INCORPORAÇÃO DE RESÍDUOS DE LAMINADOS SINTÉTICOS EM
COMPÓSITOS DE PVC
Ademir Anildo Dreger- [email protected], Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
PPGE3M, LAPOL, Av. Bento Gonçalves 9500, Agronomia, 91501-970, Porto Alegre - RS - Brasil
Ruth Marlene Campomanes Santana - [email protected], Universidade Federal do Rio Grande
do Sul, PPGE3M, LAPOL
Fernando Dal Pont Morisso - morisso @feevale.br, Universidade Feevale, ICET
Resumo: O setor de calçados emprega em seus produtos uma serie de materiais plásticos que geram
grandes quantidades de resíduos sólidos, dentre eles podemos citar o laminado sintético de PVC
material usado para a confecção de cabedais. O presente trabalho avaliou a viabilidade técnica da
utilização de resíduos de laminados de PVC e tecido, como carga de enchimento funcional ou de
reforço, em matriz de PVC virgem com possibilidade de utilização em solados. Este resíduo, que é
constituído de 40% fibra têxtil utilizada como suporte e de 60 % de PVC (em massa), foi
integralmente moído, sem passar por nenhum processo de seleção, até pó fino. O pó de laminado foi
incorporado em diferentes concentrações 0, 5, 15, 25 e 35 pcr substituindo a resina básica de PVC
no compósito utilizado para a injeção de solados. A partir de cada mistura obtida, foram preparados
corpos de prova e estes submetidos à avaliação de propriedades físico-mecânicas como resistência à
abrasão e flexão, encolhimento e densidade. O aumento to teor de resíduo originou um maior
desgaste por abrasão e um decréscimo no encolhimento, porem dentro das especificações para
solados. Resultados de densidade e flexão não apresentarão variações consideráveis, mantendo-se
dentro do padrão. De acordo com os resultados obtidos o uso de material reciclado é possível e
vantajoso para uso em solados, principalmente na questão do impacto ambiental, pois reduz
consideravelmente o descarte de resíduo.
Palavras-chave: PVC, resíduo de laminado sintético, compósito.
Abstract: The footwear sector employs in its products a series of plastic materials that generate large
quantities of solid waste , among them we can mention the synthetic laminate PVC material used for
making uppers . This study evaluated the technical feasibility of using waste laminated PVC and
fabric as functional load of filler or reinforcement , matrix of virgin PVC with possibility of use in
outsoles . This residue , which consists of 40 % textile fiber used in support and 60 % PVC ( mass)
was fully ground , without going through any selection process until fine powder . The laminate
powder was incorporated at different concentrations 0 , 5, 15 , 25 and 35 phr by substituting the
basic PVC resin used in the composite soles for injection . From each mixture obtained , specimens
were prepared and examined for these physical- mechanical properties such as abrasion resistance
and flexural strength , shrinkage and density. The increased content of the residue yielded to a greater
abrasion and a decrease in shrinkage, but within the specifications for shoe soles . Results of density
and bending not show considerable variations , keeping within the standard. According to the results
of the use of recycled material is possible and advantageous to use in shoe soles , especially on the
issue of environmental impact , as it significantly reduces the disposal of waste.
Keywords: PVC, residue synthetic laminate, composite
1. INTRODUÇÃO
Os materiais plásticos atualmente são responsáveis por grande parte da geração de resíduos
industriais e urbanos podendo causar sérios problemas em função da disposição incorreta pelo volume
gerado, segundo Ambientebrasil (2009) o resíduo brasileiro contém de 5 a 10% de plásticos e que
demoram muito tempo para se decompor, resultando em grandes problemas ambientais, e quando
depositados acabam reduzindo a vida útil dos aterros sanitários, pois prejudicam e retardam a
decomposição de outros materiais, criando camadas impermeáveis que afetam as trocas de líquidos e
gases gerados no processo de biodegradação da matéria orgânica. A relação entre resíduos e a
problemática ambiental torna-se mais visível quando se trata de resíduos sólidos, uma vez que seu
grau de dispersão é bem menor do que o dos líquidos e gasosos, sendo que este apresenta maior
proporção em volume no resíduo sólido urbano (RSU), o que vem crescendo, per capita, de acordo
com o ultimo levantamento do IBGE em 2011 (Plastivida, 2014).
Assim o desenvolvimento de tecnologias ambientalmente corretas é cada vez mais necessário
e perseguido. No entanto, mesmo que avanços científicos venham sendo obtidos nas áreas de
desenvolvimento acadêmico, como sínteses e degradações, muito ainda há para ser feito na área de
materiais. Nesta via, uma das áreas na qual o desenvolvimento tecnológico sustentável pode ser muito
explorado é a área de polímeros (Esmeraldo, 2006; Balzer, 2009). Materiais poliméricos são
denominados compósitos quando apresentam duas ou mais fases, a fase polimérica é chamada matriz e
a fase não polimérica, reforço. A homogeneidade da fase reforço determina o comportamento
uniforme do material, de forma que quanto menos homogêneo é o material, maior é a chance de falhas
acontecerem (Callister, 2007; Rios, 2008).
O poli(cloreto de vinila), (PVC) é um dos polímeros que mais se aplica à preparação de
compósitos e, neste sentido, segundo a literatura, em torno de 700 mil toneladas de resina de PVC
foram consumidas no Brasil no mesmo período. Um consumo relativamente baixo quando comparado
com outros países, mas que já preocupa no que concerne à geração de resíduos (Rodolfo JR., 2006 (a);
Iulianelli, 2008; Grizzo, 2011). Enquanto dados do Instituto do PVC (2014) demonstram que em 2009
a indústria de calçado consumiu 6,7% da resina de PVC preparada no país. A resina destinada à
preparação de laminados e espalmados correspondeu a 13% da produção do país. É importante notar
que um resíduo não é necessariamente nocivo, pois muitos resíduos podem ser transformados em
subprodutos ou até matérias-primas para a mesma ou para outras linhas de produção (Rios, 2008). Este
é o caso do laminado de PVC, muito utilizado na indústria do calçado. Conforme a norma NBR
13.889 (2005), que trata da terminologia envolvida com laminados sintéticos utilizados para a
construção superior de calçados, um laminado sintético é um material polimérico que pode ou não
estar aplicado sobre um substrato, que por sua vez, pode ser tecido, não tecido, malha ou papel. No
caso dos laminados de PVC, normalmente são utilizados substratos têxteis (ABNT 2005).
Segundo Zaioncz (2004) e Santos (2009), o PVC é utilizado na confecção de solados e outros
componentes, podendo ser utilizado tanto na composição integral de um calçado, como numa sandália
moldada completamente em uma única etapa, quanto na fabricação de detalhes de acabamento mais
elaborados. Os resíduos do corte das peças de material laminado utilizadas na confecção de vários
componentes para calçados, poderiam voltar às linhas de produção, sendo incorporados ao composto
base de PVC. No entanto, em sua grande maioria tais resíduos são destinado a aterros de resíduos
industriais perigosos (Rios, 2008).
Neste sentido este trabalho busca desenvolver compósitos de PVC com resíduos de laminado
sintético de PVC nas proporções de Lam 5, 15, 25, 35 pcr moído e micronizados a fim de estudar a
viabilidade de aplicação destes compósitos em solados de calçados femininos, avaliando a abrasão
DIN o encolhimento e a densidade e a flexão.
2. EXPERIMENTAL
2.1 Materiais
Foi utilizada resina de PVC obtida por processo de polimerização em suspensão, fornecida
pela Braskem, com as seguintes especificações técnicas, obtidas a partir do boletim técnico do
material. O plastificante primário bis-(2-etil-exil)ftalato (DOP), de fórmula molecular C24 H38 O4,
fornecido pela Elekeiroz,.O óleo de soja epoxidado foi utilizado como plastificante secundário. O
estabilizante líquido Plastabil ICZ-221 de Ca/Zn. O ácido esteárico (estearina) utilizado como
lubrificante externo. O máster pigmentador MBU Preto 48/1-IE tem a função de proporcionar cor ao
composto de PVC. Os resíduos do laminado de PVC, espalmados com substrato têxtil tecido, foram
originados no processo de corte durante a confecção de diferentes componentes do cabedal do
calçados femininos e esportivos. Este resíduo não passou por nenhum processo de seleção, uma vez
que é composto integralmente de aparas de laminado de PVC com suporte tecido.
O resíduo foi caracterizado somente pela medida de densidade aparente, segundo a norma
ASTM D-1895
2.2 Processamento
Os resíduos de corte dos laminados de PVC foram moídos em um moinho granulador de facas
modelo MGHS 15-300 fabricado pela Seibt e utilizando uma peneira com orifícios de 8 mm de
diâmetro. Em seguida, o laminado moído foi conduzido a um micronizador para reduzir a dimensão do
material particulado, com 8 mm de diâmetro médio. O processo gerou o material na forma de pó com
partículas de formato cilíndrico de até 1 mm por 6 mm de comprimento. O pó obtido de laminado foi
incorporado em diferentes concentrações 0(padrão), 5, 15, 25 e 35 pcr substituindo a resina básica de
PVC. A mistura dos componentes, após repouso de 24 horas, foi transferida para um misturador do
tipo kneader , marca JKM, modelo DK5. O tempo de mistura dos compostos foi de 8 minutos,
chegando a uma temperatura média de 130°C devido ao atrito. Nesse processo, o composto foi
homogeneizado e parcialmente plastificado devido à temperatura atingida, sendo que a finalização da
plastificação ocorre na extrusora. A extrusora de laboratório utilizada possui duas pás, que auxiliam na
alimentação da rosca transportadora simples de 600 mm de comprimento, a qual se movimenta dentro
de um cilindro comprimindo e homogeneizando o material. A plastificação propriamente dita, em um
único composto homogêneo, ocorre nesta etapa. O material, forçado a passar pela matriz, forma um
“espaguete” que é imediatamente cortado por laminas que giram raspando a matriz, gerando grânulos
(“ pellets ”) com diâmetro médio de 5,0 mm. As condições de processamento para os compostos do
teste foram: Baixa velocidade (40 RPM) de transporte da rosca e pás de alimentação; Temperatura das
três zonas da extrusora 140°C; Temperatura do cabeçote 150°C; Baixa velocidade (170 RPM) das
facas de corte.
A temperatura média da matriz foi de 150°C e o pellet foi resfriado por uma unidade de
resfriamento Jian Kwang.. Em seguida, um segundo estágio seca o pellet e o conduz para o recipiente
de armazenamento. Os corpos de prova (CP) foram obtidos por injeção dos compósitos (pellets) na
forma de placas com dimensões de 250 mm x 100 mm x 6 mm e posterior corte nos formatos
adequados aos testes realizados. O processo de injeção foi realizado em injetora modelo 750/110 ITR
II VS do fabricante 3R do Brasil. A seguir, os parâmetros de injeção: Temperatura zona de
alimentação: 150°C; Temperatura zona de plastificação: 155°C; Temperatura zona de dosagem:
160°C; Pressão média de injeção: 45 bar; Velocidade de injeção: alta; Temperatura do bico:
resistência 80% do tempo ligada em temperatura média de 160°C; Temperatura do molde: 60°C;
Contrapressão: média; Resfriamento: 45 segundos. Todos os compostos foram injetados nas mesmas
condições de temperatura e resfriamento.
2.3 Caracterização
Os compósitos de PVC/Resíduos de laminado sintético foram caracterizadas através de suas
propriedades físicas e mecânicas. O teste de abrasão foi realizado segundo a norma DIN 53516 (DIN,
1988 (b)). Este método determina a resistência de um material ao desgaste, quando em contato com
uma superfície abrasiva. Foram preparadas dez amostras de cada material, cada amostra passou por
um período de condicionamento de 16 a 24 horas em temperatura de 23°C ± 1°C. A abrasão, em mm
3, foi calculada segundo a equação (1), abaixo: Como valores de referência, tem-se para o PVC
maciço, entre 200 a 300 mm 3 (DIN, 1988 (b)).
Abrasão mm³ = _A x 200 mg__
Densidade x B
A = Variação da massa do corpo de prova em teste;
B = Variação da massa da lixa;
Densidade = densidade do material ensaiado.
O teste de encolhimento este processo foi realizado com o objetivo de determinar a retração
linear do material por ação do calor, de acordo com a norma do Laboratório Vulcabras/azaleia. Para
este teste foi preparado uma amostra de cada material sendo que os corpos de prova apresentam as
dimensões de 100 x 100 x 10 mm, marcados em cada vértice a 5 mm de cada borda, deixando uma
área de teste de 90 x 90 mm e 10 mm de espessura. Os corpos de prova foram condicionados durante
um período de 16 a 24 horas, em uma temperatura de 23°C ± 1°C. O valor de referência para este
procedimento é de no máximo 2% em qualquer direção cada corpo de prova foi conduzido à estufa em
temperatura de 70°C durante 4 horas apos foram resfriados a temperatura ambiente de 23°C durante 1
hora. Novas medidas foram realizadas, segundo mesmo procedimento anterior. Os resultados são
obtidos em função da equação (6).
% Encolhimento = (M1 - M2) x 100
M1
M1= medida inicial em mm
M2= medida final em mm
O teste de flexão 90 foi realizado segundo a norma DIN 53543 (DIN, 1989) tem a finalidade
de determinar a flexibilidade da construção inferior do calçado e o comportamento da composição do
materialO equipamento foi programado para 30.000 ciclos. Os resultados são interpretados da seguinte
forma, em função do aumento da dimensão dos cortes: como referência, os cortes não devem
ultrapassar os 6 mm, que corresponde ao valor máximo compreendido como início de quebra, segundo
a norma DIN 53453 (DIN, 1989).
A determinação de massa específica foi realizada segundo a norma DIN 53479 (DIN, 1984) e
visa prevenir possíveis desvios na composição de formulações. Assim, os corpos de prova foram
preparados na forma de placas circulares de 67 mm de diâmetro e 10 mm de altura e para cada
material foi preparada somente uma amostra. O valor orientativo para o PVC é de 1.20 à 1.60 g/cm³,
conforme a norma DIN 53479 (DIN, 1984).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Propriedades físicas
Abrasão
A partir dos resultados apresentados na Figura 1, pode-se constatar uma variação significativa
de desgaste no teste de abrasão, conforme a norma DIN 53516. É sabido que a dureza e a resistência à
abrasão estão relacionadas (MANO,1991) de forma que quanto maior a dureza, maior será a
resistência à abrasão ou menor será a abrasão. Ainda, se pode dizer que todos os compósitos
preparados pela incorporação de laminado de PVC ao composto base de PVC são adequados a esta
aplicação em razão do valor descrito por Ambrósio (2009), que determina que abrasão de até 300 mm
3 é adequada à aplicação de materiais para o setor calçadista. Destaca-se aqui, que mesmo a amostra
Lam 35 apresentou uma abrasão em torno da metade do valor aceito para aplicação no setor de
calçados. Então, uma vez que todos os compósitos atendem ao parâmetro específico, a quantidade de
resíduo de laminado que pode ser incorporada se torna importante também do ponto de vista
ambiental, assim quanto mais resíduo se pode incorporar, menor será a quantidade disposta no meio
ambiente.
Figura 1- Resultados da abrasão das amostras
Encolhimento
A Figura 2 apresenta os resultados do teste de encolhimento das amostras PVC / laminado de
PVC moído. É possível observar que a adição de laminado sintético de PVC contribui para a
estabilidade estrutural da fórmula, isto é, proporciona um menor encolhimento com respeito à amostra
de PVC padrão, sem adição de laminado. Nota-se aqui, que o valor de referência é de no máximo 2%
de encolhimento em qualquer direção. Assim, o encolhimento maior que 2% para o padrão e muito
próximo desse valor para os compósitos Lam 5, e Lam 15. O menor encolhimento sofrido pelos
compósitos Lam 25 e 35, é um indicativo de que a fibra têxtil oriunda do laminado sintético moído e
adicionada ao PVC nas diferentes proporções descritas no trabalho estaria funcionando como um
elemento de estruturação do material compósito e mais aderida à matriz do que inicialmente
ponderado. No entanto, pela microscopia se pode inferir sobre a baixa adesão da fibra têxtil de tecido à
matriz polimérica e que esta causaria descontinuidade da matriz tendo como conseqüência, por
exemplo, uma redução na dureza do compósito como é observado literatura (MATTOSO, 2004;
RODOLFO Jr., 2006 (b); FELTRAN, 2007; IULIANELLI, 2008; CHUAYJULJIT, 2010; GARMABI,
2011; KHAN, 2012).
Amostras
Figura 2 - Resultados de encolhimento das amostras
Densidade e Flexão
A adição de resíduos de laminado sintético de PVC não proporciona perda ou ganho de
eficiência significativa do material frente ao teste de densidade e de resistência à flexão contínua como
pode ser observado nos resultados de acordo com a tabela1. Todos os compósitos passaram no teste de
resistência à flexão contínua e atendem à especificação para serem utilizados na fabricação de solados.
Assim, da mesma forma que para a densidade, os resultados demonstram que o resíduo de laminado
de PVC pode ser reincorporado ao processo produtivo, agregando valor ao produto sob uma óptica
econômico e ambiental (RODOLFO Jr., 2006 (b); IULIANELLI 2008; GAMARBI, 2011; KHAN,
2012).
Tabela 1: Densidade e Flexão.
Amostras
Flexão (30.000 ciclos)
Densidade (g/cm³)
Lam 0
Sem quebra
1,22
Lam 5
Sem quebra
1,22
Lam 15
Sem quebra
1,22
Lam 25
Sem quebra
1,22
Lam 35
Sem quebra
1,22
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados deste trabalho demonstram que a aplicação destes compósitos como matéria
prima para a fabricação de solados é viável e que nenhuma propriedade revelou valor fora dos limites
padrões para a aplicação. Isso garante o aspecto econômico já estabelecido e a manutenção da
processabilidade dos materiais compósitos por métodos convencionais. Os compósitos, de maneira
geral, apresentaram boas propriedades físico– mecânicas e demonstraram bom potencial para serem
utilizados na fabricação de solados. Com respeito aos compósitos Lam 5 a Lam 35, todas podem ser
utilizadas sem impedimento, porém o compósito Lam 35, apresenta maiores vantagens,
principalmente no que diz respeito aos aspectos econômicos e ambientais. Por este viés, a
incorporação de 35% de laminado moído ao composto base de PVC permite que se reduza em 35% a
quantidade de resina virgem e consequentemente, que 35% menos de resíduo de laminado de PVC
seja conduzido aos aterros.
Sobre a metodologia de preparação dos compósitos pode-se concluir que é efetiva. O processo
de moagem, micronização e mistura com o composto base de PVC para posterior extrusão, mostrou-se
efetivo para a preparação dos compósitos, que podem ser processados por injeção para a preparação de
solados. Assim, a principal conclusão a que se pode chegar com este trabalho é a viabilidade de se
incorporar resíduos de laminado de PVC ao composto base de PVC utilizado na fabricação de solados.
Também, a possibilidade de preparação e aplicabilidade dos compósitos apresenta-se como uma
alternativa tecnológica e ambientalmente correta para a fabricação de solados de PVC.
Agradecimentos
O autor agradece a professora Dra. Ruth Campomanes Santana da UFRGS pela apoio no
desenvolvimento desta pesquisa e do professor Dr. Fernando Morisso da Universidade Feevale pelo
auxilio na realização dos testes físicos e mecânicos de laboratório.
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