Reciclagem de PET Analisada no Fórum Mundial de Reciclagem de Poliéster no Brasil

Reciclagem de PET ao redor do Planeta

O Brasil abrigou a 9ª edição do Fórum Mundial de Reciclagem de Poliéster, organizado anualmente em diferentes países desde 2002. O encontro é promovido pela empresa de consultoria do doutor Ulrich K.Thiele, um especialista alemão que ensina aos clientes como otimizar processos de reciclagem de PET ao redor do planeta. A Reciclagem de PET foi Analisada em diversos aspectos.

Ulrich K.Thiele, um especialista alemão que ensina aos clientes como otimizar processos de reciclagem de PET ao redor do planeta Reciclagem de PET é analisada em fórum
Ulrich K.Thiele discutiu as tendências tecnológicas: reciclagem de PET Analisada

 

As palestras, realizadas no Clube Transatlântico, em São Paulo, transcorreram sob o panorama das significativas mudanças na cadeia mundial de reciclagem da resina causadas pelo impacto da atuação da China.

A volúpia asiática está distorcendo preços e realinhando canais de distribuição, principalmente no uso de polímero reciclado para a produção de fibras cortadas com aplicação têxtil.

Da mesma forma que em outros mercados, os baixos custos com mão-de-obra conferem grande competitividade à indústria chinesa, mas há nichos com maior demanda tecnológica nos quais é possível se proteger do assédio asiático, conforme demonstraram as apresentações realizadas durante o fórum.

O programa preparado pelo doutor Thiele englobou tendências tecnológicas de todas as etapas da reciclagem, desde a seleção das matérias-primas, passando pelo refinamento de sua qualidade e pelas tecnologias disponíveis para o processamento dos flocos, até alguns nichos em que produtos de valor agregado superior podem ser fabricados.

A escolha do Brasil como sede do fórum em 2006 não se deu ao acaso.

Embora o consumo per capita brasileiro de 1,6 kg/habitante ainda seja baixo em comparação a México, Argentina e até Uruguai, 49% de todo o PET utilizado em garrafas no mercado interno foi reciclado em 2004, quando o consumo nacional do poliéster para embalagens atingiu 360 mil toneladas.

É um patamar elevado que assegura posição entre os maiores recicladores da resina do planeta: Estados Unidos, Europa e Japão.

A cadeia básica da reciclagem (coleta, triagem e moagem) no Brasil abrange em torno de 300 empresas. As pequenas correspondem a pouco menos que a metade do universo.

As consideradas grandes, 15%, chegam a processar entre 18 e 20 mil t/ano, e 82 são recicladoras exclusivas de poliéster.

O material reciclado é utilizado em pelo menos 50 empresas que substituíram outros insumos.

Estes números, obtidos em um censo concluído em 2005 pela Associação Brasileira da Indústria do PET (Abipet), “comprovam a existência de um parque industrial instalado para o produto reciclado”, nas palavras do presidente da entidade, Alfredo Sette.

Um novo censo foi realizado em 2006, e mesmo antes da divulgação oficial de suas conclusões, Sette adiantou que o perfil de idade e tamanho das recicladoras brasileiras mudou em direção à maior concentração, movimento que qualificou como saudável devido aos maiores volumes e qualidade do reciclado.

Mas embora a atividade esteja em fase de maior sofisticação das práticas das cooperativas e das empresas pequenas, o crescimento do setor depende da melhoria dos processos de coleta, que poderia ser impulsionada pela atuação do Poder Público.

Em apenas 451 municípios brasileiros, entre mais de 5 mil, há coleta seletiva, e na maior cidade do País, São Paulo, apenas 10% do lixo doméstico reciclável é pré-selecionado.

“A atuação do catador de rua já atingiu sua maturação, e o crescimento do mercado virá se houver coleta seletiva organizada pelas prefeituras”, afirmou o presidente da Abipet.

O maior consumidor de poliéster reciclado nacional é o segmento têxtil, na forma de fibras de diversos tipos, seguindo tendência mundial.

A exportação é ocasional, e depende do humor da China.

A oferta brasileira está muito equilibrada com a demanda, e Sette recomenda garantir o fornecimento das embalagens pós-consumo antes de entrar no negócio. “É preferível estabelecer novos sistemas de coleta em vez de criar escassez e aumentos de preço no mercado”.

A substituição de insumos pelo termoplástico reciclado cresce no Brasil, e aplicações no setor químico (na produção de resinas alquídicas), e na fabricação de termoformados, frascos e blister estão em expansão, embora ainda sejam nichos muito pequenos, com fatia total menor que 10% do mercado.

PET Revalorizado: Os flocos (populares flakes) resultantes da moagem de embalagens pós-consumo de PET são o produto do reciclador.

Eles podem gerar intermediários diversos (fibras cortadas, filamentos pré-orientados, filmes cast ou biorientados, monofilamentos e até insumo para a produção de novas garrafas), de acordo com sua pureza e a viscosidade intrínseca que oferecem quando fundidos.

De modo geral, quanto mais altos esses fatores, melhor o preço recebido.

A origem das embalagens pós-consumo tem grande peso na pureza do floco, e as aplicações alimentícias se restringem a embalagens oriundas da coleta de fonte conhecida, o que exclui a coleta nos “lixões”, os aterros sanitários, mas qualifica embalagens retornáveis.

As contaminações decorrentes da procedência são várias e incluem embalagens de PET com cores diferentes, produtos de impressão, outros polímeros (PE, PP, PVC, PS e PA6 são os mais comuns), metais, adesivos, papel e virtualmente tudo que se enquadra no lixo doméstico.

Um processo básico de fabricação de flocos de poliéster reciclado começa com a separação manual de garrafas de PVC e garrafas de PET com cor diferente da desejada em uma esteira de correia que leva as garrafas adequadas ao moedor.

Moído até 12 a 15 mm, o material é levado a um tanque onde as poliolefinas (como as de tampas e etiquetas) se alojam acima do poliéster, removido pelo fundo do tanque, e seco em centrífuga ou secador a ar. Esse esquema, no entanto, não leva a flocos de grande pureza.

Para melhorá-la, a seleção manual pode ser feita sob luz que estimule a fluorescência, para destacar garrafas de PVC, graves contaminantes, ou pode ser automatizada, a solução mais cara e eficiente, com detecção eletrônica por NIR (de near infrared, ou infravermelho próximo).

Detectores de metal e dispositivos de inspeção óptica, para a exclusão de cores erradas, adicionam custos, mas também melhoram a seleção.

A moagem é refinada com a divisão do processo em dois passos, primeiro a seco, até 40 mm, e depois por via úmida, mais eficaz na limpeza, até cerca de 12 mm.

Entre essas etapas, pode-se adicionar um peneirador a ar, e outro antes da fase de embalagem dos flocos terminados, para garantir a ausência de fibras de papel.

Na lavagem, os hidrociclones são equipamentos mais eficientes que os tanques em linhas com produção acima de 2 t/h. A retirada de contaminantes como adesivos é melhorada com água quente e produtos químicos, cuja remoção também pode ser acentuada com água “limpa”.

Outro ponto crucial é a qualidade do fundido que os flocos oferecem.

Segundo o doutor Thiele, nos últimos anos foi possível estudar o impacto de diferentes métodos de processamento dos flakes na qualidade do PET plastificado e sua processabilidade e a produção de filamentos pré-orientados de poliéster (polyester pre-oriented yarn, ou POY) com base na resina reciclada, um antigo desafio, começa a se tornar viável.

As primeiras tentativas, há mais de dez anos, esbarraram em matérias-primas pouco puras e tempos de residência do fundido muito altos.

Dentre os possíveis arranjos para esse tipo de linha de produção, a conversão de material repelletizado se mostrou a opção mais adequada à fiação do POY, segundo a experiência de Thiele.

Adicionar uma etapa de granulação encarece a produção, mas permite resultados melhores.

A conversão direta de flocos, sem regranulação, é influenciada pela filtração do fundido, uma das principais fontes de distúrbios no processo, em especial quando a quantidade de impurezas dos flocos oscila muito.

São necessários filtros de massa que ofereçam pressão constante e corte entre 10 e 30 micrômetros, e o ajuste da viscosidade intrínseca, por controle da umidade ou adição de etilenoglicol (que quebra as cadeias de PET), também é sugerido.

A produção de filmes de PET biorientado (BOPET) utilizando flocos oferece dificuldades semelhantes à fabricação de POY.

Até agora, no entanto, as tentativas resultaram em grades de menor valor, devido à menor estabilidade térmica causada pela presença de comonômeros na matéria-prima.

Os filmes transparentes, de PET amorfo (APET), são menos problemáticos e produzidos em larga escala na Europa.

Garrafa PET Reciclada

Outra aplicação de maior valor agregado é a produção de garrafas, conhecida como bottle-to-bottle (garrafa a garrafa).

A Bühler, uma empresa suíça com mais de 150 anos, domina o conhecimento para a instalação de plantas completas de reciclagem de PET garrafa a garrafa, e partiu a primeira fábrica do tipo em 2002.

Atualmente, a empresa comissiona as instalações do que virá a ser a maior linha de produção do mundo, localizada na China, com capacidade para 2.500 kg/h, e há fábricas em fase de projeto na Rússia e no México.

Plástico Moderno, Claudemiro Ferreira, colaborador da Bühler, Reciclagem de PET é analisada em fórum
Claudio Ferreira: processo permite ao reciclado aplicação alimentícia

A propósito, segundo o colaborador da Bühler Claudemiro Ferreira, a China tem sido um grande comprador de flocos reciclados no Brasil.

A instalação completa para a produção garrafa a garrafa é composta pelos módulos de pré-seleção, reclaiming (recuperação em português, nome dado ao conjunto moagem, lavagem e separação), extrusão e polimerização de fase sólida, além, obviamente, de instalações para utilidades, tratamento de efluentes, estocagem, transporte e laboratórios.

No desenho da Bühler, ocorre a alimentação do floco, separado e lavado, em uma extrusora do tipo anel, onde acontece a secagem em fase sólida.

A especificação da umidade do floco é de 7.000 partes por milhão (0,7%).

Conforme afirmou Ferreira, a variação desse teor de 0,7% a 0,1%, na entrada da extrusora, provoca mudança de viscosidade desprezível no produto final, da ordem de 0,01 unidade.

A extrusora de anel possui 12 roscas co-rotantes.

Não se trata de uma extrusora planetária, mas algo como seis extrusoras dupla-rosca dispostas em anel, oferecendo uma ótima relação de área superficial por volume e redução da degradação do PET.

A máquina ocasiona queda de viscosidade com valores típicos da ordem 0,06 a 0,08 dl/g.

Essa extrusora também proporciona a descontaminação do fundido na zona de degasagem, após a qual o material atravessa uma bomba de polímero, um filtro, e adentra um sistema de pelletização tradicional.

Após a granulação, o PET reciclado sofre cristalização e pré-secagem tradicionais, e depois pós-condensação em fase sólida, seguida do resfriamento.

Na cristalização, feita com ar a cerca de 200º C, a finalidade principal é preparar o PET para a etapa seguinte, de pós-condensação, em que as cadeias moleculares do material são aumentadas e a viscosidade intrínseca também.

O tempo de residência de 8 a 12 horas em altas temperaturas, que acrescenta 0,12 dl/g à viscosidade intrínseca, garante a descontaminação do material reciclado para aplicação alimentícia, de acordo com Ferreira.

O produto da pós-condensação são pellets grau garrafa.

Esse tipo de fábrica possui um aspecto legal importante.

À parte dos tradicionais, relativos a códigos e normas, são necessárias aprovações do produto e do processo por parte de órgãos como o Food and Drug Administration (FDA) norte-americano.

Além desse tipo de burocracia governamental, particular em cada país, fabricantes de bebidas e alimentos impõem exigências semelhantes para homologar o fornecedor.

Também há necessidade de cuidado com a infração de patentes no local de produção dos pellets e no de consumo, no caso de exportação, pois várias já foram inscritas e detalhadas. “A Bühler está bem posicionada nessa questão, e possui patentes para a granulação em tempo de residência curto e para processo integrado de extrusão, cristalização e condensação em fase sólida”, disse Ferreira.

Para despertar em possíveis clientes o desejo pela sofisticada tecnologia que apresentava, ele relembrou que o preço do PET virgem pode variar.

O custo de financiamento de fábricas mais simples é menor, mas a rentabilidade do negócio também.

Quando o preço da resina virgem cai, essa vantagem inicial da fábrica mais modesta desaparece, e instalações de alto desempenho podem conseguir preço maior, mais próximo ao do plástico virgem.

Uma mãozinha: a empresa da Suíça pode ajudar clientes com financiamentos para a execução de projetos garrafa a garrafa.

Como Processar Reciclagem de PET

Um dos objetivos explícitos do Fórum foi incutir nos participantes a oportunidade que o investimento em alta tecnologia propicia perante o novo cenário mundial estabelecido ao longo da última década: aumento mundial do consumo de poliéster reciclado e demanda por artigos manufaturados reciclados de melhor qualidade.

Essa tendência se estende a elos da cadeia, e tanto recicladores de PET quanto seus clientes, os transformadores, foram encorajados a investir em equipamentos de última geração.

Do lado da transformação, a filtração dos flocos fundidos após a passagem pela rosca de extrusão exerce papel destacado na qualidade do produto final.

Plástico Moderno, Daniel Gneuss, engenheiro, Reciclagem de PET é analisada em fórum
Daniel Gneuss é um especialista em sistemas rotativos de filtração

Para comentar essa pauta obrigatória, a Gneuss enviou ao Brasil um membro da família que comanda a empresa especializada na produção de sistemas rotativos de filtração, o engenheiro Daniel Gneuss.

Esses sistemas são mais caros que os convencionais, com troca de telas, mas possuem custo operacional menor e permitem mais estabilidade e qualidade da produção.

A troca de telas pode induzir diversas perturbações no processamento dos flocos: redução da área de filtração ativa durante a substituição, degradação de polímero em áreas inacessíveis e contaminação do fundido, bem como maior contaminação por impurezas moles, devido ao aumento de pressão durante a substituição.

A gravidade dessas oscilações pode resultar em interrupções e fabricação de produtos fora de especificação (off specs).

Filtros rotativos permitem processos mais próximos do ideal – a operação com parâmetros constantes –, pois são equipados com um disco de filtros rotatório, que gira menos de um grau a cada aumento incremental de pressão. Esse conceito implica em área ativa de filtração e grau de sujidade constantes.

A habilidade para operação sem picos e depressões permite que sejam adotadas tolerâncias nas especificações do produto mais estreitas, com economia de matéria-prima.

Gneuss apresentou um modelo equipado com pistão de retorno para retrolavagem automática das telas, que ocasiona menos de 1% de perda da massa fundida na purga e favorece a reutilização dos filtros, ampliando os ganhos com custos.

O capítulo “como processar” continuou sendo desfiado por Peter Rieg, colaborador da alemã Battenfeld, que abordou a produção de chapas de APET utilizando garrafas recicladas.

Esses intermediários são em quase sua totalidade transformados por termoformagem, em aplicações de embalagens para alimentos frescos, como saladas, sanduíches ou alimentos prontos para aquecimento em fornos microondas.

É um mercado do PVC que está sendo atacado pelo PET reciclado.

A construção padrão utilizada nas chapas é a co-extrusão de três camadas (10/80/10), com reciclado no centro e material virgem em ambas as faces, para aprovação em uso alimentício.

São comuns também camadas de silicone, para driblar a eletricidade estática alta, e a laminação com camadas funcionais (PEBD, filmes com barreira, impressos ou metalizados).

A matéria-prima para essa aplicação precisa ter densidade no seio do material de 400 kg/m3, e cristalização acima de 40%, quando processada em extrusora monorrosca.

Esse tipo de extrusora é o mais obsoleto nesse negócio, com resultados ruins devido à alta degradação do polímero, mas que podem ser melhorados em um estágio de pré-secagem com infravermelho ou com uma bomba de vácuo instalada antes da extrusora.

A qualidade do produto, nesse caso, é aceitável, no entanto, oscilante.

Resinas e Aditivos

A apresentação de Rieg mostrou que o emprego de extrusora dupla-rosca, sem pré-aquecimento, mas com bomba de vácuo, leva aos melhores resultados, em particular para produções acima de 1.500 kg/h com base em matéria-prima com umidade menor que 0,4%.

Esse processo também permite maiores capacidades, até cerca de 4.000 kg/h.

A qualidade dos flocos processados nessa configuração se manifesta principalmente na transparência e na uniformidade de cor.

Frank Lechner, um engenheiro que engrossa as fileiras da Coperion, aprofundou o tema dos equipamentos de processo.

O representante da produtora de extrusoras dupla-rosca co-rotantes enfatizou a importância das etapas de desumidificação do PET. Por ser um polímero policondensado, o poliéster é higroscópico e rapidamente atinge o equilíbrio com o ambiente úmido no patamar de 0,1% a 0,33%.

Na plastificação, entre 270º C e 280º C, a degradação hidrolítica ocorre imediatamente em material úmido, antes da degradação térmica, 10 mil vezes mais lenta, e a termo-oxidativa, 5 mil vezes.

A saída receitada por Lechner para evitar defeitos no produto final resultantes de degradação é a degasagem com vácuo durante a extrusão, sem pré-secagem.

Assim são equipadas as extrusoras dupla-rosca co-rotantes da Coperion, que também sugere posicionar o sistema de vácuo instalado lateralmente em relação ao eixo das roscas, a fim de evitar contaminações com depósitos eventuais no equipamento de baixa pressão.

A empresa informa que flocos extrudados em determinados modelos de suas máquinas, após a passagem por bomba, filtro e um processo convencional de pelletização, foram aprovados pelo FDA para aplicações em contato com alimentos, sem a necessidade de reator de pós-condensação em estado sólido.

Reciclagem de PET Analisada: Espuma Reciclada

 O fórum se encerrou com comentários de Martin Mack, colaborador da germânica Berstorff, acerca do emprego de flocos de garrafas PET na produção de filmes, pellets e espumas.

De início, ele ressaltou que o consumo de PET é um dos maiores na indústria do plástico, tendo dobrado entre 1998 e 2004. O ritmo previsto de crescimento até 2010 é de dois dígitos ao ano, e a proximidade da extinção das garrafas de PVC, dando lugar ao poliéster reciclado, impulsiona a viabilidade econômica da reciclagem.

A Berstorff fabrica extrusoras dupla-rosca e também oferece soluções combinadas para a produção de chapas, espumas e fibras.

Em particular, as espumas de PET possuem melhores propriedades que concorrentes poliolefínicos ou poliestirênicos, como melhor resistência à temperatura, até 200º C, além de maior estabilidade química ao ataque de ácidos, solventes, óleos e graxas.

Mack afirmou que as espumas de poliéster completamente reciclado não são reticuladas, e as emissões de voláteis são baixas, pois o dióxido de carbono ou nitrogênio são os tradicionais agentes expansores.

O controle de viscosidade intrínseca na produção de espumas precisa ser mantido entre 1,1 dl/g e 1,3 dl/g, muito acima do típico para flocos de garrafas de PET, perto de 0,75 dl/g.

Valores muito baixos causam o colapso das células antes do resfriamento da espuma; inversamente, viscosidades muito altas impedem a formação de células.

Os primeiros esforços para alterar a viscosidade dos flakes se concentraram em modificações reativas na extrusora de dupla-rosca, mas o estado-da-arte para esse tipo de aplicação utiliza PET grau reator com viscosidade intrínseca de 1,3, alimentado em extrusora dupla-rosca, onde também é injetado o expansor.

O processo deve transcorrer em baixo cisalhamento, para obter boa mistura do fundido, que é descarregado em uma extrusora monorrosca para resfriamento e pressurização.

A chapa de espuma é conformada por cabeçotes adequados, seguidos por uma unidade de calibração, resultando em produtos com espessura entre 50 mm e 80 mm e densidade de 100 g/l.

As principais aplicações se concentram em espumas estruturais para lâminas de rotores em plantas de energia eólica, embarcações e no setor automotivo.

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