RESÍDUOS SÓLIDOS INDUSTRIAIS E SEU POTENCIAL PARA A PRODUÇÃO DE COMPÓSITOS – UMA REVISÃO DE LITERATURA
Julia Santos Venzon1, Juliane Andressa Chicatto2, Atilano Antônio Vegini3, Lorena Benathar Ballod Tavares4*
1Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Centro de Ciências Tecnológicas. Universidade Regional de Blumenau/FURB (jsantos2@al.furb.br)
2Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Centro de Ciências Tecnológicas. Universidade Regional de Blumenau/FURB (julianechi@correo.ugr.es)
3Departamento de Engenharia Química. Centro de Ciências Tecnológicas. Universidade Regional de Blumenau/FURB (avegini@furb.br)
4Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Centro de Ciências Tecnológicas Universidade Regional de Blumenau/FURB. Autor para correspondência*: lorena@furb.br.
RESUMO: A consciência acerca dos problemas ambientais tem gerado interesse na pesquisa de novos materiais que estejam alinhados com os princípios da sustentabilidade. Neste artigo, teve-se por objetivo fazer uma revisão de literatura sobre resíduos sólidos industriais e os benefícios ambientais e econômicos associados com a produção de compósitos, empregando materiais da reciclagem industrial como os resíduos de papel cartão SBS, o politereftalato de etileno (PET) e o polietileno de baixa densidade (PEBD). Os compósitos, além de proporcionarem uma atividade lucrativa, são amplamente difundidos como produtos que reduzem danos ambientais, colaborando para a solução de um dos maiores problemas urbanos da atualidade que é o acúmulo de resíduos sólidos industriais. Para este artigo foi realizada uma pesquisa de natureza qualitativa, complementada pelo método exploratório, no qual a coleta de dados deu-se por meio de levantamentos bibliográficos.
Palavras-chave: Sustentabilidade, resíduos sólidos, papel cartão SBS, polietileno de baixa densidade, politereftalato de etileno.
ABSTRACT: Awareness of environmental problems has generated interest in researching new materials that are aligned with the principles of sustainability. The aim of this article was to review the literature about industrial solid waste and the environmental and economic benefits associated with the production of composites, using industrial recycling materials such as SBS paperboard, polyethylene terephthalate (PET) and low density polyethylene (LDPE). The composites, besides providing a profitable activity, are widely disseminated as products that reduce environmental damage, helping to solve one of the biggest urban problems of the present time that is the accumulation of solid industrial waste. In this article, a qualitative research was carried out, complemented by the exploratory method, in which the data collection took place through a bibliographic survey of literature.
Keywords: Sustainability, solid waste, SBS paperboard, low density polyethylene, polyethylene terephthalate.
A crescente geração de resíduos sólidos, seja de origem agrícola, industrial ou urbana, consiste em um dos maiores problemas ambientais da atualidade. Essa situação está associada ao crescimento populacional, ao adensamento das áreas urbanas e também ao consumismo (ALAM; AHMADE, 2013), o que provoca alterações no setor produtivo fazendo com que as indústrias produzam cada vez mais, tendo como consequência o aumento na geração de resíduos (SILVA et al., 2017; TADEU; BREYER; SOARES, 2016; EFING; PAIVA, 2016; FERREIRA et al., 2016). Os padrões de consumo são norteados por fatores como a renda, a demanda, a urbanização e a globalização (MORATOYA et al., 2013; EFING; PAIVA, 2016). No entanto, a geração de resíduos sólidos não está relacionada apenas com o nível de riqueza refletido na capacidade econômica para consumir, mas também com os valores e hábitos do grupo social (GODECKE; NAIME; FIGUEIREDO, 2012).
A vida contemporânea, juntamente com as novas tecnologias, tem proporcionado a expansão do consumo de produtos industrializados, os quais, em sua maioria, são comercializados em embalagens de especificação primária, secundária e terciária, resultando no aumento da produção dessas e, consequentemente, na geração de resíduos sólidos (LANDIM et al., 2016). Entre os diversos materiais de embalagens existentes, destacam-se os de origem celulósica, os quais apresentam em média, no Brasil, o consumo anual de 4 milhões de toneladas e taxa de reciclagem de 66,5 %, conforme dados do Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada – IPEA (IPEA, 2012). Entretanto, as embalagens com celulose são largamente utilizadas em combinações com outras matérias-primas, tornando-se difícil a reciclagem por meio dos métodos tradicionais. Um exemplo disso são as embalagens termoformadas compostas por papel cartão Solid Bleached Sulfate (SBS) revestido com politereftalato de etileno (PET), cuja aplicação no segmento alimentício para a conservação de pratos congelados é significativa (SANEJA et al., 2017). Dependendo da escala produtiva, uma indústria produtora desse padrão de embalagem é capaz de gerar por mês cerca de 40 toneladas de resíduo desse material, os quais são destinados a aterros (FERRI, 2015). Tratando-se de embalagens produzidas com transformados plásticos, atualmente a produção mundial anual dessas resinas é de aproximadamente 260 milhões de toneladas (ABIPLAST, 2015). Em nível nacional esse valor corresponde a 6,3 milhões de toneladas, de modo que o setor de alimentos e bebidas consome em torno de 19 % de toda a resina termoplástica produzida no país, ficando atrás apenas do setor de construção civil, cuja média é de 25,7 % (ABIPLAST, 2015). O descarte de embalagens provenientes desse tipo de material, dando destaque àquelas formadas por polietileno de baixa densidade (PEBD) gera passivos ambientais em consequência da baixa reciclabilidade devido à presença de contaminantes como tintas, vernizes e resíduos remanescentes na embalagem pós-consumo (SILVA; NETO, 2016). Porém, em razão da consciência ambiental crescente da sociedade e as permanentes discussões acerca da sustentabilidade (HAMID et al., 2017), as empresas estão buscando considerar como parte integrante de sua estratégia de negócios, a inclusão de metas empresariais compatíveis com o desenvolvimento sustentável (PINSKY; DIAS; KRUGLIANKAS, 2013; CALAZANS; SILVA, 2016). Nessas circunstâncias, os empresários são condicionados a optar por procedimentos que mostrem posições de comprometimento para com a sociedade e a natureza (LINDER; BJÖRKDAHL; LJUNGBERG, 2014; LANDIM et al., 2016; CALAZANS; SILVA, 2016). E, em decorrência dos sérios danos causados ao ambiente pelo uso incomensurável dos recursos naturais e pelo descarte inadequado das sobras de materiais das linhas de produção, o setor produtivo tem empregado materiais provenientes de recursos sustentáveis, estimulando o interesse para a produção de compósitos (DUC et al., 2014; CALEGARI; OLIVEIRA, 2016; HE; MENG; WANG, 2016).
Os compósitos podem ser constituídos por materiais sintéticos e naturais. Atualmente, os materiais de fontes renováveis e os materiais reciclados provenientes de processos industriais estão sendo bastante utilizados no desenvolvimento de compósitos (CALEGARI; OLIVEIRA, 2016). Nas últimas décadas, o interesse na investigação de polímeros e compósitos de fonte renovável tem crescido como resultado da preocupação ambiental e do esgotamento dos recursos fósseis, como pode ser comprovado pelo crescimento exponencial de patentes e publicações sobre esses materiais (VILAPLANA; STRÖMBERG; KARLSSON, 2010; LIGOWSKI; SANTOS; FUJIWARA, 2015; LORANDI; CIOFFI; ORNAGHI JR., 2016). Frente a isto, a reciclagem, cujo processo visa a transformação da matéria em novos produtos para o subsequente uso, torna-se uma proposta ambientalmente adequada e favorável ao desenvolvimento sustentável (IBGE, 2012; SANTOS; TEIXEIRA; KNIESS, 2014; VALIM et al., 2015; SANTOS et al., 2015).
Diante do exposto, este trabalho tem por objetivo apresentar uma revisão que mostre os benefícios ambientais e econômicos associados à produção de compósitos empregando materiais da reciclagem industrial. A abordagem do texto foi focada na análise de materiais como o papel cartão SBS, o PET e o PEBD, que em decorrência de processos da indústria são descartados no ambiente na forma de resíduos sólidos. Quanto à metodologia, este trabalho consiste em uma pesquisa de natureza qualitativa, a qual é complementada pelo método exploratório, ocorrendo a coleta de dados por meio de levantamentos bibliográficos. Desta forma, fez-se uso de periódicos e livros voltados ao tema, além de informações publicadas por diversas instituições relacionadas à reciclagem de materiais plásticos.
Um dos grandes desafios contemporâneos que se vem enfrentando, consiste na busca de soluções adequadas à excessiva geração de resíduos sólidos (COSTA; MASSARAD; AGARWAL, 2010; PEREIRA; CURI, 2013; EFING; PAIVA, 2016). A preocupação mundial frente a esta situação é crescente diante do aumento da produção, do gerenciamento inadequado dos resíduos e da falta de áreas para disposição final destes (JACOBI; BESEN, 2011; LANER et al., 2012). O problema em questão, também está associado com a exploração excessiva dos recursos naturais sem a devida precaução em relação aos impactos ambientais negativos gerados (TADEU; BREYER; SOARES, 2016; FERREIRA et al., 2016). Além disso, a influência da mídia e do marketing sobre o consumidor faz com que este almeje cada vez mais produtos novos, descartando os anteriores e, consequentemente, aumentando a produção de resíduos (FERREIRA et al., 2016; EFING; PAIVA, 2016). A compreensão da relação entre o sistema de produção capitalista, as práticas da vida moderna e a subsistência dos problemas ambientais, leva a constatação de que a sociedade precisa de uma transformação no seu modo de pensar e agir quanto à natureza e seus recursos (PEREIRA, 2016), em que ações orientadas pela ética e preservação do ambiente devam prevalecer (SCHULER et al., 2017). Nessas circunstâncias, ressalta-se a concepção de desenvolvimento sustentável, a qual contempla a conciliação entre os meios social, ambiental e econômico (KENIG-WITKOWSKA, 2017), de modo que o atendimento às necessidades da atual geração, não comprometam a capacidade de suprir as necessidades das gerações futuras (BARBIERI et al., 2010).
O pensamento sustentável torna-se essencial para a formação de uma nova mentalidade social, visando a conscientização da população quanto as suas responsabilidades para com o desenvolvimento do planeta (PEREIRA, 2016). Dentro das organizações é fundamental que os dirigentes reconheçam a gestão ambiental como um fator de progresso. Afinal, a inovação relacionada à questão ambiental é capaz de gerar novas tecnologias que possam melhorar o desempenho dos processos industriais, como também dos produtos (CALAZANS; SILVA, 2016). Além disso, as inovações sustentáveis estão disponíveis a exploração de novos mercados, incentivando as empresas a melhorarem seu posicionamento, tornando um diferencial na competitividade do negócio (BARBIERI et al., 2010; SEEBODE; JEANRENAUD; BESSANT, 2012; GAVRONSKI et al., 2012; NIDUMOLU; PRAHALAD; RANGASWAMI, 2013).
No contexto da sustentabilidade, é recente a compreensão da extensão dos impactos gerados em consequência do desperdício (EFING; PAIVA, 2016; SILVA; FUGII; SANTOYO, 2017). Com o aumento da consciência ambiental, a eliminação de resíduos ganha força como um dos pilares da competitividade empresarial, devendo esta ação ser uma autoiniciativa da empresa, independente de incentivos e regulamentações governamentais (GAVRONSKI et al., 2012; BAUTISTA-LAZO; SHORT, 2013; FIGUEREDO et al., 2013). Uma das formas que as empresas estão buscando para reduzir o consumo de recursos naturais e minimizar o descarte de resíduos na natureza é a reintegração desses em seus processos produtivos originais, o que acarreta na redução de passivos ambientais e abre caminhos para o desenvolvimento sustentável (SANTOS; TEIXEIRA; KNIESS, 2014; CALAZANS; SILVA, 2016).
De acordo com a NBR 10.004 (ABNT, 2004, p. 1), os resíduos sólidos são definidos como “[...] resíduos nos estados sólidos ou semissólidos, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição”. Conforme a norma citada, os resíduos sólidos são divididos em dois grupos: resíduos classe I – perigosos e resíduos classe II – não perigosos, este último subdividido em resíduos classe II A – não inertes e resíduos classe II B – inertes. Essa classificação é baseada na caracterização do resíduo em função da identificação de seus constituintes e atividades ou processos que lhes deram origem, envolvendo também o potencial de risco ao ambiente e à saúde pública.
Os resíduos sólidos de processos industriais, atualmente, ganham importante destaque devido ao crescente volume gerado (HODGE; OCHSENDORF; FERNÁNDEZ, 2010; SANTOS; TEIXEIRA; KNIESS, 2014). Nas grandes metrópoles brasileiras estão concentradas aproximadamente 160 mil indústrias de transformação, as quais geram anualmente cerca de 98 milhões de toneladas de resíduos sólidos industriais, sendo que desse total 96 % correspondem a resíduos não perigosos e 4 % a resíduos perigosos (IPEA, 2012). No Brasil, dados atualizados referentes a geração de resíduos sólidos industriais ainda são escassos, o que deixa o poder público em condições limitadas para as tomadas de decisão por medidas que favoreçam a sustentabilidade. Com intuito de reduzir o impacto negativo que estes ocasionam, empresas estão atribuindo como meta, a busca pela fabricação de “produtos verdes” e práticas comerciais sustentáveis, o que inclui a substituição de materiais não-biodegradáveis por biodegradáveis, a reciclagem de produtos e a redução nas cadeias de suprimento, consumo de energia e emissões atmosféricas (HODGE; OCHSENDORF; FERNÁNDEZ, 2010; CALAZANS; SILVA, 2016; BRAGA JR.; MERLO; SILVA, 2016). Mas, apesar dos resíduos sólidos industriais apresentarem forte potencialidade e viabilidade de aplicação como fontes alternativas de matérias-primas, tendo despertado o interesse em linhas de pesquisa na área de engenharia para a produção de novos materiais, a implantação de práticas que envolvem a reciclagem ou reuso desses resíduos é realizada de maneira mais intensa nas empresas quando associada com o aumento de lucros (CARVALHO et al., 2015; HODGE; OCHSENDORF; FERNÁNDEZ, 2010; HEPPER; HANSEN; SANTOS, 2016). Além disso, a diversidade dos resíduos sólidos industriais requer cada vez mais o desenvolvimento de tratamentos específicos, o que implica na instauração da gestão de resíduos sólidos dentro das organizações (ALTOÉ; VOESE, 2014). Contudo, antes de ser uma prática que visa à preservação do ambiente, a implantação da gestão de resíduos sólidos nas indústrias está associada com a posição da sociedade frente às questões ambientais, incluindo também o cumprimento das leis, a imagem da empresa em relação a opinião pública, a redução do consumo de matéria-prima, água e energia e a variável ambiental na composição do custo (ALTOÉ; VOESE, 2014; COSTA; MASSARAD; AGARWAL, 2010; GUERRERO; MAAS; HOGLAND, 2013).
O gerenciamento dos resíduos sólidos industriais contempla as etapas de geração, coleta, armazenamento, transporte e a destinação final, incluindo a redução da produção nas fontes geradoras, o reaproveitamento, a reciclagem e a recuperação de energia (BRASIL, 2010a). Com origens diferenciadas e composições diversas, os resíduos sólidos são gerenciados por meio de legislações específicas e implicam em sistemas diferenciados de tratamento (ALTOÉ; VOESE, 2014).
No Brasil, a Lei Federal nº 12.305, de 02 de agosto de 2010 (BRASIL, 2010a) institui a Política Nacional dos Resíduos Sólidos, a qual estabelece um conjunto de princípios e ações adotados pelo governo federal, visando a gestão integrada e o gerenciamento ambiental apropriado desses resíduos. As pessoas físicas ou jurídicas que desenvolvem atividades que resultam em geração de resíduos, como também todas aquelas que apresentam responsabilidade direta ou indireta pela geração de resíduos sólidos, estão submetidas ao cumprimento da referida lei. Os geradores de resíduos sólidos referentes a serviços públicos, de saúde, saneamento básico, industriais e construção civil, estão sujeitos à elaboração do plano de gerenciamento, incluindo os estabelecimentos comerciais e de prestação de serviços cujos resíduos gerados não são equiparados aos resíduos domiciliares. Este plano traz como requisitos mínimos a descrição da atividade, o diagnóstico dos resíduos sólidos gerados ou administrados (origem, volume e caracterização), as ações relacionadas à responsabilidade compartilhada pelo ciclo de vida dos produtos, entre outras medidas saneadoras para os passivos ambientais pertinentes (BRASIL, 2010a).
Dentre os instrumentos da Política Nacional de Resíduos Sólidos relacionados à implantação da responsabilidade compartilhada pelo ciclo de vida dos produtos, destaca-se a logística reversa, a qual é definida segundo a Lei nº 12.305/10 em seu artigo 3º, inciso XII, como [...] instrumento de desenvolvimento econômico e social caracterizado por um conjunto de ações, procedimentos e meios destinados a viabilizar a coleta e a restituição dos resíduos sólidos ao setor empresarial, para reaproveitamento, em seu ciclo ou em outros ciclos produtivos, ou outra destinação final ambientalmente adequada (BRASIL, 2010a). O Decreto nº 7.404, de 23 de dezembro de 2010 (BRASIL, 2010b), além de regulamentar a Lei nº 12.305/10, institui o Comitê Orientador para a Implantação dos Sistemas de Logística Reversa, o qual deve ser composto por membros do Ministério do Meio Ambiente, Ministério da Saúde, Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior, Ministério da Fazenda, Ministério de Agricultura, Pecuária e Abastecimento, como também outros ministérios de órgãos e instituições de administração pública, além de entidades representativas de setores da sociedade civil diretamente impactados pela logística reversa. Esse comitê tem por competência estabelecer orientações estratégicas para a implantação de sistemas de logística reversa de acordo com o que é instituído pela Política Nacional de Resíduos Sólidos. Cabe também ao comitê divulgar e avaliar a concepção de acordos setoriais entre o governo e o meio privado, que envolve fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes, para a implantação da responsabilidade compartilhada (BRASIL, 2010b). Diante desse contexto, menciona-se o Acordo Setorial para Implantação do Sistema de Logística Reversa de Embalagens em Geral, firmado em 25 de novembro de 2015, o qual tem por objetivo atribuir aos fabricantes, importadores, comerciantes, distribuidores de embalagens e de produtos comercializados nestas, a responsabilidade de recolhimento e destinação final adequada das embalagens lançadas no mercado (MMA, 2015).
A percepção de que os recursos naturais são finitos faz com que o setor produtivo comece a dispor de uma análise crítica referente aos impactos ambientais negativos decorrentes de seus processos industriais (GAVRONSKI et al., 2012; FIGUEREDO et al., 2013). As organizações têm como objetivo atender as expectativas do mercado, satisfazendo as necessidades de seus clientes, visando o alcance do lucro (NIDUMOLU; PRAHALAD; RANGASWAMI, 2013; CALAZANS; SILVA, 2016). Assim, o estabelecimento de práticas sustentáveis dentro das empresas é bem visto quando se entende que isto pode acarretar em lucros para a organização em médio ou longo prazo (GAVRONSKI et al., 2012; BAUTISTA-LAZO; SHORT, 2013; HEPPER; HANSEN; SANTOS, 2016).
No Brasil, as legislações ambientais são de caráter regulatório, as quais envolvem restrições gerencias e quantitativas, como por exemplo: o controle de processos e do uso de recursos naturais, a proibição de produtos e a restrição de atividades específicas. Tais legislações também envolvem instrumentos econômicos como taxas, tarifas e subsídios (JACOBI; BESEN, 2011; NASCIMENTO et al., 2013; MANNARINO; FERREIRA; GANDOLLA, 2016). Deste modo, a eficácia do funcionamento do sistema de gestão de resíduos sólidos nas empresas se vincula as questões legais impostas pelo governo (COSTA; MASSARAD; AGARWAL, 2010; GUERRERO; MAAS; HOGLAND, 2013).
Ações relacionadas as políticas públicas também influenciam no controle e no tratamento dos resíduos sólidos. Dentre essas ações pode ser citado o redirecionamento de recursos por meio da redução ou isenção de impostos (COSTA; MASSARAD; AGARWAL, 2010; JACOBI; BESEN, 2011; SILVA; FUGII; SANTOYO, 2017). Incentivos como esse estimulam as empresas a inovar, aumentando sua competitividade no mercado (SIERZCHULA et al., 2012; CALAZANS; SILVA, 2016). Além disso, esses benefícios são importantes para que as empresas capturem parte significativa dos valores investidos e se apropriem do valor ambiental criado (LINDER; BJÖRKDAHL; LJUNGBERG, 2014). No Brasil, várias estratégias desenvolvidas pelas administrações públicas propiciam a prática de ações sustentáveis pelas empresas (FIGUEIREDO, 2012). Agências de fomento do governo federal, tais como o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES, e a Fundação Nacional de Saúde – FUNASA, abrem linhas de crédito a entidades de catadores e municipalidades que desenvolvem programas de coleta seletiva para a compra de máquinas e equipamentos, de forma a preparar os materiais que serão destinados às indústrias recicladoras. Em consequência, atualmente a reciclagem vem a ser a principal alternativa de manejo dos resíduos sólidos gerados no país (FIGUEIREDO, 2012; TEODÓSIO; DIAS; SANTOS, 2016).
Dados do instituto de Compromisso Empresarial para Reciclagem - CEMPRE apontam que a geração de resíduos sólidos urbanos no Brasil no ano de 2012 correspondeu a 198,8 mil toneladas por dia. Desse total, 31,9 % correspondeu a fração seca reciclável, a qual é composta por 13,5 % plástico, 13,1 % papel e papelão, 2,9 % metais e 2,4 % vidro (CEMPRE, 2013). É previsto que tais valores apresentem significativas alterações devido ao estabelecimento do Acordo Setorial para Implantação do Sistema de Logística Reversa de Embalagens em Geral, firmado em 25 de novembro de 2015. O plano de metas do Ministério do Meio Ambiente frente a este acordo prevê que, com a implantação desse sistema, a redução dos resíduos recicláveis secos dispostos em aterros passe de 22 %, como foi no ano de 2015, para 45 % em 2031 (CEMPRE, 2015).
Estudo desenvolvido pelo Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (IPEA, 2010) estimou os lucros gerados pela atividade de reciclagem de resíduos sólidos urbanos em quesitos de benefícios econômicos e ambientais, por meio da redução de custos com insumos, diminuição dos gastos com energia e emissão de gases que causam o efeito estufa (Tabela 1).
TABELA 1 - Benefícios líquidos associados à atividade de reciclagem
FONTE: Adaptado de IPEA (2010).
Ainda de acordo com dados referentes a esse estudo do IPEA, estima-se que os benefícios econômicos e ambientais gerados por meio da reciclagem de resíduos sólidos urbanos, geram lucros econômicos na faixa de 1,4 a 3,3 bilhões de reais por ano. Contudo, esse valor poderia chegar a 8 bilhões de reais anualmente, se todo o resíduo reciclável que atualmente é disposto em aterros e lixões fosse encaminhado para a reciclagem. Tais valores foram baseados na quantidade total de sucata reciclada pela indústria e no que é destinado a estas pela coleta seletiva, associando com o benefício líquido gerado pela produção por meio da reciclagem (Tabela 2).
TABELA 2 - Benefícios líquidos gerados atualmente associados a produção por meio do processo de reciclagem
*Os valores foram estipulados a partir da soma dos valores do benefício total líquido associado ao processo produtivo de cada material com o valor estipulado para disposição final em aterro sanitário (R$ 23,00 por tonelada), subtraindo o valor para coleta seletiva (R$ 136,00 por tonelada).
FONTE: IPEA (2010).
Além de ser uma atividade lucrativa, a adição de resíduos sólidos recicláveis nos processos industriais é amplamente difundida como uma ação positiva ao meio ambiente, pois permite o (re)aproveitamento de parte dos resíduos sólidos, colaborando para a solução de um dos maiores problemas urbanos atuais (HAMID et al., 2017). Além disso, a reciclagem promove a preservação dos recursos naturais que seriam gastos na fabricação de novos produtos (CALAZANS; SILVA, 2016). Entretanto, vale salientar que nem todos os resíduos despertam a atenção das empresas recicladoras, as quais se voltam principalmente para aqueles materiais que garantem a lucratividade do negócio (CARVALHO et al., 2015; HEPPER; HANSEN; SANTOS, 2016).
Define-se como material compósito uma substância constituída por dois ou mais materiais, insolúveis entre si, os quais são combinados para formar um elemento de engenharia útil que apresenta propriedades distintas em relação aos seus componentes puros, segundo a norma ASTM D3878 (ASTM, 2015). Os materiais compósitos são elementos indispensáveis na área de desenvolvimento de novas tecnologias, atuando como componentes de base para a indústria moderna (YANG et al., 2012; LIGOWSKI; SANTOS; FUJIWARA, 2015; HE; MENG; WANG, 2016; LORANDI; CIOFFI; ORNAGHI JR., 2016). Quando comparados aos materiais convencionais, os compósitos apresentam desempenho superior em quesitos como designer, resistência específica, módulo de elasticidade e resistência a fadiga, além da desejada integração estrutural e funcional. Em nível mundial, suas maiores aplicações encontram-se nos setores de equipamentos industriais e transportes, correspondendo a 26 % e 24 %, respectivamente (HE; MENG; WANG, 2016).
No geral, os materiais compósitos mais utilizados nos diversos tipos de aplicações da engenharia são provenientes de matriz polimérica, metálica e cerâmica (YANG et al., 2012). As fases constituintes desses materiais, tanto a matriz (fase contínua) quanto o reforço (fase dispersa), são responsáveis pelas suas características e desempenho mecânico. Assim, a escolha dos componentes deve estar relacionada com as propriedades e aplicações desejáveis para cada compósito (HULL; CLYNE, 1996). Essa performance depende, também, das quantidades relativas dos elementos integrantes e da geometria da fase dispersa, incluindo fatores como concentração, dimensão, forma, distribuição e orientação do reforço (VENTURA, 2009). Entre as maneiras de se classificar os materiais compósitos, destaca-se a classificação segundo sua fase dispersa, ou também conhecida como reforço, a qual corresponde a três categorias: particulados, fibras descontínuas e fibras contínuas (Figura 1). Quando particulados, os reforços podem apresentar várias formas, tais como quadradas, triangulares e redondas, sendo que o diâmetro dessas partículas e o espaço entre elas influenciam no comportamento do compósito (VENTURA, 2009). Já os reforços fibrosos compreendem uma classe de grande importância, afinal acentuam as características de resistência e rigidez das fases constituintes (VILAPLANA; STRÖMBERG; KARLSSON, 2010). Geralmente formadas por material de baixa densidade, as fibras garantem melhor combinação das propriedades dos compósitos quando estas são do tipo contínua e sua distribuição é realizada de modo uniforme (LORANDI; CIOFFI; ORNAGHI JR., 2016).
Figura 1 - Classificação dos materiais compósitos segundo a fase dispersa
FONTE: Adaptado de Ventura (2009).
Geralmente, os constituintes da fase dispersa dos compósitos proporcionam, além de força e rigidez, o aumento da resistência ao calor, corrosão e condutividade (VENTURA, 2009; LORANDI; CIOFFI; ORNAGHI JR., 2016). O reforço pode ser utilizado para proporcionar todas ou apenas uma das características citadas, dependendo dos requisitos exigidos pelo material em desenvolvimento (VILAPLANA; STRÖMBERG; KARLSSON, 2010; CALEGARI; OLIVEIRA, 2016). A seguir são apresentados alguns resíduos industriais e estudos que envolvem seu posterior (re)aproveitamento, focando na formulação de materiais compósitos para a constituição de matérias com novas propriedades para a engenharia.
O papel cartão SBS (Solid Bleached Sulfate) consiste em uma categoria de papel que contém no mínimo 80 % de polpa de celulose virgem e branqueada. Quando revestido com resinas, esse material amplia sua aplicação industrial, principalmente no setor de embalagens para alimentos e bebidas (PACKAGING DIGEST, 2016). Por ser constituído de fibras celulósicas curtas e longas, o papel cartão SBS apresenta boa flexão, sendo facilmente maleável. A combinação deste material com o PET (Figura 2) é muito aplicada na fabricação de bandejas termoformadas que tem como função armazenar alimentos semiprontos. Essas embalagens podem ser submetidas a temperaturas que variam entre 40ºC negativos a 220ºC, o que permite tanto o congelamento do alimento quanto o seu preparo em fornos convencionais (ITO, 2009).
Figura 2 - Composição do papel cartão SBS revestido com politereftalato de etileno (PET)
FONTE: Adaptado de Ferri (2015).
Mesmo não sendo uma das fontes mais usuais de materiais para embalagens no mundo, a produção de papel cartão para acondicionamento teve um crescimento significativo com o passar dos anos. No Brasil, este mercado tem apresentado crescimento anual de 5 %, passando a corresponder em torno de 3,5 % no âmbito global (INSTITUTO DE EMBALAGENS, 2016). Esse fato intensifica as dificuldades de manuseio dos resíduos sólidos, afinal parte da produção das embalagens em questão envolve formulações de revestimento com polímeros, agravando o problema (SRIDACH; HODGSON; NAZHAD, 2006; YANG et al., 2012).
O PET consiste em um termoplástico da família dos poliésteres, o qual pode ser obtido por meio de uma reação orgânica de polimerização por condensação entre o ácido tereftálico (TPA) ou dimetil tereftalato (DMT) juntamente com o etileno glicol (Figura 3) (WIEBECK; HARADA, 2005). Este polímero possui inúmeras aplicações devido a sua excelente combinação de rigidez e tenacidade, além de apresentar alta resistência à temperatura e orientação molecular que permite o encontro deste material no seu estado amorfo, cristalino e opaco (WIEBECK; HARADA, 2005; ABIPET, 2012).
Figura 3 - Sínteses de obtenção do politereftalato de etileno (PET)
FONTE: Adaptado de Romão, Spinacé e Paoli (2009).
Nas reações de síntese de obtenção do PET, além das etapas de pré-polimerização e policondensação, a fabricação do PET pode compreender também o processo de polimerização no estado sólido, produzindo um polímero de elevada massa molar. Entretanto, a escolha das etapas citadas irá depender da aplicação final dessa resina (ROMÃO; SPINACÉ; PAOLI, 2009). As características do PET estão diretamente relacionadas com a sua morfologia, que depende das condições de processamento da resina e envolve o arranjo, o formato, o tamanho e o efeito do cristal no polímero sólido (ABIPET, 2012). A grande variedade de aplicações desse material deve-se a sua excelente combinação de propriedades mecânicas, térmicas e químicas, em especial a sua barreira contra gases e odores, que chega a ser de 10 a 20 vezes mais eficiente que nos plásticos commodities (SANTOS et al., 2015).
O politereftalato de etileno tem sido amplamente empregado na indústria de embalagens para alimentos e bebidas (WU et al., 2014). No Brasil, o uso do PET neste setor corresponde a 71%, ganhando destaque para o acondicionamento de bebidas carbonatadas. Este fato ocorre devido a esse polímero apresentar características amplamente desejáveis como leveza, resistência e transparência (VANINI et al., 2013). No entanto, as embalagens formadas por PET apresentam uma vida útil muito curta, transformando-se rapidamente em resíduos sólidos, ocupando um grande volume dos aterros sanitários (FERREIRA; FONSECA; SARON, 2011). Em consequência disto, como também pela elevada resistência a agentes atmosféricos e biológicos, o PET vem a ser um material nocivo ao ambiente (REIS; CARNEIRO, 2012).
O PEBD consiste em um termoplástico parcialmente cristalino com cadeias ramificadas, formado por meio da polimerização aleatória do etileno, a pressões entre 1000 e 3000 atmosferas e temperaturas de 100 a 300 ºC (Figura 4) (COUTINHO; MELLO; SANTA MARIA, 2003). Suas ramificações podem ser tão longas quanto à cadeia principal, o que interfere sobre a viscosidade do polímero, como também no grau de cristalização e temperaturas de transição (COUTINHO; MELLO; SANTA MARIA, 2003; PISTOR; CHIESA; ZATTERA, 2010). O PEBD é uma das resinas termoplásticas mais consumidas no Brasil (SILVA; NETO, 2016) e apresenta destaque em comparação com os demais polietilenos industriais, principalmente por suas propriedades reológicas. Além disso, suas numerosas ramificações podem conferir características desejáveis de processamento, pois influenciam na redução da cristalinidade, quando comparado ao polietileno de alta densidade, resultando em um artigo flexível com baixo ponto de fusão (PISTOR; CHIESA; ZATTERA, 2010). O bom isolamento elétrico, a resistência química, a flexibilidade, a elevada tenacidade e a baixa permeabilidade ao vapor de água são algumas das propriedades do PEBD. Por ser um material de baixo custo e com boa processabilidade, esse termoplástico é muito aplicado no setor de embalagens, portanto, apresenta resistência à biodegradabilidade (SUNILKUMAR et al., 2012).
Figura 4 - Síntese de obtenção do polietileno de baixa densidade (PEBD)
FONTE: Os autores.
Estudos sobre a produção de compósitos empregando como matéria-prima as aparas de papel cartão SBS revestido com PET são escassos. No cenário atual, as pesquisas referentes ao assunto concentram-se no estudo de compósitos de matriz polimérica, sendo os reforços fibrosos no desenvolvimento desses materiais bastante variados. A seguir são apresentados trabalhos cujo estudo envolveu a produção e caracterização de compósitos poliméricos reforçados por fibras lignocelulósicas.
Goll (2016) estudou a produção e caracterização de compósitos formados por matriz de PEBD e rótulos autoadesivos de PETG, ambos reforçados com aparas de papel cartão SBS revestido com PET. Diferentes composições desses materiais formaram corpos de prova, os quais foram submetidos a ensaios físicos, mecânicos e térmicos. Os resultados obtidos por meio desses ensaios apresentaram valores competitivos quando comparados a compósitos de materiais similares. Neste trabalho também foi aplicado o processo de extrusão para a formação de pellets compósitos, sendo que a composição de melhor desempenho durante o processo foi a de 10 % de aparas de papel cartão SBS e 90 % de resíduo de PEBD.
Rojo et al. (2015), desenvolveram um trabalho no qual foi avaliado o efeito das fibras de celulose nas propriedades de compósitos com matriz fenólica. Cargas de fibras de 1, 3, 5 e 7% em peso foram incorporadas à matriz, como também agentes de acoplamento, realizando-se testes de tração, flexão, propriedades morfológicas e térmicas. O material desenvolvido com 3% de carga de fibras apresentou os melhores resultados nos ensaios mecânicos. Materiais compósitos reforçados por fibras de bagaço de cana-de-açúcar com matriz de polietileno de alta densidade (PEAD) e poliestireno (PS), obtidos pela técnica de extrusão foram estudados por Ligowski, Santos e Fujiwara (2015). Os compósitos produzidos foram submetidos aos testes de umidade e flexão elástica, os quais mostraram que as amostras contendo PEAD são mais impermeáveis na presença de água e resistentes a flexão do que as amostras com PS.
O trabalho desenvolvido por Rodrigues, Souza e Fujiyama (2015), teve como propósito avaliar as modificações provocadas pelas variáveis do processo de infusão, nas propriedades dos compósitos de poliéster insaturado reforçados por fibras de curauá, juta e palha da costa. Os compósitos foram produzidos sobre dois diferentes níveis de vácuo com fibras dispostas na forma de fios alinhados e tecidos em estilo plano, sendo submetidos a testes de resistência a tração, módulo de elasticidade, impacto Charpy e porosidade. Foi verificado que a elevação do nível de vácuo alterou as condições de compactação dos reforços, refletindo na eficiência da interface matriz-reforço. Para os compósitos cujo reforço correspondia a fibras de curauá alinhadas, os resultados mostraram que a elevação do nível de vácuo de 53,3 para 101,3 kPa aumentou em 22 % o desempenho mecânico relacionado a tração e 48,6 % o módulo de elasticidade longitudinal. Os demais compósitos fabricados não apresentaram avanços significativos no desempenho mecânico. Duc et al. (2014) realizaram um estudo comparativo das propriedades mecânicas de compósitos formados por matriz epoxi, polipropileno (PP) e ácido polilático (PLA), reforçados com fibras de linho, carbono e vidro. Na análise mecânica, os compósitos reforçados com fibras de linho apresentaram melhores resultados do que os demais. O comportamento mecânico de compósitos de PEBD reforçados com fibras de palmeira foi avaliado por Rocha e Mulinari (2014). Composições foram elaboradas nas proporções em massa de 5, 10, 15 e 20 % para as fibras, sendo os corpos de prova formados por meio do processo de injeção de plásticos. Os resultados mostraram que os materiais produzidos com até 20 % de fibras apresentam propriedades mecânicas viáveis em aplicações para o desenvolvimento de produtos de PEBD em que o custo e o módulo elástico são mais interessantes que a ductilidade.
Recorrer a alternativas ambientalmente corretas não é mais uma questão de escolha, e sim uma exigência do novo cenário econômico introduzido no regime capitalista, devido as pressões exercidas pelos consumidores, os quais estão cada vez mais atentos no que se diz respeito aos problemas ambientais. O compromisso socioambiental por parte das empresas vem ganhando força, contudo, a implantação de práticas sustentáveis é realizada de maneira mais intensa quando existe a associação com o aumento de lucros.
A luz da literatura, este artigo mostra que os materiais recicláveis como o papel cartão SBS podem ser reintroduzidos no mercado com preços atrativos, principalmente pelo grande diferencial de custo de produção voltado para a economia de despesas com os insumos, sendo a matéria-prima virgem de valor mais elevado que o material reciclável. Assim, a reciclagem pode se caracterizar como uma atrativa atividade econômica, com mercado a ser explorado.
Outro fator fundamental para que as empresas desempenhem com funcionalidade a gestão adequada dos resíduos sólidos, consiste na implantação de políticas públicas adequadas. As ações concebidas por meio dessas políticas permitiriam que as indústrias tivessem a reciclagem como uma oportunidade de negócio, pois, esta favorece a preservação da natureza e pode promover a geração de lucros significativos. A reciclagem também pode ser aplicada na fabricação de produtos diferenciados, como o caso de compósitos poliméricos reforçados por fibras lignocelulósicas, que além de colaborar com o desenvolvimento sustentável do meio, contribui para os avanços tecnológicos.
AGRADECIMENTOS
À Fundação de Apoio à Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina (FAPESC) pela bolsa de pós-graduação, ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de Produtividade em Desenvolvimento Tecnológico e ao Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação (MCTI) pelo apoio financeiro ao projeto de protocolo n.402593/2013-8.
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