RECICLAGEM DE RESIDUOS PLASTICOS

•
Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído
GRUPO DE TRABALHO EM DESENVOLVIMENTO
SUSTENTÁVEL
11 ENCONTRO NACIONAL E I ENCONTRO LATINO
AMERICANO SOBRE EDIFICAÇÕES E COMUNIDADES
SUSTENTÁVEIS
I
Canela, RS, 24 a 27 de abril de 2001
••
I
RECICLAGEM DE RESIDUOS PLASTICOS DOMICILIARES:
ESTUDOS DE CASOS
DESENVOLVIDOS PELO 3R-NÚCLEO DE RECICLAGEM DE RESÍmUOS DA UFSCar
Maria Zanin, Eng. Elétrica, professora adjunta'
Sati Manrich, Eng. Materiais, professora adjunta'
Amadeu Logarezzi, Eng. Materiais, professor adjunto'
Bernardo A. Teixeira, Eng. Civil, professor adjunto"
'Departamento de Engenharia de Materiais
"Departamento de Engenharia Civil
3R-Núcleo de reciclagem de Resíduos, Universidade Federal de São Carlos
Rodovia Washington Luis Km 235, CEP 13565-905, São Carlos, SP.
RESUMO
Neste trabalho, são apresentados resultados de estudos sobre reciclagem de resíduos plásticos
domiciliares: garrafàs de poli(tereftalato de etileno) (PEn, copos descartáveis de poliestireno
(PS) e filmes (sacolas, saquinhos etc) de polietileno. A reciclagem desses residuos é complexa
em função das diferentes contaminações presentes e envolve operações desde separação, prélavagem, lavagem, enxágüe, moagem, secagem e aglutinação, cuidados com efluentes, para
depois iniciar o reprocessamento para obtenção de granulados ou produtos. Além dos resultados
das caracterizações fisico-mecânicas, são apresentados alguns produtos confeccionados com PS
reciclado, os quais estão sendo empregados nas atividades de intervenção do 3R-Núcleo de
Reciclagem de Residuos da UFSCar-SP.
ABSTRACT
In lhis work, results of studies on recycling of household plastics wastes are presented. The
residues were constituted mainly by bottles of poly(ethylene terephthalate) (PET), disposable
polystyrene (PS) glasses and polyethylene films (packaging, bags etc). Rccycling of lhose
residues is complex due to lhe presence of different contaminants and consists of various
operations including separation, pre-washing, washing, rinsing, grinding, drying and
densification, care with lhe effiuents, and finally lhe reprocessíng to obtain pellets or products.
In addition to physical-chemical characterization results, some products fabricated wilh recycled
PS, which have been used in intervention activities of 3R-Núcleo de Reciclallem de Residuos,
UFSCar-SP, are presented.
PALAVRAS CHAVES
Plásticos, resíduos, reciclagem, embalagens
287
INTRODUÇÃO.
A destinação dos resíduos sólidos urbanos (RSU), especialmente seus componentes plásticos, representa uma
das grandes preOCupações na sociedade atual: o desenvolvimento tecnológico crescente, associado a
profundas mudanças no modo de vida contemporânco, tem gerado resíduos em quantidades cada vez
maiores, prejudicando o meio ambiente e a população. A reciclagem tem sido uma promissora rota para, em
larga escala, desviar esses rejeitos dos lixões ou aterros sanitários e reduzir custos de produção, substituindo
matéria-prima virgem e gerando novos empregos, associados com as atividades de gestão dos residuos, entre
o descarte e o reaproveitamento de materiais ou energia no processo industrial, passando pela etapa de
reciclagem propriamente dita.
Reconbecendo a extensão e gravidade do problema dos residuos sólidos urbanos no Brasil, e especialmente
dos resíduos plásticos domicíliares, o 3R-Núcleo de Reciclagem de Resíduos (3R-Nrr) da Universidade
Federal de São Carlos (UFSCar), desde 1995, vem desenvolvendo projetos em três frentes: tecnologia de
reciclagem, gestão de residuos e edueação ambiental, nos quais se propõe:
~ Contribuir para o melhoramento do potencial de aplicação dos materiais recuperados dos RSU e
industriais e para o desenvolvimento tecnológico de novos processos, produtos e mercados de residuos
~
Contribuir para o desenvolvimento e a difusão de atividades edueativas, e capacitar as pessoas quanto a
metodologias, procedimentos de minimização e reciclagem de resíduos.
~
Prestar assessoria técnica á empresas, instituições particulares e públicas, organizações não
governamentais, cooperativas e outros que estejam interessados na minimização e reciclagem de
resíduos.
Assim, neste trabalho, são apresentados resultados de três estudos de viabilidade de reciclagem de resíduos
plásticos domiciliares: garrafàs de PET (poli (tereftalato de etileno)), copos descartàveís de PS (poliestireno)
e filmes plàsticos de polietileno (sacolas, saquinbos etc).
Segundo resultados de caracterização dos resíduos plásticos no Parque de Reciclagem e Compostagem de
RSU de Araraquara-SP [1-2) o plástico rigido mais descartado é o PET, com índices de 63,35% em massa e
72,22%, sendo em sua maioria (95,%) composto por garrafàs de dois litros de refrigerante. O polietileno de
alta densidade (PEAD), empregado em embalagens de produtos de higiene pessoal, limpeza, alimentícia,
automotivos e galões, aparece em segundo lugar (cerca de 28% e 17%, respectivamente). Estes estudos
também indicaram que 29,2% em volume dos rejeitos, os quais representam 39,1% dos materiais separados
no parque, são filmes plásticos potencialmente recicláveis.Teoricamente, todo termoplástico é reciclável e
pode voltar a prestar serviços á comunidade por meio dos processos de reciclagem, quer seja química,
mecânica ou energética. Portanto, a recíclagem se apresenta neste contexto não só como uma ferramenta para
a economia de recursos naturais não renováveis (no caso, petróleo, matéria prima para a produção da maioria
dos plásticos), mas também como forma de redução da quantidade de plásticos presentes nos locaís de
deposição de lixo.
Quando se fala em reciclagem de plásticos de resíduos urbanos, quase sempre se trata dos plásticos rigidos.
Isto se deve, principalmente ao fato dos plásticos em forma de filme se apresentarem, em sua maioria, sujos e
contaminados, dificultando a etapa de limpeza, além de possuirem uma grande área superficíal comparada a
seu peso. Assim, um problema adicional na reciclagem de plástico filme é o tratamento do efluente de
lavagem, o qual retém uma carga poluidora. Numa primeira vista, este efluente não deve ser descartado sem
tratamento, pois se apresenta geralmente com um nivel de contaminações orgãnica e inorgânica elevado, que
poderá causar sérios problemas nos mananciaís hídricos. Desta maneira, a reciclagem desses resíduos, tanto
os plàsticos rígidos quanto os filmes, é complexa em função das diferentes contaminações presentes e
envolve operações desde separação, pré-lavagem, lavagem, enxágüe, moagem, secagem e aglutinação,
cuidados com efluentes, para depois iniciar o reprocessamento para obtenção de granulados ou produtos,
como ilustrado na figura 1.
Neste trabalho, a reciclagem dos resíduos plásticos domiciliares (garrafàs de PET, filmes plásticos e copos
descartàveis) foi realizada conforme a sequência de operações apresentadas na figura I, e serão descritas
separadamente, como apresentado a seguir.
288
Reslduo plástico
pós-consumo
!
1
Plástico rígido
Plástico fil""
Lavagem,
secagem e
moa em
Lavagem,
secagem e
Reprocessamento
Figura I. Etapas simplificadas do processo de reciclagem mecânica de plásticos [3J.
RECICLAGEM DAS GARRAFAS DE PET.
Garrafas de Coca-Cola de 2 litros pós-<:onsumo(de depósito de lixo de coleta seletiva da UFSCar) foram
moídas em moinho de facas Primotécnica, de 738 rpm e 4 HP. Este material em forma de flocos foi lavado
(com águá) e seco (inicíalmente ao ar e depois por 3 horas de patamar a 110°<: em estufa á vácuo).
Posteriormente, o material foi injetado, em injetora acoplada à um molde resfriadol com água corrente, na
forma de corpos de prova para simular um produto, que foi novamente moido e seco, até completar cinco
injeções, ou seja, cinco reciclagens. Antes da injeção, parte dos flocos foí separada para testes de Contagem
de Grupos Finais Carboxílicos. O tempo de processamento ou de dosagem na injetora foi medido pelo tempo
necessário para que a injetora fundisse a quantidade necessária para a injeção de uml corpo de prova. Foram
efetuadas 20 medidas para cada passo de injeção.
l
Segundo a literatura, as várias das mudanças que ocorrem no PET, quando submetido a processos de
degradação, levam a um aumento no número de grupos finais carboxílicos (-COOH). Esta é a principal
razão pela qual a contagem destes grupos finais se faz tão importante quando se estuda degradação de PET e
inclusive sua reciclagem, uma vez que esta permite a ação de agentes degradantes como água, ar, luz,
temperatura e esforços mecânicos, que atuam de modo a formar estes grupos finais (4).
A contagem de finais
I
de cadeia carboxílicos por titulação foi feita utilizando-se o método de Pohl, desenvolvido especificamente
para o PET, que consiste numa titulação de PET moído diluído em álcool benzílito a quente a partir de
solução padrão de hidróxido de sódio em álcool benzílico (5).
A figura 2 apresenta os resultados do tempo de processamento das amostras advindas de garrafas de
refrigerante pós-<:onsumo,submetidas a cinco passos de reciclagem.
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289
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2
Numero
~3
345
de
Reciclagens
Figura 2. Medidas do Tempo de Processamento por Injeção (dosagem) de amostras
provenientes
de garrafas em função do
número de reciclagens. [6-8].
G~~
3
Númer
o de
Reciclagen$
Figura 3. Concentração de Grupos Finais
Carboxilicos em função do número de
reciclagens de amostras provenientes
de
garrafa [6-8).
Ao comparar a produtividade do processamento por injeção dos materiais recicláveis, um bom
resultado é o das garrafas moidas, cuja produtividade foi medida semelhante a dos "pellets" do
virgem, cujo tempo de dosagem é apresentado na Figura 2 como "V". Os resultados de
produtividade até o terceiro passo mostram-se atraentes para uma empresa de reciclagem
interessado em reciclar PET, pois existe pouca variação.
Pode-se observar ainda o aumento do tempo necessário para a dosagem acompanhado de um
aumento do desvio-padrão em relação ao número de reciclagens. A produtividade quase não se
altera para a confecção das amostras I, 2, e 3, porém, do quarto passo para o quinto, houve um
aumento brusco no tempo de dosagem de 280%. O tempo crescente pode ser atribuído á presença
cada vez maior de pó no material após a moagem (7).
A figura 3 apresenta os resultados da medição da concentração de grupos finais carboxilicos, dada
em micromols por grama de polímero, em função do número de reciclagens. Também foi feito um
ensaio com o material virgem (V) e com uma amostragem da garrafa moida, lavada e seca,
anteriormente à reciclagem. Nota-se nesta figura uma tendência esperada, com o aumento do
número de reciclagens aumenta a concentração destes grupos finais, ou seja, maior a degradação
que o polímero sofreu. Cada reciclagem significa o contato do PET com oxigênio, luz, vapor d'água
e altas temperaturas, fatores que isolados ou combinados, destroem a estrutura quimica do polímero,
deteriorando-o.
Observa-se pela figura 3 o nível de degradação do material virgem é semelhante ao da garrafa.
Nota-se principalmente que o maior aumento porcentual ocorreu após a primeira reciclagem, quase
dobrando a concentração inicial de finais carboxilieos da garrafa. Os outros aumentos foram
percentual mente menores e, do primeiro ao segundo passo, praticamente não existiu variação. O
grande aumento no primeiro passo talvez esteja relacionado com fato do contato com água no
estado líquido do plástico durante a lavagem, que a secagem não conseguiu eliminar totalmente. O
nível de degradação atingido, mesmo nas últimas reciclagens, representa cerca de I% do màXÍmo
que o polímero pode se degradar, voltando para os derivados do petróleo que o constituem. Apesar
de representar teoricamente pouco, na prática é suficiente para fazer com que o material não possa
mais ser utilízado para confecção de garrafas, utilização que demanda uma estrutura quimica mais
íntacta. Essa é uma das razões pela qual o mercado de PET reciclado volta-se para o segmento de
fibras cujas especificações técnícas são inferiores.
290
•
RECICLAGEM
DOS FILMES PLÁSTICOS.
Os filmcs plãsticos estudados foram o Polietileno de Alta Densidade (PEAO) e Polictileno de
Baixa Oensidadc (PEBO), todos provcnientcs do rejeito do Parque de Reciclagem e de
Compostagem de RSU de Araraquara-SP. Os filmes coletados, após separados manualmente do
rejcito, foram cncaminhados à etapa de lavagem, que foi feita em um tanque com agitação, onde
0,5Kg de filme, a 50°C, em um volume de 48 I de água, com três minutos de agitação c 3% cm
massa de agente de limpeza (soda cáustica - NaOH). Após a lavagem, o filme sobrenadante foi
retirado e a amostra do ef1uente foi colhida ainda com agitação e caracterizada' de acordo com os
ensaios de OBO (demanda bioquímica de oxigênio), OQO (demanda química de oxigênio), Sólidos
Totaís, Sólídos Suspcnsos, Sólidos Dissolvidos, pH, Turbidez e Sólidos Sedim~ntáveis. Todos os
ensaios foram realizados segundo as normas da referência [9). Os filmes, após as etapas de lavagem
e secagem, foram separados em PEAO (polietileno de alta densidade) e PEBO <polietileno de baixa
densidadc) e passaram pelas operações de aglutinação e reprocessamento por extrusão, obtendo os
grânulos, conforme indicado na figura I. Postcriormcnte, os grânulos' foram injetados
separadamente como corpos de prova para realização de ensaio de tração. A injetora utilizada foi
uma PIC BOY, série G, n. 3 com UD=24.
I
A Tabela I apresenta os resultados dos ensaios de OBO, OQO, Turbidez, pH e Sólidos
sedimentáveis para o ef1uente de lavagem dos filmes.
Tabela I - Resultados dos ensaios de OQO, OBO, Turbidez, pH e Sólidos Sedimentáveis
ef1uente de lavagem [10-1 11
Lavaf,!em
I
Ensaio
do
I
OQO
(mg/l)
OBO
(mg/l)
Turbidez
(u.t.)
pH
I Sólídos
2500
740
990
126
Sedimentáveis
(mllIlh)
I 14
Inicialmente observa-se, nesta Tabela I, que o valor de OQO é muito maior do Jue o de OBO. Este
resultado, em geral, é encontrado na grande maíoria dos esgotos e indica que os compostos do
ef1uente podem ser mais oxidados quimicamente do que biologicamente. O valor encontrado para
OQO e OBO é elevado quando comparado com os valores de esgotos doméstico~ (em tomo de 500
e 200mg/l, respectivamente) e indica uma elevada quantidade de matéria orgãrtica neste ef1uente.
Isto não é surpreendente, pois estes filmes são muito utilizados em embalagens: alimentícias, além
de entrarem em contato com tais substâncias e outras também no rejeito das usinas de reciclagem. O
valor para turbidez mostra um ef1uente com elevada quantidade de material em suspensão, e este
parâmetro passa a não ser muito apropriado para monitorar a qualidade desta água. O pH, por sua
vez, é bãsico (em tomo de 12) devido principalmente à soda cáustica utilizada na lavagem.
Finalmente os sólidos sedimentáveis apresentaram valor não muito elevado e p6rfeitamente dentro
da faixa para esgotos comuns.
i
A Tabela 2 apresenta os resultados obtidos para os sólidos totais, suspensos e dissolvidos para as
amostras dos ef1ucntes de lavagem. Os valores de sólidos totaís cncontrados mostram uma maior
concentração de material inorgânico em relação aos orgânicos, uma vez que os 'sólidos totais fixos
representam na sua grande maioria substâncias inorgânicas e os voláteis os orgânicos. A soda
certamente contribui também com a quantidade de sólidos. Como os valores encbntrados de sólidos
dissolvidos foram muito maiores que os suspensos, pôde-se concluir quc a maioria dos sólidos
presentes nos ef1uentes está dissolvida na água de lavagem e, conforme o ensaio, estes sólidos se
apresentam em tamanho inferior a I~m. A maioria dos sólidos suspcnsos , cerca de 75%, é
constituido de material orgânico e apenas 25% de material inorgânico. Estcs sól,idos suspensos são
os principais responsáveis pcla demanda de oxigênio observada (contaminação dos plãsticos). Já
entre os sólidos dissolvidos, verifica-se o inverso, ou seja, os fixos (inorgânicos) superam os
voláteis, correspondendo principalmente ao NaOH utilizado.
291
Tabela 2. Resultados da caracteriza '0 dos Sólidos nos efluentes de lava em 10-11
Lavagem
Sólidos Totais (mgll)
Sólidos Suspensos
Sólidos Dissolvidos
m
Totais
15.420
Volát
2.780
Totais
335
Fixos
96
Volát
239
Totais
15.085
Volát
2.860
Os resultados obtidos podem servir de base para a definição de como este efluente seria tratado
numa empresa de reciclagem de filmes plásticos pós-<:onsumo, assim como para a estimativa dos
gastos com o tratamento. O impacto ambiental do lançamento deste efluente não tratado nas fontes
naturais pode também ser estimado com os resultados obtidos.
A Tabela 3 apresenta os resultados do ensaio de tração para os filmes reciclados dos dois tipos de
resinas mais encontrados nos filmes plásticos (PEAD e PEBD).
Tabela 3. Pro riedades mecânicas do material PEAD e PEBD reciclados [10.11
Amostra
J
Pro riedade
Tensão
M~;
ú.,15,3:!:~ 0,5
~..
Módulo
Deformação
nair~ig1)
EI~l~$~~
~~1.9ª.?.
236,8:!: 7,9
60,9:!: 2,7
Verifica-se que todos os valores para Resistência á Tração, Módulo Elástico e Elongação na
Ruptura estão perfeitamente dentro dos valores encontrados na literatura para PEAD virgem. Podese dizer que o valor para a Elongação na Ruptura é um pouco baixo para o polietileno de maneira
geral, porém os valores para esta propriedade em PEAD virgem com indice de fluidez baixo são
muito semelhantes (obs: O índice de fluidez baixo é uma caracteristica dos polietilenos destinados á
produção de filmes, sem o qual o balão da extrusora de filmes não se estabilizaria. Esta propriedade
está intimamente ligada a massa molar do polímero, sendo que este é inversamente proporcional
áquela). Uma nítida alteração nas propriedades mecânícas dos reciclados, tanto do PEAD quanto do
PEBD, não foi observada. Isto se deve à pequena degradação sofiida durante o processo de
reciclagem, indicando a sua viabilidade.
RECICLAGEM
DOS COPOS DESCARTÁ VEIS.
Copos descartáveis foram coletados nas diversas unidades dos campi (São Carlos e Araras), nas
quais foram instalados coletores seletivos. Estes copos são confeccionados em poliestireno de alto
impacto. O reaproveitamento do material contido nos copos foi feito em dois processos, de
reciclagem do residuo e de processamento do material. A reciclagem do resíduo (transformação do
resíduo em material industrialmente aproveítável) foi basicamente realizada em quatro etapas de
tratamento: a moagem do residuo, seguida da lavagem das partículas, aglutinação dessas e posterior
secagem, como indicado na figura I.
Os copos foram moi dos em um moinho de facas LG, modelo MH-5CP/K (3,7 KW) e
posteriormente estes fragmentos foram transferidos para uma lavadora horizontal de freqüência
variável, modelo SVOOBIG-2U (IHP), desenvolvida no 3R-nrr, e lavados com água durante 7
minutos com velocidade de cerca de 50 rpm. Sem ser secado, o material foi armazenado em sacos
plásticos até que se tivesse um volume considerável para ser aglutinado em um aglutinador
Lombard, modelo 162 (20 HP. A seguir, o material particulado obtido foi secado à 90.C em uma
estufa por 24 horas.
292
o processamento
do material (transformação do material em produto socialmente útil) foi feito por
meio de moldagem por injeção, em uma injetora Irmãos Petersen, modelo PIC BOY-15/2, num
molde de duas cavidades de dimensões básicas 6 cm X 4 cm e espessuras de 4 mm (borda) e 2,5
mm (área central - de mensagem). Na alimentação da injetora, foram adici6nados ao material
reciclado 3% de corante amarelo ouro. A figura 4 apresenta o chaveiro injetado com os adesivos da
comemoração dos 30 anos da UFSCar. Nesta figura também é apresentada uma régua que foi
confeccionada com processos semelhantes ao do chaveiro. Tanto o chaveiro I como a régua são
empregados como brindes educativos em diferentes atuações do 3R-nrr, Núcleo de Reciclagem de
Residuos da UFSCar.
I
Em uma primeira fase com cerca de 50.000 copos descartados e coletados seletivamente foram
produzidos 10000 corpos de chaveiro, e posteriormente distribuidos para todos os estudantes
(graduação e pós-graduação), todos os professores e todos os funcionários técnico administrativos
da UFSCare a todos os ex-alunos da UFSCar participantes de evento comemorativo [12].
I
Figura 4. Exemplos de chaveiros e réguas, confeccionados com poliestireno reciclado, proveniente
de copos plásticos descartados.
.293
COMENTÁRIOS
FINAIS.
Com os resultados obtidos na reciclagem do PET empregado em garrafas de refrigerantes, coletadas
seletivamente, pode-se afirmar que em função da pouca variação no tempo de processamento a
reciclagem do PET é atraente para um reciclador até o terceiro passo.
Quanto à reciclagem de filmes plàsticos provenientes do rejeito de uma usina de lixo, esta é viável
tecnicamente, pois as propriedades do reciclado se apresentam perfeitamente dentro da faixa dos
polietilenos. De uma maneira geral, pode-se propor a utilização deste reciclado para as mesmas
aplicações iniciais (sacarias em geral), desde que estes não sejam utilizados na fabricação de
embalagens alimenticias e de embalagens para brinquedos.
Finalmente, pode-se concluir que a transformação dos residuos em brinde educativo consiste em
alternativa interessante, especialmente quando o público alvo participa também do processo de
destinação adequada do resíduo (no caso, descartando-o seletivamente, na ponta original dessa
cadeia). Por outro lado, os brindes podem ser utilizados também com outros públicos como
instrumento polarizador de discussões acerca do problema dos residuos sólidos, na perspectiva da
formação de cidadãos cada vez mais conscientes sobre a ação do ser humano no nosso planeta, as
decorrências dessa conduta e as responsabilidades de cada individuo na busca de soluções viáveis.
Agradecimentos.
Os autores agradecem aos alunos e pessoas do 3R-Nrr pela colaboração, e
especialmente ao Sandro Donníni Mancini, Marcus Vinicius Pereira Remédio, Carolina Lipparelli
Morelli, Michelle Christina Avezum da Cruz, Sandra Andrea Cruz. Ainda agradecem o apoio
financeiro da CAPES, FINEP, PADCT, FAPESP e pró reitoria de graduação da UFSCar. Também
agradecem a colaboração da APASC, Cromex e Parque de recíclagem e de compostagem de RSU
de Araraquara-SP.
REFERÊNCIAS
OI
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04
0.5
06
07
08
09
10
I1
12
294
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