Visualizar - Faculdade da Cidade do Salvador

PRODUÇÃO DE COMPÓSITO COM RESÍDUO DE MADEIRA NO CONTEXTO DA
ECOLOGIA INDUSTRIAL
Marcelo Geraldo Teixeira ([email protected])
Universidade Federal da Bahia – Escola Politécnica - TECLIM
Sandro Fábio César ([email protected])
Universidade Federal da Bahia - Departamento de Construção e Estruturas – LABMAD
RESUMO:
Esse artigo, que é resultado de pesquisa de mestrado em Tecnologias Limpas, tem como objetivo demonstrar a
aplicação de conceitos da Ecologia Industrial na produção de um material compósito ecológico baseado no
resíduo de indústrias madeireiras. Na busca por este material ecológico, foram usados os conceitos da Ecologia
Industrial que aponta formas eficientes de prevenção da poluição e defesa do meio ambiente. O objeto da
pesquisa foi o resíduo de madeira na forma de serragem, pó de serra e maravalha, oriundo de uma empresa
beneficiadora de toras de madeira, e aqui denominada como Processo Produtivo I. O resíduo foi classificado e
reciclado como carga para resina de poliéster insaturado, usada numa segunda empresa, de plásticos reforçados,
aqui denominada como Processo Produtivo II. Essa relação entre processos produtivos através do uso de
serragem reciclada configurou-se como uma aplicação prática da Ecologia Industrial. Na mistura de serragem
com resina de poliéster surgiu um material compósito em 14 traços diferentes, formulados de acordo com a
granulometria e porcentagem de 10% e 20%. Estes traços foram moldados em corpos de prova segundo o
processo de prensagem a frio e em seguida testados em três ensaios, seguido as normas técnicas brasileiras: o
ensaio de absorção de água, baseado na norma NBR 8514, o ensaio de dureza Shore D, baseado na norma NBR
7456 e o ensaio de flexão em três pontos baseada na norma NBR 7447.
PALAVRAS CHAVE: Ecologia Industrial, serragem de madeira, reciclagem, eco-compósito.
ABSTRACT:
This paper, based in a master dissertation, has as an objective to demonstrate the application of industrial
ecology concepts in the production of an eco-composite material based on the residues of wood industries. In
order to have these ecological material concepts, such as: eco-efficiency, resources circulation, eco-design and
life cycle analysis have been used. These concepts are part of a bigger concept - ecological industrial - that aims
efficient ways to prevent environment from pollution.The object of this research was the residue of wood waste
and "maravalha". These residues came from a company of wood logs denominated as a Productive Process I.
The residue was classified and recycled as a refill of resin of unsaturated polyester, used in a second company,
specialized in reinforced plastic, denominated as Productive Process II. This relation between productive
processes through the use of recycled wood waste configured as practical application of industrial ecology. The
mixture of wood waste and resin of polyester produced a composite material with 14 different features,
formulated according to particles size distribution and percentage of 10 and 20% These features were mounded
in specimens according to could press moulding process, after that tested in 3 studies following the NBR: the
water absorption study, based on the NBR 8514, the hardness study Shore D, based on the NBR 7456 and the
tensile study at 3 ways based on the NBR 7447.
KEY WORDS: Industrial ecology, wood waste, recycling, eco - composite.
1- INTRODUÇÃO
O sistema atual de produção e consumo é considerado como um dos grandes responsáveis
pelos problemas de poluição e de suas conseqüências tanto no meio ambiente, quanto na
sociedade humana. Os problemas aparecem desde o momento da extração dos recursos
naturais, passando pela fabricação e pelo uso de bens de consumo na sociedade humana, aqui
denominada meio cultural, e finalizando na disposição de resíduos. Esses fatores são
apontados como uma das principais causas dos impactos ambientais negativos que assolam
nosso planeta atualmente.
Esse modelo atual, produzido pelo meio cultural que considera a natureza como uma entidade
à parte dos processos e necessidades humanas, entende a geração de resíduos como inevitável
e inerente ao processo produtivo e ao consumo, e que procura remediar tais problemas através
de ações e tecnologias de controle da poluição. Essas tecnologias, no entanto, não a evita, pois
atuam depois da sua geração, focando sua intervenção apenas no tratamento e disposição da
poluição no meio ambiente (KIPERSTOK et al, 2002). São, portanto conhecidas como
Tecnologias Fim de Tubo, cujo propósito é remediar os prejuízos ambientais do atual sistema
produtivo só depois que a poluição é gerada. Tais tecnologias, no entanto, não são tão
eficientes quanto necessário; o simples fato de agir depois da geração de resíduos implica em
grandes esforços financeiros e soluções pouco eficientes de remediação. O tratamento destes
resíduos absorve novos recursos e energia, gerando novos resíduos que também precisam de
tratamento. Quando há falhas, há também contaminação crônica ou aguda, resultando em
desastres ambientais pois tais tecnologias estão no limite operacional, este, determinado pelo
consumo: quanto maior for o consumo maior a possibilidade de problemas.
A indústria da madeira vista de maneira global usa os recursos naturais de maneira ineficiente,
tanto na obtenção da matéria prima, quanto na fase de produção dos produtos, como também
no descarte dos produtos no fim de sua vida útil, significando uma grande exploração dos
recursos madeireiros principalmente das florestas nativas, levando a grande devastação desses
recursos, e a grande geração de resíduos é a prova desta ineficiência.
Freitas (2000) afirma que "o aproveitamento de toda a árvore pelas indústrias madeireiras,
está em torno de 30% a 60%, variando de empresa para empresa". Ou seja, apenas 1/3 da
madeira extraída é transformada em produtos finais. Os resíduos desta produção, portanto, são
uma grande quantidade de madeira e que não têm um destino correto. Segundo Da Silva
(2002), “tudo que não serve para o comércio regular vai para o lixo ou é queimado. . Quando
estes são queimados contribuem com aumento da poluição do ar provocando danos ao meio
ambiente e às populações existentes próximas a essas indústrias”.
O problema atinge um nível de grande preocupação quando se refere à grande exploração dos
recursos madeireiros principalmente das florestas nativas, significando grande devastação de
florestas, assim como impactando negativamente o meio biótico e antrópico, além de
contribuir com problemas de ordem global, como o aumento do efeito estufa ou o
desaparecimento da biodiversidade. Essa situação permite uma reflexão sobre como um
material cujo uso é considerado tão nobre pode ter mais da metade de seu volume subutilizado
ou descartado visto que pode ser considerado de alto valor, apenas por se apresentar
fisicamente diferente do estado de antes do beneficiamento, visto que é o mesmo material.
Será que existem caminhos ou alternativas que permitam a valorização deste resíduo?
Um material deixa de ser resíduo pela sua valorização como matéria prima, para a obtenção
de novos produtos. Neste caso, o resíduo passa a ser tratado como subproduto do processo
produtivo (VALLE, 1995 apud SAVASTRANO Jr, 2000). Do ponto de vista do produtor,
esta pode ser uma excelente oportunidade de negócio, pois estará produzindo produtos a
custos muito mais baixos, já que estará utilizando como matéria prima algo que era visto
como descartável, além de usar de maneira quase completa toda madeira disponível, já que
esta é uma matéria prima considerada nobre.
2- ECOLOGIA INDUSTRIAL
A Ecologia Industrial é um conceito que visa prevenir a poluição pela redução da demanda de
matérias primas e energia, assim como visa à diminuição da devolução de resíduos e
poluentes à natureza. Para isso, busca a utilização de matérias primas e energia em ciclos
fechados, entendido por Nachtigall (2005) como “princípio da Total Reciclagem”, um
processo análogo aos processos naturais de reaproveitamento de materiais, mas aqui feito
tanto entre sistemas industriais, como entre sistemas industriais e consumidores finais, e
também se compatibilizando com a natureza quando não for possível a eliminação de
resíduos, possibilitando aos meios naturais o processamento de tais resíduos. Segundo
Kiperstok e Marinho (2001) “a lógica de processamento interno de materiais e energia, com a
recuperação de valores incorporados a elementos que seriam rejeitos de alguns processos, por
sua utilização como alimentação de outros, é que leva à associação com a ecologia. O modelo
ideal de referência seriam os sistemas naturais, fechados, nos quais não cabem os conceitos de
resíduos e matéria prima”.
Desta maneira, segundo a Ecologia Industrial, o que é considerado resíduo em um processo
produtivo é aproveitado como insumo em outro processo, formando, assim, um circuito
fechado de aproveitamento de insumos, tal como acontece no meio natural, e fazendo com
que a quantidade de material que transita na biosfera se mantenha constante. Isso resulta em
redução tanto da demanda de recursos naturais quanto na redução de resíduos, minimizando a
pressão sobre a natureza. Na Figura 01 podemos ver o funcionamento gráfico do conceito
básico da Ecologia Industrial.
Figura 01 – Gráfico conceitual da Ecologia Industrial (baseado em TEIXEIRA, 2005)
Desta forma o meio cultural, que contêm os processos de produção e consumo, não mais seria
um processo excluído e concorrente da natureza mas a partir do uso do conceito da ecologia
industrial, o meio cultural passa a ser parte do meio natural, trocando material, água, energia
com a natureza, não consumindo recursos mais do que necessário e ao mesmo tempo não
devolvendo nada que não possa ser aproveitado como insumo nos outros processos naturais,
preservando, assim o meio ambiente.
3- ECO-DESIGN: FERRAMENTA DA ECOLOGIA INDUSTRIAL
A Ecologia Industrial busca a eco-eficiência, caminho para se produzir mais, melhor, com
menor consumo de materiais, principalmente os naturais, água e energia, através da aplicação
de requisitos ecológicos em todo ciclo de vida material e energético dos produtos, ou seja, tais
requisitos estarão presentes nos produtos desde a fase de projeto, passando pela fabricação,
uso e finalizando no descarte, tal seqüência conhecida como projeto do berço ao túmulo. Para
garantir a eco-eficiência através do ciclo de vida, usa-se a ferramenta do Eco-design, uma
especialização do design que leva em consideração requisitos ambientais em todo ciclo de
vida dos produtos.
Os produtos desenvolvidos a partir dos princípios do Eco-Design são produtos não só
ecologicamente corretos, mas também economicamente, culturalmente e socialmente corretos.
Estes produtos devem poluir menos, usar menos recursos naturais, menos energia, e ainda
devem ser de fácil aquisição, buscando respeitar culturas locais. Tais produtos devem manter
estas características em todo seu ciclo de vida, desde o momento em que é obtida a matéria
prima de fabricação até seu descarte final. Para se tornar operacional, o Eco-Design segue
princípios ou critérios que permitem um desempenho ambiental otimizado. Diferentes
critérios referentes ao material e processos de fabricação podem ser usados de maneira
sistemática tal como vistos na Tabela 01 e que servirão como fundamentos para a produção de
um material compósito ecológico baseado em resina termofixa e resíduos de madeira na
forma de serragem:
Tabela 01 – Requisitos de eco-design referentes ao material e processos de fabricação
CRITÉRIOS
REDUÇÃO DO
USO DE
RECURSOS
NATURAIS
AÇÕES
•
•
•
•
Diminuir volume e peso;
Diminuir uso de água;
Usar materiais vindos de fontes abundantes e sem restrição de uso;;
Reduzir o número de tipos de material de fabricação;
REDUÇÃO DO • Reduzir energia na fabricação e na utilização do produto;
USO DE • Reduzir a energia no transporte;
ENERGIA • Usar fontes de energia alternativas, renováveis e limpas
•
•
REDUÇÃO DE •
RESÍDUOS •
•
Usar materiais reciclados e recicláveis;
Usar materiais compatíveis entre si;
Usar materiais que provenham de refugos de processos produtivos;
Evitar material que produza emissões, resíduos ou efluentes tóxicos;
Usar tecnologias e processos produtivos de baixo impacto e ecoeficientes;
PLANEJAR
• Utilizar materiais biodegradáveis e/ou compostáveis em produtos de
FINAL DA VIDA
vida útil breve;
ÚTIL DOS
• Possibilidade de ser usado como insumo para outros processos
PRODUTOS E
produtivos;
MATERIAIS
Fonte: TEIXEIRA, 2005
4- ECO-COMPÓSITOS
Segundo o boletim técnico da BRASKEM (2002), “compósito é o material conjugado
formado por pelo menos duas fases ou dois componentes, sendo geralmente uma fase
polimérica (matriz polimérica) e uma outra fase de reforço, normalmente na forma de fibras”.
São fáceis de moldar, permitem formas complexas sem emendas, podem ser moldados na cor
final do produto, permitem ótimo acabamento e são leves. Podem substituir metais como o
aço ou alumínio e as madeiras em aplicações de uso geral na fabricação de móveis, utensílios
domésticos, construção civil, indústria de equipamentos esportivos, tubulações industriais,
assim como são bastante usados na indústria de transporte em automóveis, em embarcações e
em aviões.
O eco-compósito surge quando os materiais componentes de um compósito (fibras e matriz)
respeitam as metas ambientais, sendo tanto de origem vegetal, derivados de fontes renováveis,
devendo ser atóxicos e abundantes e podendo ser ou não biodegradáveis, sendo neste caso,
conhecidos como bio-compósitos (SCHUH e GAYER, 1997 apud SILVA 2003;
BAINBRIDGE, 2004), como pode ser também originário do aproveitamento de resíduos
agro-industriais, florestais ou ainda de outros tipos de resíduos tais como escória mineral e
plásticos reciclados, aumentando ainda mais a sua eco-eficiência. Essas possibilidades o
tornam um material inovador e não tradicional, com grandes possibilidades de uso na
substituição de materiais tradicionais, baseados em matéria prima virgem (SILVA, 2002).
Portanto, existe a possibilidade da aplicação do conceito da ecologia industrial para o uso de
eco-compósitos, no que se refere à circulação de resíduos entre indústrias, como foi descrito
anteriormente.
Os trabalhos acadêmicos pesquisados referem-se principalmente ao uso de vegetais fibrosos,
cujas fibras seriam processadas industrialmente para o fim de reforço. A origem destas fibras
pode ser tanto insumos virgens, plantadas para este fim específico, como podem ser resíduos
agro-industriais ou de outras indústrias, os quais seriam reciclados e aproveitados. A Tabela 2
relaciona algumas fibras vegetais mais usadas em eco-compósitos:
TAbela 2 – Algumas fibras vegetais usadas em compósitos
ORIGEM
FIBRA
• Sisal
• Madeira
• Bananeira
• Linho
INSUMO
• Algodão
• Piaçava
VIRGEM E
• Juta
• Cânhamo
RENOVÁVEL
• Bucha (esponja vegetal de banho)
• Bromélia
• Malva
• Bambu
• Bagaço de cana e de outros vegetais
• Casca do coco
• Abacaxi (coroa)
RESÍDUOS
• Papel, papelão e celulose;
• Cascas e palha de cereais: arroz, trigo, amendoim, etc.
• Serragem e pó de Madeira
Fonte: TANOBE et al (2003); BISWAS et al (2004)
Em relação aos requisitos de preservação ambientais, as fibras naturais podem ser usadas para
substituir a madeira nativa, fibras sintéticas, como as de vidro e as poliméricas, e também os
amiantos em diversas aplicações. No caso da substituição da madeira nativa, este material se
mostra como um grande atrativo que ajudaria a preservar as reservas florestais (CARVALHO,
2003; BISWAS et al, 2004); desviando o consumo para os produtos construídos com ecocompósitos assim como abriria a possibilidade de criação de empregos e recursos em
comunidades ou regiões mais pobres. As vantagens e desvantagens do uso de fibras vegetais
em compósitos são vistas na Tabela 3, segundo CARVALHO (2003):
Tabela 3 – Vantagens e desvantagens das fibras naturais em compósitos.
MODO
VANTAGENS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
DESVANTAGENS
•
•
•
Fonte: CARVALHO (2003)
DESCRIÇÃO
Baixo custo se comparadas às fibras artificiais
Utilização completa da Fitomassa
Não fraturam quando processadas
Produzem resíduos de baixa toxicidade na incineração
Não-Abrasivas aos equipamentos de processo
Boas propriedades mecânicas: Peso X Resistência
Baixo consumo de energia
Produtos recicláveis e biodegradáveis
Atendem às pressões ambientais para o uso de Recursos
Naturais Renováveis
Contribuem com a criação de empregos rurais
Produção depende do clima
Grande variação nas propriedades
Produção sazonal (coleta, armazenamento)
Higroscópicas – absorvem umidade
Biodegradáveis – baixa resistência a fungos e bactérias
Degradação da lignina em aproximadamente 200°C
4.1- Compósito baseado em madeira
Atualmente, há uma grande variedade de compósitos de madeira sendo as resinas mais usadas
são as termoplásticas, que moldam com o calor e são de baixo preço e de pós-consumo, tais
como polietileno, polipropileno e poliestireno, podendo ser reforçadas com pó ou fibras de
madeira numa proporção que vai de 2% à 50% (CLEMONS, 2002). Apesar do uso
majoritário destas resinas termoplásticas na composição do compósito de madeira, atualmente
o uso de resinas termofixas, que são resinas inicialmente líquidas e solidificam com calor ou
na presença de catalisadores, não voltando ao estado líquido inicial, tal como o poliéster
insaturado, pode se tornar uma excelente alternativa aos termoplásticos na fabricação de
produtos, principalmente devido a acessibilidade à matéria prima e a possibilidade do uso de
tecnologias simplificadas de moldagem. A madeira, usada na forma de fibra ou pó (farinha),
pode ser oriunda de resíduo, o que diminui o preço e aumenta a disponibilidade deste insumo
Este tipo de compósito permite, ainda, ser reciclado por processos simples de moagem. O pó
gerado pode ser usado tanto na indústria de compósitos, aproveitado como carga, quanto em
outras indústrias como na mistura com matrizes cimentícias na fabricação de argamassas e
concreto para a construção civil, em matrizes cerâmicas na fabricação de telhas, como núcleo
de blocos de concreto, em matrizes asfálticas para pavimentação de ruas e estradas e como
massa de enchimento em diversos produtos (CARVALHO; 2000).
4.2- Processos de fabricação
Os compósitos baseados em matrizes termofixas têm na moldagem a frio com moldes
fechados a baixa pressão, visto na Figura 2, o melhor processo de fabricação do ponto de vista
da preservação ambiental, seguindo o conceito descrito por Kiperstok (1999), como a melhor
tecnologia disponível nos requisitos ecológicos. É descrito pelos fabricantes de peças de
Fiberglass como uma alternativa barata aos processos mais complexos tais como a prensagem
a quente ou sistemas de transferência de resina (OWENS CORNING, 2001). Coloca-se resina
e reforço pré-misturados ou não dentro do molde, em seguida, fecha-se o molde abrindo-o
após a polimerização da resina. O tempo de polimerização e os ciclos de produção dependem
das especificações do fabricante.
Figura 2 – Processo de fabricação Prensagem a Frio – baseado em CARVALHO (2003)
Este tipo de moldagem reúne as seguintes vantagens:
• Equipamentos e Moldes simples e baratos, podendo ser construídos com plástico
reforçado ou outros materiais de fácil manipulação;
• Fechamento com prensas leves, a vácuo ou por com feches mecânicos;
• Permite moldagem de peças pequenas e complexas
• Acabamento superficial em ambas as faces do produto;
• Controle da espessura das paredes do produto;
• Baixa emissão de gases ou vapores;
• Maior controle do volume de material, diminuição de rebarbas;
• Baixo ou nenhum consumo de energia térmica ou elétrica;
• Baixo ou nenhum consumo de água;
5- MATERIAIS E MÉTODOS
Foram eleitas duas empresas nas cercanias da cidade de Salvador (Bahia): uma empresa
beneficiadora de toras de madeira, e aqui denominada como Processo Produtivo I (PP1). A
segunda empresa, de plásticos reforçados, foi denominada como Processo Produtivo II (PP2).
A relação dessas empresas caracterizou o conceito da Ecologia Industrial do ciclo fechado da
circulação de recursos materiais, visto que os resíduos reciclados, oriundos da usina de
tratamento de madeira, foram usados como insumo na fabricação de corpos de prova em outro
processo produtivo.
A PP1 forneceu o resíduo de madeira na forma de maravalha e serragem em diversos níves
granulométricos. Esse resíduo foi secado, peneirado e classificado de acordo com sua
granulometria. Essa fase inicial foi denominada como Fase de Reciclagem. A Figura 3 mostra
alguns resíduos coletados de acordo com a máquina beneficiadora respectiva.
SERRA FITA
SERRA INDUSTRIAL
FURADEIRA
PLAINA
DESEMPENADEIRA
Figura 3 – Exemplos de resíduos de madeira coletados
Após a coleta, o resíduo foi secado em estufa à 105ºC em 24 horas. A classificação dos
resíduos foi feita a partir de peneiras com aberturas normatizadas pela ABNT. Para a
classificação granulométrica foram usadas peneiras de laboratório, baseada na norma NBR
5734 (Peneiras para ensaio), com as seguintes malhas (em mm): 25,4; 19,10; 9,52; 4,76; 2,00;
0,84; 0,59; <0,59 (bandeja), com tempo de agitação de 30 minutos. O resultado do
peneiramento indicou que o resíduo de madeira é composto de várias fases, partindo de um pó
fino e passando por partículas médias e ásperas até partículas grosseiras como restos de
cascas, de palha e pedaços de madeira sólida podendo ser visto na curva granulométrica na
Gráfico 1 que contem os resíduos de todas as máquinas do PP2. A partir do peneiramento o
resíduo foi separado como Fino, Médio e Grosso.
FINO
MÉDIO
GROSSO
Gráfico 1 – Curva Granulométrica do resíduo coletado
A fase seguinte foi da mistura do compósito e de confecção de corpos de prova, no qual o
resíduo já reciclado foi misturado com resina poliéster insaturado e com o compósito
resultante foram confeccionados corpos de prova, usando o processo de fabricação de
prensagem a frio. A resina de Poliéster Ortofitálico usada nesta pesquisa é a POLYDYNE
5061 da Cray Valley descrita por esta fábrica como resina de poliéster insaturado ortoftálico,
rígido, de baixa reatividade, de média viscosidade, cristal pré-acelerado.
Os traços foram determinados a partir da mistura dos resíduos de serragem de madeira, fino,
médio e grosso, com a matriz de resina de poliéster ortoftálico. O resíduo foi distribuído
segundo o modelo de misturas proposto por Neto et al (2003) e cada traço denominado de
acordo com a o tipo quantidade de resíduo: F para fino, M para médio e G para grosso. A
resina foi distribuída com base em testes preliminares com 2 porcentagens de resíduo: 10% e
20%. O ensaio também inclui um traço de resina sem reforço que servirá como referência
(padrão) e será denominado como T. A Tabela 4 reúne todos os traços propostos pela
pesquisa:
Tabela 4: Traços experimentais do compósito estudado
RESÍDUO %
TRAÇO
GROSSO MÉDIO
0
0
T
100
0
G1
100
0
G2
0
100
M1
0
100
M2
0
0
F1
0
0
F2
50
50
GM1
50
50
GM2
0
50
MF1
0
50
MF2
50
0
GF1
50
0
GF2
33
33
GMF1
33
33
GMF2
Baseado em NETO et al (2003)
FINO
0
0
0
0
0
100
100
0
0
50
50
50
50
33
33
MASSA
RESÍDUO %
MASSA
MATRIZ %
0
10
20
10
20
10
20
10
20
10
20
10
20
10
20
100
90
80
90
80
90
80
90
80
90
80
90
80
90
80
LEGENDA
T= Testemunha
F= Fino
M= Médio
G= Grosso
Na fase final, os corpos de prova prismáticos (CP) foram construídos pelo processo de
Prensagem a Frio a partir das normas abaixo citadas, sendo que as dimensões e número de
CP’s estão relacionados na Tabela 5.
Tabela 5 – Dimensões dos Corpos de Prova por Norma
NORMA
NBR 8514
DIMENSÕES (mm)
h
l
b
4
50
50
QUANTIDADE QUANTIDADE
NOME
POR TRAÇO
TOTAL
3
45
CP1
NBR 7456
4
50
50
1
15
CP1
NBR 7447
13
200
25
5
75
CP2
Legenda: h = espessura
l = comprimento
b = largura
Depois foram feitos os ensaios de acordo com as seguintes Normas Técnicas Brasileiras:
• Absorção de água: baseado na norma NBR 8514 (Plásticos - Determinação de Absorção
de Água) - forneceu dados sobre o comportamento do compósito na presença de água.
Foram moldados 4 CP1 para cada traço e depois foram mergulhados na água contida num
recipiente plástico em temperatura ambiente (±30ºC, para o mês de outubro em Salvador),
durante 15 dias, tendo seu peso medido duas vezes no dia.
•
Dureza Shore D: Baseada na norma NBR 7456 (Plásticos - Determinação da Dureza
Shore) - forneceu dados sobre o desempenho do material quanto à resistência a objetos
penetrantes. Usou durômetros que atendiam a norma citada sendo que foi testado 1 CP1
para cada traço, feitas 5 medições em pontos diferentes do CP1, um destes pontos
localizado no centro do CP e os demais em cada extremidade. O tempo de exposição à
carga foi de 10 segundos e a massa usada como carga foi de 5 kg. O ensaio foi feito à
temperatura de laboratório (±25ºC).
•
Propriedades de flexão de 3 pontos: Baseada na norma NBR 7447 (Plásticos Rígidos Determinação das propriedades de flexão) - forneceu dados sobre a resistência à flexão do
compósito estudado. Este ensaio foi feito à temperatura ambiente para 5 CP2 por traço.
Usou uma prensa DL 30000 da marca EMIC assistida por computador, com célula de
carga de 200kg. Para tal foi desenvolvido um script, rotina de controle digital, dedicado
para o ensaio em questão, fornecido pela EMIC.
6- RESULTADOS
6.1- Reciclagem:
A porcentagem total da granulometria por peneira foi calculada a partir da massa total do
resíduo coletado e secado. O resultado da secagem e peneiramento resultou em 4 níveis
granulométricos. Esse resultado percentual permitiu separar os resíduos em quatro fases
granulométricas diferentes, três delas com possibilidades de uso em compósitos, sendo que foi
possível projetar a porcentagem de reaproveitamento total de quase 95% do resíduo inicial,
como visto abaixo:
DESCARTADO: 5,75% (peneiras 25.40 e 19,10) - Partículas grosseiras, compostas
de lascas e maravalha de grandes dimensões e pedaços de pontas, cascas e palha.
GROSSO: 33,84% (peneiras 9,52 e 4,76) - Lascas e maravalha, ásperas e rijas ao
toque
MÉDIO: 27,47% (peneiras 2,00 e 0,84) - Material com fase entre granulosa e fibrosa,
composto de pequenas lascas, maravalhas e raspas ásperas ao toque.
FINO: 32,95% (peneira 0,59 e bandeja) - Material granuloso, com fases indo do pó
fino como talco até grãos com textura similar à farinha de mandioca e ainda partículas
fibrosas, macias e maleáveis ao toque.
REAPROVEITAMENTO TOTAL: 94,26% (grosso + médio + fino) - Material com
possibilidade de uso como reforço em compósitos
6.2- Moldagem:
Os traços com 10% de resíduo são mais fluidos e, portanto, mais fáceis de aplicação no
molde. Os traços de 20% de resíduo formam uma massa, que é menos fluida que os traços de
10%, mas que permitem preencher a cavidade do molde sem dificuldade. Os traços que têm
como componentes o resíduo grosso são mais difíceis de moldar, pois o tamanho destas
partículas dificultam a moldagem nos cantos ou nas curvas do molde. O grau de
homogenização da mistura variou com a granulometria. As partículas finas permitem um
compósito mais homogêneo e que preenche os espaços entre as partículas médias e grossas
nos traços mistos. A Figura 4 mostra algumas etapas da produção e a Figura 5 mostra alguns
dos traços moldados.
Figura 4 - algumas das etapas de produção
F2
M1
MF2
GM1
GMF2
Figura 5 – Exemplos dos traços moldados
6.3- Absorção de água:
A Gráfico 2 apresenta o resultado do ensaio de absorção de água seguindo a norma NBR 8514
para cada traço especificado na pesquisa:
Gráfico 2 - Absorção de água depois de 15 dias de imersão
Observou-se que:
•
•
•
•
Quanto mais madeira mais a absorção, os traços com 20% de resíduo absorvem mais água
que os com 10%.
A granulometria é um fator que altera a absorção de água, quanto maior a partícula de
madeira maior será a absorção de água.
Os traços absorvem água de forma lenta, com graduações de décimos de grama por dia
nos traços mais absorventes, alcançando em torno de 5% de umidade nos 15 dias de
ensaio, o que pode ser considerado como de pequena monta, se comparados com os
valores alcançados pela madeira sólida, que atinge 30% de umidade.
Desta forma, entende-se que a resina envolve e protege a madeira da umidade, mesmo
estando os compósitos imersos na água vários dias.
6.4- Dureza Shore D:
A dureza de um material mede o quanto este é resistente à penetração ou ao risco feitos por
objetos de materiais mais duros que o testado. Há várias escalas de medidas de dureza, sendo
que a escala SHORE é a escolhida para medir a dureza de polímeros e plásticos em geral.
Nos ensaios de dureza do material pesquisado, foi usada a escala Shore D, de acordo com a
NBR 7456, o que classifica o compósito estudado como um material polimérico duro. O traço
T obteve a medida média de 80 na escala D de no máximo 100. A dureza dos demais traços
são mostrados na Gráfico 3.
Gráfico 3 - Gráfico comparativo da Dureza Shore D entre os traços
Tomando como base o valor obtido pelo traço T, com valor 80, pode-se notar que, de um
modo geral, os valores médios dos traços foram quase sempre inferiores à 80, normalmente
entre 69 e 78. Os traços que têm resíduo médio e grosso são os mais propensos a tal redução
de dureza, devido a possibilidade de fibras estarem na superfície dos CP's. Os traços F1 e F2,
mais homogêneos e sem partículas médias ou grossas, apresentaram grande aproximação com
o valor do traço T. A quantidade de madeira também influenciou na medida da dureza sendo
que os traços com 20% de resíduo mostraram-se um pouco menos duras que os traços com
10%.
6.7- Flexão de três pontos:
Buscou-se no ensaio de flexão de 3 pontos, determinar a Força Máxima na Ruptura (F) em
Newtons, Tensão de Flexão (σf) em MPa, a Deformação na Ruptura (d) em milímetros, o
percentual de Alongamento na Ruptura, o Módulo de Elasticidade (Eb) em Newtons por
milímetro quadrado. O software usado no controle da prensa foi o Tesc Versão 1.12. Para o
calculo das tensões em flexão e módulo de elasticidade foram utilizadas as fórmulas sugeridas
pela norma NBR 7447:
Os dados de Força máxima, Tensão máxima, Deformação e alongamento foram medidos
automaticamente pelo software de controle da prensa usada no ensaio. Para o cálculo do
módulo de elasticidade, foi retirado um valor médio dos valores de deformação de cada corpo
de prova, equivalente à 1/3 da tensão de flexão para cada traço formulado, garantindo que o
valor usado se encontrasse na zona elástica do compósito. Assim tem-se nos Gráficos 4A e 4B
o desempenho dos traços estudados:
Gráfico 4A - Força máxima e Tensão Máxima
Gráfico 4B – Deformação na ruptura e Módulo de Elasticidade
O ensaio de flexão permitiu a seguinte análise:
•
De modo geral, os compósitos apresentaram uma tensão de flexão inferior ao traço T (de
resina pura usado como referência). Este traço, no entanto apresentou uma deformação
acima dos demais. Se por um lado se tem grande resistência à flexão, por outro há uma
grande deformação, entrando na zona plástica, o que prejudica sua aplicação prática.
•
Observa-se o aumento do módulo de elasticidade do compósito em relação ao traço T, que
alcançou quase o dobro do valor do traço de referência em alguns casos. Relacionando
esses valores do módulo de elasticidade com a diminuição da deformação atingida pelo
compósito, conclui-se que essa característica é conseqüência da propriedade de reforço
que o resíduo transferiu para a matriz polimérica. Ou seja, a serragem de madeira atua
verdadeiramente como um reforço quando empregada num compósito de matriz
polimérica.
•
Os traços GMF1 e GMF2 representam um desempenho geral bastante satisfatório. Este
desempenho torna-se relevante pois se trata dos traços que mais se aproximam das
amostras do resíduo in natura, de forma misturada e como é coletado, tendo apenas
separado a parte muito grosseira e descartável. Portanto são traços que, devido a estas
características, permitem prever não somente a simplificação dos processos de reciclagem,
pois haverá apenas a separação de partes descartáveis, mas também o aumento da ecoeficiência do compósito estudado, pois há uma otimização do desempenho com
simplificação da produção.
•
O desempenho dos traços G2 e GM2 devem ser analisados de modo diferenciado dos
demais devido a pouca uniformidade da mistura matriz com a serragem e a bolhas devido
à dificuldade de acomodamento das partículas grandes nas cavidades do molde, que
resultou em falhas estruturais nos corpos de prova
7- CONCLUSÃO
Os traços formulados nesta pesquisa demonstraram que a madeira altera as propriedades
físicas da matriz de poliéster, aumentando a absorção de água, mas em quantidade muito
menor se comparada à madeira sólida, indicando uma proteção da madeira pela matriz. Ao
mesmo tempo, a madeira não diminuiu de forma significativa a dureza da matriz, mas
aumentou sua rigidez e seu desempenho útil em relação à resina pura conforme resultados dos
ensaios de Dureza Shore D e de Flexão em 3 pontos, além da modificação do aspecto físico e
estético como a cor e textura.
Concluiu-se que este tipo de madeira reciclada pode se comportar como carga concordando
com ENGLISH et al (1996) e também como um reforço moderado, como visto no ensaio de
flexão. A alteração das características mecânicas deste compósito em relação à resina pura
(traço T) o habilita como matéria prima na fabricação de muitos produtos. Estes podem ser de
vários tipos, desde peças de superfície plana, tais como tampos de mesa, móveis e utensílios e
também produtos com formas complexas, possíveis graças à plasticidade do material. As
propriedades de baixas absorções de água indicam ainda usos em ambientes com
possibilidade de umidade.
Finalmente, a pesquisa mostrou que a serragem de madeira pode ser usada como componente
de um eco-compósito que, além de preencher os requisitos do princípio da circulação de
material, além de ser produzido por um processo de fabricação de baixo impacto ambiental,
conceitos propostos pela Ecologia Industrial, também mostrou ter boas propriedades físicas e
mecânicas. Portanto o uso do resíduo na forma de serragem reciclada é uma ótima resposta de
preservação do meio ambiente.
REFERÊNCIAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5734 – Peneiras para Ensaio. Rio
de Janeiro, 1996.
_____________ - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7447 –Plásticos Rígidos.
Determinação das propriedades de flexão. Rio de Janeiro, 1982.
_____________ - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7456 - Plásticos –
Determinação da Dureza Shore. Rio de Janeiro, 1982.
_____________ - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8514 – Plásticos –
Determinação de Absorção de Água. Rio de Janeiro, 1984
BAINBRIDGE, David A. Wellcome to Ecocomposites. Disponível no site:
www.ecocomposite.org. Acessado em junho de 2004
BISWAS, Soumitra et al. Development of Natural Fibre Composites in India.
TIFAC.India,. Disponível em www.tifac.org.in/news/cfa.htm. Acessado em janeiro de 2004.
BRASKEM – 1. Glossário de Termos Aplicados a Polímeros. Boletim Técnico Nº 08 PVC.
Camaçari, 2002. Disponível no Site: www.braskem.com.br. Baixado em janeiro de 2004.
CARVALHO, A. F. Disposição de resíduos sólidos na industria de compósitos. Anais do
III Seminário "Desenvolvimento Sustentável e a Reciclagem na Construção Civil: Práticas
Recomendadas" 2000. Disponível no site: www.infohab.org.br
CARVALHO, Laura Hecker de. Compósitos Poliméricos Reforçados por Fibras Vegetais.
UFCG. 2003. Disponível no site: www.abpol.com.br/apostilacompositos.doc. Acessado em
março de 2004.
CLEMONS, Craig. Interfacing Wood-plastic composites industries in the U.S. Forest
Products Journal. 2002. Disponível no site: www.jobwerx.com/news/Archives/iwpc.html.
Acessado em março de 2004.
DA SILVA, Carlos Alberto Pereira. Linha Redonda – um exemplo de uso racional da
madeira. Anais do 1º Congresso Internacional de Pesquisa em Design e 5º Congresso
Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design. Brasília, UNB, 2002.
ENGLISH, Brent et al. Waste-Wood-Derived Fillers for Plastics. Forest Products
Laboratory. USA. 1996. Disponível no site: www.fpl.fs.fed.us. Acessado em março de 2004.
FREITAS, Luiz Carlos de. A baixa produtividade e o desperdício no processo de
beneficiamento da madeira: um estudo de caso. Universidade Federal de Santa Catarina UFSC. Florianópolis. 2000. Dissertação
KIPERSTOK, Asher et al. Prevenção da Poluição. Brasília: SENAI/DN, 2002
KIPERSTOK, Asher. Tecnologias Limpas: porque não fazer já o que certamente virá
amanhã. Revista TECBAHIA - V14-Nº02 - Mai/Ago de 1999. Disponível em
www.teclim.ufba.br. Acessado em junho de 2004
KIPERSTOK, Asher; MARINHO Maerbal. Ecologia Industrial e Prevenção da Poluição:
Uma Contribuição Ao Debate Regional Bahia Análise & Dados, SEI, V.10, nº4, p271-279,
Março, 2001. Disponível no site: http://www.teclim.ufba.br Acessado em junho 2003.
NACHTIGALL, Werner. Einsatz und produktpotentiale der technischen biologie und
bionik. Bionik - ein grenzgebiet zwischen biologie und technik Disponível no site:
http://www.uni-saarland.de/fak8/bi13wn/wabionik.htm. Acessado em julho de 2005.
NETO, Benício de Barros. SCARMINIO, Ieda Spacino. BRUNS, Roy Edward. Como Fazer
Experimentos. Campinas. SP – Editora Unicamp. 2003
OWENS CORNING. Prensagem com vácuo. 2001. Disponível no site:
www.owenscorning.com.br/prensagem_vacuo.doc. Acessado em maio de 2004
SAVASTANO Jr, Holmer. Materiais a base de cimento reforçados com fibra vegetal:
reciclagem de resíduos para a construção de baixo custo. USP - Escola Politécnica, 2000 –
Tese de Livre Docência.
SILVA, Aluizio Caldas. Estudo da durabilidade de compósitos reforçados com fibras de
celulose. USP. São Paulo, 2002. Dissertação de mestrado.
SILVA, Rosana Vilarim da. Compósito de resina poliuretano derivada do óleo de
mamona e fibras vegetais. USP. São Carlos. 2003. Tese de doutorado.
TANOBE, Valcineide O. de A. et al. Caracterização de compósitos de matriz poliéster
reforçados por Luffa Cilindrica. Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação.
Uberlândia. 2003. Dispnível no site:
www.demec.ufpr.br/grupo_de_polimeros/COF03_0104.pdf. Acessado em março de 2004
TEIXEIRA, Marcelo Geraldo: Aplicação de conceitos da ecologia industrial para a
produção de materiais ecológicos: o exemplo do resíduo de madeira. UFBA - Dissertação
de mestrado. Salvador, 2005.