O uso responsável de recursos é um sério objetivo corporativo e se encontra no topo da agenda de um número cada vez maior de empresas. Na transformação de plásticos, o uso de resinas recicladas como suplemento e alternativa a materiais virgens possui um papel decisivo no compromisso com a proteção ambiental e climática. Contudo, a mudança para o uso de uma fração ou mesmo da totalidade de resinas recicladas faz com que as empresas encarem novos desafios. Isso ocorre porque, ao transformar materiais para reutilização, fica-se dependente da sua qualidade: se esta for assegurada, as resinas geralmente podem ser fundidas e usadas novamente na fabricação de uma ampla variedade de produtos. Contudo, em muitos casos, isso não é totalmente possível. Resinas, tais como polipropileno e polietileno em particular, não podem ser separadas entre si usando-se métodos tradicionais, uma vez que elas são apenas ligeiramente diferentes do ponto de vista químico. Mas o fato é que mesmo pequenas alterações no material podem afetar todo o processo de manufatura.

É aqui que entra a competência das empresas especializadas no uso da tecnologia de plasma atmosférico na produção industrial. Quando o plasma entra em contato com materiais, ele provoca mudanças nas suas propriedades superficiais – por exemplo, ela pode se alterar de hidrofóbica para hidrofílica. A empresa alemã Plasmatreat GmbH desenvolveu várias soluções para tratamento superficial que são usadas em processos controlados e reprodutíveis para quase todos os materiais:

Muitas indústrias já estão usando o plasma em uma ampla variedade de processos. A tecnologia do plasma, mais uma vez, é de particular importância ao se usar plásticos reciclados: devido ao fato de a separação não ser 100% pura, as resinas obtidas nos processos de reciclagem possuem propriedades (ligeiramente) diferentes do que suas contrapartes virgens, por exemplo, em termos da qualidade superficial.

Isso exerce um efeito negativo sobre processos como união, impressão, pintura, rotulagem, aplicação de vedações etc. A Plasmatreat oferece diversos produtos que simplificam o processamento posterior dos plásticos reciclados, por exemplo, por meio da ativação apropriada do material ou da aplicação de uma nanocamada que proporciona uma superfície com propriedades adicionais. Desta forma é possível expandir as possíveis aplicações dos plásticos reciclados, usando apenas eletricidade e ar comprimido já disponíveis na planta e, dessa forma, contribuir para uma maior proteção ambiental e climática.

 

Impressão digital sem falhas sobre resinas recicladas

A Plasmatreat já demonstrou como isso pode ser feito na prática em cooperação com a fabricante de injetoras Arburg, entre outras empresas: na edição digital da Feira de Hannover de 2021, esta última empresa demonstrou como um copo recém-moldado por injeção, com superfície ondulada, feito com polipropileno (PP) reciclado, pode receber impressão por radiação ultravioleta sem o uso dos promotores de adesão adicionais. Após a remoção do molde de injeção, o copo feito com resina reciclada é submetido a um tratamento de plasma atmosférico (processo PlasmaOpenAir), o qual efetivamente ativa a superfície a ser impressa (figura 1).

Fig.1 - O copo moldado por injeção, feito com resina reciclada, é tratado pelo processo OpenAir de tratamento a plasma para elevar a energia superficial do plástico apolar (© Arburg).

A ativação promovida pelo plasma assegura que a energia da superfície de plásticos apolares aumente de forma significativa. Isso garante o pleno molhamento de toda a superfície a ser impressa usando radiação ultravioleta, criando o pré-requisito para uma boa adesão no substrato das tintas para impressão isentas de solvente, a exemplo do PP reciclado apresentado na figura 2. O resultado é uma imagem impressa nítida e brilhante, a qual é permanentemente resistente à abrasão e umidade.

Fig. 2 - Altas energias superficiais constituem um fator decisivo para que ocorra o molhamento da tinta usada na impressão digital por radiação ultravioleta, satisfazendo um pré-requisito necessário para que ocorra alta adesão das tintas de impressão isentas de solventes (© Arburg)​​​​​​​.

O projeto mencionado anteriormente, em que a Arburg participou como parte da iniciativa R-Cycle (“Ciclo-R”, www.r-cycle.org), é importante não apenas por razões estéticas, mas também pelos aspectos práticos: durante a produção, o copo feito com resina reciclada recebe um “passaporte digital”, o qual é impresso em código de matriz de dados (Data Matrix Code, DMC) facilmente legível, mesmo após um uso prolongado, graças ao tratamento por plasma. A informação sobre a reciclagem do material, armazenada na base de dados do R-Cycle, pode ser recuperada usando a informação disponível no DMC. Isso faz com que o copo, após sua vida útil, se torne novamente um material reciclável, dando apoio a uma cadeia sustentável economicamente.

Outro projeto conjunto teve como tema a impressão tridimensional usando um plástico de engenharia reciclado. As empresas envolvidas – Plasmatreat, AkroPlastic (especializada em resinas) e Yizumi Germany (fabricante de impressoras tridimensionais para aplicações industriais) – demonstraram na feira Fakuma a produção de um componente tridimensional constituído por uma poliamida de origem biológica, reforçada com fibras de vidro, sobre um suporte metálico. Uma chapa de aço inoxidável revestida com um promotor de adesão polimerizado a plasma serviu como substrato no processo de impressão (figura 3).

Fig. 3 - Graças à camada adesiva, que é aplicada à base metálica usando-se o processo PlasmaPlus, o suporte para canetas, feito com poliamida com origem biológica e reforçada com fibras de carbono, é fixado sobre a superfície (© Akro-Plastic).

Neste caso foi usado o processo PlasmaPlus, desenvolvido pela empresa Plasmatreat: dependendo da aplicação, aditivos especiais são incorporados ao plasma usando um cabeçote especial com bocal; estes são ativados pelo plasma. Dessa forma sua reatividade é significativamente aumentada; esses aditivos podem se acumular sobre a superfície do material durante a aplicação do revestimento por plasma e lá ficarem firmemente fixados. O resultado é uma camada apresentando superfície com propriedades funcionais que podem ser estabelecidas de forma individual conforme o processo. No exemplo aqui descrito, uma nanocamada de PT Bond® é depositada sobre a chapa metálica, a qual cria uma firme união entre o suporte metálico e a primeira camada de resina fundida, ou seja, sobre materiais que normalmente são incompatíveis. No futuro, este processo poderá beneficiar os usuários promovendo a expansão dos campos de aplicação dos componentes confeccionados por impressão tridimensional e pela oportunidade de usar materiais mais sustentáveis.

 

Painéis automotivos com resinas recicladas

Há muito tempo o uso de plásticos reciclados chegou até a indústria automotiva, com sua alta qualidade e requisitos restritos para os fornecedores. Muitos fabricantes de automóveis requerem quotas específicas de material reciclado em suas especificações. Os fornecedores se veem diante do desafio de implementar esses requisitos de forma confiável. A tecnologia do plasma já foi comprovada de várias formas nesta aplicação. No caso do design de interiores, numerosas montadoras de veículos já usam materiais reciclados até certo ponto, por exemplo, na produção de painéis de instrumentos feitos de plástico.

Vários fabricantes usam a tecnologia da Plasmatreat para pré-tratamento de superfícies: o pré-tratamento com plasma torna os polímeros apolares adequados para processos que envolvem adesão e assegura que materiais diferentes, eventualmente até mesmo incompatíveis, sejam firmemente unidos. Por exemplo, quando painéis de instrumentos feitos com laminados de plástico reciclado são recobertos por superfícies externas de plástico macio, as quais são moldadas por sinterização da resina em pó (figura 4).

Fig. 4 - O pré-tratamento com plasma torna plásticos apolares adequados para processos envolvendo adesão e assegura uma firme conexão com materiais diferentes e, às vezes, incompatíveis. Por exemplo, no caso de painéis de instrumentos automotivos laminados, feitos com materiais reciclados, com superfícies moldadas pela sinterização de plásticos macios em forma de pó (© Plasmatreat).

Não é apenas por meio do uso melhorado de plásticos reciclados que a tecnologia de plasma apoia a indústria em seus esforços por maior proteção ao meio ambiente e ao clima. Ela também ajuda na substituição de processos danosos ao meio ambiente por outros menos prejudiciais. Por exemplo, montadoras automobilísticas famosas usam o pré-tratamento com plasma como uma alternativa aos tratamentos superficiais tradicionais (figura 5).

Fig. 5 - A ativação da superfície com tecnologia de plasma eleva a energia superficial e melhora a adesão de tintas e adesivos, mesmo no caso de peças feitas com plástico reciclado (© Plasmatreat).

A tecnologia do plasma ajuda os fabricantes a conseguirem reduções significativas de emissões de CO2: enquanto a chama aplicada é gerada a partir da combustão de gases como propano ou metano, por exemplo, os bocais de plasma são operados com eletricidade e ar comprimido. Se for usada energia verde, o tratamento de plasma se torna neutro em termos das emissões de CO2. Mas, mesmo que seja usada uma variedade convencional de fontes de eletricidade, o balanço de CO2 em relação à área tratada neste caso será de, no máximo, um quinto das emissões que seriam geradas ao se usar uma chama. A tecnologia do plasma também dispensa o uso de produtos químicos ambientalmente nocivos, tais como os primers normalmente usados em processos de união. Isso também melhora o balanço ambiental.

O exemplo da fabricação de painéis de automóveis também mostra que a tecnologia do plasma pode contribuir com processos mais eficientes e para a economia de matérias-primas. O processo de aplicação de chama requer que todas as áreas dos componentes que não devam sofrer adesão posteriormente devem ser cobertas com máscaras termicamente estáveis. Com o uso do processo Plasma OpenAir (figura no início do artigo), esta etapa de trabalho é completamente eliminada, uma vez que o jato de plasma trabalha de forma seletiva em relação aos locais específicos, seguindo a geometria do componente com precisão milimétrica.

Além disso, muito pouco calor é gerado durante o tratamento a plasma. Como resultado disso, os componentes tratados permanecem dimensionalmente estáveis e isentos de danos, mesmo se seu projeto incluir paredes muito finas. O meio ambiente e os fabricantes também se beneficiam da economia de material que o plasma torna possível. Portanto, a indústria automotiva em particular, que batalha por projetos de baixo peso, pode – usando componentes otimizados em termos de peso e, ao mesmo tempo, resilientes – reduzir o peso total dos veículos e, portanto, seu consumo de combustível.

 

Desenvolvimento sustentável

Os exemplos aqui apresentados mostram como a tecnologia do plasma apoia as empresas, não só com processos poderosos e eficientes, mas também em seus esforços para poupar recursos. Contudo, as atuais possibilidades oferecidas pela tecnologia do plasma são apenas o começo – na Plasmatreat, bem como em muitas instituições de pesquisa, projetos suplementares sobre esse tema estão em suas fases iniciais, podendo também se tornar soluções aplicadas em série.

Voltando ao tópico inicial deste artigo, particularmente o polietileno e o polipropileno, devido às grandes quantidades envolvidas, possuem um papel importante na reciclagem de materiais. Conforme foi descrito, uma separação perfeita durante a reciclagem é desafiadora e, às vezes, antieconômica devido às propriedades similares desses dois materiais. Atualmente, até 10% em peso de aditivos dispendiosos são incorporados para assegurar a mistura dessas resinas nas extrusoras e obter propriedades aceitáveis no material – portanto, a reciclagem produz materiais com alto valor agregado, mas através da incorporação de substâncias que geraram emissões de CO2 em sua síntese e aumentam significativamente o preço do reciclado.

No momento, estão sendo desenvolvidos estudos no Instituto para Transformação de Plásticos da Escola Técnica Superior de Aachen (Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen, IKV), dentro do projeto “Funcionalização da Resina Fundida”, promovidos pela Associação dos Grupos de Trabalho em Pesquisa Industrial (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen, AiF), os quais deverão tornar tais aditivos supérfluos no futuro. A funcionalização da resina fundida com aplicação de plasma atmosférico diretamente na extrusora pode aumentar a compatibilidade entre os materiais através da incorporação de grupos funcionais nas cadeias poliméricas. Assim, no futuro, por exemplo, misturas de filmes de PE e PP não mais terão que ser separadas, o que requer grande esforço.


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