AvaliaçÃo das condiçÕes de uso do polímero reciclado em embalagens co-extrusadas



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AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE USO DO POLÍMERO RECICLADO EM EMBALAGENS CO-EXTRUSADAS
Roberta C. Meira1; Rita de Cássia A. Leal1; Marcus Vinicius L. Fook1; Imarally V.S.R. Nascimento1

Email: robertameira02@yahoo.com.br



1Depto. de Ciências e Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande (PB), Brasil.
Resumo: A reciclagem de resíduos vem sendo intensificadas em todo o mundo a fim de aumentar a qualidade do produto reciclado e propiciar maior eficiência do sistema produtivo. O crescente uso dos polímeros tem conduzido cada vez mais à utilização múltipla destes materiais devido ao seu elevado tempo de degradação. O polietileno utilizado em embalagens plásticas co-extrusadas juntamente com o uso do copolímero de etileno e álcool vinílico (EVOH) tem sido uma grande vantagem no prolongamento do ciclo útil do produto final. Assim a técnica da co-extrusão, tem se tornado muito atrativa na indústria de embalagens, pois possibilita o projeto de estruturas multicamadas. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo principal avaliar as condições de uso do material reciclado em embalagens co-extrusadas para aplicação com propriedades de um biomaterial. As embalagens utilizadas nesta pesquisa são compostas por porcentagens de polietileno de alta densidade (PEAD) reciclado, polietileno virgem e barreira de gás (EVOH), onde estas foram submetidas a temperatura de 50°C, em estufa estabilizada, como também em temperatura ambiente de aproximadamente 23°C, acondicionadas em laboratório. As embalagens foram caracterizadas pelas técnicas de Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Tensão Superficial e Microscopia Ótica (MO). Com a técnica de FTIR foi possível verificar a presença de bandas características do polietileno. Já para as medidas de tensão superficial, foi possível observar um aumento da molhabilidade das embalagens submetidas a temperatura elevada. Foi possível perceber também, através da microscopia óptica a diferença das embalagens quando compostas pelo EVOH. Os resultados apresentados até o momento sugerem uma não indicação de ocorrência de oxidação nas embalagens, possibilitando uma indicação de uso.

Palavras-chave: Reciclagem, embalagens, co-extrusão.
1. INTRODUÇÃO
Em decorrência do aumento do lixo produzido, estão cada vez mais onerosas, raras e distantes as alternativas para disposição do lixo em aterros. A incineração, cujos custos são muito elevados, apresenta os percalços de suas desagradáveis e nocivas emissões de gases poluentes. A poluição ambiental decorrente da disposição final dos resíduos provoca, a princípio, graves desequilíbrios e danos à saúde pública (SPINACÉ e De PAOLLI, 2005).

O gerenciamento de resíduos sólidos urbanos (RSU) é um dos grandes problemas da atualidade. Ferramentas como a coleta seletiva e a reciclagem tornam mais fácil a reintegração de materiais que seriam descartados ao meio ambiente. Dentre esses materiais, os polímeros apresentam maior dificuldade de reciclagem devido à presença de seus diferentes tipos, formas e composições, constituindo-se uma causa fundamental para o seu descarte (WASSERMANN, 2006).

O crescente uso dos polímeros, impulsionado pela diversidade de propriedades e características, tem conduzido cada vez mais à utilização múltipla destes materiais e contribuído, intensivamente, para o agravamento da degradação do ecossistema, devido ao seu elevado tempo de degradação (FOOK et al., 1995).

A consolidação e o incremento do volume dos materiais poliméricos utilizados em embalagens na vida moderna representam um desafio sob o ponto de vista da reciclagem racional, exigindo uma abordagem integrada entre os processos de transformação das matérias-primas, fabricação das embalagens e sua funcionalidade na conservação do produto (FORLIN; FARIA, 2002). Para viabilizar a maioria das aplicações envolvendo tais polímeros contendo resíduos, é importante que a inserção dos resíduos não cause uma redução significativa nas propriedades dos polímeros (CARVALHO et al., 2007).

A utilização da técnica da co-extrusão, que é um processo no qual dois ou mais polímeros são extrusados simultaneamente e unidos conjuntamente para formar uma estrutura única com múltiplas camadas, tem se tornado muito atrativa economicamente na indústria de embalagens, pois possibilita o projeto de estruturas multicamadas com diferentes propriedades funcionais, dentre elas, a baixa permeabilidade a gases (VALDES et al., 1998). Além disso, a co-extrusão permite também a redução do número de processamentos necessários para se obter as propriedades desejadas para um filme ou uma estrutura laminada (MARTÍNEZ e ARROYO, 1998).

Sendo assim, a avaliação do uso do material reciclado em embalagens para aplicação com propriedades de um biomaterial, torna-se o principal objetivo desta pesquisa. Para tanto este material emprega características de biocompatibilidade (interação material/produto), como também de ser atóxico, não permitindo que haja alguma contaminação com o meio.



2. MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia utilizada neste trabalho segue uma ordem de execução desde o recebimento do material (embalagem), as caracterizações destas até as análises finais dos resultados e conclusões.
Obtenção e tratamento das amostras

São utilizados dois tipos de embalagens: primeiramente um tipo contendo uma porcentagem de PEAD reciclado pós-consumo de 15% e com a barreira a gás de 5%. Já o segundo tipo de embalagem contém este polímero reciclado com uma porcentagem de 30% e diferentemente da primeira amostra, não contém a barreira a gás. O PEAD reciclado é produzido como amostra experimental inserido ao meio de duas camadas de polietileno virgem. As amostras de embalagens foram recebidas, reconhecidas e classificadas de acordo com a Tabela 1.

Tabela 1: Amostras de polímeros para análise.





Amostra 1

Amostra 2

PEAD reciclado (Pós-consumo)

15%

30%

PE virgem (80% PEBD/20% PEAD)

65%

70%

Balanço


15%

-

Barreira a gás (EVOH)

5%

-

As amostras de embalagens depois de passarem pelo processo de triagem e separação, foram submetidas a duas temperaturas: uma de aproximadamente 50°C, em estufa estabilizada, onde a temperatura foi monitorada diariamente, como também em temperatura ambiente de aproximadamente 23°C acondicionadas no laboratório.
Técnicas de Caracterização das Embalagens

As análises das amostras foram realizadas após os períodos de 30 e 60 dias submetidas as temperaturas de 50°C em estufa e de 23°C, utilizando-se as técnicas: Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Tensão Superficial e Microscopia Ótica.

Neste trabalho a caracterização por espectroscopia na região do infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) foi realizada em um espectrômetro modelo Spectrum 400 FT Mid-IR PerkinElmer com varredura de 4000 a 400 cm-1.

Para o ensaio de Tensão Superficial foi utilizado um goniômetro desenvolvido por técnicos da Unidade Acadêmica de Engenharia Mecânica da UFCG (Universidade Federal de Campina Grande) que se encontra instalado no Laboratório de Caracterização de Materiais da Unidade Acadêmica de Ciências e Engenharia de Materiais, da mesma universidade.

A análise de Microscopia Ótica (MO) foi realizada em um Microscópio Óptico Hirox de reflexão e transmissão com acessórios 2D e variação de 50X-400X, acoplado a uma estação de Análise de Imagens.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR)

As Figura 1 e 2 apresentam os espectros de FTIR das embalagens de polietileno com 30 e 60 dias em temperatura de 50ᵒC e em temperatura ambiente (23°C). O espectro mostra as bandas de absorção características dos polietilenos formados por três bandas associadas aos três modos de vibração da ligação C-H.




(1)


(2)

Figura 1: Análise de FTIR com 30 dias para: (1) amostras para temperatura de 50°C e (2) amostras para temperatura ambiente (23°C).


(1)


(2)

Figura 2: Análise de FTIR com 60 dias para: (1) amostras para temperatura de 50°C e (2) amostras para temperatura ambiente.
Detectou-se uma leve alteração no gráfico de 60 dias em temperatura ambiente (Figura 2-2) quanto ao grupo C-O, no entanto não foi verificado para os demais dias nesta temperatura, indicando provavelmente que esta ocorrência não tenha alterado a embalagem. Entretanto, na temperatura de 50°C também foram observados esse mesmo grupo característico nos 30 dias (Figuras 1-1), porém também com pequena intensidade, neste caso o grupo C-O da carbonila (C=O), ocorrendo provavelmente por uma leve oxidação decorrente do processo de co-extrusão.

Sendo assim, até então, não houve alteração significativa em relação às duas temperaturas analisadas.



Tensão Superficial/ Molhabilidade

As Figuras 3 e 4 ilustram os resultados do teste de tensão superficial pela medida do ângulo de contato das embalagens nos tempos 30 e 60 dias, respectivamente. De acordo com os resultados, verifica-se que todas as embalagens, sejam elas submetidas a temperatura de 50°C ou a temperatura ambiente apresentaram uma medida de ângulo de contato menor que 90°, indicando um caráter hidrofílico.



Figura 3: Tensão Superficial 30 dias. Figura 4: Tensão Superficial 60 dias.

Nos tempos de 30 e 60 dias as embalagens submetidas ao tratamento térmico a 50ᵒC apresentaram valores de ângulos de contato inferiores aos da temperatura ambiente, verificando uma tendência que a mesma embalagem aumenta a molhabilidade, mais não altera a estabilidade da embalagem.

Microscopia Ótica (MO)

As Figuras 5, 6, 7 e 8 ilustram as imagens das micrografias ópticas apenas dos 30 dias das amostras A1 e A2 cujas diferenças são as porcentagens de PE, tanto reciclado como do virgem, e a presença da barreira de gás (EVOH) na Amostra 1.



Figura 5: Micrografia ótica da Amostra 1 submetida a temperatura de 50°C: (1) aumento de 250x e (2) aumento de 400x.

Figura 6: Micrografia ótica da Amostra 1 submetida a temperatura ambiente: (1) aumento de 250x e (2) aumento de 400x.


Nas Figuras 5 e 6 foram apresentadas as microscopias da amostra de embalagem que contém 15% de PEAD reciclado (visualizado nas duas faces internas da amostra), 65% de PE virgem (mostrado nas duas faces externas da amostra) e 5% do copolímero EVOH (que está bem apresentado no meio dessas faces), comprovando assim a funcionalidade adesiva desse material.

Figura 2: Micrografia ótica da Amostra 2 submetida a temperatura de 50°C: (1) aumento de 250x e (2) aumento de 400x.


Figura 8: Micrografia ótica da Amostra 2 submetida a temperatura ambiente: (1) aumento de 250x e (2) aumento de 400x.


Já nas Figuras 7 e 8, em que foram verificadas as micrografias das amostras de embalagens com porcentagens de 30% de PEAD reciclado (visualizado na face interna da amostra) e 70% de PE virgem (mostrado nas duas faces externas da amostra), verificou-se que não existe a presença da barreira de gás.

De acordo com as temperaturas as quais foram avaliadas nos tempos de 30 e 60 dias, as micrografias não demonstraram nenhuma alteração quanto à variação de temperatura em relação as amostras.



4. CONCLUSÕES


  • Na análise por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi confirmada a presença das bandas características de absorção dos polietilenos em todas as composições e verificou-se a presença do grupo C-O da carbonila, ocorrido provavelmente por uma leve oxidação decorrente do processo de co-extrusão, indicando possivelmente que não tenha alterado a embalagem.

  • Com as medidas de tensão superficial, foi possível observar um aumento da molhabilidade das embalagens submetidas a temperatura elevada em comparação com as que se mantiveram em temperatura ambiente, no entanto sua estabilidade não foi alterada.

  • Com a técnica de microscopia óptica foi possível perceber claramente, nestas análises preliminares, as embalagens com a presença e sem do EVOH.

  • De acordo com os resultados obtidos, pode-se observar que apesar de uma leve oxidação das embalagens em alguns períodos avaliados, não ocorreu reações de oxi-redução até então na superfície do material, no ponto de vista da embalagem. Portanto, até o momento, a embalagem poderia ser recomendada para uso, pois não obteve alteração nas suas propriedades que favorecessem a uma migração do material reciclado.


AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de agradecer a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa de mestrado e ao CERTBIO da UFCG pela colaboração experimental.

REFERÊNCIAS
CARVALHO, G. M. X. de.; MANSUR, H. S.; VASCONCELOS, W. L.; ORÉFICE, R. L. Obtenção de Compósitos de Resíduos de Ardósia e Polipropileno. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v.17, n.2, p. 98-103, 2007.
FOOK, M. V. L., ARAÚJO, E. M., MELO, T. J. A., SOUZA, N. A., SANTOS, Z. I. G.; Coleta seletiva de resíduos urbanos – Conscientização e importância da reciclagem. II Encontro de Extensão da UFPB. João Pessoa (1995).
FORLIN, F. J.; FARIA, J. A. F. Considerações sobre a reciclagem de embalagens plásticas. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 12, n° 1, p. 1-10, 2002.
MARTÍNEZ, F.; ARROYO, I. A coextrusão: uma ferramenta para se diferenciar

no mercado. PE news América Latina - Soluções DOW, mai. 1998.


SPINACÉ, M.A.S.; De PAOLI, M.A. A tecnologia da reciclagem de polímeros. Química Nova, v.28, n.1, p.65-72, 2005.
VALDES, S. S.; VILLARREAL, F. O.; QUINTANILLA, M. L.; FLORES, I. Y.; VALLE, L. F. R. Performance of multilayer films using maleated linear lowdensity polyethylene blends. Polymer Engineering and Science. Jan. 1998, vol. 38, n° 1.
WASSERMANN, A. I. Processamento e Características Mecânicas de Resíduos Plásticos Misturados. 2006. 98p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)- Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre 2006.

ASSESSMENT OF CONDITIONS OF USE OF RECYCLED POLYMER CONTAINERS IN CO-EXTRUDED

MEIRA, R. C.1; LEAL, R. C. A.1; FOOK, M. V. L.1; NASCIMENTO, I.V.S.R.1



1 Materials Engineering Department, Campina Grande Federal University, Postal Code: 58109-970, Campina Grande, PB – Brazil.

E-mail: robertameira02@yahoo.com.br



Abstract. The recycling of waste has been intensified around the world in order to increase the quality of the recycled product and to provide more efficient production system. The increasing use of polymers has led increasingly to the multiple use of these materials because of its high degradation time. The polyethylene used in plastic co-extruded with the use of ethylene vinyl alcohol (EVOH) has been a great advantage in prolonging the useful cycle of the final product. Thus the technique of co-extrusion, has become very attractive in the packaging industry because it enables the design of multilayer structures. Thus, this study aims at assessing the conditions for use of recycled material in packaging for application co-extruded with properties of a biomaterial. The packages used in this study were composed of percentages of high density polyethylene (HDPE) recycled virgin polyethylene and gas barrier (EVOH), where they were subjected to 50 ° C in an oven stabilized at room temperature but also the approximately 23 ° C, packed in the laboratory. The packages were characterized by spectroscopy techniques in the Region of Fourier Transform Infrared (FTIR), Surface Tension and optical microscopy (OM). With the method of FTIR was possible to verify the presence of characteristic bands of the polyethylene. As for the surface tension measurements, we observed an increase in the wettability of the packaging undergoing the high temperature. It could be observed also by light microscopy the difference in packaging are compounded by the EVOH. The results presented so far does not suggest an indication of rusting on the packaging, providing an indication of use.
Keywords: Recycling, packaging, co-extrusion.

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