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DISCIPLINA QUÍMICA AMBIENTAL AULA 15 POLÍMEROS E O MEIO AMBIENTE AUTOR MILTON BEZERRA DO VALE TECNÓLOGO EM GESTÃO AMBIENTAL DISCIPLINA QUÍMICA AMBIENTAL AULA 15 POLÍMEROS E O MEIO AMBIENTE AUTOR MILTON BEZERRA DO VALE TECNÓLOGO EM GESTÃO AMBIENTAL GOVERNO DO BRASIL Presidente da República DILMA VANA ROUSSEFF Ministro da Educação ALOIZIO MERCADANTE Diretor de Ensino a Distância da CAPES JOÃO CARLOS TEATINI Reitor do IFRN BELCHIOR DE OLIVEIRA ROCHA Diretor do Câmpus EaD/IFRN ERIVALDO CABRAL Diretora Acadêmica do Câmpus EaD/IFRN ANA LÚCIA SARMENTO HENRIQUE Coordenadora Geral da UAB /IFRN ILANE FERREIRA CAVALCANTE Coordenador Adjunto da UAB/IFRN JÁSSIO PEREIRA Coordenadora do Curso de Tecnologia em Gestão Ambiental MARIA DO SOCORRO DIÓGENES PAIVA TECNÓLOGO EM GESTÃO AMBIENTAL Química Ambiental AULA 15 - Polímeros e o meio ambiente Professor Pesquisador/Conteudista MILTON BEZERRA DO VALE Direção da Produção de Material Didático ROSEMARY PESSOA BORGES Coordenação de Produção de Mídia Impressa e de Design Gráfico LEONARDO DOS SANTOS FEITOZA Projeto Gráfico BRENO XAVIER Diagramação JOACI DE PAULA 5 POLÍMEROS E MEIO AMBIENTE APRESENTANDO A AULA Nessa aula, o estudo de polímeros será relacionado com o meio ambiente, através do estudo da reciclagem de resíduos sólidos. No nosso caso específico, a reciclagem de polímeros (pneus, papéis, plástico) implica conhecer as várias técnicas, as quais têm a finalidade de aproveitar detritos como matéria- prima na manufatura de novos produtos ou reuso do próprio material. a ideia é reutilizá-los no ciclo de produção, com objetivo de diminuir o impacto ambiental gerado pelos polímeros. DEFININDO OBJETIVOS Após a realização dos estudos correspondentes a esta aula, você será capaz de: • relacionar os materiais poliméricos e o meio ambiente; • conceituar reciclagem de resíduos sólidos e poliméricos; • identificar os tipos de reciclagem dos plásticos; • conhecer aplicações dos plásticos mais conhecidos e os seus códigos de reciclagem. 6 QUÍMICA AMBIENTAL DESENVOLVENDO O CONTEÚDO 1. Introdução Um dos grandes desafios ambientais atuais é a disposição final do lixo urbano, no qual são encontrados diversos materiais poliméricos, sendo os principias os papéis, os pneus, as fibras e os plásticos presentes em nosso cotidiano. Além disso, a natureza química dos plásticos e dos pneus (borracha) apresenta uma grande resistência à biodegradação, necessitando tempo de permanência muito longo. Por exemplo, os plásticos sintéticos necessitam de cerca de quatro a cinco séculos para se degradarem no meio ambiente. A reciclagem dos polímeros é a solução para minimizar este problema. 2. O lixo e os polímeros O lixo doméstico e comercial deve ser armazenado em depósitos adequados (aterros sanitários) para diminuir de forma significativa a poluição ambiental, tornando-os menos perigosos. A maior fonte desses resíduos sólidos que são destinados aos aterros sanitários é residencial e de estabelecimentos comerciais. A fração dos polímeros corresponde a cerca de 40%, relacionadas ao composta por plásticos, papéis (destacando os jornais e as embalagens), têxtil, borracha e couro. Verifica-se a correspondência do aumento da porcentagem do papel com maior nível de desenvolvimento. Nos aterros sanitários, utiliza-se geomembranas de material plástico para fornecer uma proteção adicional à permeabilização do solo. Outra forma de destino final destes resíduos, além dos aterros, é a incineração, que corresponde a um percentual pequeno de aplicação. Ela é pouco utilizada, pois seu custo de implantação e operacional é muito elevado e os gases liberados no meio ambiente podem apresentar dioxinas e furanos, que são substâncias tóxicas, além de contribuir para o aumento do efeito estufa, pela liberação do gás carbônico. Sendo assim, a incineração de lixo é utilizada apenas para resíduos perigosos. Por exemplo, resíduos da saúde e produtos químicos tóxicos. 7 POLÍMEROS E MEIO AMBIENTE Os resíduos de polímeros no meio ambiente são responsáveis pelos seguintes problemas: aumento no tamanho dos lixões e aterros; má compactação dos aterros; interferência na degradação da matéria orgânica; formação de substâncias tóxicas; proliferação de mosquitos; criadouro e esconderijo de ratos e poluição visual. A política do gerenciamento de resíduos consta em prevenir, reduzir, reutilizar, reciclar, tratar e dispor. Os sistemas de tratamento não são perfeitos, pois apresentam algumas desvantagens, dentre elas , alto custo. A melhor situação é a não geração de resíduos, mas, como não é possível, é necessária a reutilização ou reciclagem dos mesmos, para diminuir a quantidade de resíduos destinados ao tratamento. Reciclagem de lixo A reciclagem é o processo de reaproveitamento do material descartado ou que irá para o “lixo”, seja recuperando, reprocessando ou reutilizando esse material (matéria-prima) para outro uso. Dessa forma, evita-se a sua disposição final em forma de resíduo no aterro ou lixão. A reciclagem pode trazer vários benefícios, tais como: diminuição da quantidade de lixo a ser aterrada, aumentado a sua vida útil; preservação de recursos naturais (matéria-prima, água); economia de energia; ajuda a proteger o meio ambiente através da diminuição dos impactos ambientais e a minimização da poluição; insere o lixo na produção e gera de empregos diretos e indiretos. Todos os polímeros são recicláveis, sejam papéis, papelões, plásticos, borrachas ou fibras, desde a reutilização até à geração de energia. 3.1 Reciclagem da borracha A representação maior das borrachas no lixo são os pneus velhos, que são um dos grandes fatores da poluição do meio ambiente e uma preocupação para a saúde pública. A carcaça de pneu é uma matéria-prima abundante no Brasil e no mundo. Segundo estimativas oficiais, apenas uma pequena parcela dos pneus descartados são reciclados. São vários os problemas causados por pneus velhos, como assoreamento de rios e lagos, perigo de incêndio e proliferação de insetos. Além de serem de lenta 8 QUÍMICA AMBIENTAL degradação, a sua queima a céu aberto produz muita fumaça contendo poluentes como monóxido de carbono, compostos de enxofre, metais pesados, PAHs e dioxinas. A borracha é um material considerado de importância estratégica, devido ao papel que desempenha principalmente no transporte rodoviário. A destinação dos pneus usados é a seguinte: • reforma (recauchutagem): é a adição de nova borracha de piso sobre a estrutura do pneu liso (gasto), desde que o pneu velho esteja em boas condições de conservação. • recuperação: trituração dos pneus e moagem dos resíduos, reduzidos a pó fino. São usados na mistura com asfalto, nas fábricas de cimento como combustível e a fuligem incorporada à massa do cimento. • regeneração ou desvulcanização: a borracha do pneu triturado é separada dos outros componentes mediante a adição de solventes e produtos químicos. Esses materiais são aplicados em tapetes de automóveis, mantas para quadras esportivas, pisos industriais e borrachas de vedação, são comuns ainda os seguintes usos: • Pneus inteiros: pistas de corrida, por exemplo, na Fórmula 1; drenagem de gases em aterros sanitários; contenção de encostas; no Brasil, os pneus reaproveitamento como estrutura de recifes artificiais no mar, visando o aumento da produção pesqueira. • Pirólise: decomposição química por calor. Na ausência de oxigênio, as temperaturas variam de 150 ºC a 1600 ºC. • Reciclagem energética dos pneus: um pneu contém a energia de 9,4 litros de petróleo e possui poder calorífico superior ao carvão, no Brasil, são utilizados nos fornos de indústrias de cimento e na usina da Petrobras em São Mateus do Sul, no Paraná, incorporados no processo de extração de xisto betuminoso. 9 POLÍMEROS E MEIO AMBIENTE Reciclagem dos plásticos Os plásticos industriais mais importantessão todos de origem sintética. Algumas das razões para tanto sucesso do plástico são sua leveza, o fato de ser maleável, não se estilhaçar, quando se quebra, ser resistente à corrosão e ter um preço acessível. São descartados no lixo urbano do Brasil cerca de 6% em massa de plásticos, numa variedade enorme conforme a Figura 1, dificultando a coleta seletiva. Cerca de 16% dos plásticos produzidos no Brasil são reciclados. Dessa forma, o país é o 3º maior reciclador do mundo. figura 1 Fo nt e: ht tp :// w w w .in st itu to do pv c. or g/ re ci cl ag em / im g/ di st rib ui ca o- m at er ia is .jp g Os problemas ambientais originados pelos plásticos estão relacionados com os seguintes fatores: volume elevado, ocupando de 15% a 20% do volume de lixo sua queima gera gases tóxicos; possui tempo de degradação de 100 a 500 anos. Os plásticos mais utilizados no mundo são o polietileno, PET e PVC. Os plásticos virgens mais comumente reciclados recebem um código de reciclagem de numeração de 1 a 7, dentro do triângulo que representa a reciclagem, de acordo com a norma NBR 13230 da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), com o objetivo de auxiliar separação dos plásticos manualmente. Os plásticos de códigos 1 a 6 representam cerca de 90% do lixo plástico, os quais estão representados no Quadro 1, com os seus principais usos na forma original e na forma reciclado. Este código de identificação dos plásticos é também utilizado em outros países. 10 QUÍMICA AMBIENTAL H2O Ca, Mg (CO3)2 Ca 2+ + Mg2+ + 2CO3 2- CO3 2- + H2O HCO3 - + OH- HCO3 - + H2O H2CO3 + OH - 3OH- + Al3+ Al(OH)3 Número atribuído ao plástico para reciclagem Acrônimo e nome do polímero Usos do plástico original Usos do plástico reciclado PET Poli (etileno tereftalato) Garrafas para bebidas, frasco para alimentos, produto farmacêutico e de limpeza. Fibras de carpete, fibras de enchimento cerdas para vassouras e escovas, para isolantes, recipientes de uso não- alimentar, tecido. PEAD Polietileno de Alta Densidade Garrafas para leite, suco e água, sacolas (flexíveis), tubos para gás e líquidos (emissário) Frasco de óleo e sabão, canecas, sacolas, canos de drenagem. PVC Policloreto de Venila Frasco para comida, água e limpeza, ex limpa vidro, filmes para envolver alimentos, blisters para embalagem, materiais de construção, tubos e conexões, calçados Canos de drenagem, telhas, cones de trânsito. PEBD Polietileno de baixa densidade Sacolas flexíveis para lixo, pão, leite, cereais, filmes flexíveis e recipientes Sacos de lixo, canos para irrigação, garrafas de óleo. PP Polipropileno Alças, tampinhas de garrafas, tampas, filmes, garrafas, embalagem de margarina, autopeças. Peças automotivas, fibras, baldes, lixeira. PS Poliestireno copos descartáveis, embalagem, talheres, móveis, utensílios domésticos. Isolantes, brinquedos, bandejas, embalagens rígidas. Quadro 1 – Os plásticos comumente reciclados. 11 POLÍMEROS E MEIO AMBIENTE Os tipos de reciclagem dos plásticos mais comuns são: reciclagem mecânica, reciclagem química e reciclagem energética. 3.2.1 Reciclagem mecânica A reciclagem mecânica consiste na conversão dos descartes plásticos em grãos, que em seguida, são moldados. Esse processo possui etapas de triagem, lavagem, secagem, aglutinação, extrusão (fusão do material), resfriamento e transformação em grãos. Pode envolver aditivação do polímero, visando à melhoria de suas propriedades finais. É um tipo de recuperação em que, a princípio, o material apenas submete-se a processos físicos. É a técnica mais barata e mantém uma boa qualidade do produto e, praticamente, todo o PET reciclado no Brasil passa pelo processo mecânico. Não são reciclados mecanicamente os seguintes plásticos: acrílico, espuma, cabo de panelas, tomadas, embalagem de biscoito, fraldas descartáveis, canetas e plásticos com metais. Os frascos e garrafas plásticas recicladas por esse processo não podem ser utilizados para contato direto com alimentos e fármacos. Os plásticos reciclados são utilizados como sacos de lixo, solados, pisos, conduítes, mangueiras, componentes de automóveis, fibras e muitos outros. 3.2.2 Reciclagem química O plástico sofre despolimerização (“quebra”) por aquecimento controlado, transformando-se em produtos químicos (por exemplo, monômeros, hidrocarbonetos) ou combustíveis que servem como matéria-prima em refinarias ou centrais petroquímicas. O produto obtido é de elevada qualidade, sendo de iguais características de um produto original, entretanto o custo ainda é muito elevado, não sendo atrativo para as empresas. A reciclagem química é ideal para tratar misturas Outros Vários Madeira, postes, cercas, pastilhas. 12 QUÍMICA AMBIENTAL de plásticos, uma vez que há diminuição de custos, pois o uso deste processo evita a seleção do material e o seu pré- tratamento. Os tipos de reciclagem química ocorrem por vários processos físico-químicos. Entre eles, destacamos: pirólise, gaseificação com oxigênio ou ar, hidrogenação a quente e quimólise. A pirólise consiste em quebra das macromoléculas poliméricas, pela ação do calor na ausência de oxigênio. Sua reação gera frações de hidrocarbonetos, que serão processados em refinarias. Esse processo é o mais utilizado da reciclagem química. A gaseificação consiste em quebra das macromoléculas poliméricas pela ação do calor com ar ou oxigênio, gerando um gás que chamamos de “gás de síntese”, contendo hidrogênio e monóxido de carbono. A hidrogenação consiste na quebra das macromoléculas poliméricas pela ação do calor e hidrogênio, gerando compostos que serão processados em refinarias. A quimólise consiste em quebra das macromoléculas poliméricas, parcial ou totalmente, em monômeros na presença de água, glicol e metanol, podendo ser gerados compostos tais como eteno e propeno. 3.2.3 Reciclagem energética ou recuperação energética A reciclagem energética é a queima dos plásticos com intuito de obter energia, isto é, considera o plástico como combustível. Os plásticos possuem alta capacidade calorífica (Quadro 2). Na sua combustão, liberam grande quantidade de calor (superior ao do carvão e próximo ao produzido pelo óleo combustível), que pode ser aproveitado na forma de energia elétrica, ou até mesmo, energia térmica, ressaltando a necessidade de estrito controle dos gases provenientes da queima. Ocorre uma redução de cerca de 70% a 90% da massa do material, restando apenas um resíduo inerte esterilizado. Nesse tipo de recuperação, o PVC é excluído, já que sua queima pode gerar, além do HCl, dioxinas cancerígenas. Essa técnica é uma alternativa amplamente utilizada em vários países como Japão, Alemanha, Finlândia, Noruega, Estados Unidos, Suécia, entre outros. 13 POLÍMEROS E MEIO AMBIENTE Outro tipo de classificação da reciclagem dos plásticos foi estabelecido no início dos anos 90 pela Sociedade Americana de Ensaios de Materiais, por meio da norma D5033 (ASTM, 1991). Esta classificacão é formada por quatro categorias, de acordo com a procedência da matéria- prima e o processo a que será submetida. 1) reciclagem primária ou pré-consumo: a matéria-prima é limpa, como no caso dos resíduos de indústrias de plásticos. Por exemplo, peças fora de especificação, rebarbas das linhas de produção e aparas. O produto obtido tem desempenho equivalente ao produto fabricado a partir de resinas virgens. 2) reciclagem secundária ou como pós- consumo: a matéria-prima é proveniente de resíduos sólidos urbanos, ou seja, são os resíduos plásticos pós- consumo descartados. O produto final apresenta geralmente propriedades finais inferiores à resina virgem. 3) reclicagem terciária: a matéria-prima é submetida a processos químicos na produção de insumos químicos ou combustíveis orgâncios. 4) reciclagem quaternária: a matéria-primaé queimada para gerar energia. Relacionando as duas clissificações, temos que a reciclagem primária e secundária equivale a reciclagem mecânica, a reciclagem terciária equivale a reciclgaem química e à reciclagem quaternária equivalem a reciclagem energética. Quadro 2 - Poder calorífico de alguns produtos. Combustível Poder calorífico (kJ/Kg) Plásticos provenientes do lixo urbano 9.495 Plásticos separados especificamente 44.310 Carvão 25.320 Madeira seca 14.770 PE 46.000 PVC 19.000 Óleo combustível 44.000 14 QUÍMICA AMBIENTAL 3.3 Plástico biodegradável A grande aceitação dos materiais plásticos sintéticos é devida a sua leveza, resistência, durabilidade e preço baixo. Porém, a sua durabilidade passa a ser um problema ambiental muito grande quando se torna lixo. As pesquisas procuram soluções para esse impacto no meio ambiente através de criação de plásticos biodegradáveis que possam sofrer biodegradação com relativa facilidade, na qual os seus produtos não contaminem o solo ou a água. A biodegradação é a degradação causada por microorganismos presentes no meio ambiente. Para ocorrer a biodegradação, além dos microrganismos é necessário a presença de fatores tais como: oxigênio, luz, calor, umidade, manejo contínuo, etc. O polímero de biodegradáveis (biopolímero) é derivado de fontes renováveis provenientes basicamente de produtos agrícolas (celulose, amido,látex). Os biopolímeros geralmente são biodegradáveis ou compostáveis. A degradação dos polímeros são as reações nas quais as cadeias poliméricas são quebradas em partes menores. Existem dois tipos básicos de degradação polimérica: a oxi-degradação e a biodegradação. Na oxi-degradação, a degradação é resultante da oxidação do produto, enquanto na biodegradação, a degradação do produto é causada por atividade biológica de ocorrência natural, podendo acontecer de duas formas: biodegradação aeróbica e anaeróbica Os plásticos oxi-degradáveis não desaparecem na natureza. O que realmente ocorre é a fragmentação desses produtos, transformando-os em pequenas partículas. Geralmente induzido pelo calor, luz ultravioleta (comprimentos de onda entre 290 e 400 nm) e pela presença de oxigênio. Portanto, se esse processo ocorrer no meio ambiente, dificulta a reciclagem e ao mesmo tempo polui. 3.4 Reciclagem de Papéis O Brasil recicla cerca de 37% de seus papéis e 60% do papelão. Podem ser reciclado até 8 vezes, pois são materiais biodegradáveis, além de serem fonte de energia, podendo gerar até 7602 kJ/kg. Os jornais levam de 2 a 4 semanas para se degradarem naturalmente, as embalagens de 1 a 4 meses. 15 POLÍMEROS E MEIO AMBIENTE ATIVIDADE 01 1.1. Responda: a) Quais os polímeros que poluem o meio ambiente da sua cidade? b) Que destino é dado aos polímeros da sua cidade? c) O seu município conta com coleta seletiva? 1.2. Qual a solução para o problema ambiental do lixo proveniente dos polímeros? 1.3. Faça uma pesquisa com as embalagens plásticas dos produtos domésticos e responda: a) qual é o plástico mais empregado nestas embalagens? b) qual é o plástico menos empregado nestas embalagens? Verifica-se a correspondência do aumento da porcentagem do papel nos resíduos sólidos com um maior nível de desenvolvimento. Na obtenção do papel virgem é gasto um quarto de energia a mais em comparação com o papel descartado, além de o consumo de água é muita vezes maior. Economiza-se 2,5 barris de petróleo, 98 mil litros de água ser 2.500 kw/h de energia elétrica com uma tonelada de papel reciclado. Não são reciclados os papéis: vegetais, parafinados, higiênicos, toalhas, tocos de cigarro, fotografias, fraldas descartáveis, absorventes higiênicos, copos, guardanapos, carbonos, plastificados e metalizados. As embalagens Longa Vida (Tetra Pak) são constituídas por papel duplex (75%), polietileno de baixa densidade (20%) e alumínio (5%). Sua função é criar uma barreira para os agentes externos, sem a necessidade de conservantes nem de refrigeração. Ete material possui poder calorífico de 22.155 kJ/kg, isso significa que uma tonelada equivale a 500 kg de óleo combustível. A importância da reciclagem do papel é que uma tonelada de pasta celulósica de aparas (rebarba ou reciclado) é igual a uma tonelada de pasta celulósica química (usada pela primeira vez). Essa quantidade equivale ao corte de 64 árvores de pinho ou 34 de eucaliptos, isso significa que a reciclagem do papel é completa. 16 QUÍMICA AMBIENTAL 1.4. Quais o polímeros podem ser reciclados? 1.5. O que é incineração? Cite três exemplos de polímeros indicados para esse processo (não indicados para reciclagem mecânica ou química). 1.6. Quais as vantagens da reciclagem mecânica? 1.7. Qual a diferença da reciclagem energética e a incineração de polímeros? RESUMINDO Nesta aula, aprendemos a importância da reciclagem, relacionadondo-a estudo dos polímeros. vimos que um dos grandes desafios ambientais atuais é a disposição final do lixo urbano, no qual são encontrados diversos polímeros, sendo os principias: os papéis, os pneus, as fibras e os plásticos presentes em nosso cotidiano, além disso vimos também que a natureza química dos plásticos e dos pneus apresenta uma grande resistência à biodegradação. A reciclagem dos polímeros descartados nos lixões é uma possível solução para minimizar este problema. Existem várias formas de se reciclar os polímeros, sendo que a escola do processo depende da tecnologia disponível. LEITURA COMPLEMENTAR FRANCHETTI, Sandra Mara M. e MARCONATO, José Carlos. Importância das propriedades físicas dos polímeros na reciclagem. Química Nova na Escola, n. 18, 42-45, 2003. 17 POLÍMEROS E MEIO AMBIENTE AVALIANDO SEUS CONHECIMENTOS Considerando a leitura desta aula e leituras complementares desenvolvidas por você, resolva as seguintes questões. 1. O polímero polui? Justifique. 2. Quais as vantagens e desvantagens da reciclagem energética? 3. Os plásticos são 100% recicláveis? Justifique. 4. Os plásticos termorrígidos são utilizados em qual tipo de reciclagem? Cite três exemplos de termorrígidos. 5. Cite quatro vantagens da reciclagem de papéis. 6. Em relação à reciclagem química, responda: a) quais os tipos de reciclagem química? b) qual o seu objetivo? 7. Redução produtiva, incineração, degradação, reciclagem: qual a solução para o problema ambiental acarretado pelos polímeros artificiais? Quias dessas medidas estão sendo implementadas no Brasil e em sua cidade? MARIA, Luiz Cláudio de Santa, et ali. Coleta seletiva: separação dos plásticos. Química Nova na Escola, n. 17, 32-35, 2003. 18 QUÍMICA AMBIENTAL CONHECENDO AS REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13230: simbologia indicativa de reciclabilidade e identificação de materiais plásticos. Rio de Janeiro, 1994. BAIRD, Colin. Química Ambiental. 2 ed., São Paulo: Bookman, 2002. CANTO, Eduardo Leite do. Plástico: Bem supérfluo ou mal necessário? 3a ed. São Paulo, Moderna, 1995. MANO, E.B. Introdução aos Polímeros. São Paulo, Editora Edgard Blücher Ltda., 1985. MARCONATO, J. C. e FRANCHETTI, S.M.M. Decomposição térmica do PVC e detecção do HCl utilizando um indicador ácido-base natural. Química Nova na Escola, n. 14, 40-42, 2001.
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