Relatório 3 - Identificação de Polímeros por diferença de densidade

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
ANA LUÍSA TERESAWA SENRA 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
WILIAN DA MAIA 
 
 
 
 
 
 
IDENTIFICAÇÃO DE POLÍMEROS POR DIFERENÇA DE DENSIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MARÇO/2014
 
ANA LUÍSA TERESAWA SENRA 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
WILIAN DA MAIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
IDENTIFICAÇÃO DE POLÍMEROS POR DIFERENÇA DE DENSIDADE 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais do 
Curso de Engenharia de Materiais, 3ª 
série, da Universidade Estadual de Ponta 
Grossa – UEPG. 
 
Prof. Dr. Adriane Bassani Sowek 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MARÇO/2014 
 
SUMÁRIO 
 
1 OBJETIVOS ..................................................................................................... 3 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 3 
2.1 RECICLAGEM MECÂNICA DE POLÍMEROS .................................................. 3 
2.2 DENSIDADE DE POLÍMEROS ......................................................................... 4 
3 MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................ 6 
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................ 6 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ................................................................ 6 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 7 
4.1 POLIESTIRENO ............................................................................................... 7 
4.2 POLIETILENO TEREFTALATO ........................................................................ 8 
4.3 POLICLORETO DE VINILA .............................................................................. 8 
4.4 POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE ........................................................... 9 
4.5 POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE........................................................... 10 
4.6 POLIPROPILENO ........................................................................................... 10 
5 CONCLUSÃO ................................................................................................. 11 
 
3 
 
 
1 OBJETIVOS 
 
Comparar as densidades de diversas amostras de polímeros na forma de 
pellets. 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
Os polímeros são considerados os grandes vilões ambientais, pois podem 
demorar séculos para se degradar e ocupam grande parte do volume dos aterros 
sanitários, interferindo de forma negativa nos processos de compostagem e de 
estabilização biológica. A reciclagem de forma sistemática é uma das soluções mais 
viáveis para minimizar o impacto causado pelos polímeros ao meio ambiente. Vários 
aspectos motivam a reciclagem dos resíduos poliméricos contidos nos resíduos 
sólidos urbanos, a economia de energia, a preservação de fontes esgotáveis de 
matéria prima, a redução de custos com disposição final do resíduo, a economia 
com a recuperação de áreas impactadas pelo mau acondicionamento dos resíduos, 
o aumento da vida útil dos aterros sanitários, a redução de gastos com a limpeza e a 
saúde pública e a geração de emprego e renda [1]. 
Os polímeros podem ser reciclados de três formas: transformando os 
resíduos plásticos em grânulos para a fabricação de novos produtos – reciclagem 
mecânica – recuperando a energia térmica intrínseca aos polímeros, utilizando-os 
como combustível – reciclagem energética – ou mesmo decompondo as cadeias 
poliméricas em compostos intermediários que podem ser reintegrados à indústria 
petroquímica [2]. 
 
2.1 RECICLAGEM MECÂNICA DE POLÍMEROS 
 
A reciclagem mecânica pode ser viabilizada através do reprocessamento por 
extrusão, injeção, termoformagem, moldagem por compressão, etc. Para este fim 
são necessários alguns procedimentos que incluem as seguintes etapas: 1) 
separação do resíduo polimérico, 2) moagem, 3) lavagem, 4) secagem, 5) 
4 
 
 
reprocessamento e, finalmente, a transformação do polímero em produto acabado 
[3]. 
Os esforços atuais estão direcionados no sentido de se obter um produto 
acabado obtido de polímero reciclado que possua propriedades mais próximas 
possíveis do polímero virgem, para serem empregados na confecção de materiais 
com aplicações mais nobres. 
A etapa de separação é importante, pois através dela é necessário limitar as 
impurezas a níveis inferiores a 1% m/m. Dependendo da forma de coleta, das 
necessidades do mercado ou do custo de mão-de-obra, a separação dos polímeros 
pode ser manual ou automatizada. A identificação dos polímeros é uma medida 
importante para facilitar a separação dos mesmos e pode ser utilizada por todos os 
ramos da indústria de reciclagem de polímeros [4]. 
De modo geral as empresas de reciclagem de polímeros fazem a separação 
por diferença de densidade devido a sua eficácia, facilidade de aplicação e baixo 
custo operacional. O esquema abaixo mostra como é possível fazer a separação 
dos resíduos poliméricos misturados através da diferença de densidade, utilizando 
tanques com água e/ou soluções alcoólicas ou salinas [4]. 
 
 
Figura 1: Esquema de separação de polímeros por diferença de densidade. 
 
2.2 DENSIDADE DE POLÍMEROS 
 
O teste de densidade é um teste possível de ser aplicado aos polímeros 
devido ao fato de que a densidade de diferentes polímeros abrange uma faixa de 
5 
 
 
0,80 g/cm3, para algumas borrachas de silicone, até 2,30 g/cm3, para o 
politetrafluoretileno (PTFE). A tabela abaixo [6] apresenta a densidade das principais 
resinas termoplásticas encontradas nos resíduos urbanos: 
 
Tabela 1: Densidade dos polímeros mais comuns. 
 
 
 
 
 
 
 
A baixa densidade dos polímeros se deve à predominância de carbono e 
hidrogênio, os quais formam cadeias de macromoléculas por meio de ligações 
covalentes. A presença de heteroátomos metálicos ou a substituição por halogêneos 
tende a aumentar a densidade do polímero, pois esses elementos possuem uma 
massa atômica elevada. 
Não somente a massa da macromolécula influencia na densidade do 
polímero. A forma como a massa está distribuída pode alterar a densidade, pois 
determinados grupos funcionais ocasionam cadeias mais abertas ou mais 
compactas. 
Contribuem para cadeias mais esparsas átomos eletronegativos como cloro e 
oxigênio, e grupos funcionais como os anéis aromáticos – quando pendentes da 
cadeia principal. As ramificações têm o mesmo efeito de espalhamento da cadeia, 
fazendo com que a massa ocupe um grande volume e tenha uma menor densidade 
[7]. 
Para justificar a densidade de um polímero de forma coerente é preciso levar 
em consideração tanto a massa dos elementos constituintes quanto a forma como 
eles estão distribuídos no volume. No entanto, é preciso atentar que a densidade 
verdadeira de um polímero pode ser mascarada pela presença de bolhas de ar, 
aditivos ou pigmentos [3]. 
 
 
 
TIPO DE POLÍMERO DENSIDADE A 20°C (g/cm3) 
PP 0,850 – 0,943 
PEBD 0,915 – 0,935 
PEAD 0,940 – 0,970 
PS 1,04 – 1,12 
PET 1,335 – 1,420 
PVC 1,391 – 1,431 
6 
 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS 
 Pellets de polietileno de alta densidade (HDPE); 
 Pellets de polietileno de baixa densidade (LDPE); 
 Pellets de polipropileno (PP); 
 Pellets de poliestireno (PS); 
 Pelletsde poli(etileno tereftalato) (PET); 
 Pellets de poli(cloreto de vinila) (PVC); 
 04 béqueres de capacidade aproximada de 150 ml; 
 02 pipetas graduadas; 
 Álcool etílico (C2H5OH); 
 Água destilada; 
 Balança Analítica; 
 Cloreto de Sódio (NaCl - “sal de cozinha”); 
 Balão Volumétrico (50 ml); 
 Bastão de Vidro; 
 Recipiente plástico 
 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Preparam-se três soluções de densidades teóricas abaixo, e com a 
composição indicada para cada uma das soluções: 
 
 0,91 g/cm³: C2H5OH 53 %p – H2O 47 %p; 
 0,93 g/cm³: C2H5OH 42 %p – H2O 58 %p; 
 1,00 g/cm³: H2O 100 %p; 
 1,20 g/cm³: NaCl 26 %p – H2O 74 %p. 
 
Usando uma balança analítica, tara-se a massa dos béqueres vazios e limpos 
e, em seguida, afere-se a massa de cada uma das substâncias, com o auxílio de 
pipetas graduadas (uma para a água e outra para o álcool). Para a solução com 
7 
 
 
NaCl, usando um recipiente plástico, afere-se a massa do sal, e mistura-se 
juntamente com a massa de água, deixando a solução homogênea. 
Confirma-se a densidade das soluções usando um balão volumétrico de 50 
ml. Primeiramente tara-se o balão volumétrico, e adicionam-se as soluções no balão 
volumétrico com a pipeta, até completar o seu volume. Em seguida, divide-se a 
massa adicionada pelo volume do balão volumétrico, para se obter a densidade 
experimental das soluções. 
Imerge-se os pellets dos polímeros nas soluções e observa-se seu 
comportamento (se o sólido afunda ou flutua). 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
A partir do experimento pode-se obter a seguinte tabela, com os materiais que 
afundam ou flutuam em determinadas soluções. 
Tabela 2: Observações realizadas durante o teste de flutuação de diferentes pellets poliméricos. 
 
A densidade dos polímeros estudados pode ser justificada com base nos 
grupos funcionais presentes nas estruturas dos seus meros. O peso molecular de 
cada um, bem como a organização desses grupos na cadeia ocasiona um polímero 
com maior ou menor densidade [6]. 
4.1 POLIESTIRENO 
 
Figura 2: Estrutura do PS [7] 
 
MATERIAIS ÁGUA 
ÁGUA E ÁLCOOL 
(0,93g/cm
3
) 
ÁGUA E ÁLCOOL 
(0,91g/cm
3
) 
ÁGUA E ÁLCOOL 
(1,2g/cm
3
) 
PS Afunda/flutua Afunda ─ Flutua 
PET Afunda ─ ─ Afunda 
PVC Afunda ─ ─ Afunda 
PEBD Flutua Flutua Afunda ─ 
PP Flutua Flutua Flutua ─ 
PEAD Flutua Afunda ─ ─ 
8 
 
 
O anel aromático presente em sua estrutura lhe confere uma densidade maior 
do que se fosse composto apenas por uma cadeia simples. Apesar de o grupo 
funcional acrescentar massa à estrutura, o seu tamanho impede a formação de uma 
cadeia compacta e densa. 
Sua densidade é muito próxima a da água, necessitando-se então ser 
comparado com uma solução de densidade menor, de 0,93g/cm3, na qual afundou. 
O polímero também foi exposto a uma solução de densidade maior, 1,2g/cm3, 
flutuando. Deste modo, sua densidade estaria entre 0,93 e 1,2g/cm3, que está de 
acordo com a sua densidade verdadeira, que é de 1,05g/cm3. [5] 
 
4.2 POLIETILENO TEREFTALATO 
 
 
Figura 3: Estrutura do PET [7]. 
Nesse caso, o anel aromático está presente na cadeia principal, o que torna a 
cadeia mais volumosa e compacta do que o PS. Como o oxigênio possui massa 
molar maior que a do carbono e hidrogênio, ele influencia na densidade do material. 
O polímero afunda tanto na água pura quanto na salmoura; sendo assim, sua 
densidade seria maior que 1,2 g/cm3. Sua densidade real é de 1,3g/cm3 [5], estando 
as ocorrências do experimento de acordo com sua densidade. 
 
4.3 POLICLORETO DE VINILA 
 
 
Figura 4: Estrutura do PVC [7]. 
 
9 
 
 
O PVC possui uma estrutura simples, porém com um átomo de cloro, que 
possui alta massa molar [7]. Deste modo, o cloro influencia na densidade do PVC 
ser maior que a da água, afundando quando colocada na mesma. Então, ele é 
colocado na solução de água e álcool de densidade 1,2g/cm3, na qual ele também 
afunda. A densidade real do PVC é entre 1,38 e 1,4 g/cm3 [5], assim, seu 
comportamento no experimento está de acordo com a sua densidade. 
Como o PVC e o PET, ambos flutuam quando colocados em solução de água 
e álcool de densidade 1,2 g/cm³, não teria como diferenciá-los no processo de 
reciclagem. Deste modo, para que se possa distinguir os dois materiais, é preciso de 
um teste de queima, no qual os dois materiais são queimados e o pH de suas 
fumaças são analisadas. Assim o material que, ao ser queimado, tiver uma fumaça 
mais ácida, será o PVC, devido ao cloro presente em sua estrutura. 
 
4.4 POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE 
 
 
Figura 5: Estrutura da molécula de PEBD [7] 
 
A figura mostra, além do mero, uma amostra de como é a distribuição da 
molécula do PEBD. O Polietileno de baixa densidade afundou apenas no teste onde 
a densidade da solução era 0,91g/cm³. Podemos concluir que a densidade do PEBD 
esta entre 0,91 e 0,93. 
O PEBD é caracterizado por moléculas bastante ramificadas, como visto na 
figura, essas ramificações impedem o ordenamento eficiente e rápido das moléculas 
durante a cristalização [6]. 
 
 
10 
 
 
4.5 POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE 
 
 
Figura 6: Estrutura e molécula do PEAD [7] 
 
 O Polietileno de alta densidade flutuou no teste com água, onde a densidade 
era 1g/cm³, e afundou no teste com água e álcool, onde a densidade era 0,93 g/cm³, 
indicando que a densidade do material esta entre 1 g/cm³ e 0,93 g/cm³. O PEAD tem 
a densidade igual ou maior que 0,941 g/cm³, sua densidade é maior que o PEBD, 
pois o tem um baixo nível de ramificações, como visto na figura, com alta densidade 
e altas forças intermoleculares. 
 
4.6 POLIPROPILENO 
 
Figura 7: Estrutura do PP [7]. 
 
O Polipropileno nos testes com água, de densidade 1 g/cm³, com água com 
álcool, de densidade 0,93 g/cm³, e com água com álcool de densidade inferior, de 
densidade 0,91 g/cm³, o material flutuou, este fato indica que a densidade do PP é 
menor que as densidades comparadas. 
A baixa densidade do PP deve-se ao fato de ter apenas carbonos e 
hidrogênios na sua cadeia. 
 
 
11 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
A prática de separação de polímeros pela técnica da diferença de densidade 
é útil para a distinção de materiais poliméricos, em certo grau. No entanto, essa 
técnica possa não ser muito precisa, porém é muito útil para a separação dos 
materiais, devido a sua praticidade e simplicidade. Em relação às amostras 
poliméricas utilizadas na realização dessa técnica, pode-se constatar que o 
poli(cloreto de vinila) (PVC) e o poli(etileno tereftalato) (PET) foram os únicos que 
apresentaram uma densidade maior que 1,2 g/cm³. O polietileno de alta densidade 
(HDPE) apresentou uma densidade superior a 0,93 g/cm³. Já o polietileno de baixa 
densidade (LDPE) e o polipropileno (PP) apresentaram densidades apenas 
superiores à da solução de 0,93 g/cm³, e o poliestireno (PS) uma densidade acima 
de 1,000 g/cm³, porém abaixo de 1,2 g/cm³. 
Em suma, é possível observar que polímeros com alto grau de ramificações, 
apresentam densidades menores, devido ao fato de serem menos cristalinos e 
compactos, no entanto, polímeros com baixo grau de ramificações tendem a ser 
mais densos. Outro fator que pode interferir na densidade de um polímero é se ele 
possui grupos volumosos em sua cadeia principal, isso faz com que a densidade do 
material seja maior, e também a presença de heteroátomos na cadeia polimérica, os 
quais são átomos maiores, e por consequência, mais pesados, e assim trazer um 
aumento na densidade do polímero. 
 
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REFERÊNCIAS 
 
1. SPINACÉ, M. A. D. S.; DE PAOLI, M. A. A Tecnologia da Reciclagemde Polímeros. Química Nova, 
Campinas, v. 28, n. 1, p. 65-72, Novembro 2005. 
2. MAZZUCCO, M. D. L. C. Estabelecer Processos de identificação e Separação de Plásticos para a 
Indústria de Reutilização e Reciclagem. Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, p. 
40. 2008. 
3. RECICLAGEM: monitoramento dos índices de reciclagem mecânica do plástico no Brasil. Plastivida 
- Instituto Sócio-Ambiental dos Plásticos, 2012. Disponivel em: 
<http://www.plastivida.org.br/2009/Reciclagem_IRMP.aspx>. Acesso em: 16 Março 2014. 
4. SEMMARCO, C.; DELFINI, L. Plástico Industrial. 7. ed. [S.l.]: [s.n.], 1997. 
5. VILHENA, A. Guia de Coleta Seletiva de Lixo. 1ª. ed. São Paulo: CEMPRE Compromisso Empresarial 
para a Reciclagem, 1999. 
6. MANRICH, S.; FRATTINI, G.; ROSALINI, A. C. Identificação de Polímeros para a reciclagem. São 
Carlos: EDUFSCar, 1997. 
7. MANO, E. B. Introdução a Polímeros. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, 1985.