utilizados para a densidade das amostras (ñ) foram obtidos experimentalmente com base na ASTM D792-13(12).

A aparência é uma característica essencial para os materiais poliméricos, que quando degradados podem apresentar perda de brilho, amarelamento e fissuras, dentre outros efeitos que reduzem sua vida útil (21) . Assim, para avaliação da coloração foi utilizado o espectrofotômetro (BYK – Gardner Spectro Guide modelo Sphere Golss) e foram submetidas ao ensaio três amostras de cada formulação, realizando o ensaio em triplicata. Foram realizadas e avaliadas as medições nos eixos L*, a* e b*, parâmetros do espaço cromático CIELab, conforme figura 2, e calculado o ÄE, que expressa a variação global da coloração a partir da equação 2(22).

O aspecto óptico “brilho” foi analisado no mesmo equipamento com feixe de 60°, sobre o padrão branco com L= 95,14; a=-1,01 e b=0,73.

Fig. 7 – Variação global na coloração em função da formulação

Os aspectos térmicos foram avaliados pela análise termogravimétrica (TGA). A TGA foi realizada com base na ASTM E1131-08(24) utilizando o analisador termogravimétrico Shimadzu modelo TGA – 50. A análise foi realizada com aproximadamente 10 mg de amostra de cada formulação selecionada, aquecendo-as aproximadamente entre 25 e 800 °C, com taxa de aquecimento de 20 °C/min, em atmosfera de nitrogênio a um fluxo de 100 mL/min. As amostras selecionadas para esse ensaio foram G1A, G2A e G3A, que correspondem ao PEADv, G1C, G2C, G3C (com teor de borras 50%) e G1E, G2E e G3E (100% borras).

Foram realizados ensaios mecânicos para verificação da resistência à tração, impacto e dureza. Os ensaios de tração foram realizados com base na norma ASTM D-638-10(25) em equipamento universal de ensaios (marca Instron, modelo 3369), em cinco corpos de prova de cada formulação, à taxa de 5 mm/min até a ruptura. Os ensaios de impacto foram realizados com base na norma ASTM D256-06(26) (em equipamento da marca Ceast, modelo Impactor II). Para a realização do ensaio as amostras foram entalhadas em entalhador motorizado Notchvis marca Ceast. Foram submetidos ao ensaio sete corpos de prova de cada formulação, utilizando martelo de 2,75 J, sendo o resultado obtido a média de cada grupo. E, por fim, o ensaio de dureza foi realizado em equipamento Marca Woltest Sd 300, Shore D, baseado na norma ASTM D2240-05(27). Esse ensaio foi realizado em triplicata para cada uma das formulações. Foram realizadas 10 medições em cada corpo de prova, sendo o resultado final definido pela média das médias de cada grupo.

Fig. 8 – Variação do brilho (G) em função da formulação

Para avaliações de aspectos reológicos foram realizados ensaios de índice de fluidez e cálculo da energia de ativação para o fluxo viscoso (Ea). Os ensaios para determinação dos MFIs foram baseados na norma ASTM D 1238(28), utilizando o plastômetro Instron CEAST Division, Modular Melt Flow modelo 7026.000, com carga de 2,16 kg, 190 °C e balança analítica eletrônica marca Marte modelo YA220. Os ensaios foram realizados em triplicata. A energia de ativação para o fluxo viscoso foi obtida aplicando a equação de Arrhenius modificada e medidas de IF em diferentes temperaturas, conforme se observa nas equações 3 e 4(29).

Foram calculadas as energias de ativação para as amostras de cada formulação, sendo realizadas medições de MFI em triplicada, nas temperaturas de 170 °C, 190 °C e 210 °C com carga padrão de 2,16 kg, pré-aquecimento de 180 s e intervalo de corte de 10 s. Os resultados médios dos MFIs em diferentes temperaturas foram tabelados e plotados no gráfico ln IF X 1/T, cuja tangente da reta formada corresponde ao valor de –Ea/R.

Resultados e discussão

Propriedades físicas, ópticas, térmicas, mecânicas e reológicas foram avaliadas e analisadas para o PEAD virgem e para cada formulação obtida a partir das misturas entre matéria-prima virgem e borras de processo moídas. Os resultados são apresentados na sequência.

Avaliação das propriedades físicas

a) Densidade

A variação de densidade verificada entre as amostras submetidas ao ensaio foi muito pequena, sendo a diferença entre a maior e menor densidade encontrada de apenas 0,0148 g/cm3.

Fig. 9.a) – Curvas TGA: PEADv comparado às amostras do G1

Fig. 9.b) – Curvas TGA: PEADv comparado às amostras do G2

Enquanto G1 praticamente manteve a densidade independentemente da formulação de 0,9344 a 0,9383 g/cm3 ; Ä = 0,0039 g/cm3 , G2 apresentou pequena variação de densidade, de 0,9326 a 0,9435 g/cm 3; Ä = 0,0109 g/cm 3 e G3 apresentou variabilidade de resultados sempre inferiores ao padrão “A” (PEAD virgem), variando de 0,9287 a 0,9340 g/cm 3 ; Ä = 0,0053 g/cm3. A variação entre a maior e menor densidade verificada, comparada ao padrão “A” foi de Ä = ± 0,007 g/cm 3 , como pode ser observado na figura 3.

Fig. 9.c) – Curvas TGA: PEADv comparado às amostras do G3

Realizados os cálculos para determinação do grau de cristalinidade a partir da equação 1 foram obtidos os resultados apresentados na tabela 2, os quais evidenciam como amostra de maior cristalinidade a amostra “G2E” (100% de borras oriundas de PEAD reciclado) com 71,49% de cristalinidade, sendo essa, fruto de bor ra plástica moída recuperada (100%). Este valor está em concordância com o valor da densidade, uma vez que essa também é a mais densa entre as analisadas.

Pode-se observar também que os valores obtidos para o grupo “G3” que corresponde às borras queimadas e/ou contaminadas, têm graus inferiores de cristalinidade (63,1 – 66,1%) quando comparados aos demais grupos (65,4 – 71,5%). Esse fato pode ser explicado como consequência de uma possível degradação. Embora a presença de cadeias mais curtas possa favorecer a cristalinidade, a presença de ligações cruzadas na degradação do polietileno interfere no empacotamento, podendo levar a uma queda da cristalinidade e consequentemente a uma redução da densidade(30), como observado nos resultados obtidos para o grupo G3, sempre inferiores ao padrão “A”.

Ainda pode-se verificar que, para o grupo G1, a maior variação entre o padrão, PEAD virgem e as formulações ensaiadas para o grau de cristalinidade foi de +1,3% para G1 (100% borra oriunda de matéria-prima virgem), para G2, +4,2% (100% borra oriunda de matéria-prima recuperada) e para G3, -4,2% (75% PEAD virgem e 25% de borra contaminada).

Vale ressaltar que os valores obtidos para densidade e grau de cristalinidade estão em concordância com os valores apresentados por Peacock(14), que relaciona % de cristalinidade e densidade onde para uma faixa de 62% a 70% de cristalinidade, espera-se uma densidade na faixa de 0,93 a 0,94 g/cm3. Nesse trabalho, a variação encontrada foi de 63,1% a 71,5% para o grau de cristalinidade calculado a partir da densidade e variação de densidade na faixa de 0,9287 g/cm3 a 0,9435 g/cm 3.

b) Propriedades colorimétricas:

A figura 4 apresenta os valores referentes à variação de “L*”, que representa luminosidade, sendo cem o valor máximo referente à cor branca ou mais claro, enquanto zero equivale ao valor mínimo e refere-se à cor preta ou mais escuro. Observa-se que as amostras que mais se aproximam do branco, ou seja, as mais claras, são as dos grupos G1 e G2, ou seja, as que foram formuladas com resina virgem + borra virgem e, resina virgem + borra oriunda de matéria-prima reciclada/reprocessada.

Fig. 10 – Variação da rigidez em função da formulação

A figura 5 apresenta a variação de cor no eixo “a*”, no qual “a*” significa uma coloração cada vez mais verde e “+a*”, uma coloração cada vez mais vermelha. Observa-se que todas as amostras analisadas apresentaram coloração que tendia ao verde; ainda assim, muito próximas da origem, sendo que visualmente, a coloração verde não foi observada.

Na figura 6 verifica-se o amarelamento das amostras, uma vez que valores para “-b*” representam uma coloração cada vez mais azul à medida que os valores se afastam da origem, ao passo que “+b*” representa uma coloração cada vez mais amarela à medida que os valores se afastam da origem. O índice de amarelamento “b*” é uma indicação clara da ocorrência de reações de oxidação(30) e é frequentemente associado à degradação de polímeros (31,32), sendo dessa forma, muito útil nesse estudo.

A partir da observação da figura 6 verifica-se que, as amostras G1A, G2A e G3A, que correspondem ao PEAD virgem, apresentam inicialmente o menor índice de amarelamento, sendo as mais azuladas entre as amostras analisadas, resultado já esperado, demonstrando a qualidade da resina virgem quanto à coloração. Por outro lado, as amostras do grupo G3, especialmente as “C”, “D” e “E” que possuem as maiores frações de borra plástica contaminada moída e/ou queimada, demonstram ser as mais amarelas entre as selecionadas para o presente estudo.

Fig. 11 – Variação da resistência à tração em função da formulação

Finalmente, foi calculada e verificada a variação de ÄE, parâmetro que capta a variação da cor no todo, considerando para isso as variações sofridas não somente num único eixo, mas sim, considerando todo o espaço cromático nos eixos “L*”, “a*” e “b*” de forma conjunta. Sabese que uma diferença de coloração ÄE< 1 não é perceptível ao olho humano e quando se obtêm valores iguais ou inferiores a 10, podemos afirmar que as cores são semelhantes(33). A maior variação observada foi de 5,81 entre o padrão, PEAD virgem (74,98) e a amostra G3 com formulação de 25% PEAD virgem e 75% material moído de borras plásticas contaminadas (69,17), demonstrando assim, que não houve variação significativa de coloração entre as amostras com as diferentes formulações analisadas, conforme demonstra a figura 7.

Avaliação da propriedade óptica “brilho”

Na figura 8 verifica-se o parâmetro “G”, que indica o brilho presente em cada amostra. Quando desejamos uma superfície brilhante, basta poli-la, mas, se desejamos um aspecto opaco ou fosco, basta dar um acabamento áspero para a superfície. Assim, a propriedade brilho está associada à presença de rugosidade superficial nas amostras. Percebe-se que o PEADv é a amostra mais brilhante entre as estudadas, enquanto amostras do material 100% moído de borras possuem brilho menos intenso, que pode ser associado às contaminações presentes nesse material. A se material. A diferença entre a amostra mais brilhante (PEAD virgem) e a de menor brilho (G1 25/75) chegou a 32%, no entanto, as amostras analisadas foram obtidas em miniinjetora, sem rosca plastificadora. Uma melhor homogeneização da matéria-prima conduz a um melhor acabamento superficial, que também pode alcançar um valor de brilho mais intenso, quando o molde de injeção não apresenta acabamento fosco.

Avaliação da estabilidade térmica das amostras via análise termogravimétrica (TGA)

Os resultados apresentados na tabela 3 e figura 9 a), b) e c) comparam o desempenho térmico das amostras de diferentes formulações.

Fig. 12 – Variação da resistênciaao impacto Izod em função da formulação

De forma geral, observa-se que nos grupos G1 e G3 tanto as misturas de borra e PEADv. (formulações “C”, 50/50), quanto as amostras com 100% de borra moída (formulações “E”), são mais estáveis termicamente que o PEADv (formulação “A”). No G2, os valores para as amostras G2A e G2E foram iguais. No entanto, na mistura G2C, houve um acréscimo de 11 °C, melhorando a estabilidade térmica. Esse mesmo comportamento também foi observado nos picos da DTG onde a cinética de decomposição é máxima. O aumento da estabilidade térmica e o deslocamento dos picos de DTG para a direita podem ser atribuídos à formação de reticulações durante os processos degradativos do PEAD.

Quanto ao teor de cinzas, verificou-se que, inicialmente, o PEADv possuía um teor superior, provavelmente em virtude do pacote de aditivos existente na resina virgem.

Propriedades mecânicas

a) Avaliação das propriedades mecânicas de tração

Fig. 13 – Variação da dureza por grupo em funçãointemperismo natural da formulação para amostras não expostas ao Intemperismo natural

Na figura 10 são apresentados os resultados comparativos do módulo elástico das diferentes formulações, onde verifica-se que houve um aumento da rigidez (maior resistência à deformação elástica do material) quando formulado, independentemente da fração PEADv/PEADrec de borra adotada.

O módulo de Young está diretamente relacionado com a rigidez do polímero, de forma que, quanto maior o módulo, maior será a rigidez. Da mesma forma, o módulo está relacionado ao grau de cristalinidade: este será maior quanto maior for a cristalinidade. O aumento da cristalinidade também pode estar relacionado a uma facilitação na recristalização após a cisão da cadeia polimérica, uma vez que esses segmentos requerem menor energia para sua mobilidade(15).

Fig. 14 – Variação do MFI em função da formulação

A tabela 4 apresenta os resultados obtidos para a extensão na carga máxima, ou seja, no limite elástico do material. Verifica-se que todos os resultados ficaram próximos ao valor de referência padrão, PEAD virgem, 2,60 mm, sendo a menor extensão atribuída à amostra G1D com 2,11 mm e o maior valor para as amostras G2C com 3,09 mm. Percentualmente os valores representam em relação ao padrão uma perda de 17,7% para G1D e ganho de 19% para G2D.

Na tabela 4 também são apresentados os resultados obtidos para o alongamento na ruptura onde percebe-se que não houve mudanças significativas quanto ao alongamento na ruptura para a maior parte das amostras. Destacaram-se as amostras G2D e G3D com os maiores valores de alongamento que, em relação ao padrão “A”, representam acréscimo de aproximadamente 260% no alongamento antes da ruptura para o melhor resultado. De um modo geral, podemos dizer que os resultados se mantiveram próximos do padrão, com pouca variação ou tiveram aumento da propriedade o que é visto como resultado positivo, uma vez que o aumento do alongamento antes da ruptura amplia a área abaixo da curva tensão versus deformação, o que significa elevação da tenacidade do material, ou seja, energia necessária para romper o polímero, o que caracteriza não só a deformação, mas, de fato, a falha total do material.

É importante comparar resultados obtidos com valores da literatura estudada que apresenta dados que relacionam a densidade do polietileno e sua resistência à tração, conforme apresenta a tabela 5.

Nesse estudo, como visto anteriormente, a variação encontrada para a densidade ficou na faixa de 0,9287 a 0,9435 g/cm 3. Relacionando redução da capacidade de resistir ao impacto para todas as formulações quando comparadas ao PEAD virgem. Foi verificado que os resultados obtidos para as formulações do grupo G1 são superiores aos resultados obtidos pelas formulações do grupo G2 que, por sua vez, são superiores aos obtidos pelo grupo G3. O valor obtido para o PEAD virgem foi de 10,20 kJ/m2, sofrendo decréscimo de 58% na amostra G3D e de quase 24% na amostra G1B.

Valores para o PEAD puro encontrados na literatura possuem larga faixa de variação quanto à resistência ao impacto, de 0,8 a 14 ft lb/in(34), que equivalem a uma faixa de 4,2 a 73,5 kJ/m 2, ou seja, mesmo com perdas consideráveis, todas as amostras ainda ficam dentro da faixa, sendo a formulação “A” o melhor resultado obtido (10,2 kJ/m2), enquanto “G3D” ficou no limite inferior da faixa citada na literatura (4,2 kJ/m2)

c) Dureza Shore D

A figura15 aponta os resultados das médias das 10 medições de dureza realizadas em três corpos de prova de cada formulação. A partir do gráfico plotado pode-se perceber uma maior dureza média para as amostras dos grupos “G2” e “G3”, referentes às formulações entre matéria-prima virgem e borra moída recuperada e entre matéria-prima virgem e borra plástica moída contaminada e/ou queimada, além de uma menor dureza para as formulações do grupo “G1”, referentes às formulações entre matéria-prima virgem e borra plástica moída oriunda de matéria-prima virgem.

Na literatura é citada a faixa de 55-70 Shore D para o PEAD(34). Na ficha técnica do PEAD utilizado neste estudo, o resultado apresentado foi 58 Shore D, e os valores de tolerâncias não foram apresentados. Nesse estudo a faixa de dureza variou de 53,2 a 59,1 Shore D, com todas as formulações do grupo “G1” ficando abaixo da faixa e abaixo do valor de referência do padrão “A” para o PEAD virgem, comportamento oposto às formulações dos grupos “G2” e “G3”, que tiveram de modo geral, considerando os desvios, aumento da dureza em relação ao padrão estabelecido.

Adotando como padrão de referência o PEAD virgem, verifica-se um aumento de apenas 4% na dureza da amostra G3C e redução de cerca de 6,3% na dureza da amostra G1C, enquanto as amostras do grupo “G2” apresentaram pouca variação independentemente da formulação adotada.

Avaliação das propriedades reológicas

a) Índice de fluidez (MFI)

Na figura 16 observa-se a variação do valor do MFI para cada formulação analisada, mas de modo geral, não há grandes alterações em relação ao PEAD virgem. Amostras do grupo G1 apresentaram em média MFI de 6,5 g/10 min., G2 de 6,9 g/10 min. e G3 de 7,4 g/10 min. O aumento do MFI em G3 pode estar relacionado à ocorrência de cisões nas cadeias poliméricas, que facilitariam o fluxo viscoso. Na amostra G3E observa-se a maior variação, um aumento de 28% em relação ao padrão. Visto que o grupo G3 é formado pelas frações de PEAD virgem e material obtido de borras contaminadas ou queimadas, um aumento do índice de fluidez já era esperado.

b) Avaliação da energia de ativação para o fluxo viscoso

A figura 17 apresenta os valores encontrados para os índices de fluidez das diferentes formulações em diferentes temperaturas que são base para a determinação da Ea. Como esperado, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura de teste, aumentando também o índice de fluidez. Isto é uma consequência do movimento molecular acelerado experimentado pelos polímeros quando são expostos a uma maior temperatura. Devido à disponibilidade de maior volume livre, ocorre a redução dos emaranhamentos e as interações intermoleculares tornam-se mais fracas, facilitando o fluxo polimérico.

Na figura 18 estão os valores referentes a Ea calculada a partir da equação 1 para cada um dos grupos estudados (G1, G2 e G3), bem como as variações para cada formulação (A, B, C, D e E).

Observa-se, de modo geral, uma redução gradual na Ea até a formulação D. Já para a amostra E observamos o aumento da Ea. A tendência geral observada com redução gradual de Ea pode ser explicada pelas características degradativas do PE, as quais incluem fenômenos de cisão e reticulação das cadeias poliméricas. A cisão de cadeias favorece o fluxo viscoso, reduzindo Ea, enquanto a formação de reticulações eleva Ea(37).

Fig. 15 – Variação do MFI em função da formulaçãoe das diferentes temperaturas de ensaio

Fig. 16 – Valores da Ea das amostras em função decada grupo e formulação

Na literatura, foram encontrados valores de referência para Ea do PEAD virgem entre 27,1 e 28,8 kJ/mol(34-36). Os valores encontrados para Ea das formulações de PEAD virgem e borra moída variaram de 23,9 a 28,5 kJ/mol. O PEAD virgem estudado teve Ea calculada em 25,6 kJ/mol, um pouco abaixo da faixa de referência, o que pode ser explicado pelos diversos grades comercializados para essa resina(37-39).

Em relação ao PEAD virgem, verifica-se maior variação para amostras do grupo G3, em especial para as formulações C, D e E, que possuem pelo menos 50% de material moído de borras queimadas ou contaminadas, o que explica o resultado obtido.

Conclusão

Considerando os resultados obtidos, pode-se dizer que a matériaprima oriunda da reciclagem de borras plásticas injetadas de PEAD provenientes de purgas inerentes ao processamento de termoplásticos por injeção, se devidamente separadas e acondicionadas, pode ser reciclada e reutilizada quando formulada com PEAD virgem. De modo geral, o material obtido a partir de borras plásticas oriundas de matéria-prima virgem (G1) e de borras oriundas de matéria-prima recuperada ou reprocessada (G2) apresenta desempenho semelhante. O material obtido de borras plásticas classificadas como queimadas ou contaminadas (G3) distanciou-se em maior grau dos valores obtidos para o PEAD virgem, ficando por vezes nos limites inferiores de aceitação quando comparados a valores de referência citados na literatura, especialmente para formulações que continham 50% ou mais desse material.

Não foram observadas alterações significativas nas propriedades físicas analisadas. A densidade teve variação de apenas 0,007 g/cm3 entre a maior e menor densidade verificada, comparada ao padrão adotado para a comparação, o PEAD virgem. A cristalinidade calculada via densidade apontou que as formulações do grupo G3, em que foi utilizada borra plástica moída injetada contaminada ou queimada, apresentaram menor grau de cristalinidade quando comparadas aos demais grupos; no entanto, ainda que menor, o valor obtido está dentro da faixa citada na literatura.

Acerca da coloração, a maior variação verificada teve ÄE = 5,81, sendo significativo um ÄE e” 10. Dessa forma, pode-se verificar que não houve variação significativa na coloração de nenhuma das formulações avaliadas. Quanto à propriedade óptica “brilho”, verificou-se que a diferença entre a amostra mais brilhante (PEAD virgem) e a de menor brilho (G1 25/75) chegou a 32%; no entanto, melhorias no processamento das amostras podem conduzir a resultados melhores.

Quanto ao desempenho térmico, verificou-se de modo geral, um aumento da resistência à degradação pelo aumento da estabilidade térmica, que chegou a 11 °C.

O limite elástico do material para cada uma das formulações ficou próximo ao valor de referência padrão, PEAD virgem. Percentualmente, os valores representam em relação ao padrão, perda de 17,7% para G1D e ganho de 19% para G2D. Todos os resultados obtidos para a resistência à tração no escoamento e na ruptura das diferentes formulações avaliadas apresentaram desempenho dentro da faixa esperada citada na literatura (8,3 a 24,1 MPa).

Sobre os resultados obtidos para resistência ao impacto em ensaio Izod verificou-se a uma redução da capacidade de resistir ao impacto para todas as formulações quando comparadas ao PEAD virgem, sendo G1>G2>G3 nesse parâmetro. Ainda assim, mesmo com perdas consideráveis, todas as amostras ainda ficam dentro da faixa citada na literatura, sendo a formulação “A” o melhor resultado obtido (10,2 kJ/m2), enquanto “G3D” ficou no limite inferior da faixa citada na literatura (4,2 kJ/m2).

Nesse estudo a faixa de dureza variou de 53,2 a 59,1 Shore D, um pouco abaixo da citada na literatura (55-70 Shore D). Ainda assim, em relação ao PEAD analisado nesse estudo, a variação foi de apenas + 4% e -6% para a maior e menor variação observada.

Sobre as propriedades reológicas analisadas, verificou-se que não houve grandes alterações no MFI quando comparadas amostras formuladas com material moído de borras plásticas e PEAD virgem. O MFI variou gradativamente, sendo o resultado obtido para G3>G2>G1. Quanto à energia de ativação para o fluxo viscoso (Ea), de modo geral houve uma redução gradual nas formulações A à D e aumento na formulação E (100% moído de borra). Os valores obtidos para Ea das formulações de PEAD virgem e moído de borra variaram de 23,9 a 28,5 kJ/mol, um pouco abaixo da faixa citada na literatura (27,1 e 28,8 kJ/mol) o que pode ser explicado pelos diversos grades comercializados para essa resina(38-40). O grupo G3, em especial para as formulações C, D e E, que possuem maior fração de material moído de borras queimadas ou contaminadas, apresentou as maiores variações.

Agradecimentos

Ao IFSul campus Sapucaia do Sul e ao Lapol – UFGRS

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