BRPI1104689B1 - MECHANICAL RECYCLING OF MULTILAYER PACKAGING - Google Patents
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Abstract
reciclagem mecânica de embalagens multicamadas. o presente invento apresenta uma alternativa para a reciclagem de embalagens multicamadas laminadas contendo principalmente alumínio, pet (politereftalato de etileno) e pe (polietileno). este tipo de embalagem tem como única alternativa, até o momento, a incineração com aproveitamento energético. a incineração de embalagens multicamadas além de ser realizada somente em alguns países, gera uma infinidade de gases poluentes. a quantidade de embalagens multicamadas descartadas é muito grande visto que são amplamente utilizadas como embalagens de café, salgadinhos, biscoitos, chocolates, pet foods entre muitos outros alimentos. são muitos os benefícios alcançados utilizando-se este tipo de embalagens com vários polímeros (e outros materiais) diferentes, pois possibilita a obtenção de um material com excelentes propriedades, como barreira a gás, ao vapor de água, aos componentes que dão sabor ao alimento e a luz, aliadas a grande resistência mecânica. no entanto, a reciclagem deste tipo de material se torna muito dificultada, além de ser muito difícil separar e classificar estes filmes, pois são muitos os tipos e todos muito parecidos visualmente, também é muito difícil processá-los, pois geralmente são compostos de polímeros incompatíveis para a reciclagem por extrusão. o presente invento propõe a reciclagem deste tipo de embalagem através da preparação de materiais compósitos utilizando matriz plástica, com excelentes características mecânicas, por meio dos processos de moagem, extrusão e injeção.mechanical recycling of multilayer packaging. the present invention presents an alternative for recycling laminated multilayer packaging containing mainly aluminum, PET (polyethylene terephthalate) and PE (polyethylene). this type of packaging has the only alternative, so far, incineration with energy use. the incineration of multilayer packaging, in addition to being carried out only in some countries, generates a multitude of polluting gases. the amount of discarded multilayer packaging is very large since they are widely used as packaging for coffee, snacks, cookies, chocolates, pet foods and many other foods. there are many benefits achieved using this type of packaging with several different polymers (and other materials), as it makes it possible to obtain a material with excellent properties, such as gas barrier, water vapor, components that give flavor to the food and light, combined with great mechanical resistance. however, recycling of this type of material becomes very difficult, in addition to being very difficult to separate and classify these films, as there are many types and all are very similar visually, it is also very difficult to process them, as they are usually composed of polymers incompatible for recycling by extrusion. the present invention proposes the recycling of this type of packaging through the preparation of composite materials using plastic matrix, with excellent mechanical characteristics, through the processes of grinding, extrusion and injection.
Description
RECICLAGEM MECÂNICA DE EMBALAGENS MULTICAMADAS IntroduçãoMECHANICAL RECYCLING OF MULTILAYER PACKAGING Introduction
O presente invento apresenta uma alternativa para a reciclagem de embalagens multicamadas laminadas contendo alumínio, PET e PE. Este tipo de embalagem tem como única alternativa, até o momento, a incineração com aproveitamento energético. A incineração de embalagens multicamadas além de ser realizada somente em alguns países, gera uma infinidade de gases poluentes. No Brasil estas embalagens não apresentam nenhum tipo de reciclagem ou reaproveitamento, sendo então acumuladas nas indústrias ou descartadas de maneira inconseqüentes nos lixões. A quantidade de embalagens multicamadas descartadas é muito grande visto que são amplamente utilizadas como embalagens de café, salgadinhos, biscoitos, chocolates, PET foods entre muitos outros alimentos. São muitos os benefícios alcançados utilizando-se este tipo de embalagem com vários polímeros (e outros materiais) diferentes, pois possibilita a obtenção de um material com excelentes propriedades, como barreira a gás, ao vapor de água, aos componentes que dão sabor ao alimento e a luz, aliadas a grande resistência mecânica. No entanto, a reciclagem deste tipo de material se toma muito dificultada, além de ser muito difícil separar e classificar estes filmes, pois são muitos os tipos e todos muito parecidos visualmente, também é muito difícil processá-los, pois geralmente são compostos de polímeros incompatíveis para a reciclagem por extrusão.The present invention presents an alternative for recycling laminated multilayer packaging containing aluminum, PET and PE. This type of packaging has the only alternative, so far, incineration with energy use. The incineration of multilayer packaging, in addition to being carried out only in some countries, generates a multitude of polluting gases. In Brazil, these packages do not present any type of recycling or reuse, being then accumulated in the industries or discarded inconsequentially in the dumps. The amount of discarded multilayer packaging is very large since they are widely used as packaging for coffee, snacks, cookies, chocolates, PET foods and many other foods. There are many benefits achieved using this type of packaging with several different polymers (and other materials), as it makes it possible to obtain a material with excellent properties, such as gas barrier, water vapor, components that give flavor to the food and light, combined with great mechanical resistance. However, recycling this type of material becomes very difficult, in addition to being very difficult to separate and classify these films, as there are many types and all are very similar visually, it is also very difficult to process them, as they are usually composed of polymers incompatible for recycling by extrusion.
A presença de outros materiais como alumínio, papel cartão, tintas, constituem- se, igualmente, como um problema na reciclagem de embalagens plásticas multicamadas, assim como a incompatibilidade de natureza química das resinas que compõem os diferentes materiais plásticos. De forma geral, quanto menor o número de componentes poliméricos e complexidade do sistema de embalagem, maior o seu valor de reciclagem, consequência da redução das etapas e recursos tecnológicos despendidos nos processos de limpeza e separação dos materiais que compõe a embalagem (delaminação). A reciclabilidade de embalagens plásticas está intrinsecamente relacionada com a viabilidade econômica de implementação de determinadas rotas de reciclagem, o que faz com que estas embalagens de formulações mais complexas (multicamadas) sejam descartadas.The presence of other materials, such as aluminum, cardboard, paints, is also a problem in the recycling of multilayer plastic packaging, as well as the chemical incompatibility of the resins that make up the different plastic materials. In general, the smaller the number of polymeric components and the complexity of the packaging system, the greater its recycling value, as a consequence of the reduction of the technological steps and resources spent in the cleaning and separation processes of the materials that make up the packaging (delamination). The recyclability of plastic packaging is intrinsically related to the economic feasibility of implementing certain recycling routes, which means that these packaging of more complex (multilayer) formulations are discarded.
A proposta desse invento é a reciclagem mecânica de embalagens multicamadas mais usadas comercialmente, preparadas pelo processo de laminação, contendo uma folha de alumínio entre camadas de PET e polietileno. O invento consiste na preparação de materiais compósitos utilizando matriz de Polietileno pós-consumo de alta densidade (PEAD) e aThe purpose of this invention is the mechanical recycling of multilayer packaging most used commercially, prepared by the lamination process, containing an aluminum foil between layers of PET and polyethylene. The invention consists of the preparation of composite materials using a post-consumer high density polyethylene (HDPE) matrix and the
2/8 embalagem multicamada utilizada como reforço nesse material. Com isto, o invento proporciona não só a reciclagem das embalagens multicamadas, mas também do PEAD um dos plásticos mais utilizados em todo o mundo.2/8 multilayer packaging used as reinforcement in this material. With this, the invention provides not only the recycling of multilayer packaging, but also HDPE, one of the most used plastics worldwide.
Os compósitos são preparados através do processo de injeção, onde as peças são moldadas no formato desejado, o que possibilita a utilização do material desenvolvido em diversas áreas, desde a fabricação de utensílios domésticos como: baldes, bacias, prendedores para varal; como a fabricação de pára-choques para carros.Composites are prepared through the injection process, where the pieces are molded into the desired shape, which makes it possible to use the material developed in several areas, from the manufacture of household items such as: buckets, basins, clothespins; like the manufacture of bumper cars.
Para o processo de desenvolvimento dos compósitos é necessário que as embalagens multicamadas e o PEADpc (polietileno de alta densidade pós-consumo) sejam triturados (juntos) em moinho de faca e em seguida melhor misturados através de extrusão na temperatura acima da fusão do PEADpc.For the development process of composites it is necessary that the multilayer packaging and the HDPEpc (post-consumer high density polyethylene) are crushed (together) in a knife mill and then better mixed through extrusion at the temperature above the melting of the HDPEpc.
A inserção de material multicamada em matriz de polietileno possibilita a obtenção de um novo material com excelentes propriedades mecânicas: alta elasticidade e resistência ao impacto. Estas características são devido à presença do alumínio e PET no material final que agem como barreira a propagação de trincas, e também a presença de Polietileno de baixa densidade - PEBD que age com absorvedor de energia do impacto e contribui no aumento da elasticidade. Assim, a presença de diferentes materiais nas embalagens multicamadas, que era visto como principal obstáculo na reciclagem destas, toma-se a grande aliada na obtenção de um material com propriedades superiores a propriedades de muitos materiais já existentes no mercado.The insertion of multilayer material in a polyethylene matrix makes it possible to obtain a new material with excellent mechanical properties: high elasticity and impact resistance. These characteristics are due to the presence of aluminum and PET in the final material that act as a barrier to the propagation of cracks, and also the presence of low density polyethylene - LDPE which acts as an impact energy absorber and contributes to increase elasticity. Thus, the presence of different materials in multilayer packaging, which was seen as the main obstacle in recycling them, becomes a great ally in obtaining a material with properties superior to the properties of many materials already on the market.
Uma das grandes vantagens na preparação dos compósitos é a flexibilidade em relação à composição PEAD/reforço, podendo chegar até a 50% de material multicamada na matriz de polietileno, propiciando a fabricação de materiais com diferentes propriedades mecânicas finais, atreladas a sua composição.One of the great advantages in the preparation of composites is the flexibility in relation to the HDPE / reinforcement composition, which can reach up to 50% of multilayer material in the polyethylene matrix, enabling the manufacture of materials with different final mechanical properties, linked to their composition.
No entanto uma das principais vantagens desse processo é a viabilidade econômica, tendo em vista que o processo de reciclagem mecânica é de longe o mais economicamente viável, quando comparado aos outros processos de reciclagem: química e energética.However, one of the main advantages of this process is its economic viability, considering that the mechanical recycling process is by far the most economically viable, when compared to other recycling processes: chemical and energy.
Estado da TécnicaState of the art
Embalagens multicamadas são, atualmente, abandonadas nos lixões ou nas indústrias, apenas em alguns países da Europa esse material tem como destino a reciclagem energética, ou seja, a queima.Multilayer packaging is currently abandoned in dumps or in industries, only in some European countries this material is destined for energy recycling, that is, burning.
O presente invento apresenta uma tecnologia totalmente inovadora para o destino deThe present invention presents a totally innovative technology for the destination of
3/8 embalagens multicamadas pós-consumo e lixo industrial e também para o polietileno pósconsumo, com a fabricação de um material de alta resistência e ampla aplicação.3/8 post-consumer multi-layer packaging and industrial waste and also for post-consumer polyethylene, with the manufacture of a highly resistant material with wide application.
Na busca de anterioridade realizada, foram encontrados diversos produtos com certa similaridade, porém, nenhum que pudesse prejudicar o critério de novidade da presente invenção.In the search for priority, several products were found with a certain similarity, but none that could harm the novelty criterion of the present invention.
A patente WO 2002/026244 trata-se de um material composite com matriz de resina de poliéster reforçada com fibras de vidro. A tecnologia ora proposta difere no tipo de matriz (polietileno pós-consumo) e principalmente no tipo de reforço, a nova tecnologia propõe a utilização de um material reforço que possui diferentes componentes (polietileno-PE, politereftalato de etileno-PET e alumino), o que propicia a obtenção de produtos com excelentes propriedades mecânicas; além de ser um material de descarte, o que toma o produto economicamente atrativo.WO 2002/026244 is a composite material with a glass fiber reinforced polyester resin matrix. The technology now proposed differs in the type of matrix (post-consumer polyethylene) and mainly in the type of reinforcement, the new technology proposes the use of a reinforcement material that has different components (polyethylene-PE, polyethylene terephthalate-PET and aluminum), what makes it possible to obtain products with excellent mechanical properties; in addition to being a disposal material, which makes the product economically attractive.
O invento WO 2006/060888 refere-se à reciclagem de materiais plásticos que contêm resíduos de óleos. Difere da tecnologia proposta pelo tipo de material reciclado e também a reciclagem proposta na patente acima não utiliza a adição de material reforço, muitos estudos mostram que a reciclagem sem a adição de reforço gera materiais com características mecânica pobres, ou seja, baixa resistência a tração, flexão e impacto, podendo fraturar facilmente, além de apresentar baixa estabilidade térmica.WO 2006/060888 relates to the recycling of plastic materials that contain oil residues. It differs from the technology proposed by the type of recycled material and also the recycling proposed in the above patent does not use the addition of reinforcement material, many studies show that recycling without the addition of reinforcement generates materials with poor mechanical characteristics, that is, low tensile strength , flexion and impact, being able to fracture easily, besides presenting low thermal stability.
Além disso, a presente invenção difere da reciclagem de embalagens Tetra Pak (www.tetrapak.com.br) no tipo de material reciclado, as embalagens longa vida contém papel, polietileno e alumínio, já as embalagens multicamadas contém PET, polietileno e alumínio, pois a grande complicação na reciclagem desse tipo de embalagem é o PET que apresenta elevado ponto de fusão, o que dificulta sua reciclagem por extrusão, no entanto na patente ora proposta esse alto ponto de fusão do PET faz com que ele exerça a função de material reforço no produto desenvolvido, pois ele não funde durante o processo de extrusão e injeção. Outro ponto onde o invento difere da reciclagem de embalagens Tetra Pak é a separação das camadas (delaminação) utilizada no processo de reciclagem das embalagens longa vida, no invento proposto a reciclagem das embalagens multicamada não precisa dessa etapa de delaminação, a embalagem é processada com todos os componentes, o que diminui custos no processo de reciclagem.In addition, the present invention differs from the recycling of Tetra Pak packaging (www.tetrapak.com.br) in the type of recycled material, long-life packaging contains paper, polyethylene and aluminum, whereas multilayer packaging contains PET, polyethylene and aluminum, because the big complication in recycling this type of packaging is PET that has a high melting point, which makes it difficult to recycle by extrusion, however in the patent now proposed that high melting point of PET makes it perform the function of material reinforcement in the product developed, as it does not melt during the extrusion and injection process. Another point where the invention differs from the recycling of Tetra Pak packaging is the separation of the layers (delamination) used in the recycling process of long-life packaging, in the proposed invention the recycling of multilayer packaging does not need this delamination step, the packaging is processed with all components, which reduces costs in the recycling process.
Descrição das FigurasDescription of the Figures
Para melhor compreensão do objeto da presente invenção foram elaboradas asFor a better understanding of the object of the present invention, the following
4/8 seguintes figuras:4/8 following figures:
Figura 1. Ensaio de resistência a tração: tensão na ruptura para os compósitosFigure 1. Tensile strength test: tensile strength for composites
PEAD/multicamadaHDPE / multilayer
Figura 2. Alongamento na ruptura para os compósitos PEAD/multicamada Figura 3. Módulo de elasticidade para os compósitos PEAD/multicamada; Figura 4. Resistência ao impacto para os compósitos PEAD/multicamada.Figure 2. Elongation at break for HDPE / multilayer composites Figure 3. Elasticity module for HDPE / multilayer composites; Figure 4. Impact resistance for HDPE / multilayer composites.
Descrição Detalhada do InventoDetailed Description of the Invention
A presente invenção trás como inovação a utilização de um material até hoje acumulado nas indústrias e lixões. O invento é atrativo não só por ser ecologicamente correto, mas também por poder ser um produto com grande potencial para aplicação, desde a fabricação de utensílios domésticos como: baldes, bacias, prendedores para varal; como a fabricação de pára-choques para carros, visto que o material obtido apresenta alta resistência ao impacto e excelentes propriedades relacionadas a tração e flexão.The present invention brings as an innovation the use of a material accumulated in industries and dumps until today. The invention is attractive not only because it is ecologically correct, but also because it can be a product with great potential for application, from the manufacture of household utensils such as: buckets, basins, clothespins; such as the manufacture of bumpers for cars, since the material obtained has high impact resistance and excellent properties related to traction and flexion.
Preparação dos CompósitosPreparation of Composites
Para preparação dos compósitos os materiais (embalagem multicamada laminada e polietileno de alta densidade pós-consumo PEAD) foram lavados e secos em estufa a 80 °C por 12 horas. Em seguida, triturados em moinho de facas, Marca RONI, Modelo NFA 1533, Brasil.To prepare the composites, the materials (laminated multilayer packaging and post-consumer HDPE high density polyethylene) were washed and dried in an oven at 80 ° C for 12 hours. Then ground in a knife mill, Brand RONI, Model NFA 1533, Brazil.
ExtrusãoExtrusion
Os compósitos foram processados em uma extrusora monorrosca Wortex Modelo WE X30, Brasil, com 5 zonas de aquecimento e L/D = 32. As temperaturas de processamento foram de 120 °C, 130 °C, 150 °C, 180 °C e 185 °C na primeira, segunda, terceira, quarta e quinta zonas de aquecimento, respectivamente. A velocidade de rotação foi de 102 rpm. Tempo de residência de 90 segundos. Após extrudado o material foi triturado (na forma de pellets) em um Picotador Primotécnica Modelo PGS 50, Série PGS 1/1, Brasil.The composites were processed in a mono-screw extruder Wortex Model WE X30, Brazil, with 5 heating zones and L / D = 32. The processing temperatures were 120 ° C, 130 ° C, 150 ° C, 180 ° C and 185 ° C in the first, second, third, fourth and fifth heating zones, respectively. The rotation speed was 102 rpm. Residence time of 90 seconds. After extrusion, the material was crushed (in the form of pellets) in a Picotador Primotécnica Modelo PGS 50, Series PGS 1/1, Brazil.
InjeçãoInjection
Os corpos de prova para os ensaios mecânicos foram preparados a partir dos compósitos extrudados e triturados. Uma injetora ARBURG, 221 K 250 - 75, Alemanha, foi utilizada na preparação dos corpos de prova. A temperatura de injeção de foi de 180 °C, pressão de injeção de 1500 bar, pressão de recalque de 700 bar. A notação adotada neste texto utilizada para as diferentes formulações dos compósitos injetados foi: PE para a matriz de PEADpc, e multi para as embalagens multicamada, os índices 10, 20, 30, 40 e 50 indicam aThe specimens for the mechanical tests were prepared from the extruded and crushed composites. An ARBURG injector, 221 K 250 - 75, Germany, was used in the preparation of the specimens. The injection temperature was 180 ° C, injection pressure 1500 bar, discharge pressure 700 bar. The notation adopted in this text used for the different formulations of the injected composites was: PE for the matrix of HDPEpc, and multi for the multilayer packaging, the indices 10, 20, 30, 40 and 50 indicate the
5/8 porcentagem de embalagem multicamada no compósito. Assim, como exemplo, a notação5/8 percentage of multilayer packaging in the composite. So, as an example, the notation
PE/MultilO significa um compósito obtido com 10% em massa de embalagem multicamada numa matriz de polietileno.PE / MultilO means a composite obtained with 10% by weight of multilayer packaging in a polyethylene matrix.
Técnicas de CaracterizaçãoCharacterization Techniques
Para a análises dos materiais foram utilizadas as seguintes técnicas:For the analysis of the materials the following techniques were used:
- Análise de FTIR-ATR: os filmes multicamada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho com reflectância total atenuada horizontal, utilizando um espectrofotômetro de infravermelho com transformada de Fourier Bomem, model MB-100.- FTIR-ATR analysis: multilayer films were characterized by spectroscopy in the infrared region with total attenuated horizontal reflectance, using an infrared spectrophotometer with Fourier Bomem transform, model MB-100.
- Microscopia eletrônica de varredura: a análise morfológica dos compósitos foi feita nos corpos de prova submetidos aos ensaios de resistência ao impacto, através de microscopia eletrônica de varredura utilizando um equipamento marca Shimadzu, modelo SS-550, acoplado a um sistema de análise por energia dispersiva de raios-X (EDS).- Scanning electron microscopy: the morphological analysis of the composites was performed on the specimens submitted to impact resistance tests, using scanning electron microscopy using a Shimadzu brand, model SS-550, coupled to an energy analysis system. X-ray dispersive (EDS).
- Resistência à tração: os ensaios de tração foram realizados em uma máquina universal de ensaios - EMIC DL 2000 com uma célula de carga de 5000 N, velocidade de garra de 50 mm/min, segundo a norma ASTM D - 638. Para cada formulação realizou-se 8 ensaios.- Tensile strength: the tensile tests were performed on a universal testing machine - EMIC DL 2000 with a 5000 N load cell, claw speed of 50 mm / min, according to the ASTM D - 638 standard. For each formulation 8 tests were carried out.
- Resistência à Flexão: no ensaio de flexão seguiu-se a norma ASTM D - 790-00, método A, modo 3 pontas. Foram realizados 8 ensaios para cada amostra, utilizando um equipamento EMIC DL 2000, uma célula de carga de 5000 N, com distância entre os suportes de 63 mm e velocidade de 20 mm/min.- Flexural strength: in the flexion test, ASTM D - 790-00, method A, 3-point mode was followed. Eight tests were carried out for each sample, using EMIC DL 2000 equipment, a 5000 N load cell, with a distance between the supports of 63 mm and a speed of 20 mm / min.
- Resistência ao Impacto Izod: para os ensaios de Impacto os corpos de prova foram entalhados e os testes realizados segundo a norma ASTM D 256-00, método A. Foram realizados 5 ensaios para cada amostra em um equipamento EMIC -Al, com pêndulo de 2,7 J.- Resistance to the Izod Impact: for the Impact tests the specimens were notched and the tests carried out according to the ASTM D 256-00 standard, method A. Five tests were carried out for each sample in an EMIC -Al equipment, with pendulum of 2.7 J.
- Absorção de água: as medidas de absorção de água para os compósitos foram baseadas na norma ASTM D570-98, tempo de imersão de 3 semanas e temperatura de 25 +/- 2oC.- Water absorption: the water absorption measures for the composites were based on the ASTM D570-98 standard, immersion time of 3 weeks and temperature of 25 +/- 2oC.
ResultadosResults
Para a preparação dos compósitos foram utilizadas embalagens laminadas contendo uma folha de alumínio (8 pm) entre uma camada de PET impresso (12 pm) e uma mistura (70/30) de PELBD - Polietileno linear de baixa densidade e PELB - Polietileno de baixa densidade (41 pm ). A embalagem foi obtida pelo processo de laminação, usando adesivos a base de poliuretana e solvente acetato de etila. A porcentagem em massa de cada material foi determinada por gravimetria: 19% de PET, 47% de PE e 34% de Al.For the preparation of the composites, laminated packaging containing aluminum foil (8 pm) was used between a layer of printed PET (12 pm) and a mixture (70/30) of PELBD - low density linear polyethylene and PELB - low polyethylene density (41 pm). The packaging was obtained by the lamination process, using adhesives based on polyurethane and ethyl acetate solvent. The mass percentage of each material was determined by gravimetry: 19% PET, 47% PE and 34% Al.
Nas Figuras 1, 2 e 3 estão apresentados os resultados obtidos a partir dos ensaios deFigures 1, 2 and 3 show the results obtained from the
6/8 resistência a tração para os materiais compósitos. Na Figura 1 têm-se os valores para a tensão na ruptura. Uma diminuição dos valores de tensão na força máxima é observada com a adição de multicamada, e esse decréscimo é mais evidente no compósito com 50% de reforço. Nos resultados obtidos para a variação do alongamento na ruptura (%) (Figura 2) ocorre uma diminuição para o compósito preparado com 10% de multicamada, a partir dessa formulação um aumento do alongamento pode ser observado com a adição do filme multicamada. A adição de carga (alumínio e PET) faz com que haja um aumento na rigidez dos compósitos comparativamente ao polímero puro, assim para o compósito com 10% de multicamada ocorre um aumento na tensão e diminuição no alongamento na ruptura. Para os compósitos com quantidades maiores de multicamada a presença do polietileno de baixa densidade e polietileno linear de baixa densidade proveniente das embalagens diminui a rigidez dos compósitos. Como consequência deste resultado, os valores de módulo elástico (Figura 3) têm aumento significativo para o compósito com 10% de multicamada quando comparado com a matriz pura, e diminui com o aumento da quantidade de reforço no compósito. Este fato indica que é possível obter um material mais elástico com a adição de grandes porcentagens de filmes multicamada em matriz de PEAD. Estes resultados são explicados pela presença de diferentes tipos de polietilenos nas embalagens multicamadas que apresentam propriedades mecânicas bem distintas. Assim, baixos valores de tensão e de módulo elástico e altos valores de alongamento apresentados pelo PEBD e PELBD fazem com que os compósitos sejam menos rígido com o aumento da quantidade de reforço.6/8 tensile strength for composite materials. Figure 1 shows the values for the stress at break. A decrease in stress values at maximum strength is observed with the addition of multilayer, and this decrease is more evident in the composite with 50% reinforcement. In the results obtained for the variation of the elongation at break (%) (Figure 2) there is a decrease for the composite prepared with 10% multilayer, from this formulation an increase in elongation can be observed with the addition of the multilayer film. The addition of filler (aluminum and PET) causes an increase in the stiffness of the composites compared to the pure polymer, so for the composite with 10% multilayer there is an increase in tension and a decrease in elongation at break. For composites with larger amounts of multilayer, the presence of low density polyethylene and linear low density polyethylene from the packaging reduces the stiffness of the composites. As a result of this result, the values of elastic modulus (Figure 3) have significantly increased for the composite with 10% multilayer when compared to the pure matrix, and decreased with the increase in the amount of reinforcement in the composite. This fact indicates that it is possible to obtain a more elastic material with the addition of large percentages of multilayer films in HDPE matrix. These results are explained by the presence of different types of polyethylene in multilayer packaging that have very different mechanical properties. Thus, low values of tension and elastic modulus and high values of elongation presented by LDPE and PELBD make the composites less rigid with the increase in the amount of reinforcement.
A orientação das cadeias poliméricas exerce um forte efeito sobre as propriedades mecânicas do polímero. Materiais fabricados com PEAD altamente orientado, por exemplo, são aproximadamente dez vezes mais resistentes do que os fabricados a partir do polímero não orientado, pois a orientação aumenta o empacotamento das cadeias e consequentemente aumenta a rigidez do polímero. Quando comparado ao PEAD, o PELBD apresenta resistência à tração e dureza mais baixas, conforme aumenta o teor de ramificações, mas exibe maior resistência ao impacto e ao rasgamento (apropriado para a obtenção de filmes). No entanto, as propriedades relacionadas à flexão não são tão afetadas quanto às relacionadas à tração e impacto.The orientation of the polymer chains has a strong effect on the mechanical properties of the polymer. Materials made with highly oriented HDPE, for example, are approximately ten times more resistant than those made from non-oriented polymer, as the orientation increases the packaging of the chains and consequently increases the rigidity of the polymer. When compared to HDPE, PELBD has lower tensile strength and hardness, as the branching content increases, but exhibits greater resistance to impact and tearing (suitable for obtaining films). However, flexion-related properties are not as affected as those related to traction and impact.
Os resultados de resistência ao impacto estão apresentados na Figura 4, onde um aumento significativo nos valores de resistência pode ser observado em todas as formulações, e está diretamente relacionado com a quantidade de material reforço adicionado. A presençaThe results of impact resistance are shown in Figure 4, where a significant increase in resistance values can be observed in all formulations, and is directly related to the amount of reinforcement material added. The presence
7/8 de Alumínio e do PET no reforço tem efeito sinérgico e servem como barreira a propagação de trincas. A presença do PEBD também contribui no aumento da resistência ao impacto agindo com absorvedor de energia do impacto. Com isso foi possível obter um material final com propriedades mecânicas totalmente diferentes das do PE inicial, sendo que por exemplo o aumento significativo na resistência ao impacto faz com que este compósito seja indicado para a utilização em situações onde esta propriedade seja necessária, como em parachoques de veículos.7/8 Aluminum and PET in the reinforcement have a synergistic effect and serve as a barrier to the propagation of cracks. The presence of LDPE also contributes to the increase in impact resistance by acting as an impact energy absorber. With this it was possible to obtain a final material with mechanical properties totally different from those of the initial PE, for example, the significant increase in impact resistance makes this composite suitable for use in situations where this property is necessary, such as bumpers of vehicles.
A análise morfológica da superfície de fratura obtida do teste de resistência ao impacto indica a presença de filmes de PET e de alumínio. Durante os processos de moagem, extrusão e injeção ocorre a separação entre o PET e o Al/PE e na etapa de extrusão com a fusão do PE, e este se separa do alumínio, assim em todas as misturas nos compósitos os filmes multicamadas aparecem separados.The morphological analysis of the fracture surface obtained from the impact resistance test indicates the presence of PET and aluminum films. During the grinding, extrusion and injection processes, the separation between PET and Al / PE occurs and in the extrusion stage with PE fusion, it separates from aluminum, so in all mixtures in the composites, the multilayer films appear separate .
Outros ensaios realizados para caracterização do material revelam um produto com boa estabilidade térmica e baixa absorção de água. Testes de degradação ambiental comprovam a obtenção de um material de alta resistência a longo prazo, ou seja, o material mantém suas características mecânicas mesmo quando exposto ao ambiente (chuva, sol, vento) por um tempo prolongado, o que potencializa sua aplicação em produtos que demandam de alta resistência mecânica e durabilidade.Other tests carried out to characterize the material reveal a product with good thermal stability and low water absorption. Environmental degradation tests prove the obtaining of a material of high resistance in the long term, that is, the material maintains its mechanical characteristics even when exposed to the environment (rain, sun, wind) for a prolonged time, which enhances its application in products that demand high mechanical resistance and durability.
Os ensaios foram realizados com matriz de PEAD, no entanto, excelentes características mecânicas podem ser alcançadas utilizando também o polipropileno (PP) como matriz em compósitos com embalagens multicamadas.The tests were performed with HDPE matrix, however, excellent mechanical characteristics can be achieved using also polypropylene (PP) as a matrix in composites with multilayer packaging.
ConclusãoConclusion
O processo desenvolvido além de apresentar uma solução para um grande problema ambiental causado pelo acumulo das embalagens multicamadas em lixões e nas indústrias também possibilita a obtenção de um produto com potencial para aplicação em diferentes ramos da indústria. Além disso, o processo de fabricação do material desenvolvido é relativamente simples, rápido e por utilizar como matéria prima produtos pós-consumo ou rejeitos industriais toma-se extremamente atrativo do ponto de vista econômico.The process developed, in addition to presenting a solution to a major environmental problem caused by the accumulation of multilayered packaging in dumps and in industries, also makes it possible to obtain a product with potential for application in different branches of industry. In addition, the manufacturing process of the material developed is relatively simple, fast and because it uses post-consumer products or industrial waste as raw material, it becomes extremely attractive from an economic point of view.
Os materiais de embalagens multicamadas são compostos de diferentes resinas de difícil separação e tem como única alternativa, até o momento, a incineração com aproveitamento energético, o que gera resíduos sólidos e gasosos. Este trabalho propõe uma alternativa para a reciclagem desse tipo de material, apresentado como resultado um produtoMultilayer packaging materials are composed of different resins that are difficult to separate and have the only alternative, so far, incineration with energy use, which generates solid and gaseous waste. This work proposes an alternative for the recycling of this type of material, presented as a result a product
8/8 com excelentes propriedades mecânicas e de fácil aplicação.8/8 with excellent mechanical properties and easy application.
O destino dado às embalagens multicamadas de resíduos industriais assim como as de lixo doméstico, até o momento, é a incineração com aproveitamento energético realizada em alguns países da Europa, o que gera resíduos sólidos e gasosos. No Brasil essas embalagens são estocadas nas indústrias ou jogadas nos lixões. Futuramente com a implantação desse invento e produção dos compósitos pode ser comercializados desde utensílios domésticos como: baldes, bacias, pregadores para varal; como a fabricação de pára-choques para carros, visto que o material obtido apresenta alta resistência ao impacto e excelentes propriedades relacionadas a tração e flexão.The destination given to multilayer packaging of industrial waste as well as domestic waste, so far, is incineration with energy utilization carried out in some European countries, which generates solid and gaseous waste. In Brazil, these packages are stored in industries or thrown in dumps. In the future, with the implementation of this invention and the production of composites, it can be sold from household utensils such as: buckets, basins, clothespins for clotheslines; such as the manufacture of bumpers for cars, since the material obtained has high impact resistance and excellent properties related to traction and flexion.
A presente tecnologia tem boas possibilidades de obter sucesso se adotada em escala industrial. Parte por causa do baixo custo do maquinário utilizado, parte pelo caráter inovador e ecologicamente correto; e representa potencialmente a criação de empregos nas associações e cooperativas criadas para suprir as indústrias de material reciclável, desde os catadores até as pessoas envolvidas na triagem do material.The present technology has a good chance of success if adopted on an industrial scale. Partly because of the low cost of the machinery used, partly because of its innovative and ecologically correct character; and potentially represents the creation of jobs in associations and cooperatives created to supply the recyclable material industries, from waste pickers to the people involved in sorting the material.
A alta resistência do material desenvolvido possibilita sua aplicação na indústria automobilística, na produção de pára-choques, por exemplo, que é uma peça que exige grande resistência ao impacto, assim como a produção de peças internas para veículos. O material também pode ser aplicado na construção civil, na fabricação de telhas, pisos, mangueiras e tubos. Peças para o uso doméstico como: baldes, bacias, prendedores, também podem ser fabricados a partir do material desenvolvido.The high strength of the developed material allows its application in the automobile industry, in the production of bumpers, for example, which is a part that requires great impact resistance, as well as the production of internal parts for vehicles. The material can also be applied in civil construction, in the manufacture of tiles, floors, hoses and tubes. Parts for domestic use such as: buckets, basins, fasteners, can also be manufactured from the developed material.
A excelente característica mecânica do material possibilita sua utilização na fabricação de paletes em substituição aos paletes de madeira, pois apresenta menor peso e não precisa passar por processos de tratamentos fitossanitários. O material também apresenta vantagens em relação aos paletes de plásticos já encontrados no mercado, pois o custo do produto reciclado é bem menor, além de ser mais atrativo do ponto de vista ecológico.The excellent mechanical characteristic of the material makes it possible to use it in the manufacture of pallets to replace wooden pallets, as it has less weight and does not need to undergo phytosanitary treatment processes. The material also has advantages over the plastic pallets already found on the market, since the cost of the recycled product is much lower, in addition to being more attractive from an ecological point of view.
As excelentes características do material composite discutidas anteriormente, como: resistência ao impacto, alongamento, baixa absorção de água e alta estabilidade térmica, possibilita sua utilização na substituição do PE ou PP na indústria em geral. Exceto indústria alimentícia, por se tratar de um material desenvolvido a partir de rejeitos industriais ou embalagens descartadas (pós-consumo). Dessa forma, o invento ora proposto além de apresentar uma solução pra um grande problema ambiental, é também economicamente viável e atrativo, por possuir características que possibilitam sua aplicação em diversos segmentos.The excellent characteristics of the composite material discussed previously, such as: impact resistance, elongation, low water absorption and high thermal stability, make it possible to use it to replace PE or PP in the industry in general. Except for the food industry, as it is a material developed from industrial waste or discarded packaging (post-consumption). Thus, the invention now proposed, in addition to presenting a solution to a major environmental problem, is also economically viable and attractive, as it has characteristics that enable its application in several segments.
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