ISSN 1678-0701
Número 70, Ano XVIII.
Março-Maio/2020.
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No. 70 - 20/03/2020
CONSCIENTIZAÇÃO AMBIENTAL E COMUNITÁRIA: OBTENÇÃO DE COMPÓSITOS ALTERNATIVOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE PET E VIDRO RECICLADO  
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Conscientização ambiental e comunitária: obtenção de compósitos alternativos a partir de resíduos de PET e vidro reciclado

Ronaldo Roca Flores 1, Robson Fleming 2

1 Estudante do Curso Superior de Tecnologia em Processos Metalúrgicos do Instituto Federal de Mato Grosso do Sul – IFMS, campus Corumbá

2 Doutor em Ciências, professor do Departamento de Materiais e Metalurgia, Instituto Federal de Mato Grosso do Sul – IFMS, campus Corumbá, Rua Pedro de Medeiros, s/nº - Bairro Popular Velha, 79310-110, Corumbá – MS, robsonfleming@gmail.com



Resumo



A constante busca por materiais de alto desempenho acabou por dar origem a uma classe de material promissora, denominada compósito, que consiste em uma combinação entre materiais metálicos, cerâmicos ou poliméricos. Em razão da preocupação ambiental, grande parte das pesquisas a respeito dos compósitos está voltada para a sustentabilidade. Nos últimos anos, foram registrados elevados índices de impactos ambientais negativos devido ao descarte irregular de resíduos sólidos urbanos (RSUs), tais como garrafas de polietileno tereftalato (PET) e de vidro. Baseado nesta situação, a presente pesquisa teve como objetivo a utilização dos resíduos sólidos mencionados, para dar origem a um material de mesma qualidade que os azulejos convencionais. Para tanto, as garrafas de PET foram fragmentadas em pequenos flocos de 5x5 mm e as garrafas de vidro foram cominuidas para viabilizar a obtenção de partículas passantes nas peneiras de 100# e 140# (mesh). Assim sendo, realizaram-se métodos de obtenção com e sem agitação do fundido e foram confeccionadas amostras prismáticas com 0%, 5%, 10% e 15% em substituição da massa total de PET pelo vidro e submetidas à temperatura de 350°C no intervalo de 35 min. Para verificar as propriedades mecânicas das amostras, realizou-se o ensaio de flexão em três pontos. A partir da análise dos resultados, foi possível constatar que os compósitos com 5% de vidro passante em 140# e com agitação, obtiveram êxito e excederam os azulejos convencionais em questão de resistência mecânica sendo considerados aprovados neste quesito conforme a NBR 13818.



Palavra-chave: Azulejo sustentável, compósito reciclado, resíduo de PET, resíduo de vidro.



Abstract



The constant search for high performance materials ended up giving rise to a promising class of material, called composite, which consists of a combination of metallic, ceramic or polymeric materials. Due to environmental concerns, much of the research on composites is focused on sustainability. In recent years, high levels of negative environmental impacts have been recorded due to the irregular disposal of solid urban waste, such as polyethylene terephthalate (PET) and glass bottles. Thus, the present research aimed to use the mentioned solid residues, to give rise to a material of the same quality as conventional tiles. For this purpose, the PET bottles were broken up into small 5x5 mm flakes and the glass bottles were comminuted to make it possible to obtain particles passing through the 100 # and 140 # (mesh) sieves. Therefore, methods were obtained with and without stirring the melt and prismatic samples were made with 0%, 5%, 10% and 15% in replacement of the total mass of PET by the glass and subjected to a temperature of 350 °C in the 35 min interval. To check the samples mechanical properties, the flexion test was performed at three points. From the analysis of the results, it was possible to verify that the composites with 5% of passing glass in 140 # and with agitation, were successful and exceeded the conventional tiles in terms of mechanical resistance, being considered approved in this regard according to NBR 13818.



Keywords: Sustainable tile, recycled composite, PET waste, glass waste.



  1. Introdução



A ciência dos materiais classifica os materiais de engenharia em metais, cerâmicos e polímeros [1]. Em especial a classe dos compósitos, cuja origem se dá através de uma combinação com os demais materiais. Os compósitos são materiais multifásicos produzidos artificialmente que possuem uma combinação desejável das melhores propriedades de sua fase constituintes [1]. Estes possuem duas fases, a contínua, cuja função é envolver o reforço e transferir toda energia mecânica absorvida para o mesmo, e a dispersa que por sua vez dissipa o máximo desta energia permitindo que o compósito não se rompa.

Nos últimos anos, diversos tipos de compósitos foram desenvolvidos sinteticamente para atender à indústria moderna e suprir a demanda de materiais de alta performance, já que estes podem ter a capacidade de apresentar baixo peso, baixa densidade e maior desempenho quando comparados a materiais tradicionalmente utilizados [2]. Também foram criados compósitos utilizando-se os mais diversos resíduos sólidos encontrados na natureza, com intuito de amenizar os impactos negativos provocados pelos mesmos.

De acordo com a NBR 10004 [3], os resíduos sólidos são definidos como sendo resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ademais, estes resíduos podem ser classificados em matéria orgânica, papel, plásticos, vidro, metais e outros.

No ano de 2015, registros apontaram que a quantidade de resíduos sólidos gerados pelo país totalizou cerca de 80 milhões de toneladas, aumento de 1,7% que o ano anterior, deixando o Brasil em 4° lugar a nível mundial de geradores de resíduos sólidos [4].

A sustentabilidade, através do ato de reciclar, torna-se o meio mais eficaz na tentativa de reduzir a exploração dos recursos naturais devido à busca das matérias-primas necessárias para a fabricação de diversos produtos [5]. A exemplo disso, o vidro, que se faz presente nas mais diversas embalagens, cuja principal fonte de matéria prima é a areia, devido ao alto teor de sílica em sua composição.

De acordo com o Compromisso Empresarial Para Reciclagem (CEMPRE) [6], o Brasil produz em média 980 mil toneladas de embalagens de vidro por ano, usando cerca de 45% de matéria-prima reciclada na forma de cacos e os outros 55% em sua maioria descartado inadequadamente. Outro caso parecido são as garrafas de PET, cuja embalagem é vista como um material moderno, flexível e inegavelmente importante para o homem na sociedade contemporânea [7].

Estudos recentes afirmam que as garrafas de PET vêm se apoderando progressivamente de rios e mares, e estimam que a quantidade dessas embalagens possa superar a quantia de peixes nos oceanos no ano de 2050 [8], já que os materiais provindos do PET vêm aumentando sua produção gradativamente e por consequência surgem os descartes​ ​inadequados​ ​e​ ​a​ ocupação​ ​de​ ​grande​ ​parte​ ​do​ ​volume​ ​de​ ​aterros sanitários [9, 10].

O PET é um polímero que possui baixa rigidez e por consequência, baixa resistência mecânica quando comparados a outros materiais na área de engenharia. No entanto podem ter suas propriedades melhoradas uma vez que lhe seja adicionado uma fase dispersa ​tornando-o assim​ ​um material compósito [9, 11].

Diante disto, a presente pesquisa teve por objetivo o reaproveitamento de tais resíduos para a fabricação de compósitos que evidenciem características mecânicas semelhantes aos azulejos das placas cerâmicas para revestimento da classe B (prensados) [12]. Contribuindo assim para a diminuição de impactos negativos sobre o meio ambiente. A Tabela 1 demonstra as características das placas cerâmicas para revestimento da classe B.

Tabela 1: Especificações das placas cerâmicas para revestimento da classe B[13].

Nomenclatura

Grupo ISO

Resistência à flexão (MPa)

Porcelanato

BIa

35

Grés

BIb

30

Semi-Grés

BIIa

22

Semi-Poroso

BIIb

18

Poroso

BIII

15

Azulejo

BIII

15

Azulejo Fino

BIII

15



  1. Materiais e Métodos



  1. Materiais



Para o desenvolvimento do presente trabalho utilizaram-se garrafas de PET e de vidro a fim de exercerem a função de matriz e reforço dos compósitos, respectivamente. Fragmentou-se o PET em flocos retangulares com tamanhos em média de 5x5 mm a fim de facilitar a confecção das amostras. As garrafas de vidro foram reduzidas em pequenas partículas por meio de um britador de mandíbulas macro da marca MATOLI, modelo 050M014 com o propósito de viabilizar a inserção do vidro no interior da fase contínua. Após este processo, a etapa de peneiramento torna-se essencial para separar o material desejado. Devido a isso, foram selecionados os passantes nas malhas de 100# e 140# com o propósito de constatar a influência do tamanho médio de partícula nas propriedades mecânicas e no acabamento dos compósitos.



  1. Procedimentos para obtenção dos corpos de prova



As etapas para a obtenção das amostras dos compósitos de PET e vidro foram realizadas de acordo com o fluxograma da Figura 1.

Figura 1: Etapas para a obtenção dos compósitos de PET e vidro.



A princípio, juntaram-se os flocos de PET com as partículas de vidro e foram distribuídas no molde para serem processadas termicamente. O molde, de aparência prismática foi confeccionado com aço 1020 apresentando cinco espaços de 22x22x60 mm. Para evitar a adesão do material final no molde de aço, foi inserido um revestimento de papel alumínio em cada espaço. O vidro foi disperso na superfície dos flocos de PET conforme mostra a Figura 2.



Figura 2: Distribuição do PET com vidro no molde antes do tratamento térmico.



Foram elaborados dois métodos para a obtenção dos corpos de prova (CPs). Ambos os métodos foram realizados por batelada em um forno industrial modelo Mufla na temperatura de 350ºC durante 35 min. e posteriormente os CPs foram resfriados à temperatura ambiente por 20 min. para serem desmoldados. A diferença de um processo para o outro foi à etapa de agitação manual, realizada com uma espátula convencional durante 5 s após o processamento no forno.

Desta forma, foram desenvolvidas composições com o teor de reforço de 0%, 5%, 10% e 15% da massa total do PET e separaram-se as amostras conforme a fração granulométrica do vidro. Assim sendo, foram elaboradas 5 amostras para cada composição com o propósito de atingir resultados satisfatórios através da média dos valores obtidos.

As dimensões destes corpos de provas foram de aproximadamente 60 mm de comprimento, 20 mm de largura e 7 mm de altura. Pequenas reduções ocorreram devido à contração do material e da etapa de lixamento das amostras.





  1. Ensaio mecânico de flexão em 3 pontos



O ensaio em questão foi realizado em uma máquina universal de ensaios mecânicos da marca Emic equipada com uma célula de carga de 20 kN, deslocando-se a uma velocidade de 5 mm/min.

Este ensaio determinou a resistência à flexão dos compósitos até a sua ruptura, ou seja, a tensão máxima que este material suporta sem se romper, sendo obtida conforme a equação (1).



Onde,

MRF: módulo de resistência à flexão da placa (MPa).

e: espessura da placa (mm).

F: força de ruptura (N).

L: distância entre os apoios (mm).

b: largura do corpo-de-prova (mm).



  1. Resultados e Discussão



  1. Processo sem agitação



A Figura 3 demonstra os resultados da resistência à flexão dos CP’s obtidos pelo processo sem agitação.

Figura 3: Resistência à flexão do PET e dos compósitos confeccionados com vidro particulado passante em 100 e 140# sem agitação.



Observou-se que a composição de 5% de vidro de ambos tamanhos, apresentou aumento de resistência à flexão em relação às demais composições. Este fato ocorreu devido a pouca quantidade de material disperso na matriz, o que resulta em melhor distribuição do reforço.

Segundo Moura [9], os materiais reforçados com partículas da ordem de tamanho micrométrico, a depender da proporção, ocasionalmente tornam-se mais resistentes em virtude de que as partículas de vidro acabam por limitar o deslocamento entre cadeias do polímero, convertendo-o num material mais rígido.

Por outro lado, as composições de 10% e 15%, não apresentaram aumento de resistência à flexão em relação à amostra referência. Em razão da maior concentração de vidro no interior da matriz, ocorreu a expulsão parcial deste material para a superfície inferior do CP em forma de pequenas aglomerações dando origem a pequenos vazios no compósito, provocando uma queda de sua resistência mecânica.



  1. Processo com agitação



A partir da Figura 4 é possível observar a resistência à flexão dos CP’s obtidos pelo processo com agitação.

Figura 4: Resistência à flexão do PET e dos compósitos confeccionados com vidro particulado passante em 100 e 140# com agitação.



A composição de 10% com partículas maiores (passante em 100#) apresentaram resultados que se sobressaíram minimamente em relação às demais composições com reforço de mesmo tamanho. Isto se deve ao fato da agitação contribuir para a quebra dos agregados e para uma melhor mistura, resultando em uma maior quantidade de vidro retido no interior da matriz.

Verifica-se que a composição de 5% de vidro passante em 140# obteve uma média de aproximadamente 31 MPa apresentando os maiores valores, resultando no dobro de resistência em relação às amostras com 5% de vidro passante em 100#, e aproximadamente 135,6% maior que a resistência obtida pela amostra referência.

Santos [2] mencionou que os ganhos significativos de resistência nos compósitos, apenas seriam vistos se sucedesse uma dispersão adequada das partículas na matriz, e um dos métodos mais simples seria através da agitação dos materiais envolvidos. Em consequência disso o material esfria mais rápido por estar em movimento, mesmo que seja em curto prazo, favorecendo a interação interfacial matriz-reforço e acelerando o fenômeno de contração da matriz polimérica que por sua vez acaba por ser forçada a manter o material disperso em seu interior. Além disso, as partículas menores apresentam a capacidade de abranger maior área superficial das cadeias poliméricas [2].



  1. Análise visual



A partir da Figura 5 é possível observar a superfície inferior dos compósitos selecionados aleatoriamente de cada composição. Nela estão destacados os poros causados pela aglomeração das partículas após serem molhadas pela matriz, já que a formação de agregados ocorre quando há uma adição de grandes quantidades de carga ou pelo fato da carga possuir tamanho muito reduzido [14].

Por possuir uma densidade média de 2,6 g/cm3, o vidro tende a concentrar-se na superfície inferior dos corpos de prova já que supera a densidão de 1,38 g/cm3 relativo ao PET. Uma alternativa para amenizar este fenômeno seria a aceleração da solidificação da matriz por meio da agitação. Observa-se que o processo com agitação proporcionou uma menor quantidade de poros na superfície em relação ao outro processo.

Figura 5: Superfície inferior dos compósitos obtidos pelos processos sem agitação e com agitação.



  1. Conclusão



Os compósitos obtidos a partir de resíduos de PET e vidro, com 5% de reforço e agitação obtiveram êxito nos resultados atingindo mais que o dobro de resistência à flexão em relação à amostra referência. Ademais, as mesmas atestaram comportamento superior a um azulejo comercial da classe BII, ultrapassando os 15 MPa necessários.

Este material ainda teve a capacidade de assimilar-se ao grupo BIb (Grés - prensado) de resistência mecânica na faixa dos 30 MPa, considerando-se aprovado neste quesito, podendo passar para as demais análises a fim de verificar a sua viabilidade.



Referências



[1] CALLISTER, Jr., WILLIAN D., 1994 - Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução/ Willian D., Caliister, Jr. ; tradução Sérgio Murilo Stamile Soares. 7.ed. - [Reimpr.]. - Rio de Janeiro: LTC, 2012.

[2] SANTOS, Júlio Cesar dos - Compósitos laminados têxteis de vidro e carbono em matriz epóxi reforçada com micro e nano sílica. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de São João del- Rei, Minas Gerais, 2013. p.1.

[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004: Resíduos sólidos – Classificação, 2004.

[4] REÍDUO ALL. Rio de Janeiro, 29 nov. 2017; Brasil é o 4° maior gerador de resíduos sólidos do mundo. Disponível em <https://residuoall.com.br/2017/11/29/brasil-gerador-de-residuos-solidos/>; acessado em 16 out. 2018.

[5] VENTURA, José Eduardo - Ambiente, Desenvolvimento e Mudanças Globais. Faculdade de Ciências Sociais e Humanas, Universidade Nova de Lisboa, Lisboa, 2004, n.º 9, p.67.

[6] CEMPRE, Compromisso Empresarial para Reciclagem, Ficha Técnica: Vidro, Disponível em: <http://cempre.org.br/artigo-publicacao/ficha-tecnica/id/6/vidro> Acesso em: 26 out. 2018.

[7] ECYCLE. Água: riscos à saúde, impactos das embalagens e cuidados no consumo. Disponível em: <encurtador.com.br/bqyAY>; acessado em 17 abr. 2018.

[8] PONTES, Nádia: FOLHA DE S. PAULO. São Paulo, 23 jun. 2016; Brasil deixa de reciclar metade das garrafas PET jogadas no lixo. Disponível em: <encurtador.com.br/yQS46>; acessado em 11 abr. 2018.

[9] MOURA, Márcio Cleto Soares de - Desenvolvimento e caracterização de compósitos poli(tereftalato de etileno) reciclado (PET reciclado) com flocos de vidro. Tese de doutorado. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra, Natal, 2011. p. 26, 17, 22-23, 99.

[10] GIRALDI, André Luis Ferrari de Moura - Desenvolvimento e caracterização termo-mecânica de compósitos de PET reciclado com fibra de vidro. Dissertação de Mestrado. Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2003. p.1-2.

[11] GIRALDI, André Luis Ferrari de Moura - Compósitos híbridos de Poli (Tereftalato de Etileno) (PET) / fibra de vidro (FV) modificador de impacto (EMA-GMA). Tese de Doutorado. Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2008. p.23-24.

[12] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13818:1997. Placas cerâmicas para revestimentos - Especificações e métodos de Ensaio. Anexo T - Grupos de absorção d’água. Anexo U - Procedimentos de amostragem e critérios de aceitação e rejeição, 1997.

[13] Características dos Revestimentos Cerâmicos .Disponível em: <https://www.iau.usp.br/pesquisa/grupos/arqtema/ceramica/principal4.htm>; acessadoem 19 abr. 2018.

[14] BESSA, Magno Luiz Tavares - Estudo da dispersão e adesão de micropartículas de diamante em formulação de compósitos epoxídicos. Dissertação de Mestrado. Universidade Estadual Do Norte Fluminense, Rio de Janeiro, 2017. p. 27.



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