Utilização de pó de vidro como reforço na produção de compósitos de polipropileno (PP) reciclado.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Costa, I.S. (IFRJ) ; Almeida, L.A. (IFRJ) ; Nasser, R.O. (IFRJ) ; Aversa, T.M. (IFRJ) ; Silva, A.L.N. (UFRJ) ; Souza, L.C. (IFRJ) ; Junior, J.C.J. (UFRJ)

Resumo

Tendo em vista a fase de instabilidade econômica que o país atravessa junto à preocupação com as questões ambientais, os processos de reciclagem tem recebido incentivo e destaque a estudos. No entanto, de maneira geral, a reciclagem dos materiais poliméricos acarreta redução de suas propriedades mecânicas. Dessa forma, neste trabalho buscou-se estudar o efeito da adição de pó de vidro ao polipropileno (ambos reciclados), visando melhorar suas propriedades mecânicas. Após a obtenção dos compósitos determinou-se o índice de fluidez, e, após a injeção dos corpos de prova, realizou-se ensaios de tração, resistência ao impacto e microscopia eletrônica de varredura. Através das análises foi possível observar a melhoria das propriedades mecânicas dos compósitos com maior teor de pó de vidro.

Palavras chaves

Polipropileno; pó de vidro; reciclagem

Introdução

A crescente preocupação com a sustentabilidade e a alta instabilidade financeira em que o Brasil se encontra acarretam na elevação do custo de materiais poliméricos virgens, fazendo com que os processos de reciclagem recebam cada vez mais enfoque e incentivo a estudos (FERNANDES, DOMINGUES, 2007). Entretanto, é conhecida a tendência de redução das propriedades mecânicas e, consequentemente, diminuição do valor comercial quando o material é submetido aos processos de reciclagem (LA MANTIA, 1999). Este efeito negativo exibido pelos materiais poliméricos reciclados pode ser minimizado pela adição de cargas de reforço, como por exemplo, fibras de vidro ou de carbono, e negro de fumo (LA MANTIA, 1999; TEIXEIRA et al., 2006). O polipropileno (PP) é um polímero termoplástico da classe das poliolefinas, essencialmente linear e altamente cristalino e que exibe boas propriedades térmicas e mecânicas que o permite ser explorado numa variedade de aplicações (SUGANO-SEGURA et al., 2017). Dentre os aditivos empregados na melhoria das propriedades do polipropileno estão lignina (SUGANO- SEGURA et al., 2017), bentonita (THYAGARAJ, SOUJANYA, 2017) e o vidro, sob a forma de fibra (YUDHANTO et al., 2016), não sendo encontrado nenhum registro de polipropileno aditivado com pó de vidro. Assim, com base nestes conhecimentos e na problemática econômico-ambiental em questão, para este trabalho utilizou-se polipropileno de reciclagem primária, obtido de aparas de baldes utilizados em indústria, e o pó de vidro oriundo de indústria automotiva, para produzir um novo compósito com esperada melhoria das propriedades mecânicas, de forma a agregar valor comercial ao material originalmente descartado.

Material e métodos

Com o objetivo de otimizar os experimentos permitindo a avaliação dos efeitos principais isolados e combinados das variáveis que realmente impactam nas características finais dos compósitos, realizou-se um planejamento experimental fatorial simples de dois níveis, do tipo 2n, com n = 2 fatores, sendo eles o teor de pó de vidro X1 (0 - 10%) e a velocidade de rotação da rosca X2 (200 - 400 RPM). O pó de vidro foi utilizado conforme recebido, tendo sido analisado quanto ao tamanho de partícula em um equipamento Malvern MasterSizer 2000, na faixa de 0,02 a 2000 µm . As misturas foram preparadas no IMA/UFRJ, em extrusora Dupla Rosca Teck Trill, L/D=40 com diâmetro de rosca de 20 mm, em seis experimentos conforme Matriz Planejamento Fatorial. A confecção dos corpos de prova para os ensaios de tração e impacto se deu com auxílio de uma injetora Arburg Allrounder 270 S. As variáveis resposta foram obtidas através de ensaios mecânicos de tração (ASTM D638) e impacto (ASTM D256), e medida de índice de fluidez (MFI – ASTM D1238). Em paralelo, para auxiliar na determinação das principais características do material obtido foi realizada análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV) e análises térmicas (TGA e DSC).

Resultado e discussão

A análise de tamanho de partícula do pó de vidro revelou larga polidispersão, com diâmetro médio de 16,7 µm. Na Tabela 1 são apresentados os resultados de índice de fluidez, resistência ao impacto e resistência à tração para cada um dos seis compósitos formulados conforme o planejamento experimental. Nas amostras contendo maior teor de pó de vidro (TIR 1 e TIR 3), foi possível perceber uma diminuição do índice de fluidez, que reflete em um aumento da viscosidade do material. É possível ainda, notar que em menor rotação (X2 = -1), houve uma redução um pouco maior do índice de fluidez, o que sugere melhor difusão do pó de vidro na matriz polimérica. Para o ensaio de tração, percebeu-se que mesmo quando eram adicionadas pequenas quantidades de pó de vidro (X1 = 0), já era possível perceber um aumento do módulo de elasticidade (E), apontando maior rigidez para os compósitos. Este efeito do aumento da rigidez tornou-se mais pronunciado nos compósitos que possuíam maior teor de carga (TIR 1 e TIR 3). Novamente pode- se correlacionar tais resultados com a velocidade de processamento (rotação do parafuso), sendo obtido o maior módulo para o compósito processado na menor velocidade (X2 = -1). Através do ensaio de resistência ao impacto, pode-se reafirmar todos os resultados obtidos anteriormente, visto que os compósitos com maior teor de carga (TIR 1 e TIR 3) apresentaram também menor resistência ao impacto, devido ao aumento de rigidez. Evidencia-se também, que as amostras aditivadas com menor teor de pó de vidro (X1 = 0) mostraram resistência ao impacto semelhante aos de maior teor da carga (X1 = +1), enquanto as amostras sem aditivo apresentaram mesma resistência ao impacto, ainda que sob velocidade de processamento diferente.

Conclusões

Neste trabalho buscou-se estudar as características de compósitos de pó de vidro e polipropileno oriundos, respectivamente, de rejeitos da indústria automobilística, e aparas industriais da fabricação de baldes. Notou-se que a matriz de polipropileno reciclado aditivada com pó de vidro sofreu significativas alterações em suas propriedades mecânicas, fornecendo um material de maior rigidez, como mostrado nos ensaios de tração e resistência ao impacto. Essa alteração nas propriedades pode conferir a esses materiais possibilidade de aplicação, refletindo em uma valorização do material reciclado.

Agradecimentos

IFRJ campus Duque de Caxias e Nilópolis, Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano/UFRJ.

Referências

FERNANDES, B. L.; DOMINGUES, A. J. Caracterização mecânica de polipropileno reciclado para a indústria automotiva. Polímeros, nº 2, 85-87, 2007.

LA MANTIA, F. P. Mechanical properties of recycled polymers. Macromol. Symp., nº 147, 167-172, 1999.

SUGANO-SEGURA, A.T.R.; TAVARES, L. B.; RIZZI, J. G.F. et al., Mechanical and thermal properties of electron beam-irradiated polypropylene reinforced with Kraft lignin, Radiation Physics and Chemistry, http://dx.doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.05.016.

TEIXEIRA, S. C. S.; MOREIRA, M. M.; LIMA, A. P. et al. Composites of high density polyethylene and different grades of calcium carbonate: mechanical, rheological, thermal, and morphological properties. Journal of Applied Polymer Science, nº 4, 2559-2564, 2006.

THYAGARAJ, T.; SOUJANYA, D. Polypropylene fiber reinforced bentonite for waste containment barriers. Applied Clay Science, nº 15, 153-162, 2017.

YUDHANTO, A.; LUBINEAU, G.; WAFAI, H. et al. Monotonic and cyclic responses of impact polypropylene and continuous glass fiber-reinforced impact polypropylene composites at different strain rates. Polymer Testing. nº 51, 93-100, 2016.