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Environment

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

doi: 10.3791/61064 Published: June 7, 2020

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

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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 inovação7,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 menorcompatibilidade 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.

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Protocol

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1. Identificação e pré-tratamento

  1. 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.
    1. De acordo com a curva de identificação da espectroscopia, analise os resultados da identificação da tela em laboratório.
  2. Com base no resultado de identificação, classifique materiais entre os polímeros e meça seus respectivos pesos.
    NOTA: O material foi classificado e ponderado de acordo com os resultados de identificação medidos. Os polímeros selecionados para posterior processamento foram ABS, PE e PP com os valores, 27,1, 14,2 e 44,7 kg, respectivamente.
  3. Realizar redução de tamanho para os materiais plásticos selecionados em condições laboratoriais com um aparelho triturador. Coloque materiais coletados e identificados no aparelho que esmagou materiais com a força mecânica dos impactos do martelo.
    1. Esmague materiais plásticos usando um sistema de trituração de eixo único com um aparelho triturador/triturador equipado com um tamanho de peneira variando de 10 a 20 mm.
    2. Enseque os fragmentos de plástico até um triturador de baixa velocidade, equipado com uma peneira de 5 mm. Certifique-se de que o material é homogêneo.
  4. Meça os valores materiais para compósitos. Mostre uma receita como exemplo e apresente esses materiais nas quantidades relativas de plástico, madeira, agente de acoplamento e lubrificante (64, 30, 3 e 3 wt%, respectivamente).
    NOTA: Três compósitos diferentes foram estudados neste estudo. Os polímeros plásticos reciclados do CDW foram ABS, PP e PE. O enchimento do material composto era a farinha de madeira, que foi preparada a partir de uma espécie de abeto seco (picea abies) tamanho reduzido usando equipamento de esmagamento e peneirado para um tamanho homogêneo (malha de 20 mm). Foram utilizados aditivos comerciais de agente de acoplamento e lubrificante. As composições e o nome dos materiais preparados estão mostrados na Tabela 1.
Material Polímero
/ quantidade
Madeira Ca Lubr
CDW-ABS ABS / 30 64 3 3
CDW-PP PP / 30 64 3 3
CDW-PE PE / 30 64 3 3

Tabela 1: A composição dos materiais estudados. O nome da amostra é composto pelo componente matricial incluído, isenário de butadieno de acrilonitrila reciclado (ABS), polipropileno (PP) e polietileno (PE) a partir dos resíduos de construção e demolição (CDW). As quantidades de madeira, agente de acoplamento (CA) e lubrificante (Lubr.) foram as mesmas em todas as amostras.

2. Processamento de materiais WPC com tecnologia de extrusão após tratamento de redução de tamanho

  1. Transfira os materiais identificados e pré-tratados para mais perto da próxima etapa de processamento (aglomeração).
    ATENÇÃO: O material plástico do ABS inclui um componente de estireno. A Agência Internacional de Pesquisa em Câncer considera que o estireno é "possivelmente cancerígeno para humanos". Portanto, a etapa de aglomeração em ação não foi incluída nas filmagens, mas seu processo está delineado neste trabalho. Além disso, apenas o polímero PP ou PE foi utilizado na produção de extrusão durante as filmagens.
  2. Realizar aglomeração do material.
    1. Misture todos os componentes do processo (polímero, madeira, agente de acoplamento e lubrificante) em um aparelho composto por um turbomixer e um cooler. Agglomerar os materiais no turbomixer até que a temperatura dos materiais chegue a 200 °C. Devido ao efeito combinado de temperatura e atrito, os materiais dos grânulos foram formados após o processo de tratamento da aglomeração.
    2. Esfrie os materiais após o tratamento do turbomixer por 4-7 minutos em um aparelho refrigerador.
  3. Evacuar material do processo e coletar material aglomerado.
  4. Transfira os materiais tratados com aglomeração para a próxima etapa do processo (extrusão).
    1. Clique no painel de controle da máquina de extrusão e verifique os parâmetros corretos. As temperaturas médias do barril e da ferramenta variaram entre 167 e 181 °C e 183 e 207 °C, respectivamente. A temperatura de derretimento variou entre 164 e 177 °C, e as pressões de morte variaram entre 3,7 e 5,9 MPa. Ajuste os parâmetros porque os materiais reciclados são heterogêneos, e o processo requer controle profissional.
    2. Compone os componentes usando uma extrusora cônica contra-rotativa de dois parafusos com saída de material de 15 kg/h. Os parâmetros dos materiais são apresentados na Tabela 2. Após o processo de extrusão, o material de perfil do composto foi gerado.
Material Barril T °C Ferramenta T °C Derreter T °C Derreter
Pressão (barra)
Alimentação
taxa (kg/h)
Avg.Parafuso
velocidade (rpm)
CDW-ABS 181 ± 11,9 189 ± 14,7 177 50 15 14
CDW-PP 170 ± 10.4 207 ± 8.62 164 37 15 15
CDW-PE 167 ± 8.51 183 ± 10.1 164 59 15 13

Tabela 2: Parâmetros de processamento dos materiais compostos. (Valores após a marca '±'indicam desvios padrão. Avg. = média)

3. Amostragem de materiais produzidos e análises de propriedades

  1. Prepare amostras para testes de propriedade mecânica em laboratório.
    1. Corte amostras de perfis extrudados com uma máquina (ou seja, uma serra de mesa deslizante). Três amostras de tamanho diferente são necessárias para testes: flexural, tração e resistência ao impacto.
    2. Determine o tamanho das amostras de teste de acordo com as normas aplicáveis, com base na recomendação de EN 1553416. De acordo com a norma, teste um mínimo de cinco amostras, mas o número de medições pode ser superior a cinco se for necessária maior precisão do valor médio.
  2. Amostras de teste de serra dos materiais extrudados para o teste de propriedade flexural, de acordo com o padrão EN 31017.
    1. Use uma serra de mesa deslizante com as seguintes dimensões para a amostra: 800 mm x 50 mm x 20 mm (comprimento, largura, espessura).
    2. Fabricação de 20 amostras para análise de propriedades flexural (força e módulo).
  3. Amostras de teste de serra dos materiais extrudados para o teste de propriedade de tração, de acordo com o padrão EN ISO 527 218. Use a serra de mesa deslizante para cortar o material nas seguintes dimensões: 150 mm x 20 mm x 4 mm (comprimento, largura, espessura).
    1. Defina as pré-formas de material para usinagem de uma forma de sino mudo através do controle numérico do computador (CNC). A largura da amostra em sua porção estreita foi de 10 mm, e a superfície transversal da amostra foi de 4 mm x 10 mm, onde o estresse da tração foi abordado. O comprimento da porção estreita foi de 60 mm, terminando em um canto arredondado com um raio de 60 mm.
    2. Faça 20 amostras para a análise de propriedades de tração (força e módulo).
  4. Amostras de teste de serra dos materiais extrudados para o teste de resistência ao impacto, de acordo com o padrão EN ISO 179-119.
    1. Use a serra de mesa deslizante para cortar as amostras nas seguintes dimensões: 80 mm x 10 mm x 4 mm (comprimento, largura, espessura). Faça 20 amostras para a análise da propriedade de força de impacto.
  5. Mova o material de teste para a câmara de condição de umidade relativa de 23 °C e 50%, de acordo com a norma EN ISO 29120, até que uma massa constante seja atingida. Certifique-se de que as amostras estão condicionadas antes do teste das propriedades do material.
  6. Realizar os testes (flexural, tração e impacto). Determine as características mecânicas das amostras por testes de resistência flexural e de tração com uma máquina de teste de acordo com as normas EN 31017 e EN ISO 527-218, respectivamente.
    1. Realize o teste de força flexural e módulo para cada uma das 20 amostras, utilizando o aparelho de teste. Defina a amostra de teste flexural com o suporte de dois pontos e aplique uma carga no centro da amostra clicando no início do teste no programa de computador que controla o aparelho de teste, com uma pré-carga de 15 N e velocidade de teste de 10 mm/min. O teste pára automaticamente após o registro do resultado. Remova a amostra de teste das ferramentas de suporte e defina uma nova amostra nas ferramentas.
      1. Procedimento de repetição até 20 amostras foram testadas e os resultados do programa foram registrados. O programa de computador calcula os resultados médios do teste.
        NOTA: O protocolo pode ser pausado aqui enquanto as ferramentas de teste serão alteradas para o aparelho de teste.
    2. Realize o teste de resistência à tração e módulo para 20 amostras usinadas (em forma de sino). Defina a amostra de teste de tração entre as ferramentas de teste e conecte grampos pneumáticos, que manterão a amostra nas ferramentas durante o teste. Inicie o teste a partir do painel de controle do computador, com uma pré-carga de 10 N e velocidade de teste de 2 mm/min, e conecte uma ferramenta de medidor de extensão imediatamente após o início do teste.
      NOTA: A ferramenta do medidor de extensão mede o módulo de tração da amostra. Cada teste parou automaticamente após o resultado ser registrado.
      1. Remova a amostra de teste da ferramenta após cada teste e defina uma nova amostra nas ferramentas. Repetir o procedimento para todas as amostras. O programa de computador calcula os valores médios dos resultados.
    3. Realize um teste de força de impacto com um testador de impacto, de acordo com a norma EN ISO 179-119. Ajuste a amostra de 10 mm x 4 mm (largura, espessura) entre o suporte, reinicie a força e solte o martelo de impacto de 5 kpcm.
      NOTA: A amostra de teste de resistência ao impacto se rompe devido ao impacto do martelo e a quantidade de energia absorvida é visível no indicador do testador.
      1. Registo o resultado e repita o para as 20 amostras, após as quais o valor médio da força de impacto é calculado. Os resultados registrados foram na unidade "kpcm", que foi transformada em joule (J), e os resultados foram apresentados como quilojoule por metro quadrado.
        NOTA: O intervalo entre o suporte amostral (distância entre as linhas do contato da amostra) no teste de resistência ao impacto foi de 62 mm ou, alternativamente, 20x de espessura.
  7. Analisar os resultados dos testes mecânicos, que são apresentados na Figura 1, Figura 2 e Figura 3.

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Representative Results

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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).

A Figura 1 apresenta a força flexural do material (uma média de 20 medições) como gráficos de barras, incluindo desvios padrão como uma barra de erro. Os maiores valores de resistência flexural foram alcançados com material contendo um polímero ABS reciclado em uma matriz. A qualidade quase congruente de alta resistência foi alcançada no material em que o polímero pe reciclado foi utilizado em uma matriz. As menores forças flexis foram obtidas com material contendo um polímero PP reciclado em uma matriz. A Figura 1 também apresenta resultados semelhantes para o módulo flexural dos materiais, que foi medido simultaneamente com a propriedade de força. No entanto, embora os polímeros ABS e PE reciclados tenham resultados congruentes como nos testes de força, os resultados do módulo flexural foram diferentes. Os materiais pe reciclados têm um valor de módulo significativamente menor em comparação com o valor do polímero ABS reciclado.

Figure 1
Figura 1: As propriedades flexural dos materiais estudados.
A resistência flexural é apresentada nas barras de cor sólida (vermelho, verde e azul) e o módulo flexural é apresentado usando as mesmas cores em barras preenchidas por padrão. Os desvios padrão são descritos como barras de erro. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A Figura 2 mostra a força de tração e o módulo (uma média de 20 medições) como gráficos de barras, incluindo desvios padrão como uma barra de erro. Os materiais, nos quais foram utilizados ABS e PE reciclados, possuem resultados de resistência à tração quase congruente, mas o desvio padrão foi maior para o material no qual o ABS reciclado foi utilizado. A resistência à tração mais fraca foi alcançada material contendo um polímero PP reciclado em uma matriz. Os resultados do módulo de tração foram congruentes com os resultados do módulo flexural, no qual o melhor módulo foi alcançado com o polímero ABS reciclado.

Figure 2
Figura 2: As propriedades de tração dos materiais estudados.
A resistência à tração é apresentada nas barras de cor sólida (vermelho, verde e azul) e o módulo de tração é apresentado usando as mesmas cores em barras preenchidas por padrão. Os desvios padrão são descritos como barras de erro. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A Figura 3 exibe as propriedades de resistência ao impacto dos materiais (uma média de 20 medições) como gráficos de barras, incluindo desvios padrão como uma barra de erro. Os pontos fortes de impacto dos polímeros ABS e PP reciclados estavam quase no mesmo nível, mas maior força de impacto foi alcançada com o polímero pe reciclado, que teve a melhor propriedade de resistência de impacto neste estudo.

Figure 3
Figura 3: As propriedades de resistência ao impacto dos materiais estudados.
A força de impacto é apresentada nas barras de cor sólida preenchidas e os desvios padrão são descritos como barras de erro. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

O polímero ABS consiste em três monômeros, o que pode aumentar o comportamento favorável dentro do WPC. Por exemplo, o componente acrilonitrilo contribui com força, componentes butadieno contribuem com resistência ao impacto, e componentes de estireno contribuem com rigidez. O WPC baseado em PE é responsável pela maior participação de mercado, por exemplo na América do Norte, e é fácil pregar, parafuso e serrar. No entanto, a PE é fabricada em várias formas poliméricas, como polietileno de alta densidade (HDPE) e polietileno de baixa densidade (LDPE), que possuem características diferentes. O WPC baseado em PP teve as propriedades mais fracas neste estudo, consistente com o fato de que sua participação de mercado é relativamente pequena. Embora tenha várias propriedades superiores em comparação com o polietileno, como ser mais leve e mais forte, também é mais frágil que o polietileno21.

No geral, a reciclagem de compósitos é a via ecologicamente preferível8, e o plástico de resíduos reciclados é uma matéria-prima adequada para compósitos, nos quais o desempenho pode ser melhorado utilizando compatibilizadores22. A razão para propriedades mecânicas variadas pode ser devido à composição dos materiais e, em particular, o agente de acoplamento pode ter um efeito significativo. As propriedades mecânicas dos polímeros reciclados em WPC foram melhoradas com compatibilizadores, mas os efeitos dependem fortemente do agente utilizado e sua quantidade na estrutura, causando uma grande variação entre os agentes utilizados23. Estudo anterior indicou que o maior desempenho do PCP baseado em PP foi alcançado com quantidades de compatibilizadores em três níveis percentuais24, o que é congruente com a quantidade utilizada neste estudo. Assim, o agente de acoplamento utilizado pode ser mais problemático do que o nível de agente. No entanto, é geralmente aceito que o desempenho mecânico dos WPCs é melhorado quando os agentes de acoplamento são usados em condições otimizadas25.

Cada polímero tem características individuais no material, demonstrando que a separação dos polímeros aumenta o valor do WPC com os aditivos corretos. No futuro, novos agentes de acoplamento alternativo ecológico para compósitos de polímeros reciclados poderão ser usados para atender à demanda, como a goma de amido mostrada em um novo estudo de Rocha e Rosa26. Além disso, a reutilização do plástico deve fazer sentido econômico e, portanto, também exigir ações futuras.

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Discussion

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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 importante para o desempenho do WPC. Neste estudo, em particular, onde foram utilizadas matérias-primas recicladas, muita atenção foi colocada nas matérias-primas. Este estudo utilizou materiais provenientes da CDW que podem variar entre canteiros de obras, e essa variabilidade é um fator crítico na comparação de diferentes estudos. Portanto, o material deve ser estudado de acordo com os testes padronizados que garantem a qualidade uniforme do produto.

Em um teste flexural, o material WPC experimenta estresse compressivo no lado do suporte de carga e, correspondentemente, estresse de tração na extremidade oposta. O método de teste baseia-se no padrão de painéis à base de madeira (EN 310), ilustrando as propriedades flexural de um perfil extrudado no uso real. O teste flexural causará compressão (na superfície superior) e tensão (na parte inferior) para o material, por isso é importante que o perfil extrudado (oco) seja simétrico. Outro teste para propriedade flexural (por exemplo, o padrão EN ISO 17827), onde as dimensões da amostra eram menores, não renderá o valor real para o perfil de extrusão utilizado, mas analisará a propriedade do material sem o efeito de um perfil oco. É importante usar uma distância padronizada entre os intervalos de suporte, pois isso tem influência nos resultados. A força flexural depende linearmente do período de suporte, no qual um aumento do tempo de suporte leva a uma diminuição proporcional da carga28.

Geralmente, o módulo de tração aumenta com o crescente teor de polímero PP dentro da fibra de madeira25. Portanto, podemos supor que a composição de materiais, incluindo aditivos como um agente de acoplamento, não foram ideais para este material. A maior variação entre as espessuras das amostras de teste de tração foi de 0,94 mm; esta variação indica que a fixação das amostras é um passo crítico. A máquina de teste incluiu fixadores pneumáticos que causam força supérflua com as várias espessuras das amostras. Portanto, a medição da força deve ser reiniciada no início do teste de tração, a fim de que os fixadores pneumáticos não distorçam os resultados. Alternativamente, essa solução de problemas poderia ser eliminada com a fabricação de amostras homogêneas durante a fase de amostragem.

O teste de resistência ao impacto ilustra uma característica mecânica diferente do material porque mede uma tensão momentânea, enquanto a maioria dos outros testes mede a tensão a longo prazo do material. O aumento do teor de fibra de madeira diminuiu a força de impacto25. As dimensões das amostras devem ser medidas em todos os testes, podendo haver variações entre pesquisadores no uso de dispositivos de medição (por exemplo, força de compressão no uso de uma pinça ou micrômetro). Por isso, é importante que a mesma pessoa mesia as dimensões das amostras em cada teste, excluindo assim erros humanos nas medições. Outra opção como técnica de modificação é usar um dispositivo que inclua um momento para compressão. Além disso, a atmosfera de teste pode ter influência nas propriedades estudadas. Neste estudo, todos os testes estudados foram realizados sob as mesmas condições, de modo que o efeito da atmosfera foi semelhante, e teve efeito coincidente para cada teste. Como uma aplicação futura, os testes poderiam ser realizados em uma sala onde a atmosfera está definida para ser estável.

Como o WPC consiste em pelo menos dois materiais, como madeira e polímero, pode complicar a seleção de um padrão. Por exemplo, pode haver padrões adequados para materiais de madeira, bem como para materiais de polímero, que causarão limitações na seleção de um padrão adequado para estudo. A organização padrão publicou normas (EN 15534-1:2014+A1:2017) em que foram caracterizados métodos de teste para compósitos feitos a partir de materiais à base de celulose e termoplásticos. A norma permite que pesquisadores que seguem o Padrão Europeu atuem de forma universal em seus estudos. Uma complicação pode surgir se uma parcela significativa dos pesquisadores seguir outro padrão (por exemplo, ASTM International), que causará problemas nas comparações de resultados. Um desenvolvimento futuro pode ser uma única organização padrão cujos padrões seriam válidos globalmente.

As normas dos WPCs incluem instruções detalhadas para a medição das propriedades, mas a interpretação delas pode variar entre os pesquisadores. O benchmarking entre organizações de pesquisa pode unificar métodos de operação, mas pode não ser permitido porque as organizações de pesquisa são muitas vezes instituições restritas que lidam com informações confidenciais. Portanto, esse tipo de trabalho visualmente descrito garante que as práticas de teste sejam universais para um número maior de pessoas, restringindo assim as possibilidades de mal-entendidos.

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Disclosures

O circwaste-project recebe apoio financeiro da UE para a produção de seu material. As opiniões refletidas no conteúdo são inteiramente do próprio projeto e a comissão da UE não é responsável por qualquer uso deles.

Acknowledgments

Os autores reconhecem o apoio da plataforma de pesquisa LUT RESOURCE (Resource efficient production processes and value chains) coordenada pela LUT University e pelo Life IP on waste — Towards a Circular Economy in Finland (LIFE-IP CIRCWASTE-FINLAND) (LIFE 15 IPE FI 004). O financiamento para o projeto foi recebido do programa UE Life Integrated, empresas e cidades.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. The World Bank. What a Waste 2.0: A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050. International Bank for Reconstruction and Development/The World Bank. Washington, DC. (2018).
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O efeito das frações plásticas de resíduos de construção e demolição em propriedades compostas de polímeros de madeira
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Lahtela, V., Hyvärinen, M., Kärki, T. The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties. J. Vis. Exp. (160), e61064, doi:10.3791/61064 (2020).More

Lahtela, V., Hyvärinen, M., Kärki, T. The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties. J. Vis. Exp. (160), e61064, doi:10.3791/61064 (2020).

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