Estudo da viabilidade da desintegração de estruturas de poliestireno expandido para nova expansão e moldação

Abstract

Tendo em conta o Pacto Ecológico Europeu, no qual estão a ser exigidas novas medidas para reduzir a pegada ecológica, especificamente no que diz respeito à diminuição do uso de plásticos de uso único, como materiais à base de poliestireno expandido (EPS). Atualmente, a reciclagem de produtos à base de EPS é principalmente realizada por meio de processos mecânicos. O material é moído ou triturado em pedaços menores, e estão podem depois ser fundidos e moldados em novos produtos ou utilizados como matéria-prima na fabricação de outros produtos. Ao moer o material, a morfologia inicial das esferas de EPS permite apenas a reintrodução de 15-20% de material reciclado no processo de fabricação. De maneira a desagregar as placas de EPS sem alterar significativamente as propriedades morfológicas das esferas, para conseguir aumentar a taxa de reciclagem do EPS, neste trabalho foi estudada a viabilidade de utilizar a moagem mecânica com moinho de lâmina e a moagem criogénica. Placas de EPS com diferentes densidades (20, 22 e 55 kg/mᶟ) foram caracterizadas e moídas utilizando as duas metodologias e verificou-se que a trituração criogénica resultou numa moagem quase completa do material, mas que a moagem com lâmina permite obter uma quantidade significativa de partículas esféricas. Deste modo, o segundo método revelou ser uma abordagem mecânica promissora para reciclar materiais de EPS. Posteriormente, foi estudada a influência de 20%, 40%, 60% e 100% de EPS desagregado originário das placas com 20 e 55 kg/mᶟ, na propriedades dos provetes. Para efeitos de comparação, foram consideradas as placas virgens, as placas contendo esferas de EPS recuperadas com forma heterogénea (moída na Petibol) e placas com EPS conformado há mais tempo. A caracterização das amostras permitiu verificar que a introdução de material desagregado leva a heterogeneidades e defeitos superficiais responsáveis pela perda de dureza de Shore A. Os ensaios mecânicos permitiram concluir que o EPS desagregado conduz a uma diminuição generalizada da resistência à compressão e flexão. No geral, verificou-se que o envelhecimento do EPS heterogéneo é mais significativo e como tal implica que é necessário utilizar mais matéria-prima no molde, ficando assim mais denso. Assim sendo, foi possível concluir que a preservação da integridade das esferas é critica no processo, permitindo a moldação de EPS mais antigo e recente. Concluindo, este trabalho permitiu desenvolver uma metodologia de desagregação que permite obter as novamente as partículas esféricas de EPS. Consequentemente foi possível conformar misturas com mais de 20% de EPS desintegrado, com propriedades equiparáveis às originais. Para além do mais foi possivelmente encontrada outra forma de valorização do EPS desagregado interessante para outro tipo de aplicação.

Within the European Green Deal new measures regarding the ecological footprint to decrease single-use plastics, such as for expanded polystyrene (EPS)-based materials, are on demand. Currently, the recycling of EPS-based products is mainly carried out via mechanical routes. The neat material is grounded or shredded into smaller pieces that can then be melted down and molded into new products or used as raw materials in the fabrication of other products. When grinded, the initial morphology of EPS beads only allows to reintroduce 15-20% of recycled material in the manufacturing process. Aiming to increase the EPS recycling rate, in this work, the feasibility of using blade or cryogenic milling to disintegrate EPS plates without significantly change de beads morphological properties was studied. EPS plates with different densities (20, 22 and 55 kg/mᶟ) were characterized and treated using a blade and a cryogenic mill. Then the morphology (optical microscopy) of the resulting EPS beads was evaluated, showing that the cryogenic milling results in an almost complete grinding of the material, but that the blade milling allows to obtain a significant number of spherical beads. Therefore, the second method revealed to be a promising mechanical approach to recycle EPS materials. Afterwards, was studied the influence of 20%, 40%, 60% and 100% of EPS recycled beads, originated from the plates with 20 and 55 kg/mᶟ, on the properties of EPS-based materials. For comparison, the neat plates, the plates containing recycled EPS beads with heterogenous shape and the plates with aged EPS were considered. The characterization of the samples allowed us to verify that the introduction of recycled material leads to heterogeneities and surface defects responsible for the loss of Shore A hardness. Mechanical tests led to the conclusion that the introduction of recycled EPS results in a generalized decrease in compression and flexural strength. Overall, it was observed that the aging of heterogeneous EPS is more significant, thus necessitating the use of more raw material in the mold, resulting in a denser product. Therefore, it was possible to conclude that preserving the integrity of the beads is critical in the process, enabling the molding of both older and newer EPS. In conclusion, this work has enabled the development of a disintegration methodology that allows the recovery of EPS spherical particles. Consequently, it was possible to shape blends with over 20% recycled EPS, with properties comparable to the original ones. Furthermore, another potentially valuable way of utilizing recycled EPS for a different type of application may have been identified.