O efeito das frações plásticas de resíduos de construção e demolição em propriedades compostas de polímeros de madeira

Summary

Os fluxos de materiais secundários têm sido mostrados para incluir matérias-primas potenciais para a produção. Apresentado aqui é um protocolo no qual se identifica resíduos plásticos cdw como matéria-prima, seguido por várias etapas de processamento (aglomeração, extrusão). Como resultado, foi produzido um material composto e analisadas propriedades mecânicas.

Abstract

Os resíduos de construção e demolição (CDW), incluindo materiais valiosos como plásticos, têm uma influência notável no setor de resíduos. Para que os materiais plásticos sejam reutilizados, devem ser identificados e separados de acordo com a composição do polímero. Neste estudo, a identificação desses materiais foi realizada utilizando-se espectroscopia quase infravermelha (NIR), que identificou material com base em suas propriedades físico-químicas. As vantagens do método NIR são um baixo impacto ambiental e uma medição rápida (dentro de alguns segundos) na faixa espectral de 1600-2400 nm sem preparação especial da amostra. As limitações incluem sua incapacidade de analisar materiais escuros. Os polímeros identificados foram utilizados como um componente para composto de polímero de madeira (WPC) que consiste em uma matriz de polímeros, enchimentos de baixo custo e aditivos. Os componentes foram primeiro compostos com um aparelho de aglomeração, seguido pela produção por extrusão. No processo de aglomeração, o objetivo foi compor todos os materiais para produzir materiais distribuídos uniformemente e granulados como pelotas. Durante o processo de aglomeração, o polímero (matriz) foi derretido e os enchimentos e outros aditivos foram então misturados no polímero derretido, estando pronto para o processo de extrusão. No método de extrusão, as forças de calor e corte foram aplicadas a um material dentro do barril de uma extrusora cônica contra-rotativa do tipo de parafuso duplo, o que reduz o risco de queima dos materiais e menor mistura de tesoura. A mistura aquecida e desarquivada foi então transmitida através de um dado para dar ao produto a forma desejada. O protocolo acima descrito comprovou o potencial de reutilização dos materiais CDW. As propriedades funcionais devem ser verificadas de acordo com os testes padronizados, como testes flexurais, tração e resistência ao impacto para o material.

Introduction

A geração global de resíduos cresceu significativamente ao longo da história e prevê-se que aumente em dezenas de percentuais no futuro, a menos que medidas sejam tomadas¹. Em particular, os países de alta renda geraram mais de um terço do lixo mundial, embora respondam por apenas 16% da população global¹. O setor da construção civil é um importante produtor desse resíduo devido à rápida urbanização e ao crescimento populacional. Segundo estimativas, aproximadamente um terço dos resíduos sólidos globais é formado por projetos de construção e demolição; no entanto, os valores exatos de diferentes áreas estão faltando². Na União Europeia (UE), a quantidade de resíduos de construção e demolição (CDW) é de aproximadamente 25%-30% da geração total de resíduos³, e inclui matérias-primas secundárias valiosas e significativas, como o plástico. Sem coleta e gestão organizadas, o plástico pode contaminar e influenciar negativamente os ecossistemas. Em 2016, foram geradas 242 milhões de toneladas de resíduos plásticos no mundo¹. A participação do plástico reciclado na Europa foi de apenas 31,1%⁴.

A escassez de recursos criou a necessidade de mudar as práticas em direção a uma economia circular, na qual os objetivos são utilizar o desperdício como fonte de recursos secundários e recuperar resíduos para reutilização. O crescimento econômico e os impactos ambientais minimizados serão criados pela economia circular, que é um conceito popular na Europa. A Comissão Europeia aprovou um Plano de Ação da União Europeia para uma economia circular, que estabeleceu metas e indicadores de contribuições⁵.

Regulamentações e leis ambientais mais rígidas estão contribuindo para que o setor da construção se esforce mais em questões de gestão de resíduos e reciclagem de materiais. Por exemplo, a União Europeia (UE) estabeleceu metas para a recuperação de materiais. A partir do ano de 2020, a taxa de recuperação de materiais de CDW não perigosa deve ser de 70%⁶. A composição do CDW pode variar amplamente entre os locais geográficos, mas algumas características comuns podem ser identificadas, incluindo, por exemplo, plástico que é uma matéria-prima potencial e valiosa para compósitos de madeira-polímero. A reutilização do plástico é um passo concreto em direção a uma economia circular na qual polímeros plásticos virgens são substituídos por polímeros reciclados.

Materiais compostos são um sistema multi-fase, consistindo em um material matricial e fase de reforço. O composto de polímero de madeira (WPC) normalmente contém polímeros como matriz, materiais de madeira como reforço e aditivos para melhorar a adesão, como agentes de acoplamento e lubrificantes. O WPC pode ser conhecido como um material ambientalmente amigável porque a matéria-prima pode ser proveniente de materiais renováveis, como ácido polilático (PLA) e madeira. De acordo com a última inovação^7,os aditivos do WPC podem ser baseados em fontes renováveis. Além disso, a fonte da matéria-prima pode ser reciclada (não virgem), que é uma alternativa ecologicamente e tecnicamente superior⁸. Por exemplo, pesquisadores estudaram o WPC extrudado que contém CDW, e descobriram que as propriedades dos compósitos baseados em CDW estavam em um nível aceitável⁹. A utilização de matérias-primas recicladas como componente para o WPC também é aceitável a partir do aspecto ambiental, como comprovado por diversas avaliações. No geral, foi demonstrado que a utilização da CDW na produção de WPC pode diminuir as influências ambientais da gestão de CDW¹⁰. Além disso, verificou-se que o uso de plástico de polipropileno reciclado (PP) no WPC tem o potencial de reduzir o aquecimento global¹¹.

A quantidade de polímeros reciclados disponíveis aumentará no futuro. A produção global de plástico aumentou aproximadamente 9% ao ano, em média, e espera-se que esse incremento continue no futuro¹². Os tipos mais gerais de polímeros plásticos são, entre outros, polipropileno (PP) e polietileno (PE). As ações da demanda total por PE e PP foram de 29,8% e 19,3%, respectivamente, na Europa em 2017⁴. Espera-se que o mercado global de reciclagem de plástico cresça a uma taxa de crescimento anual de 5,6% no período 2018-2026¹³. Uma das principais aplicações em que os plásticos são utilizados é a construção e construção. Por exemplo, quase 20% da demanda total por plástico europeu estava associada a aplicações de construção e construção⁴. Do ponto de vista econômico, o uso de polímeros reciclados na fabricação de WPC é uma alternativa interessante, levando à produção de materiais de baixo custo. Pesquisas anteriores mostraram que os efeitos físicos têm uma influência mais forte sobre materiais extrudados feitos de plástico secundário em comparação com o material virgem correspondente, mas as propriedades dependem da fonte plástica¹⁴. No entanto, o uso de plástico reciclado diminui a força do WPC devido à menor^{compatibilidade 15}. A variação entre as estruturas dos polímeros plásticos causa preocupações com o reuso e a reciclagem, que contribuem para a importância da triagem plástica com base no polímero.

Este estudo pretende avaliar a utilização de material plástico da CDW como matéria-prima para o WPC. As frações de polímeros avaliadas no estudo são acrilonitrilo butadieno estileno (ABS), polipropileno (PP) e polietileno (PE). Estas são conhecidas como frações de plástico universais dentro do CDW. As frações de polímeros são tratadas com processos gerais de fabricação, como aglomeração e extrusão, e são testadas com testes universais de propriedade mecânica. O objetivo principal do estudo é descobrir como as propriedades do WPC alterariam se os polímeros reciclados fossem usados como matéria-prima na matriz em vez de polímeros virgens primários.

Com base no centro de gerenciamento de resíduos (local) (Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy), foi mostrado como a CDW rica em plástico é armazenada. Foi demonstrado que uma grande quantidade de material plástico está incluído e alguns exemplos de polímeros plásticos CDW foram mostrados. Os pesquisadores coletaram os polímeros mais adequados para posterior processamento, como ABS, PP e PE. Os polímeros desejados (PE, PP, ABS) foram identificados utilizando espectroscopia portátil perto do infravermelho (NIR). Foram apresentados exemplos de produtos WPC nos quais os materiais plásticos coletados poderiam ser utilizados como matéria-prima. A definição do composto e suas vantagens foram explicadas.

Protocol

1. Identificação e pré-tratamento Identifique polímeros em plástico com a ferramenta portátil de espectroscopia quase infravermelha (NIR) na faixa espectral de 1600-2400 nm. Entre em contato com o polímero com a ferramenta espectroscopia e determine o polímero pela reflectância medida. De acordo com a curva de identificação da espectroscopia, analise os resultados da identificação da tela em laboratório. Com base no resultado de identificação, classifique materiais…

Representative Results

Para investigar o efeito do polímero plástico CDW nas propriedades mecânicas do WPC, foram estudados três tipos diferentes de polímeros como matriz. A Tabela 1 apresenta a composição dos materiais e a Tabela 2 relata os processos de fabricação. O material do CDW-PP requer uma temperatura de tratamento mais elevada para as ferramentas, mas, correspondentemente, a pressão de derretimento foi menor em comparação com os outros materiais (CDW-ABS e CDW-PE). <p class="jove_cont…

Discussion

As propriedades mecânicas do WPC desempenham um papel importante na decisão da adequação desses produtos em diversas aplicações. O WPC consiste em três ingredientes principais: plástico, madeira e aditivos. As propriedades mecânicas dos compósitos à base de fibra dependem do comprimento da fibra utilizada, onde “comprimento crítico da fibra” é o termo usado para indicar reforço suficiente²⁵. Além das propriedades dos ingredientes, a qualidade das matérias-primas é o fator importan…

Materials

Agglomeration	Plasmec	TRL100/FV/W	apparatus of turbomixer
Agglomeration	Plasmec	RFV 200	apparatus of cooler
CNC router	Recontech	F2 – 1325 C	CNC machine
Condition chamber	Memmert	HPP260	constant climate chamber
Coupling agent	DuPont	Fusabond E226	commercial coupling agent additive
Crusher 1 (crusher/shredder )	Untha	Untha LR 630	10-20 mm sieve
Crusher 2 (low-speed crusher)	Shini	Shini SG-1635N-CE	5 mm sieve, granulator
Extruder	Weber	Weber CE 7.2	conical counter-rotating twin-screw
Lubricant	Struktol	TPW 113	commercial lubricant additive
NIR spectroscopy	Thermo Fisher Scientific	Thermo Scientific microPHAZIR PC
Recycled material ABS from CDW
Recycled material PE from CDW
Recycled material PP from CDW
Sliding table saw	Altendorf	F-90	circular saw/sliding table saw
Testing apparatus	Zwick	5102	impact tester
Testing machine	Zwick Roell	Z020	allround-line materials testing machine
Wood flour (Spruce) material
WPC example material	UPM Profi		Decking board