ConnectingPeopleandIdeas.ProceedingsofEUROELECS2015.Guimarães.Portugal.ISBN978Ͳ989Ͳ96543Ͳ8Ͳ9
Atributosdecompósitostermoplásticoscomdetritosplásticos
evegetais
BernardoZandomenicoDias
UniversidadeFederaldoEspíritoSanto,LaboratóriodePlanejamentoeProjetos,Vitória,EspíritoSanto,Brasil
[email protected]
JoãoLuizCalmon
UniversidadeFederaldoEspíritoSanto,DepartmentofCivilEngineering,Vitória,EspíritoSanto,Brasil
[email protected]
CristinaEngeldeAlvarez
UniversidadeFederaldoEspíritoSanto,LaboratóriodePlanejamentoeProjetos,Vitória,EspíritoSanto,Brasil
[email protected]
ABSTRACT:Thisresearchaimedtoinvestigatetheimplicationinresistancetomechanicalstress,
waterabsorption,discoloration,oxidationandflammability,ofinsertingplasticandwoodwaste
into the formulation of thermoplastic composites. The method used consisted of analysis of
scientific papers published in the Scopus and Web of Science databases, prioritizing research
publishedaftertheyear2000.Papersweregroupedaccordingtothetypeofcompositeanalyzed
(virginorrecycled,andwithorwithoutwoodwaste)andastothepropertiesstudied.Theresult
isanoverviewoftheknowledgeaboutsomebasiccharacteristicsofthematerialverifying,e.g.,
thatcompositesmadefromrecycledpolymerstendtodiscolorlikethosemanufacturedwith
virginpolymers,buthavereducedresistancetooxidationwhataffectstheirusefullife.
RESUMO:Estapesquisaobjetivouinvestigaraimplicaçãonaresistênciaaosesforçosmecânicos,
naabsorçãodeágua,nadescoloração,naoxidaçãoenainflamabilidade,dainserçãoderesíduos
plásticosevegetaisnaformulaçãodecompósitostermoplásticos.Ométodoutilizadoconsistiu
da análise de trabalhos científicos publicados nas bases de dados Scopus e Web of Science,
priorizandopesquisasdivulgadasapósoano2000.Ostrabalhosforamagrupadosquantoaotipo
de compósito analisado (virgem ou reciclado, e com ou sem resíduos vegetais) e quanto às
propriedades estudadas. O resultado é um panorama do conhecimento atual a respeito de
algumas características básicas do material verificandoͲse, por exemplo, que compósitos
fabricadoscompolímerosrecicladostendemadescolorirdeformasemelhanteaosfabricados
compolímerosvirgens,porémtêmaresistênciaàoxidaçãoreduzida,oqueafetasuavidaútil.
1
INTRODUÇÃO
Jáempregadosnaconstruçãocivilparaaconfecçãodepisos,mesasebancos,porexemplo,os
compósitostermoplásticosapresentamumgrandepotencialdeabsorçãoderesíduos,comoos
de origem plástica e vegetal, trazendo consigo a expectativa de reduzir a quantidade de lixo
destinada aos aterros e de materiais virgens necessários à produção de novos componentes
(KazemiͲNajafietal.2006).
ConformeKlyosov(2007),nosEstadosUnidos,naproduçãodecompósitostermoplásticoscom
madeira,ouWoodͲPlasticComposites(WPCs),sãoamplamenteempregados,afimdesubstituir
parte da matriz polimérica virgem, resíduos de Polietileno de Alta Densidade (PEAD), de
PolietilenodeBaixaDensidade(PEBD),dePolipropileno(PP)edePoli(CloretodeVinila)(PVC).
Geralmente,resinaspoliméricasproduzidasapartirderesíduosplásticos,provenientesdolixo
urbano,custammenosqueresinasvirgens,sendoareduçãodocustofinaldosprodutosumdos
principaisatrativosparaousoderesíduosplásticos(Adhikaryetal.2008).
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Por sua vez, cargas vegetais são empregadas em larga escala em compósitos termoplásticos
principalmenteparasubstituirpartedamatrizpolimérica,variandoalgumascaracterísticasdo
compósitoparamelhor,enquantooutrasparapior,ebarateandooprodutofinal(Klyosov2007).
Segundooautor,ascargasvegetaismaisempregadasnosWPCsfabricadosnoEstadosUnidos
são: farinha de madeira, serragem e casca de arroz, sendo que estas cargas são tipicamente
resíduosdaindústriamadeireiraedaagroindústria.
Há também cargas vegetais que possuem o papel de melhorar consideravelmente algumas
característicasmecânicasdocompósito,quesãoaschamadascargasreforçadoras(Azwaetal.
2013).Entreelasestãoasfibrasdecânhamo,juta,sisalealgodão.Estascargasmuitasvezessão
resíduos de processos industriais, entretanto, devido à pouca quantidade existente ou ao
elevadocusto,aindanãosãoempregadasemlargaescala(Klyosov2007).
De modo geral, o emprego de resíduos plásticos e vegetais na produção de compósitos
termoplásticosjáocorreemescalacomercial.Porém,algumasdesuasimplicaçõesaindanão
sãoconhecidasounãoestãototalmentecompreendidas,oquepodeacarretarnaescolhade
um compósito com determinada composição para locais ou usos para os quais ele não seria
recomendado,alémdelevaracomportamentosdomaterialaosquaisnãoseesperava.
2
OBJETIVO
O objetivo da pesquisa, que faz parte de um trabalho maior, foi investigar a implicação na
resistência aos esforçosmecânicos, na absorção de água, na descoloração,na oxidação e na
inflamabilidade, da inserção de resíduos plásticos e vegetais na formulação de compósitos
termoplásticos.
3
METODOLOGIA
Aprimeiraetapadotrabalhoconsistiudabuscaporpesquisascientíficas,realizadanasbasesde
dadosScopuseWebofScience,priorizandotrabalhospublicadosapósoano2000.Paraisso
foramadotadaspalavrasͲchavecomo“woodplasticcomposistes”,“polymeroxidation”,“wood
plastic UV”, “wood plastic composites water absorption”, “wood plastic composites
flammability”,,“recycledcomposites”,“recycledcompositesoxidation”,e“recycledpolymer
water absorption”. As buscas foram feitas entre novembro de 2013 e julho de 2014,
selecionandoͲse23títulos,emidiomainglêseportuguês,sendoalgunsderevisãodeliteratura
e outros experimentais. Os trabalhos foram posteriormente agrupados quanto ao tipo de
compósito analisado (virgem ou reciclado, e com ou sem cargas vegetais) e quanto às
propriedadesestudadas(resistênciaaosesforçosmecânicos,absorçãodeágua,descoloração,
oxidaçãoeinflamabilidade).Emseguida,foramfeitasaanálisedaspesquisasselecionadaseas
consideraçõesarespeitodaconcordânciaoudiscordânciadosresultadosencontradosemcada
uma,alémdepossíveisexplicaçõesparaasdiferençasverificadas.
4
RESULTADOS
AgruparamͲse os resultados segundo o tema estudado – resistência aos esforços mecânicos,
absorçãodeágua,descoloração,oxidaçãoeinflamabilidade–,conformeaseguirdetalhado.
4.1
Resistênciaaosesforçosmecânicos
Háváriosesforçosaosquaiscomponentes podem sersubmetidos,comoflexão,compressão
axial, tração axial, punção, entre outros. Assim, determinadas variações na formulação de
compósitos–tantonosconstituintescomoemsuaproporção–podemresultaremmelhoriade
resistência a determinado esforço, porém em piora de resistência a outro, tornando sua
utilizaçãoapropriadaapenasparadeterminadassituações(Klyosov2007).
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4.1.1
Resistênciaaosesforçosmecânicosdecompósitostermoplásticosfabricadoscom
resíduosplásticos
Adhikaryetal.(2008)realizaramtestesderesistênciaàflexãoeàtração,etambémdeavaliação
domódulodeelasticidadenosquaiscompósitosfabricadoscommatrizplásticadePEADvirgem
foramcomparadosaosfabricadoscommatrizplásticadePEADreciclado.NesseestudoanalisouͲ
secompósitoscomasseguintesformulações:100%PEAD;60%PEADe40%farinhademadeira;
e 50% PEAD e 50% farinha de madeira, em relação à massa total do compósito. Os autores
chegaram à conclusão que os compósitos feitos com matriz plástica reciclada obtiveram
desempenhosemelhanteestatisticamenteaosfeitoscommatrizplásticavirgem.
Outroestudo,realizadoporKazemiͲNajafietal.(2006),apósaexecuçãodeensaiosmecânicos
(dentreelesresistênciaàtração,àflexãoeaoimpactoIzod,eaomódulodeelasticidade)com
compósitosfabricadosapartirdePEADePPdeorigemvirgemereciclada,tambémrelataque
os resultados dos ensaios de resistência à tração e à flexão, e de módulo de elasticidade
encontradosforamestatisticamentesemelhantes.JáparaoimpactoIzod,oscompósitoscom
matriz plástica virgem e reciclada de PP apresentaram desempenho estatisticamente iguais,
diferentementedoscompósitoscommatrizdePEAD,cujasmaioresresistênciasforamasdos
elementoscommatrizplásticavirgem.
Beg&Pickering(2008),emsuapesquisa,realizaramensaiosderesistênciaàtraçãoeaoimpacto
Charpy,edemódulodeelasticidadecomcomponentesfeitos100%dePPvirgemoureciclado.
Primeiramente,ocomponenteproduzidoapartirderesinavirgemeratestadomecanicamente
e, em seguida, passava por um processo de reciclagem (que incluía aquecimento e depois
resfriamentodomaterial)paraproduzirumnovoelementosimilaraoanteriorque,porsuavez,
eratestadomecanicamenteepassavaporumnovoprocessodereciclagemparaproduzirum
novo elemento similar aos anteriores. Esse ciclo se repetiu até que o plástico chegasse à 8ª
reciclagem.Comosdadosdosensaiosmecânicososautoresmostramquearesistênciaàtração
eomódulodeelasticidadedoscomponentessemantinhamestatisticamenteiguaisapóscada
ciclodereciclagem.Entretanto,notestederesistênciaaoimpactoCharpy,acadareciclagem
realizadaovalorobtidoerainferioraoanterior,ouseja,aresistênciadocomponentediminuía
comoaumentodonúmerodereciclagens.Segundoosautores,istopodeserdevidoàredução
damassa moleculardoPPcausadapelosprocessosdereciclagem.Também ressaltamquea
reciclagem de compósitos expostos às intempéries deve ser estudada, já que as reciclagens
feitasnoestudoocorreramsemessefator,nãorepresentandoassituaçõesreais.
KazemiͲNajafi (2013), em revisão de literatura, corrobora com os resultados citados
anteriormente, mostrando vários estudos com compósitos fabricados a partir de plásticos
recicladosqueindicamumanãovariação,emtermosestatísticos,dodesempenhoaosesforços
de tração, flexão e do módulo de elasticidade dos componentes, e um decréscimo em sua
resistênciaaoimpacto.
Assim,aspesquisasmostramqueousoderesíduosplásticosnaproduçãodecompósitostende
a não alterar o módulo de elasticidade e as resistências à flexão e à tração, porém, tende a
reduzirsuaresistênciaaoimpacto.
4.1.2
Resistênciaaosesforçosmecânicosdecompósitostermoplásticosfabricadoscom
cargasvegetais
Adhikary et al. (2008) realizaram ensaios de resistência à flexão e à tração, e de módulo de
elasticidadeemcompósitoscommatrizplásticadePEADefarinhademadeira.Osdadosdos
testesmostramquequantomaioraquantidadedecargavegetalpresentenaformulaçãodo
compósitomenorésuaresistênciaàflexãoeàtração,porém,houveaumentodomódulode
elasticidadecomainserçãodefarinhademadeiraemsuacomposição.Noentanto,osautores
ressaltamqueaquedanaresistênciaàtraçãoeàflexãodoscompósitosédevidaàmáaderência
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entre a matriz plástica e a carga vegetal, que pode ser melhorada com o uso de aditivos
denominadosagentesacoplantes.
Kuoetal.(2009),apósarealizaçãodeensaiosderesistênciaàflexãoeàtraçãoemcompósitos
commatrizpoliméricadePPcomdiversasquantidadesdefarinhademadeira(0%,28%,47%,
52%,56% e 66%damassatotaldocompósito),mostram queoscompósitos comfarinha de
madeira que apresentaram melhor desempenho no ensaio de resistência à tração possuíam
valoresderesistênciaacimadosqueeram100%PP,masmuitopróximoaestes.Noentanto,os
elementosfeitos100%dePPforamosqueobtiverammenorresistênciaàflexão,enquantoos
compósitoscom47%defarinhademadeiraforamosquealcançarammaiorresistênciaaeste
esforço. Em todos os compósitos utilizouͲse 6% de aditivos, sendo 3% de estereato de zinco
comolubrificante–queauxilianoprocessamentoefabricaçãodoscompósitos(Butylinaetal.
2012a)–e3%dePPmodificadocomAnidridoMaléico(MAPP)comoagenteacoplante.Segundo
osautores,osdadossugeremqueaquantidadeótimadefarinhademadeiraemcompósitos,
considerandoaspropriedadesmecânicas,devesernomáximo50%desuamassatotal.
JáStark&Rowlands(2003)realizaramensaiosderesistênciaàflexãoeàtração,edemódulo
de elasticidade em compósitos com nove formulações: 100% PP; 80% PP e 20% farinha de
madeira;80%PPe20%fibrademadeira;60%PPe40%farinhademadeira;60%PPe40%fibra
de madeira (em relação à massa total do compósito); e outros quatro tipos com a mesma
composição que os quatro últimos citados, porém com a presença de agentes acoplantes
(MAPP).RessaltaͲsequeafibrademadeirasediferenciadafarinhademadeiraporseuformato
alongado,vistoqueafarinhademadeirapossuiformatotendendoaogranular.Osresultados
dosensaiosmostramquecomoaumentodaquantidadedecargavegetal(tantofarinhaquanto
fibrademadeira)presentenoscompósitosregistrouͲseaumentodaresistênciaàflexãoedo
módulodeelasticidade,porém,diminuiçãodaresistênciaàtração.Poroutrolado,quandoos
agentesacoplantesforaminseridos,ocorreuumcrescimentosignificativoestatisticamentedas
trêspropriedadesavaliadascomoaumentodacargavegetal.Estecrescimentofoimaiorainda
paraoscompósitoscomfibrademadeira.
Desse modo, apesar de alguns estudos apresentarem resultados opostos, observaͲse uma
tendênciadeaumentodaresistênciaàflexãoedomódulodeelasticidade,edediminuiçãoda
resistênciaàtraçãodoscompósitoscomoaumentodacargavegetalemsuacomposição.
RessaltaͲsequecompósitoscomcargasvegetaisemformadefibrademodogeralapresentam
resistência à flexão diretamente proporcional à quantidade de fibras empregadas em sua
composição(Klyosov2007),exibindodesempenhosuperioraoselementospuramenteplásticos
e,também,superioràquelesquepossuemcargasvegetaisemformatotendendoaogranular,
comoserragemefarinhademadeiraque,porsuavez,podemcausarumaquedanaresistência
docompósitoaesseesforço(Stark&Rowlands2003,Klyosov2007).
4.2
Absorçãodeágua
Elementosfeitosexclusivamentedeplásticopraticamentenãoabsorvemágua.Porém,quando
sãoutilizadascargasmineraise,principalmente,cargasvegetaisemsuaformulaçãopodehaver
umaelevaçãoacentuadadaabsorçãodeáguadocompósito(Klyosov2007).Aáguaéabsorvida
peloscompósitosatravésdeseusporosecanais,eporcapilaridade,podendocausarnaspeças
consequênciascomo:variaçãodimensional,quepoderesultaremondulaçõesdoelementoe
pressão sobre componentes adjacentes; redução da resistência mecânica; e proliferação de
microͲorganismossobreomaterial(Klyosov2007,Azwaetal.2013).
4.2.1
Absorçãodeáguaporcompósitostermoplásticosfabricadoscomresíduosplásticos
Adhikaryetal.(2008)fizeramtestesdeabsorçãodeágua(por2he24h)emediçõesnaespessura
doscomponentesparadetectareventuaisinchamentosdevidosàabsorçãodaágua.AnalisouͲ
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secompósitoscommatrizplásticarecicladaevirgemdePEAD.Aofinaldostestes,paraambos
osgruposdecompósito(feitoscommatrizplásticarecicladaecommatrizplásticavirgem),os
resultados foram estatisticamente semelhantes, tanto para a quantidade de água absorvida
quantoparaoaumentonaespessuradaspeças,possuindoalgunscompósitosfabricadoscom
matrizplásticareciclada,resultadosmelhoresqueosfabricadoscommatrizplásticavirgem.
Por outro lado, pesquisa experimental como a de KazemiͲNajafi et al. (2007) e revisão de
literaturadeKazemiͲNajafi(2013)apontamparaumamaiorabsorçãodeáguadecompósitos
feitosapartirdeplásticosrecicladosquandocomparadosaosfeitosapartirdeplásticosvirgens.
Assim,consideraͲsequeaindahávariaçãonãocompreendidanosresultadosdosexperimentos
daspesquisasmostradas,necessitando,porisso,quemaispesquisassejamrealizadasafimde
compreenderosmecanismosqueregemaabsorçãodeáguadepolímerosrecicladosevirgens.
4.2.2
Absorçãodeáguaporcompósitostermoplásticoscomcargasvegetais
Chowetal.(2007)realizaramtestesdeabsorçãodeáguaemcompósitoscommatrizplásticade
PP, agentes acoplantes (MAPP) e fibras de sisal nas seguintes proporções, respectivamente:
81%/9%/10%,62%/18%/20%,43%/27%/30%.Aabsorçãodeáguadoscompósitosaofinaldos
testes,emrelaçãoàsuamassainicial,foideaproximadamente1,5%,4%e6%respectivamente.
Rowelletal.(2002)tambémrealizaramtestesdeabsorçãoimergindoemáguapor10semanas
compósitos feitos de PP e farinha de madeira nas seguintes proporções, respectivamente:
100%/0%,70%/30%,60%/40%,50%/50%e40%/60%.Aabsorçãodeáguadoscompósitosno
fimdoperíodofoicercade0%,3%,5%,9%e11%desuamassainicial,respectivamente.Com
isso,observaͲseclaramentearelaçãodiretaentreaquantidadedecargasvegetaispresentes
nos compósitos termoplásticos e sua absorção de água, sendo a absorção de água do
componentefeitoexclusivamentedePPigualaaproximadamente0%desuamassainicial.
EstudosexperimentaisfeitosporAdhikaryetal.(2008)comcompósitoscommatrizplásticade
PEADefarinhademadeira,erevisãodeliteraturarealizadaporAzwaetal.(2013)corroboram
talconclusão,evidenciandoquequantomaioraquantidadedecargasvegetaisdocompósito,
maiorserásuaabsorçãodeágua.
4.3
Descoloração
A descoloração dos compósitos termoplásticos ocorre quando estes são expostos
principalmente aos raios solares, que causam a quebra das cadeias moleculares da matriz
poliméricaoque,porsuavez,levaàmudançadecordocompósito,fundamentalmenteaoseu
esbranquiçamento e perda de cores amareladas (Klyosov 2007). Além disso, fatores como a
presençadeumidadepodemacelerarconsideravelmenteaperdadecor(Stark2005,Azwaet
al. 2013). A descoloração, apesar de poder ocorrer simultaneamente a mecanismos que
degradam os compósitos termoplásticos e causam perda de suas propriedades físicas e
mecânicas,comoaoxidação,éumfenômenorelacionadoàsquestõesestéticasedegostodas
pessoas (Klyosov 2007, Azwa et al. 2013). É frequentemente medida após testes de
envelhecimento acelerado (realizado em laboratório e sob condições controladas) ou
envelhecimentonatural(realizadoaoarlivreesobcondiçõesclimáticasreais).
4.3.1
Descoloraçãoemcompósitostermoplásticosfabricadoscomresíduosplásticos
Butylina et al. (2012a) e Butylina et al. (2012b) realizaram experimentos de envelhecimento
natural com compósitos de formulações semelhantes (PP, farinha de madeira, MAPP como
agenteacoplante,elubrificante),masproduzidossemoucomdiferentespigmentos(marrom,
cinza ou verde). Os autores constataram que aqueles compósitos que possuíam pigmento
marromoucinzasofrerammenorperdadecorqueosfabricadoscompigmentoverdeousem
pigmentoalgum,chegandoàconclusãoqueacordocompósitotemgrandeimportâncianonível
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de sua descoloração (Butylina et al. 2012a). Já Butylina et al. (2012b) também testaram
compósitosfeitosapartirderesíduosdePPeoscompararamcomosfabricadosapartirdePP
virgem. Após os experimentos de envelhecimento natural, os autores concluíram que os
compósitoscommatrizrecicladaobtiverammenorperdadecorqueoscommatrizvirgem.O
melhordesempenhoalcançadofoiodocompósitodePPrecicladoepigmentocinza,seguidos
docompósitodePPvirgemepigmentocinza,PPrecicladoepigmentomarromedosoutros
compósitosfeitosapartirdePPvirgem(Butylinaetal.2012b),demonstrandoarelevânciada
cordocompósitoparasuadescoloração.
Bajwa&Bruce(2005)apresentamoresultadodesuapesquisanaqualécomparadoonívelde
descoloraçãodecompósitosdeduascoresdistintas,sendoumacortendendoaobegeeoutra
aovermelho,fabricadosapartirderesinaplásticadePEADvirgemoureciclada.Apóstestesde
envelhecimento acelerado e envelhecimento natural, os compósitos reciclados obtiveram
menordescoloraçãonosdoistiposdetestesparaumacor(vermelha)emaiordescoloração,
também nos dois tipos de testes, para outra (bege), quando comparados aos compósitos
virgens. A partir de tais dados os autores concluem que a principal variável que influencia a
perda de cor dos compósitos termoplásticos é a sua cor, sendo a origem da matriz plástica
(virgemoureciclada)nãosignificativa.
Aavaliaçãodosdadoscolocadospelosautoresconsultadospermiteafirmarquetendeanão
haverinfluêncianadescoloraçãodoscompósitosseamatrizpoliméricaévirgemoureciclada,
noentanto,acoréumelementoqueexerceinquestionávelinfluência.
4.3.2
Descoloraçãoemcompósitostermoplásticosfabricadoscomcargasvegetais
Em estudo, Stark (2005) executou testes de envelhecimento acelerado em compósitos com
matriz plástica de PEAD e cargas vegetais de farinha de madeira. Nos testes realizouͲse a
exposição dos compósitos aos raios ultravioletas e à umidade. Foram testadas as seguintes
composições de PEAD/farinha de madeira, respectivamente: 100%/0%, 90%/10%, 80%/20%,
70%/30%,60%/40%,50%/50%,40%/60%.Osresultadosdostestesforammedidospelavariação
dacorfinaldocompósito,apósoenvelhecimentoacelerado,emrelaçãoàcorinicial,ouseja,
antesdoenvelhecimentoacelerado.Osdadosmostramumarelaçãodiretaentreaquantidade
decargasvegetaisexistentesnocompósitoesuafacilidadeemdesbotarouesbranquiçar.Como
exemplo,aperdadecordocomponentedecomposição40%PEADe60%farinhademadeira
foi2vezesmaiorqueadocomponentedecomposição50%/50%que,porsuavez,foi25vezes
maiorqueadocomponente90%PEADe10%farinhademadeira.
EstudosdeKlyosov(2007)eButylinaetal.(2012a)tambémchegamàconclusãoquequanto
maioraquantidadedecargasvegetaispresentesemumcompósitotermoplástico,maiorserá
suafacilidadededescolorirquandoexpostoàsintempéries.
4.4
Oxidação
Aoxidaçãoécausadapelaexposiçãodoscompósitostermoplásticosaosraiossolares,aocalor
eaooxigênio.Alémdisso,fatorescomoaltapermeabilidadedocomponenteeexposiçãoàágua
ouumidadeaceleramoprocessodeoxidaçãodopolímero(Klyosov2007,Li2000).Oprocesso
deoxidaçãoocorre,emumprimeiromomento,quandoascadeiaspoliméricasdamatrizplástica
sãoquebradasdevidoàaçãodosraiossolaresedocalor.Posteriormente,ascadeiaspoliméricas
quebradasreagemcomooxigêniopresentenoar,formandocadeiaspoliméricasdetamanho
muitomenorqueooriginal,istoé,causandosuadeterioração(Klyosov2007).Diferentemente
da descoloração, a oxidação causa degradação da matriz polimérica, tornando o compósito
fraco,quebradiçoesuscetívelaumafalhamecânica.Afacilidadecomaqualumpolímerooxida
éfrequentementemensuradapeloOxidationInductionTime(OIT),istoé,otemponecessário
paraqueaoxidaçãoinicieemdeterminadoplástico.OOITéindicadoemtesterealizadoem
ambiente rico em oxigênio e numa dada temperatura. Quanto maior o tempo indicado pelo
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testemaisresistenteàoxidaçãoéomateriale,comisso,maisduráveleletenderáaserem
condiçõesnaturais.Klyosov(2007)colocaaindaque,emmédia,cada1minutosuportadopelo
plásticonotesteequivalede2a20anosexpostoàsintempériesemcondiçõesnaturais.
4.4.1
Oxidaçãoemcompósitostermoplásticosfabricadoscomresíduosplásticos
Klyosov(2007)explicaqueresinaspoliméricasvirgenssãofabricadasjácomumaporcentagem
desubstânciasantiͲoxidantes,asquaissedegradamaolongodavidaútildoplásticoedesua
exposição às intempéries. Assim, se após o descarte tais elementos forem enviados a um
processodereciclagem,praticamentenãopossuirãomaisantiͲoxidantes.Porisso,compósitos
feitoscomresíduosplásticosdevemterincorporadaàsuacomposiçãoumanovadosedeantiͲ
oxidantes,casocontráriosofrerãorápidadeterioraçãoemcondiçõesnaturaiseapresentarão
vidaútilinferioradecompósitosfabricadosapartirderesinasplásticasvirgens.
4.4.2
Oxidaçãoemcompósitostermoplásticosfabricadoscomcargasvegetais
ExperimentosforamrealizadosporKlyosov(2007)paramediroOITdecompósitoscommatriz
plásticadePEADecargavegetaldecascadearroznasseguintesproporções,respectivamente:
100%/0%, 90%/10%, 70%/30%, 40%/60%. Os valores observados nos ensaios foram os
seguintes: 4,4 minutos; 15,0 minutos; 22,0 minutos e 37,0 minutos, respectivamente. Assim,
podeͲseobservarpelosdadosumarelaçãodiretaentreocrescimentodaquantidadedecargas
vegetais presentes nos compósitos e o crescimento de sua resistência à oxidação, sendo o
compósito com apenas 10% de matriz plástica substituída por cargas vegetais quase 4 vezes
maisresistenteàoxidaçãoqueocompósitofeitoexclusivamentedePEAD.Entretanto,ressaltaͲ
se que caso iniciado o processo de oxidação de uma peça, a consequência pode ser sua
fissuraçãoedescamação.Issofacilitaaentradadeáguanascamadasinferioresdocompósitoe
o contato dela com a carga vegetal que, por sua vez, tenderá a absorver a água e inchar,
provocandooaumentodasfissuraseoaparecimentodeoutras,possibilitandoaentradados
raios solares, de oxigênio e de água em camadas mais profundas, acelerando o processo de
oxidação(Klyosov2007,Azwaetal.2013,Li2000).
4.5
Inflamabilidade
Existemváriostesteslaboratoriaisquevisamaobtençãodedadossobreainflamabilidadede
ummaterial,sendoquecadaumindividualmentepossibilitaanalisarumaspectodoprocesso
de queima. Assim, para se ter uma descrição completa da inflamabilidade dos materiais é
necessáriaarealizaçãodeváriosensaios(Gallo&Agnelli1998).
DentreostestesdeinflamabilidadeestãooLimitedOxidationIndex(LOI),ouíndicelimitede
oxigênio,eacalorimetriadecone.OLOIéumíndicequeapresentaafacilidadecomaqualos
materiaispoliméricosentramemignição,medindoaquantidademínimadeoxigênionecessária
paraqueissoaconteça.Assim,quantomaioroLOI,maisresistenteàigniçãoéopolímero(Gallo
&Agnelli1998).Jáacalorimetriadeconefornecedadosparadeterminarotempodeigniçãodo
material,aquantidadetotaldecalorefumaçaliberadadurantesuaqueima,aliberaçãodecalor
emrelaçãoaotempo,entreoutrosaspectos(Wangetal.2014).
Paradiminuirainflamabilidadedoscompósitostermoplásticos,ouseja,aumentaropontode
ignição e reduzir a velocidade de propagação do fogo, são empregadas em sua formulação
substânciasretardadorasdechamasemateriaisinertes.Outraopçãoéousodeplásticosde
baixainflamabilidadecomomatriz,comooPVC(Klyosov2007).
4.5.1
Inflamabilidadedecompósitostermoplásticoscomresíduosplásticos
Kwak&Nam(2002)realizaramváriostestesdeinflamabilidadecomcompósitosdePPvirgem
oureciclado,ecomadiçãodesubstânciasretardadorasdechamaemdiferentesproporções.
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Entreoutrostestes,foifeitacalorimetriadeconeeoensaioLOI.Osdadosdostestesmostram
que os elementos com a mesma quantidade de substâncias retardadoras de chama mas
compostospormatrizesplásticasdeorigensdistintas,istoé,virgemoureciclada,apresentaram
resultadosdiferentes,sendoque:notesteLOI,omelhordesempenhofoiobtidoporelementos
compostosporPPreciclado.Jáotemponecessárioparaentraremigniçãofoimenorparaos
compósitosdePPreciclado,ouseja,entraramemcombustãomaisrápido,enquantoosmaiores
picosdecalorliberadosduranteaqueimaforamosdoscompósitosdePPvirgem.Quantoà
quantidadetotaldecalorliberadaduranteaqueima,oscompósitosdePPvirgemapresentaram
piordesempenhoqueosdePPrecicladoquandopossuíampequenasquantidadedesubstâncias
retardadorasdechama,masmelhorquandopossuíammaioresquantidadesdestas.Osautores
apresentam como explicação para o melhor desempenho em vários aspectos dos elementos
compostosdePPrecicladoaexistênciadepartículasinorgânicasdeoutrosmateriaisemsua
composição.Taispartículassãoprovenientesdemáquinaseoutrosmateriaiseseimpregnam
nos polímeros durante seu processo de separação e reciclagem, sendo mais estáveis
termicamentequeamatrizpolimérica,oquediminuiainflamabilidadedoscompósitos.
ElͲsabbagh et al. (2013) executaram o teste LOI com compósitos formados, em várias
proporções, por PP, fibra de linho, agentes acoplantes (MAPP) e substância retardadora de
chama(hidróxidodemagnésio).Conformeosautores,todososcompósitosforamreciclados
duasvezes.OscomponentesdetodasasformulaçõestiverampiordesempenhonotesteLOI
apósasreciclagens,apesardosautoresressaltaremquetalpiorafoiemníveltolerável.ObservaͲ
sequeoscompósitosdemelhordesempenhopossuíamíndiceumpoucoacimade27noteste
LOIantesdasreciclagens,eapósaprimeiraeasegundareciclagempassaramparacercade26,8
e25,9,respectivamente.Istoé,tiverampiorade4,5%notesteLOIapósasduasreciclagens.
EmrelaçãoaoLOIdecompósitosfeitoscomPPvirgemereciclado,osestudosapresentados
diferemnosresultados.SeguindooexpostoporKwak&Nam(2002),umapossívelexplicaçãoé
ofatodequeoscomponentesrecicladosnoestudodeElͲsabbaghetal.(2013)passarampor
reciclagem em laboratório, provavelmente não sendo misturados a outros materiais e tendo
contato com menos máquinas, o que diminuiria a quantidade de partículas inorgânicas
incorporadas a eles durante o processo. Mas, ressaltaͲse o pequeno número existente de
pesquisassobreainfluênciadareciclagemnainflamabilidadedospolímeros.
4.5.2
Inflamabilidadedecompósitostermoplásticoscomcargasvegetais
Sainetal.(2004)executaramotesteLOIedeinflamabilidadehorizontalcompeçascompostas
porPP,cargasvegetaiseagenteacoplante(MAPP)nasseguintesproporções,respectivamente:
100%/0%/0%; 47,5%/50% (farinha de madeira) /2,5% e 47,5%/50% (casca de arroz) /2,5%.
Ambos os elementos com cargas vegetais apresentaram pior desempenho no teste de
inflamabilidade horizontal quando comparados ao elemento composto unicamente por PP,
explicitando uma maior sensibilidade de tais compósitos às chamas (Sain et al. 2004). No
entanto,notesteLOIocompósitocomfarinhademadeiratevedesempenhosuperioreocom
cascadearrozdesempenhoestatisticamentesemelhanteao100%PP.
Araoetal.(2014)realizaramotestedeinflamabilidadehorizontaledecalorimetriadeconecom
elementos com matriz polimérica de PP e farinha de madeira nas seguintes proporções,
respectivamente:100%;90%/10%;80%/20%;70%/30%;60%/40%;50%/50%e40%/60%.Para
todas as composições o desempenho dos elementos com farinha de madeira no teste de
inflamabilidadehorizontalfoipiorqueodoelemento100%PP,sendoopiordesempenhoodo
compósitofeitode60%PPe40%farinhademadeira.Jánotestedecalorimetriadecone,o
compósito50%PPe50%farinhademadeiraentrouemigniçãomaisrápidoqueo100%PP,por
outrolado,opicoeototaldecalorliberadoduranteaqueimaforammenoresqueosdeste.
Porsuavez,Seefeldt&Braun(2011)realizaramensaiosdecalorimetriadeconecomcompósitos
dematrizplásticadePPecargasvegetaisnasseguintesproporções,respectivamente:50%/50%;
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40%/60%e30%/70%.Osresultadosdosensaiosmostramquequantomaioraquantidadede
cargasvegetaisnoscompósitos,menoressãoospicoseaquantidadetotaldecalorliberada
duranteaqueima,melhorandoseudesempenhonoteste.
Testes de calorimetria de cone também foram realizados por Wang et al. (2014) a fim de
identificar o tempo de ignição e a quantidade de calor liberado resultante da queima de
elementoscompostosporPEAD,fibradecânhamoeaditivoemváriasproporções.Osensaios
mostramquequantomaioraquantidadedecargasvegetaisnoscompósitos,menoressãoos
picosdecalorliberadosdurantesuaqueima.Noentanto,otempodeigniçãodoselementos
comcargasvegetaisdiminuiu,istoé,entraramemcombustãomaisrápido,excetoocompósito
com a maior quantidade de fibras de cânhamo (50% em massa) que, quando comparado ao
componente100%PEAD,manteveomesmodesempenho.
Osestudosmostramqueoaumentodecargasvegetaisnoscompósitostendeamelhorarseu
desempenhonotesteLOI,apiorarnotestedeinflamabilidadehorizontal,adiminuirseutempo
deigniçãoeareduzirospicoseaquantidadetotaldecalorliberadaduranteaqueima.
5
CONSIDERAÇÕESFINAIS
A partir do estudo dos trabalhos apresentados, podem ser feitas as seguintes afirmações a
respeitodaspropriedadesdecompósitostermoplásticoscomresíduosplásticosevegetais:
x
x
x
x
x
x
x
ousoderesíduosplásticosemcompósitostendeanãoalteraromódulodeelasticidadee
asresistênciasàflexãoeàtraçãodesses,mas,parecereduzirsuaresistênciaaoimpacto;
apesar de alguns estudos mostrarem resultados opostos, observaͲse uma tendência de
aumentodaresistênciaàflexãoedomódulodeelasticidade,edereduçãodaresistênciaà
traçãodoscompósitoscomoaumentodacargavegetalemsuacomposição;
quanto à absorção de água de polímeros virgens e reciclados, os trabalhos analisados
apresentamresultadosopostos,oqueabreespaçoparaquemaispesquisassejamfeitas;
maioraquantidadedecargasvegetaisdocompósito,maiorserásuaabsorçãodeágua;
a matriz polimérica ser virgem ou reciclada parece não influenciar a descoloração dos
compósitos,poroutrolado,acordestespareceserdefundamentalimportânciaparatal;
quantomaioraquantidadedecargasvegetaispresentesemumcompósitotermoplástico,
maiorserásuafacilidadededescolorirquandoexpostoàsintempéries;
há poucos artigos sobre a influência da reciclagem na inflamabilidade dos polímeros,
apontandoparaanecessidadedemaispesquisascientíficasnaárea.
Assim,osresultadosdosestudosindicamqueosresíduosplásticossãoumapromissorafonte
dematériaͲprimaparaaconfecçãodecompósitostermoplásticos,umavezqueproporcionam,
em várias propriedades, desempenho semelhante aos de compósitos feitos com plásticos
virgens.Alémdisso,apesardosestudosmostraremumatendênciadepioradodesempenhodos
compósitos em determinadas características quando se adicionam cargas vegetais,
principalmenteaquelasrelacionadasàexposiçãoàsintempéries,seuusopodeserindicadopara
ambientesinternos,ondetenderãoatermaiorvidaútil.Ainda,pesquisasapontamparauma
melhoriadeváriascaracterísticasdoscompósitoscomcargasvegetaispormeiodainserçãode
aditivos,oquetendeaaumentarsuavidaútiltambémquandoemáreasexternas.
Tais fatos mostram que, se corretamente especificados, os compósitos termoplásticos com
resíduospodemtermaiordurabilidadeeserumaalternativaaoutrosmateriais,reduzindoo
impactoambientalcausadopeladisposiçãoderesíduosepelaextraçãodenovosmateriais.
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AGRADECIMENTOS
OsautoresagradecemàCoordenaçãodeAperfeiçoamentodePessoaldeNívelSuperior(CAPES)
peloapoioàpesquisa.
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