MECHANICAL RECYCLING OF PVC MATRIX AND POLYESTER FIBER PLASTIC COMPOSITES: EVALUATION OF PROPERTIES AND REUSE POTENTIAL

_________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 1 (Ciências Exatas) RECICLAGEM MECÂNICA DE COMPÓSITOS PLÁSTICOS MATRIZ PVC E FIBRA POLIÉSTER: AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES E POTENCIAL DE REUTILIZAÇÃO MECHANICAL RECYCLING OF PVC MATRIX AND POLYESTER FIBER PLASTIC COMPOSITES: EVALUATION OF PROPERTIES AND REUSE POTENTIAL José Afonso Correia Junior, Fabiano Caio José Faculdade de Tecnologia SENAI Mario Amato, Curso Tecnólogo em Polímeros E-mail para contato: [email protected] RESUMO – A crescente demanda por soluções sustentáveis impulsiona a reciclagem de compósitos. Este estudo avaliou a viabilidade da reciclagem mecânica de resíduos de PVC/poliéster, visando desenvolver formulações com resíduo pós-consumo e pós-industrial. O objetivo foi analisar o impacto da reciclagem nas propriedades mecânicas. A metodologia envolveu moagem, formulação e produção de corpos de prova (injeção/calandragem). Testes de tração, compressão, dureza e densidade foram realizados. Teores intermediários de compósito reciclado (20-30 PCR) otimizaram resistência e equilíbrio estrutural. A reciclagem mecânica se mostrou viável, mantendo propriedades aceitáveis, com potencial para aplicações diversas. Estudos futuros devem otimizar a interação matriz-fibra. Palavras-chave: Reciclagem, Compósitos, PVC, Poliéster, Propriedades Mecânicas. ABSTRACT – The growing demand for sustainable solutions drives the recycling of composites. This study evaluated the feasibility of mechanical recycling of PVC/polyester waste, aiming to develop formulations with post-consumer and postindustrial waste. The objective was to analyze the impact of recycling on mechanical properties. The methodology involved grinding, formulation and production of test specimens (injection/calendering). Tensile, compression, hardness and density tests were performed. Intermediate contents of recycled composite (20-30 PCR) optimized strength and structural balance. Mechanical recycling proved to be viable, maintaining acceptable properties, with potential for diverse applications. Future studies should optimize the matrix-fiber interaction. Keywords: Recycling, Composites, PVC, Polyester, Mechanical Properties. _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 2 (Ciências Exatas) 1 INTRODUÇÃO A crescente preocupação ambiental e a busca por alternativas sustentáveis têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias de reciclagem para diversos materiais, com destaque para os polímeros (Shiino; Rezende, 2020). A vasta gama de aplicações dos polímeros, desde embalagens até componentes estruturais, torna a gestão de seus resíduos um desafio crucial para a sustentabilidade. Dentre estes, os materiais compósitos de matriz polimérica, como os formados por Policloreto de Vinila (PVC) e fibra de poliéster, apresentam um desafio particular devido à complexidade de sua composição e à dificuldade de separação de seus componentes (Moura; Morais; Magalhães, 2010). Apesar dos avanços em tecnologias de reciclagem de PVC (Rodolfo JR.; Tsukamoto, 2024), impulsionados por regulamentações e pela crescente demanda por materiais reciclados (ABIPLAST, 2024), a reciclagem de compósitos PVC/poliéster ainda é limitada, conforme observado por Piva, Bahiense Neto e Wiebeck (1999) a adoção de tecnologias de reciclagem no ainda enfrenta desafios significativos. A falta de processos eficientes para separar a fibra do PVC, a presença de aditivos e a dificuldade em garantir a qualidade do material reciclado geram acúmulo em aterros e perda de recursos valiosos (Silva; Mendes, 2021). As pesquisas mais recentes apontam para a necessidade de desenvolver tecnologias economicamente viáveis e que garantam a manutenção das propriedades do material reciclado, abrindo novas oportunidades para o reaproveitamento destes materiais (Vinylplus®, 2024). Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo avaliar a viabilidade da reciclagem mecânica (Spinacé; De Paoli, 2005), de resíduos de compósitos PVC/poliéster, desenvolvendo formulações com diferentes teores de material reciclado (pós-consumo e pós-industrial) e analisando o impacto nas propriedades mecânicas (tração, compressão, dureza, densidade) do produto final. A pesquisa visa promover a reutilização destes resíduos, reduzir o impacto ambiental e contribuir para o desenvolvimento de soluções sustentáveis para a indústria de polímeros. 2 MATERIAIS E MÉTODOS Este estudo caracteriza-se como uma pesquisa experimental, buscando avaliar a viabilidade da reciclagem mecânica de resíduos de compósitos de PVC e fibra de poliéster. A metodologia abrangeu as seguintes etapas: 2.1 Materiais: _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 3 (Ciências Exatas) • Resíduo de compósito matriz PVC e fibra poliéster pós consumo (PCR): Obtido como doação da Cooperativa Plastcooper, proveniente de resíduos pós-consumo. • Resíduo de PVC pós industrial (PIR): Obtido como doação da Cooperativa Plastcooper, proveniente de resíduos pós-industriais. 2.2 Preparação dos Materiais: 2.2.1 Moagem: O resíduo de compósito PCR foi moído em moinho de facas Primotecnica P2-001, equipado com peneira de 9,5 mm, até obtenção de partículas menores. O resíduo PIR já foi recebido moído. 2.2.2 Formulações: Foram preparadas 7 formulações, variando a proporção de resíduo PVC PIR e resíduo Compósito PCR (em massa PCR partes por cem partes de resina): 100/0, 100/10, 100/20, 100/30, 100/40, 100/50 e 0/100 (última formulação resíduo compósito PCR puro). 2.2.3 Mistura: Os componentes de cada formulação foram homogeneizados em um misturador Mecanoplast M-175-VAR, com rotação de 600 a 1300 RPM, seguido de resfriamento em resfriador Mecanoplast RH-350 (130 RPM). 2.2.4 Granulação: As misturas foram granuladas em uma extrusora monorosca Miotto GRAN 90:25 (L/D 25,2), com perfil de temperatura de 155°C a 180°C, seguida de resfriamento em banho de água e corte em granulador Sagec SG 210. 2.3 Obtenção dos Corpos de Prova: 2.3.1 Injeção: Corpos de prova para os ensaios de dureza e compressão foram moldados por injeção em injetora Semeraro, utilizando um molde de múltiplas cavidades. Os parâmetros de injeção foram otimizados para garantir a uniformidade das amostras. 2.3.2 Calandragem: Mantas para os ensaios de tração e rasgo foram obtidas por calandragem em calandra de laboratório com cilindros aquecidos a 150°C e rotação de 30 RPM (cilindro dianteiro) e 20 RPM (cilindro traseiro). Corpos de prova foram cortados das mantas calandradas utilizando facas de estampo seguindo as normas ASTM D412 e ASTM D624. _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 4 (Ciências Exatas) 2.4 Caracterização: 2.4.1 Dureza Shore A: Realizada em durômetro Bareiss BS 61 II, seguindo a norma ASTM D2240. 2.4.2 Densidade: Determinada por meio de balança analítica, seguindo a norma ASTM D792. 2.4.3 Resistência à Tração: Realizada em máquina de ensaio universal Kratos TRCv61300-USB, seguindo a norma ASTM D412 DIE, com velocidade de 500 mm/min. 2.4.4 Resistência ao Rasgo: Realizada em máquina de ensaio universal Kratos TRCv61300-USB, seguindo a norma ASTM D624, com velocidade de 500 mm/min. 2.4.5 Resistência à Compressão: Realizada em máquina de ensaio universal Kratos TRCv61300-USB, seguindo a norma ASTM D695, com velocidade de 1,3 mm/min. A escolha dos métodos de ensaio e equipamentos foi baseada nas normas técnicas aplicáveis e na disponibilidade de recursos. A metodologia adotada visa fornecer dados robustos e comparáveis para avaliar o impacto da reciclagem nas propriedades dos compósitos PVC/poliéster. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos nos ensaios de caracterização revelaram o impacto da reciclagem mecânica e da variação na proporção de resíduo de compósito (PCR) nas propriedades dos materiais. 3.1 Dureza Shore A: Os valores de dureza Shore A apresentaram pouca variação entre as formulações, oscilando entre 84 e 86, resultados apresentados no Gráfico 1. _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 5 (Ciências Exatas) Gráfico 1: Dureza Shore A. A adição de PCR não alterou significativamente a resistência à penetração, indicando que o processo de reciclagem não compromete a estrutura do PVC a ponto de influenciar a dureza. Este resultado sugere que a plastificação do PVC foi mantida, conforme discutido por Rodolfo JR.; Nunes; Ormanji (2006). 3.2 Densidade: A densidade aumentou gradualmente com a adição de PCR, variando de 1,23 g/cm³ (0 PCR) a 1,24 g/cm³ (20-50 PCR) e atingindo 1,33 g/cm³ (100 PCR), resultados vistos no a Gráfico 2. Gráfico 2: Resultados das densidades das formulações. Este aumento reflete a maior densidade da fibra de poliéster presente no resíduo de compósito, corroborando a teoria da ASTM (2024) sobre a relação entre densidade e composição. Segundo Canevarolo JR. (2006), a história termomecânica de materiais amorfos, 100 50 40 30 20 Teor (PCR) 0 10 84 84 84 85 86 86 86 100 80 60 40 20 0 1,24 Teor (PCR) 100 50 40 30 20 10 0 1,20 1,15 1,24 1,24 1,24 1,23 1,23 1,30 1,25 1,33 1,35 Densidade (g/cm³) Dureza Shore A _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 6 (Ciências Exatas) como o PVC, pode ser inferida pela densidade. Dessa forma, observa-se que as misturas e os processos de reciclagem realizados não comprometeram a qualidade do compósito de PVC com fibra de poliéster. As formulações não resultaram em diminuição da densidade, indicando que não houve perda de plastificantes, o que é desejável, já que tal perda poderia afetar negativamente as propriedades mecânicas da matriz de PVC e características físicas, como o aumento indesejado da dureza conforme Rodolfo JR.; Nunes; Ormanji (2006). 3.3 Resistência à Tração: A resistência à tração apresentou uma tendência de diminuição com o aumento do teor de PCR, conforme apresentado no Gráfico 3. Gráfico 3:Curvas de Tensão e Deformação. A formulação com 30 de PCR exibiu o melhor desempenho (15,2 kgf), enquanto a formulação com 100 de PCR apresentou o menor valor (10,0 kgf). Este comportamento sugere que a adição de PCR, em proporções adequadas, pode melhorar a interação matriz-fibra, aumentando a resistência. Gráfico 4:Limite de resistência em função dos teores. 20 100/0 PCR 15 100/10 PCR 10 100/20 PCR 100/30 PCR 5 0 100/40 PCR 100/50 PCR 0/100 PCR 0 12 32 51 64 84 97 Deformação (mm/mm) 9,1 Teor (PCR) 100 50 40 30 20 10 0 8 4 0 20 12 12,4 13,5 13,4 14,4 14,8 16 18,5 Tensão (kgf) Lim. Resistência (MPa) _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 7 (Ciências Exatas) No entanto, teores elevados de PCR podem levar à saturação da matriz, prejudicando a distribuição de tensões e reduzindo a resistência, conforme discutido por Rabello (2000). O limite de resistência à tração seguiu uma tendência semelhante, diminuindo gradativamente com o aumento de PCR vide apresentado no Gráfico 4. O PVC PIR puro obteve o maior valor (18,5 MPa), enquanto a formulação 0/100 PCR atingiu apenas 9,1 MPa. Essa redução é atribuída à diminuição da interação matriz-fibra e à maior concentração de fibras curtas que, em excesso, comprometem a transferência eficiente de carga. O alongamento na ruptura diminuiu com o aumento do teor de PCR conforme apresentado no Gráfico 5. Gráfico 5: Resultados alongamento e função do aumento dos teores. O PVC PIR puro alcançou o maior valor de alongamento (290,4%), enquanto o 0/100 PCR teve apenas 57,1%. Isso evidenciou que conforme Rabello (2000) fala a respeito da sua presença de fibras que limita a deformação da matriz, os menores valores de capacidade de deformação foram dos materiais com altos teores de fibra, devido à natureza mais rígida da fibra de poliéster. O módulo de elasticidade aumentou com o aumento do teor de PCR conforme apresentado no Gráfico 6, resultados indicam maior rigidez do material. Teor (PCR) 100 50 40 30 20 10 0 0 57,1 125 159,3 167,6 184,6 187,0 250 229,6 375 290,4 Alongamento (%) _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 8 (Ciências Exatas) Gráfico 6: Módulo de elasticidade. O PVC PIR puro apresentou 14,7 MPa, enquanto o 0/100 PCR atingiu 33,5 MPa. 3.4 Resistência ao Rasgo: A resistência ao rasgo apresentou uma tendência de aumento para as formulações de 10 a 30 PCR, com a formulação com 30 PCR exibindo o maior valor (8,86 kg/mm ), conforme mostra Gráfico 7. Gráfico 7: Resistência ao rasgo. A partir de 40 PCR, houve uma redução na resistência ao rasgo, indicando que a saturação da matriz com fibras pode dificultar a propagação do rasgo. 100 50 40 30 Teor (PCR) 20 10 0 0 8 14,4 14,7 16 17,4 18,6 16,9 18,5 24 32 33,5 40 Módulo de elasticidade (MPa) 5,51 100 50 40 30 Teor (PCR) 20 10 0 6 3 0 12 7,26 7,02 9 8,86 8,70 8,51 8,70 Resistência ao rasgamento (kgf/mm) _________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 9 (Ciências Exatas) 3.5 Resistência à Compressão: As formulações com 20 e 30 PCR apresentaram os maiores valores de resistência à compressão (392 kgf e 371 kgf, respectivamente), indicando que teores intermediários de PCR otimizam a resistência à compressão conforme aprestado no Gráfico 8. Gráfico 8: Força máxima a compressão. A formulação com 100 PCR apresentou o menor valor (316 kgf), sugerindo que a alta concentração de fibras pode comprometer a capacidade de suportar cargas compressivas. Os resultados obtidos demonstram que a reciclagem mecânica de compósitos PVC/poliéster é viável, mas a proporção de resíduo reciclado deve ser cuidadosamente controlada para otimizar as propriedades mecânicas. Teores intermediários de PCR (20-30) parecem oferecer um bom equilíbrio entre resistência, rigidez e capacidade de deformação. A adição excessiva de PCR pode levar à saturação da matriz, prejudicando a interação matrizfibra e comprometendo o desempenho do material. Esses achados estão em consonância com a literatura, que destaca a importância da interface matriz-fibra para o desempenho de compósitos (Callister; Rethwisch, 2018). A otimização da interação entre os componentes é crucial para garantir a transferência de tensões e a resistência do material. Apesar das limitações da reciclagem mecânica, como a dificuldade em separar completamente os componentes e a potencial degradação das propriedades do material, este estudo demonstra que é possível obter compósitos reciclados com desempenho aceitável para diversas aplicações. A reciclagem mecânica se apresenta como uma alternativa promissora para reduzir o impacto ambiental dos compósitos PVC/poliéster e promover a economia circular. Teor (PCR) 100 50 40 30 20 10 0 300 225 150 75 0 316 359 349 371 353 359 375 392 450 Força máxima (kgf)