A reciclagem de plásticos está se tornando cada vez mais importante devido à necessidade de práticas econômicas sustentáveis e aos requisitos legais pertinentes. Em particular, a reciclagem pós-consumo (Post Consumer Recycling, PCR) envolve materiais provenientes de áreas de aplicação muito diferentes. As suas colorações variam consideravelmente de acordo com a região e a estação do ano. Os materiais pós-industriais reciclados (Post Industrial Recyclates, PIR) também estão sujeitos a variações significativas em sua composição de cores, dependendo de sua origem. Equipamentos de classificação modernos podem separar materiais por tipo de polímero. A princípio, a triagem por cores também é possível. Entretanto, isso envolve custos adicionais que muitas vezes são evitados. Além disso, mesmo após a triagem, as variações de cor no material não são insignificantes.

 

As flutuações de cor representam um desafio particular na coloração de materiais reciclados. Frequentemente, é usado um considerável excesso de corantes para obter qualidade consistente na cor desejada pelo usuário final. Assim, a empresa OPM-Mechatronik e o Centro de Plásticos da Alemanha Meridional (Süddeutsches Kunststoff-Zentrum, SKZ) desenvolveram, em um projeto de pesquisa conjunto, um sistema para o controle automatizado da coloração de plásticos reciclados (figura 1). Diversas opções de medição foram testadas no processo como parte do projeto de pesquisa. Como as variações de cor dentro de um lote de resina reciclada são geralmente menores do que entre lotes diferentes, e como os sensores de cor usados na medição de grânulos são mais econômicos do que os sistemas para medição em resina fundida, optou-se pelo uso de um sistema de medição em grânulos. A OPM Mechatronic, em conjunto com o fabricante de sensores de cor Premosys, desenvolveu um conceito abrangente para a medição de cor em grânulos (figura 2).

 

Fig. 1 – O sistema permite a medição da cor das resinas recicladas e a subsequente adição da quantidade apropriada de corantes para se obter a coloração desejada (Fonte: OPM Mechatronic; gráfico: © Hanser) 

 

Fig. 2 – Representação esquemática da funcionalidade do GranuTrack durante a entrada de grânulos (esquerda), medição de cor na gaveta (centro) e descarga de grânulos no processo (direita): o sistema permite a medição eficiente da cor dos grânulos (© OPM Mechatronic) 

 

Determinação das cores dos grânulos diretamente na sua transformação

O sistema, denominado “GranuTrack”, coleta uma amostra no fluxo de grânulos do processo, usando um sistema de gaveta, e a expõe ao sensor de cor dentro de uma área protegida, para efetuar a medição de cor. Foi dada ênfase especial durante o desenvolvimento à garantia de que o sensor de medição de cor não fosse afetado pela abrasividade dos grânulos medidos. Antes de cada medição o sensor é limpo com um dispositivo de sopro para garantir resultados de medição precisos. Após a medição, o conteúdo da gaveta é devolvido ao fluxo de granulado. O sistema pode ser facilmente integrado aos processos já existentes graças às conexões padronizadas, tornando-o uma solução eficiente para medição de cores no setor de reciclagem. Para complementar o controle usando os valores de cor determinados pelo GranuTrack, foi desenvolvido um modelo de controle por meio de vetores de cor. O controle de cor é feito por meio de vetores no espaço de cores CIELAB. A diferença entre a cor desejada e a real constitui um delta que é descrito como um vetor no espaço de cores (figura 3). Cada ajuste de cor é convertido num vetor que representa a mudança de cor no material reciclado, a qual será obtida com uma dosagem conhecida de um corante líquido. Os vetores de cor são determinados uma única vez para cada lote de material. Posteriormente, é analisado qual ajuste de cor é o mais adequado em termos de alinhamento para compensar o delta entre a cor desejada e a real e, assim, regular a diferença de cor dentro do espaço de cores “dE” para o valor desejado.

 

Fig. 3 – Representação do espaço de cores usando os eixos de cores Lab e os vetores das cores de ajuste vermelho e amarelo: a diferença entre a cor desejada e a real pode ser compensada adicionando o corante apropriado para ajuste (© SKZ). 

 

Controle de cor usando indicadores

Um total de quatro cores é usado neste conceito. Uma cor de projeto, que, neste exemplo, seria o verde, representa em grande parte a cor desejada compatível com um lote de material que será colorido. Além disso, uma cor básica é usada para cada eixo de cores. As cores para ajuste são escolhidas de modo que a fração de cada corante de ajuste, em combinação com a cor do projeto, componha a formulação total do corante líquido. A cor amarela é usada para o eixo “b”, a vermelha para o eixo “a” e a branca para o eixo “L”.

Ao efetuar a adição das frações dos corantes de ajuste à formulação, o valor da cor em cada eixo pode ser alterado numa direção mediante o aumento da dosagem (figura 4). Ao reduzir a dosagem, o valor da cor pode ser alterado na direção oposta no eixo, usando o mesmo corante de ajuste. Com esse método, apenas quatro estações de cores são necessárias para obter a cor desejada e poder controlar o valor da cor em ambas as direções em todos os eixos.

 

Fig. 4 – Propriedades de controle do ajuste de cor no eixo de cores: ao adicionar uma pequena dose de corantes é possível efetuar a correção em ambas as direções (fonte: OPM; gráfico: © Hanser). 

 

Determinação dos parâmetros de controle

É necessário determinar parâmetros de controle adequados para adaptar o controle de cor a novos processos. O foco aqui está no tempo de residência, no tempo de preenchimento da gaveta e nos vetores de cor. Com base no valor conhecido de vazão, o tempo de preenchimento da gaveta pode ser estimado e verificado visualmente.

Uma gaveta cheia demais é removida durante o processo de medição, garantindo que o nível de preenchimento sob o cabeçote de medição seja sempre constante. O tempo de residência influencia o sistema de controle, pois é necessário saber quando a alteração na dosagem é detectada pelo sistema. Ao adicionar um único corante ao processo num instante definido, o tempo de residência pode ser determinado usando o sistema de medição de cor.

Os vetores de cor definem o efeito dos corantes líquidos individuais no material de partida. Foi integrado ao sistema de controle um algoritmo automático para determinar esse efeito. Todos os corantes são adicionados à extrusora, um após o outro, com dosagem previamente determinada, sendo o efeito sobre a cor resultante avaliado na saída da extrusora (figura 5). Após se obter um valor de cor constante, a dosagem é alterada para o próximo corante, para determinar todos os quatro vetores de cor, um após o outro. 

O sistema pode ser usado diretamente no processo após a determinação dos parâmetros de controle. Tudo o que se faz necessário é especificar os valores-alvo para o sistema de controle. Eles podem ser especificados manualmente ou obtidos a partir dos valores de cor atuais. É importante garantir que os valores desejados também sejam obtidos com a matriz de materiais.

 

Fig. 5 – Variação de cor conforme os eixos Lab durante a determinação dos quatro vetores de cor dos corantes líquidos individuais: um algoritmo automatizado é usado para sua determinação (Fonte: SKZ; gráfico: © Hanser).

 

Pequenos desvios de cor conseguidos em cinco passos

A funcionalidade do equipamento pode ser ilustrada por meio de um exemplo (figura 6). Para tanto, uma resina reciclada pós-industrial com alta proporção de cor azul foi submetida à coloração. Para gerar flutuações, diferentes proporções de grânulos coloridos foram adicionadas à extrusora usando duas unidades de dosagem diferentes. A proporção de corante líquido foi igual a 2%. As etapas de controle foram realizadas a cada três minutos devido à baixa vazão mássica, de 20 kg/h, e ao tempo de residência resultante de 90 s. No instante inicial (0 min), a formulação inicial é processada com proporções constantes das quatro dosagens.

 

Fig. 6 – Quando a combinação de materiais de entrada é alterada nos instantes marcados (linhas cinzas), o desvio de cor resultante é corrigido, obtendo-se uma diferença de cor inferior à unidade pelas alterações na dosagem das cores individuais (fonte: SKZ; gráfico: © Hanser).

 

Os valores de cor neste momento foram adotados como sendo valores reais para o sistema de controle. Após dez minutos o sistema de controle foi ativado e as dosagens foram ajustadas manualmente. O controle reagiu então aos valores de cor alterados, modificando a adição dos corantes para ajuste, de modo que, dentro de cinco etapas de controle, o desvio de cor “dE” ficou abaixo da unidade.

 

Conclusão

Com o sistema de medição de cor GranuTrack, os valores de cor podem ser determinados de maneira confiável e com alta precisão durante a transformação. O intervalo de medição depende do tempo de preenchimento da gaveta e, portanto, da vazão mássica da resina. O sistema permite controle contínuo da cor dos grânulos durante a produção. Em combinação com o sistema de dosagem Cloopmix, desenvolvido neste projeto, o controle de coloração que visa à diferença de cor “dE” inferior à unidade já é possível para a maioria dos sistemas de materiais e com adição de 2% de corante líquido durante o processo. Isso oferece a possibilidade de produzir regranulados com alta qualidade e coloração consistente.

 

Agradecimentos

O projeto de pesquisa SupraAli foi financiado pelo Ministério Federal da Economia e Proteção Climática (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWK) com base em uma resolução do Senado Federal alemão. Os autores agradecem ao Senado Federal alemão e ao BMWK pelo apoio financeiro.