BRPI1005144B1 - material compósito, método de processamento de resíduos urbanos, método de fabricação de um artigo e método de compactação de resíduos urbanos - Google Patents
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Abstract
material compósito, método de processamento de resíduos urbanos, método de fabricação de um artigo e método de compactação de resíduos urbanos descreve-se um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, com características únicas. tal material compósito pode ser preparado a partir do lixo, tal como lixo doméstico. para a preparação do material compósito, o lixo é secado, sendo opcionalmente particulado. o material de lixo já seco e opcionalmente particulado é então aquecido, enquanto é misturado sob forças de cisalhamento. o material compósito é depois processado para a obtenção de artigos úteis.
Description
MATERIAL COMPÓSITO, MÉTODO DE PROCESSAMENTO DE RESÍDUOS
URBANOS, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO E MÉTODO DE
COMPACTAÇÃO DE RESÍDUOS URBANOS
REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS [0001] Este pedido reivindica o benefício da prioridade do Pedido Provisório U.S. N° 61/193.985, depositado em 15 de janeiro de 2009.
CAMPO DA INVENÇÃO [0002] A invenção aqui divulgada refere-se ao tratamento de lixo, particularmente lixo doméstico ou municipal, e mais particularmente aos métodos para transformar lixo substancialmente não-separado em produtos úteis.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0003] Há uma crescente consciência e reconhecimento da importância da reciclagem, no entanto, apenas uma fração do lixo municipal gerado é realmente reciclada. Tem sido relatado pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos que, em 2007, os americanos geraram 254 milhões de toneladas de lixo urbano. Disto, apenas 63 milhões de toneladas foram recicladas, 22 milhões de toneladas foram compostadas, e 32 milhões de toneladas foram queimadas para produzir energia. Isto significa que 137 milhões de toneladas foram simplesmente descartadas, principalmente em aterros sanitários.
[0004] A economia é a principal razão para a quantidade limitada de lixo que é reciclada. Simplesmente falando, se a reciclagem não gera um lucro, ela não é feita. Os custos significativos envolvidos na reciclagem são o da triagem, do transporte e da energia utilizada nos processos de triagem e transporte.
[0005] Várias tecnologias foram desenvolvidas ao longo dos anos, visando fornecer produtos úteis de baixo custo a partir do lixo municipal.
[0006] A patente U.S. n° 3.850.771 fornece um processo para o processamento de lixo, em que uma porção de celulose do lixo é separada (triada) a partir do grosso do lixo, e transformada em xantato de celulose. O xantato de celulose, sendo solúvel, é uniformemente distribuído de volta para o lixo e, sob conversão, volta para a forma de celulose, ligando-se aos componentes do lixo. É sabido que a celulose no lixo é essencialmente inútil e pode, de fato, ser indesejável. Estas são as razões que a patente alega para remover uma parte do lixo, convertê-la, e então remisturá-la com o lixo, e sob tratamento adicional, a celulose precipita-se para formar um aglutinante.
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2/60 [0007] A patente U.S. n° 4.013.616 descreve um método para o uso de lixo urbano ou industrial fragmentado como um preenchimento (carga) para resinas termocuráveis ou termoplásticas, tal como polietileno, utilizando-se a resina preenchida para fazer um produto útil. O processo requer uma pré-separação do lixo, em frações leves e pesadas. Além disso, a patente ensina que os plásticos no lixo original não são adequados como agentes de ligação. Os componentes que compõem o lixo municipal típico são descritos na Tabela 1 da patente.
[0008] A patente U.S. n° 4.772.430 descreve um processo para compactação de lixo sólido contendo pelo menos 10% em peso de materiais termoplásticos, utilizando uma máquina de moldagem por extrusão para obter massas ou pelotas de alta densidade com formato de bastonetes. As massas ou pelotas com formato de bastonetes consistem de agregados não-homogêneos de materiais de diversos tipos de lixo, e por causa das condições do processo, o plástico fica concentrado na porção periférica do composto, formando uma camada de plástico solidificado, como uma crosta.
[0009] A patente U.S. n° 4.968.463 descreve um método com foco na eliminação de lixo plástico, no qual é importante que o conteúdo termoplástico seja de mais de 65% em peso, e o teor de água inferior a 3%, onde opcionalmente adiciona-se um preenchimento (carga, que também pode ser lixo) e materiais para dar cor. O produto caracteriza-se por ter uma tensão de ruptura na flexão (resistência à flexão) de 35-50 N/mm2 e é processável com máquinas de processamento para madeira.
[0010] A patente U.S. n° 5.217.655 descreve um produto composto obtido primeiramente por uma granulação de uma mistura de material plástico e fibroso, como por exemplo lixo municipal, comercial ou industrial, do qual foi removido, de preferência, todo o metal, em que em seguida aquece-se a mistura em estágios de cerca de 100 a 204 °C, enquanto a mistura é mexida continuamente em uma máquina extrusora. O material composto pode conter pelo menos 50% de material termoplástico, e é descrito como tendo propriedades de alto impacto, alta resistência à compressão, podendo ser revestido com agentes de coloração e podendo ser utilizado para postes industriais, vigas e pilares de construção.
[0011] A patente U.S. n° 6.017.475 descreve um processo utilizando um hidrolisador para a hidrólise completa do material de lignocelulose no lixo. O processo obtém agregados de polpa de celulose estéril possuindo traços de metais, plásticos, etc., macroscopicamente misturados nos agregados. Os agregados são separáveis em polpa de celulose pura e uma mistura residual contendo polpa inorgânica. A polpa de celulose e/ou o material residual
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3/60 podem ser ainda mais extrudados, opcionalmente com plástico ou outros aditivos, para formar produtos úteis. Alguns produtos do processo são descritos nas patentes WO
2005/092708 e US2004/0080072.
[0012] A patente U.S. n° 6.253.527 descreve um método de moldagem por compressão de lixo ou de partículas de preenchimento que são unidas e encapsuladas por um aglutinante termoplástico. O material composto é preparado pela mistura de partículas termoplásticas e lixo ou preenchedores (cargas), usando mistura de alta intensidade para aquecer por fricção as partículas, levando as partículas termoplásticas a um estado fundido onde elas recobrem e encapsulam as partículas do lixo ou dos preenchedores. A massa fundida é então moldada por compressão.
[0013] A patente U.S. n° 6.423.254 descreve um método para fabricação de produtos de vários tipos de material de lixo, compreendendo cerca de 80% de poliolefinas e aproximadamente 20% de outros polímeros termoplásticos. O lixo pode ser usado em combinação com matérias-primas tais como madeira, plásticos, metais, agentes de expansão e estabilizadores de calor.
[0014] A patente KR 2003/0014929 descreve um material compósito obtido a partir de lixo a partir do qual o metal foi separado e removido. O material compósito compreende entre 30-70% de materiais termoplásticos após a triagem dos metais, porque os metais causam problemas no processo de trituração.
[0015] A patente WO 2006/079842 descreve um método para processamento de lixo hospitalar contendo entre 10% e 50% de material termoplástico, cerca de 20% de água, e o restante consistindo principalmente de algodão, adesivos, borracha e metal. O produto é moldável e tem uma densidade de 200 a 500 kg/m3.
[0016] A patente W02006/035441 descreve um método para encapsular pedaços de lixo com plástico derretido, através de aquecimento e mistura.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0017] A presente invenção é baseada na descoberta surpreendente de que submetendose o lixo substancialmente não-separado a forças de cisalhamento, sob temperaturas acima de 100 °C, isto resulta em um material compósito com propriedades termoplásticas.
[0018] Assim, a presente invenção fornece um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, tendo uma energia de superfície acima de aproximadamente 35 dina/cm.
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4/60 [0019] A presente invenção também fornece um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, essencialmente sem ter espaços (gaps) entre os diferentes componentes do material, quando visto com uma ampliação suficiente para revelar estruturas acima de cerca de 0,1 üm. Assim, de acordo com esta forma de incorporação, o material particulado (por exemplo, pequenas partículas inorgânicas, fibras, partículas sólidas de origens diferentes, etc.) está intimamente associado com o meio circundante de modo que, se houver espaços, eles terão um tamanho (largura) menor do que 0,1 Dm. Embora não seja pretendido que haja limitações teóricas, acredita-se que isto seja resultado das propriedades adesivas do novo material compósito que fica compreendido no dito meio circundante.
[0020] Também é provido pela invenção um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, o dito material compósito tendo uma transição da fase sólida para um estado de fluidez a uma temperatura inferior a cerca de 120 °C, eventualmente até menor do que aproximadamente 110 °C, inferior a cerca de 100 °C, ou até mesmo a uma temperatura tão baixa quanto aproximadamente 90 °C.
[0021] Também é provido pela invenção um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, caracterizando uma ou mais das seguintes propriedades:
- ter uma transição da fase sólida para um estado de fluidez a uma temperatura menor do que cerca de 120 °C, eventualmente até menor do que aproximadamente 110 °C, inferior a cerca de 100 °C, ou até mesmo a uma temperatura tão baixa quanto aproximadamente 90 °C;
- não ter, essencialmente, espaços entre os diferentes componentes do material, quando visto com uma ampliação suficiente para revelar estruturas acima de cerca de 0,1 pm;
- ter uma energia de superfície acima de cerca de 35 dina/cm;
- ter uma densidade acima de cerca de 1,2 g/cm3;
- ter um teor de potássio acima de cerca de 1 mg de potássio para cada 1 g de material composto (mg/g);
- ter resistência à tração acima de cerca de 4 MPa;
- ter um módulo de elasticidade acima de aproximadamente 600 MPa;
- ter um módulo de flexão acima de cerca de 800 MPa ou mesmo 1.000 MPa;
- ter resistência à flexão acima de aproximadamente 7 MPa;
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5/60
- ter um valor de teste de impacto Izod em entalhe (notched) acima de cerca de 12 J/m;
- ter um valor de teste de impacto Charpy acima de aproximadamente 1,5 kJ/m2,1,6 kJ/m2,
1,7 kJ/m2, ou 1,8 kJ/m2;
- liberar um ou mais compostos voláteis compreendendo butanona, ácido acético, ácido butanóico, furfural e fenol (estes componentes induzem um odor característico, onde o odor pode ser eliminado pela adição de absorventes de odor); outros compostos voláteis, como por exemplo aqueles normalmente liberados do lixo orgânico ou não-orgânico, também podem ser liberados do material composto;
- compreender DNA;
- compreender clorofila.
[0022] A seguir, todas as indicações de % se relacionam com as quantidades relativas de componentes em unidades p/p, ou seja, o peso de um componente para cada 100 unidades de peso do material composite. A quantidade relativa pode ser determinada no produto final, ou pode ser determinada no(s) material(is) inicial(is) usado(s) para produzir o material compósito, antes do processamento (geralmente por aquecimento sob forças de cisalhamento) ou em amostras colhidas durante o processamento, antes de obter o material compósito final resultante. Deve ser entendido que pode haver algumas variações (geralmente pequenas) entre a quantidade relativa de um componente no material inicial antes de ser processado e o material compósito obtido, devido à perda de umidade, formação de alguns compostos voláteis durante o processamento e outros fatores que devem ser levados em conta, quando se compara o conteúdo de um componente no material compósito com aquele contido no material inicial.
[0023] Todas as quantidades ou medidas indicadas abaixo com os termos cerca de ou “aproximadamente”, seguido de um número, devem ser entendidas como significando o número indicado com uma tolerância possível entre aproximadamente 10% acima do número indicado e 10% abaixo desse número. Por exemplo, o termo cerca de 10% deve ser entendido como abrangendo a faixa de 9% a 11%; o termo aproximadamente 100 °C denota um intervalo de 90 a 110 °C.
[0024] O material compósito da invenção pode incluir plástico na faixa entre cerca de 0 até aproximadamente 40%, porém não superior, tipicamente, a cerca de 35% ou eventualmente aproximadamente 30% do material compósito. A quantidade de plástico em algumas formas de incorporação pode ser de pelo menos n%, n sendo um número inteiro no intervalo entre
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6/60 e 20; em algumas formas de incorporação, o material plástico pode estar presente em uma quantidade menor do que m%, m sendo um número inteiro na faixa entre 15 e 29. [0025] O material compósito, em algumas formas de incorporação, pode incluir pelo menos cerca de 10% de matéria orgânica (que não seja material polimérico sintético), pelo menos, tipicamente, aproximadamente 15%, cerca de 20%, cerca de 25%, aproximadamente 30%, cerca de 35% ou eventualmente cerca de 40%; em algumas formas de incorporação, o material compósito pode abranger até cerca de 90%, normalmente menos de aproximadamente 85%, cerca de 80%, cerca de 75% ou eventualmente menos de aproximadamente 70% de matéria orgânica.
[0026] De acordo com algumas formas de incorporação, o material compósito compreende cerca de pelo menos 1%, aproximadamente 2%, cerca de 5%, cerca de 10% ou menos de aproximadamente 15% de matéria inorgânica; em algumas formas de incorporação, o material compósito compreende menos de aproximadamente 50%, cerca de 40 %, cerca de 30% ou eventualmente menos de aproximadamente 20% de matéria inorgânica.
[0027] Em algumas formas de incorporação, o material compósito é preparado por extrusão.
[0028] Em algumas formas de incorporação, o material compósito é moldado por injeção. [0029] Em algumas formas de incorporação, o material compósito é preparado por rotomoldagem (moldagem por rotação).
[0030] Em algumas formas de incorporação, o material compósito é moldado por compressão.
[0031] Em algumas formas de incorporação, o material compósito é formado em grânulos. [0032] Os diferentes métodos de preparação podem ser aproveitados para a preparação dos materiais compósitos da invenção, com propriedades para atender necessidades específicas, ou podem ser utilizados para formar o material compósito em diferentes artigos úteis.
[0033] Para processamento e produção posterior de artigos, o dito material compósito na forma de grânulos ou em qualquer outra forma pode ser misturado com outros materiais, tal como plástico virgem ou reciclado e, em seguida, é moldado como artigos úteis. Os materiais plásticos são tipicamente poliolefinas, tais como polietileno ou polipropileno, cloreto de polivinila, lixo plástico não-separado ou suas misturas. Em algumas formas de incorporação, o dito material composto pode ser misturado com uma variedade de diferentes materiais ou substâncias, onde exemplos não-limitativos são minerais (por
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7/60 exemplo, carbonato de cálcio), sais, partículas ou pedaços de metal, fibras orgânicas ou inorgânicas, vidro, carbono (carvão ativo, por exemplo), areia, pedras do solo, argila, cascalho, e muitos outros.
[0034] Em algumas formas de incorporação da invenção, o material compósito é preparado a partir de resíduos não triados ou substancialmente não-separados (definido abaixo), por exemplo, lixo urbano, industrial ou outros. Às vezes, o lixo pode ser usado como está, como matéria-prima para a preparação do material compósito (por aquecimento sob forças de cisalhamento). Também, o lixo pode, às vezes, ser sujeito à remoção de alguns componentes, como por exemplo metais ou outros materiais inorgânicos, para evitar a abrasão por tais componentes dos equipamentos de processamento, que pode ser, por exemplo, uma extrusora.
[0035] A presente invenção também fornece um método para processamento de lixo. Este método compreende: secar e, opcionalmente, particular o lixo substancialmente nãoseparado, que compreende matéria orgânica e, opcionalmente, plásticos, para obter o material de lixo seco e, opcionalmente, particulado; e aquecer durante a mistura o material particulado de lixo seco, a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C, sob forças de cisalhamento. Assim, um material compósito com propriedades termoplásticas é obtido.
[0036] A extensão das forças de cisalhamento pode influenciar as propriedades do material compósito. As forças de cisalhamento podem ocorrer através da mistura com um agitador ou misturador industrial, pode ocorrer dentro de uma extrusora, e em muitos outros instrumentos ou máquinas.
[0037] O dito material compósito pode ser usado para preparar artigos tendo um formato definido. Os artigos podem ser preparados através do processamento do material compósito ou de uma mistura de material compósito e outros materiais, tais como plástico ou outros exemplificados abaixo, em temperaturas na faixa de cerca de 100 °C e aproximadamente 240 °C, ou no intervalo de cerca de 140 e aproximadamente 230 °C, ou eventualmente na faixa de cerca de 180 a aproximadamente 220 °C, para assumir o formato desejado. O referido material compósito pode ser opcionalmente particulado e peneirado antes do aquecimento. Os artigos podem ser obtidos por extrusão do material compósito ou da mistura que compreende o material compósito, seguido por moldagem (moldagem por injeção, moldagem por compressão, rotomoldagem, etc.). Dessa forma, também fazem parte da presente invenção os artigos formados a partir do material compósito, com as propriedades termoplásticas aqui divulgadas.
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8/60 [0038] Assim, a invenção também fornece um método para preparar artigos feitos do material compósito desta invenção, compreendendo a obtenção do material compósito conforme descrito acima, moendo-se opcionalmente o material compósito, peneirando-se opcionalmente o material compósito, misturando-se opcionalmente o material compósito com outros materiais, tais como plásticos e areia, procedendo-se ao aquecimento e mistura do material compósito ou da mistura compreendendo o material compósito sob forças de cisalhamento, e moldando-se o mesmo em um artigo tendo um formato desejado.
[0039] Finalmente, a presente invenção fornece um método para a compactação de lixo, compreendendo: secagem e, opcionalmente, particulação de lixo substancialmente nãoseparado, o qual compreende matéria orgânica e, opcionalmente, plásticos, para obter material de lixo seco e, opcionalmente, particulado; aquecimento enquanto se faz a mistura do lixo seco, a uma temperatura na faixa de cerca de 100 °C até aproximadamente 240 °C, ou no intervalo de cerca de 140 e aproximadamente 230 °C, ou eventualmente na faixa de cerca de 180 a cerca de 220 °C, sob forças de cisalhamento, para obter um material compósito resultante; e conformação do material compósito resultante em blocos ou outros artigos com uma formato definido.
INCORPORAÇÕES [0040] Algumas formas de incorporação não-limitativas abrangidas pela presente invenção estão definidas nas seguintes cláusulas numeradas:
[0001] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, caracterizando um ou mais dos seguintes itens:
- ter uma transição da fase sólida para um estado de fluidez a uma temperatura menor do que cerca de 120 °C;
- não ter espaços entre os diferentes componentes do material, quando visto com uma ampliação suficiente para revelar estruturas acima de 0,1 Dm;
- ter uma energia de superfície acima de cerca de 35 dina/cm;
- ter uma densidade acima de cerca de 1,2 g/cm3;
- ter um teor de potássio acima de cerca de 1 mg de potássio para cada 1 g de material compósito (mg/g);
- ter resistência à tração acima de cerca de 4 MPa;
- ter um módulo de elasticidade acima de aproximadamente 600 MPa;
- ter um módulo de flexão acima de cerca de 800 MPa;
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9/60
- ter resistência à flexão acima de aproximadamente 7 MPa;
- ter um valor de teste de impacto Izod em entalhe (notched) acima de cerca de 12 J/m;
- ter um valor de teste de impacto Charpy acima de aproximadamente 1,5 kJ/m2,1,6 kJ/m2,
1,7 kJ/m2, ou 1,8 kJ/m2;
- liberar um ou mais compostos voláteis compreendendo butanona, ácido acético, ácido butanóico, furfural e fenol;
- compreender DNA;
- compreender clorofila.
[0001] O material compósito da cláusula 1, compreendendo material plástico na faixa de cerca de 0 a 30%, material orgânico na faixa de cerca de 10 a 70%, e material inorgânico na faixa de cerca de 0 a 70%.
[0002] O material compósito das cláusulas numeradas 1 ou 2, compreendendo até 40% de plástico.
[0003] O material compósito da cláusula numerada 3, compreendendo até 35% de plástico. [0004] O material compósito de cláusula numerada 4, compreendendo até 30% de plástico. [0005] O material compósito de qualquer uma das cláusulas numeradas anteriores, compreendendo plástico na faixa de n% e m%, onde n é qualquer número inteiro entre 1 e 18 e m é qualquer número inteiro entre 19 e 29.
[0006] O material compósito de qualquer uma das cláusulas numeradas anteriores, compreendendo material orgânico na faixa de cerca de 10% até cerca de 90%.
[0007] O material compósito da cláusula 7, incluindo pelo menos cerca de 15% de matéria orgânica.
[0008] O material compósito da cláusula 8, incluindo pelo menos cerca de 20% de matéria orgânica.
[0009] O material compósito da cláusula 9, incluindo pelo menos cerca de 25% de matéria orgânica.
[0010] O material compósito da cláusula 10, incluindo pelo menos cerca de 30% de matéria orgânica.
[0011] O material compósito da cláusula 11, incluindo pelo menos cerca de 35% de matéria orgânica.
[0012] O material compósito da cláusula 12, incluindo pelo menos cerca de 40% de matéria orgânica.
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10/60 [0013] O material compósito de qualquer uma das cláusulas 7 a 13, compreendendo menos do que cerca de 85% de matéria orgânica.
[0014] O material compósito da cláusula 14, compreendendo menos do que cerca de 80% de matéria orgânica.
[0015] O material compósito da cláusula 15, compreendendo menos do que cerca de 75% de matéria orgânica.
[0016] O material compósito da cláusula 16, compreendendo menos do que cerca de 70% de matéria orgânica.
[0017] O material compósito de qualquer uma das cláusulas numeradas anteriores, compreendendo matéria inorgânica na faixa de 0% até cerca de 50%.
[0018] O material compósito da cláusula 18, compreendendo cerca de 1% ou mais de matéria inorgânica.
[0019] O material compósito da cláusula 19, compreendendo cerca de 2% ou mais de matéria inorgânica.
[0020] O material compósito da cláusula 20, compreendendo cerca de 5% ou mais de matéria inorgânica.
[0021] O material compósito da cláusula 21, compreendendo cerca de 10% ou mais de matéria inorgânica.
[0022] O material compósito da cláusula 22, compreendendo cerca de 15% ou mais de matéria inorgânica.
[0023] O material compósito de qualquer uma das cláusulas 18 a 23, compreendendo menos do que cerca de 50% de matéria inorgânica.
[0024] O material compósito da cláusula 24, compreendendo menos do que cerca de 40% de matéria inorgânica.
[0025] O material compósito da cláusula 25, compreendendo menos do que cerca de 30% de matéria inorgânica.
[0026] O material compósito da cláusula 26, compreendendo menos do que cerca de 20% de matéria inorgânica.
[0027] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, tendo uma transição da fase sólida para um estado fluido a uma temperatura de menos de cerca de 120 °C.
[0028] O material compósito da cláusula 28, onde a transição de fase é em uma temperatura de menos de cerca de 110 °C.
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11/60 [0029] O material compósito da cláusula 29, onde a transição de fase ocorre em uma temperatura de menos de cerca de 100 °C.
[0030] O material compósito da cláusula 30, onde a transição de fase ocorre em uma temperatura na faixa de cerca de 90 até cerca de 100 °C.
[0031] O material compósito de qualquer uma das cláusulas 28 a 31, tendo uma ou mais características definidas nas cláusulas 1 a 26.
[0032] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, não tendo essencialmente espaços (gaps) entre os diferentes componentes do material, quando visto com uma ampliação suficiente para revelar estruturas acima de cerca de 0,1 pm.
[0033] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, compreendendo partículas embutidas em uma matriz, a matriz estando intimamente associada com as superfícies externas das partículas, essencialmente sem espaços entre partículas, quando vista com uma ampliação suficiente para revelar estruturas acima de 0,1 pm.
[0034] O material compósito das cláusulas 33 ou 34, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 32.
[0035] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, com uma energia de superfície acima de cerca de 35 dina/cm.
[0036] O material compósito da cláusula 36, tendo uma energia de superfície acima de cerca de 40 dina/cm.
[0037] O material compósito das cláusulas 36 ou 37, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 31.
[0038] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, tendo uma densidade acima de cerca de 1,2 g/cm3.
[0039] O material compósito da cláusula 39, tendo uma densidade na faixa de cerca de 1,2 e 1,7 g/cm3.
[0040] O material compósito das cláusulas 39 ou 40, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 37.
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12/60 [0041] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, com um teor de potássio acima de cerca de 1 mg/g.
[0042] O material compósito da cláusula 42, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 10 a 40.
[0043] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, tendo resistência à tração acima de cerca de 4 MPa.
[0044] O material compósito da cláusula 44, tendo resistência à tração acima de cerca de
MPa.
[0045] O material compósito da cláusula 45, tendo resistência à tração acima de cerca de
MPa.
[0046] O material compósito da cláusula 46, tendo resistência à tração acima de cerca de
MPa.
[0047] O material compósito da cláusula 47, tendo resistência à tração acima de cerca de
MPa.
[0048] O material compósito de qualquer uma das cláusulas numeradas 44 a 48, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 42.
[0049] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, tendo um módulo de elasticidade à tração acima de cerca de 600 MPa.
[0050] O material compósito da cláusula 50, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 48.
[0051] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, tendo um módulo de flexão acima de cerca de 800 MPa.
[0052] O material compósito da cláusula 52, onde o módulo de flexão está acima de cerca de 1.000 MPa.
[0053] O material compósito da cláusula 53, onde o módulo de flexão está acima de cerca de 2.000 MPa.
[0054] O material compósito da cláusula 54, onde o módulo de flexão está acima de cerca de 3.000 MPa.
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13/60 [0055] O material compósito da cláusula 55, onde o módulo de flexão está acima de cerca de 3.500 MPa.
[0056] O material compósito de qualquer uma das cláusulas numeradas 52 a 56, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 50.
[0057] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, tendo resistência à flexão acima de aproximadamente 7 MPa.
[0058] O material compósito da cláusula 58, onde a resistência à flexão está acima de cerca de 9 MPa.
[0059] O material compósito da cláusula 59, onde a resistência à flexão está acima de cerca de 11 MPa.
[0060] O material compósito de qualquer uma das cláusulas numeradas 58 a 60, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 56.
[0061] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, tendo um valor de teste de impacto Izod em entalhe (notched) acima de cerca de 12 J/m.
[0062] O material compósito da cláusula 62, onde o valor de teste de impacto Izod em entalhe está acima de cerca de 13 J/m.
[0063] O material compósito da cláusula 63, onde o valor de teste de impacto Izod em entalhe está acima de cerca de 15 J/m.
[0064] O material compósito de 64 cláusula, onde o valor de teste de impacto Izod em entalhe está acima de cerca de 17 J/m.
[0065] O material compósito de qualquer uma das cláusulas numeradas 62 a 65, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 10 a 60.
[0066] Um material compósito tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, tendo um valor de teste de impacto Charpy acima de cerca de 1,5 kJ/m2.
[0067] O material compósito da cláusula 67, onde o valor de teste de impacto Charpy está acima de cerca de 1,6 kJ/m2.
[0068] O material compósito da cláusula 68, onde o valor de teste de impacto Charpy está acima de cerca de 1,7 kJ/m2.
[0069] O material compósito da cláusula 69, onde o valor de teste de impacto Charpy está acima de cerca de 1,8 kJ/m2.
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14/60 [0070] O material composite de qualquer uma das cláusulas numeradas 67 a 70, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas 1 a 65.
[0071] Um material composite tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástico, liberando um ou mais compostos voláteis compreendendo butanona, ácido acético, ácido butanóico, furfural e fenol.
[0072] Um material composite tendo propriedades termoplásticas, compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, matéria inorgânica e/ou plástica, compreendendo DNA.
[0073] O material composite das cláusulas 72 ou 73, tendo uma ou mais características definidas em qualquer uma das cláusulas numeradas 1 a 70.
[0074] O material composite de qualquer uma das cláusulas numeradas anteriores, preparado por extrusão.
[0075] O material composite de qualquer uma das cláusulas numeradas anteriores, sendo moldado por compressão ou injeção.
[0076] O material composite de qualquer uma das cláusulas numeradas anteriores, preparado a partir de lixo substancialmente não-separado.
[0077] O material composite da cláusula 77, preparado a partir de lixo não-separado que é substancialmente desprovido de qualquer material inorgânico incluído no lixo nãoseparado.
[0078] O material composite da cláusula 78, preparado a partir de lixo não-separado que é substancialmente desprovido de qualquer metal incluído no lixo não-separado.
[0079] Um método para processamento de lixo, compreendendo:
- secagem e, opcionalmente, particulação de lixo substancialmente não-separado, o qual compreende matéria orgânica e, opcionalmente, plásticos, para obter um material de lixo seco e, opcionalmente, particulado; e
- aquecimento durante a mistura do material de lixo seco e particulado, a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C sob forças de cisalhamento, para assim obter um material composto com propriedades termoplásticas.
80A. Um método para preparar um material composite, compreendendo:
[0080] - obtenção de uma mistura compreendendo matéria orgânica e, opcionalmente, plásticos; e
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15/60 [0081] - aquecimento da mistura a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C sob forças de cisalhamento, para assim obter um material compósito com propriedades termoplásticas.
[0082] O método das cláusulas 80 ou 80A, compreendendo ainda a particulação do referido material compósito.
[0083] O método das cláusulas 80 a 81, onde a temperatura é de pelo menos 120 °C.
[0084] O método da cláusula 82, onde a temperatura é de pelo menos 140 °C.
[0085] O método da cláusula 83, onde a temperatura é de pelo menos 160 °C.
[0086] O método da cláusula 84, onde a temperatura está na faixa de 180 °C a 220 °C.
[0087] O método de qualquer uma das cláusulas 80 a 85, para a fabricação de um material compósito tal como definido em qualquer uma das cláusulas numeradas 1 a 79.
[0088] Artigos formados a partir do material compósito, tal como definido em qualquer uma das cláusulas 1 a 79, ou a partir de um material compósito preparado de uma maneira definida conforme as cláusulas 80 a 86.
[0089] Um método para fabricação de um artigo, compreendendo:
- secagem e, opcionalmente, particulação de lixo substancialmente não-separado, o qual compreende matéria orgânica e, opcionalmente, plásticos, para obter lixo seco e, opcionalmente, particulado;
- aquecimento durante a mistura do lixo seco a uma temperatura na faixa de cerca de 100 °C a cerca de 240 °C, sob forças de cisalhamento, para obter um material compósito;
- moldagem do material compósito para formar o artigo.
[0090] Um método para a compactação de lixo, compreendendo:
- secagem e, opcionalmente, particulação de lixo substancialmente não-separado, o qual compreende matéria orgânica e, opcionalmente, plásticos, para a obtenção de lixo seco e, opcionalmente, particulado;
- aquecimento durante a mistura do lixo seco a uma temperatura na faixa de cerca de 100 °C a cerca de 240 °C, sob forças de cisalhamento, para obter um material compósito; e
- conformação do material compósito resultante em blocos ou outros artigos com um formato definido.
[0091] O método das cláusulas 88 ou 89, onde a temperatura está na faixa de cerca de
140 e cerca de 230 °C.
[0092] O método da cláusula 90, onde a temperatura está na faixa de cerca de 180 e cerca de 220 °C.
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16/60 [0093] O método de qualquer uma das cláusulas 80 a 91, onde o aquecimento sob forças de cisalhamento é realizado em uma extrusora.
[0094] O método de qualquer uma das cláusulas 80 a 92, no qual o lixo substancialmente não-separado é particulado.
[0095] O método da cláusula 93, onde a particulação é realizada por uma máquina granuladora.
[0096] Um método para a fabricação de um artigo, compreendendo aquecer o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79 para fazer esse material tornar-se fluido, e conformá-lo para um formato desejado a fim de obter o referido artigo.
[0097] O método da cláusula 95, onde o aquecimento ocorre em uma temperatura na faixa de I00 °C e 240 °C.
[0098] O método de qualquer uma das cláusulas 88 a 95, onde o material compósito é continuamente conformado e moldado para um formato desejado.
[0099] Um método para preparar um material compósito tendo uma ou mais das seguintes propriedades no estado sólido: ter uma transição da fase sólida para um estado de fluidez a uma temperatura menor do que cerca de 120 °C; não ter espaços entre os diferentes componentes do material, quando visto com uma ampliação suficiente para revelar estruturas acima de 0,1 nm; ter uma energia de superfície acima de cerca de 35 dina/cm; ter uma densidade acima de cerca de 1,2 g/cm3; ter um teor de potássio acima de cerca de 1 mg/g (mg de potássio para cada 1 g de material composto); ter resistência à tração acima de cerca de 4 MPa; ter um módulo de elasticidade acima de aproximadamente 600 MPa; ter um módulo de flexão acima de cerca de 800 MPa; ter resistência à flexão acima de aproximadamente 7 MPa; ter um valor de teste de impacto Izod em entalhe (notched) acima de cerca de 12 J/m; ter um valor de teste de impacto Charpy acima de aproximadamente
1,5 kJ/m2, 1,6 kJ/m2, 1,7 kJ/m2, ou 1,8 kJ/m2; liberar um ou mais compostos voláteis compreendendo butanona, ácido acético, ácido butanóico, furfural e fenol; compreender DNA; e compreender clorofila;
[0100] o método compreendendo: secagem e particulação de lixo substancialmente nãoseparado, o qual compreende material orgânico e plásticos, para obter material de lixo seco;
e aquecimento durante a mistura do material particulado seco, sob forças de cisalhamento, a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C, obtendo-se assim um material compósito processado.
[0101] O método da cláusula 98, onde a temperatura é de pelo menos 120 °C.
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17/60 [0102] O método da cláusula 99, onde a temperatura é de pelo menos 140 °C.
[0103] O método da cláusula 100, onde a temperatura é de pelo menos 160 °C.
[0104] O método da cláusula 101, onde a temperatura está na faixa de 180 °C a 220 °C.
[0105] Um método para processamento de lixo, compreendendo:
- secagem e, opcionalmente, particulação de lixo substancialmente não-separado, o qual compreende matéria orgânica e, opcionalmente, plásticos, para obter material de lixo seco e, opcionalmente, particulado;
- aquecimento durante a mistura do lixo seco a uma temperatura na faixa de cerca de 100 °C e cerca de 240 °C sob forças de cisalhamento, para obter um material compósito; e
- particulação do material composto.
[0106] O método de qualquer das cláusulas 88 a 97, onde o material compósito é particulado depois da formação, e o material compósito particulado é então moldado como o referido artigo.
[0107] O método da cláusula 104, onde o material compósito é triturado, e o material compósito triturado é reaquecido e misturado sob forças de cisalhamento, antes de ser moldado para obter o artigo.
[0108] O método de qualquer uma das cláusulas 104 ou 105, onde o material compósito triturado é reaquecido e misturado com outro material sob forças de cisalhamento, antes de ser moldado para obter o artigo.
[0109] Um artigo compreendendo dois ou mais materiais aderidos ou misturados um com o outro, onde pelo menos um dos referidos materiais é o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79, ou um material compósito obtido por qualquer um dos métodos das cláusulas 80 a 94 e 104 a 106.
[0110] O artigo 107 da cláusula, em que os dois ou mais materiais são essencialmente misturados homogeneamente uns com os outros.
[0111] O artigo da cláusula 107 ou 108, em que a dita mistura compreende polietileno, cloreto de polivinila, polipropileno, lixo plástico não-separado, ou uma mistura dos mesmos. [0112] O artigo da cláusula 108 ou 109, compreendendo um primeiro material e um segundo material aderidos um ao outro, onde pelo menos um dos primeiro ou segundo materiais é um material compósito, tal como definido em qualquer uma das cláusulas 1 a 79.
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18/60 [0113] Um palete para armazenamento ou empilhamento, feito de uma mistura compreendendo um material compósito, tal como definido em qualquer uma das cláusulas a 79.
[0114] O palete da cláusula 111, preparado por moldagem por injeção da dita mistura. [0115] O palete das cláusulas 111 ou 112, em que a dita mistura compreende o referido material compósito e polietileno de alta densidade.
[0116] Um artigo de armazenamento feito de uma mistura compreendendo um material compósito, tal como definido em qualquer uma das cláusulas 1 a 79.
[0117] O artigo da cláusula 114, sendo uma caixa de ferramentas.
[0118] O artigo das cláusulas 114 ou 115, elaborado por moldagem por injeção.
[0119] O artigo de qualquer uma das cláusulas 114 a 116, em que a dita mistura compreende polietileno, cloreto de polivinila, polipropileno, lixo plástico não-separado, ou uma mistura dos mesmos.
[0120] Um painel capaz de suportar peso, feito de uma mistura compreendendo um material compósito de acordo com qualquer uma das cláusulas 1 a 79.
[0121] O painel da cláusula 118, sendo usado como prateleira.
[0122] O painel das cláusulas 118 ou 119, preparado por moldagem por injeção.
[0123] O painel de qualquer uma das cláusulas 118 a 120, onde a dita mistura compreende polipropileno e carbonato de cálcio.
[0124] Um artigo feito de uma mistura que compreende o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79, um copolímero de polipropileno, e negro de fumo.
[0125] Um artigo feito de uma mistura que compreende o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79, preparado por moldagem.
[0126] Um artigo feito de uma mistura que compreende o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79, preparado por moldagem por injeção.
[0127] Um artigo feito de uma mistura que compreende o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79, preparado por rotomoldagem.
[0128] Um artigo feito de uma mistura que compreende o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79, preparado por moldagem por compressão.
[0129] O artigo de qualquer uma das cláusulas 122 a 126, em que a mistura compreende um material plástico.
[0130] O artigo da cláusula 127, em que o plástico é polietileno, cloreto de polivinila, polipropileno, lixo plástico não-separado, ou uma mistura dos mesmos.
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19/60 [0131] O artigo de qualquer uma das cláusulas 107 a 127, onde uma pintura é aplicada pelo menos nas superfícies visíveis do artigo.
[0132] Utilização de lixo substancialmente não-separado para a produção de artigos, conforme definido em qualquer uma das cláusulas 122 a 128.
[0133] Um método para preparar artigos, compreendendo:
[0134] prover o material compósito de qualquer uma das cláusulas 1 a 79, ou preparar um material compósito de uma maneira definida conforme qualquer uma das cláusulas 80 a 102;
[0135] processar opcionalmente o material compósito, por (i) trituração do material composto, e/ou (ii) peneiramento do material composto;
[0136] aquecer e misturar o material compósito sob forças de cisalhamento, para obter um fundido; e [0137] moldar o fundido em um artigo.
[0138] O método da cláusula 130, compreendendo a mistura do material compósito antes, durante ou depois do aquecimento, e misturá-lo com um ou mais outros materiais, em que o dito fundido é uma mistura do referido material compósito e de um ou mais outros materiais.
[0139] O método da cláusula 130, compreendendo a adição de outros materiais ao dito material compósito durante o aquecimento e mistura.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0041] A fim de compreender a invenção e verificar como ela pode ser realizada na prática, as formas de incorporação serão agora descritas, apenas por meio de um exemplo não limitativo, com referência aos desenhos acompanhantes, em que:
- A fig. 1 é um fluxograma de análise por extração em solventes orgânicos de um material compósito, de acordo com uma forma de incorporação da invenção;
- A fig. 2 é uma eletroforese em gel de DNA realizada em extratos de três espécimes: moldagem por compressão de um extrudado de acordo com a invenção (porção 1); controle positivo (porção 2); controle negativo (porção 3); e lixo seco substancialmente nãoseparado e particulado (LSNS) (porção 4); MM representa um marcador molecular de DNA de referência;
- A fig. 3 é uma análise termogravimétrica (ATG) de um material compósito de acordo com uma forma de incorporação da invenção, mostrando a sua % de perda de peso em função do aumento da temperatura;
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- A fig. 4 é um gráfico que mostra a derivada da perda de peso em função da temperatura a partir da análise termogravimétrica mostrada na figura 3;
- A fig. 5 mostra o módulo de armazenamento de um material compósito termoplástico de uma forma de incorporação da invenção, preparado por dois métodos: moldagem por injeção (linha contínua) e moldagem por compressão (linha tracejada), de acordo com a invenção, determinado por análise mecânica térmica dinâmica (AMTD);
- A fig. 6 mostra o módulo de perda de um material compósito de acordo com a invenção, preparado por moldagem por injeção (linha contínua) em comparação a uma moldagem por compressão (linha pontilhada), conforme determinado pela AMTD;
- A fig. 7 mostra a energia do teste de impacto Izod em entalhe (notched) em temperatura ambiente, em função da temperatura de moldagem por injeção variando de aproximadamente 160 °C até cerca de 220 °C, de um material compósito, de acordo com uma forma de incorporação da invenção;
- A fig. 8 é um gráfico que mostra a viscosidade de reômetro capilar de um material compósito de acordo com uma forma de incorporação da invenção, em função da taxa de cisalhamento, testada em diferentes temperaturas;
- As figs. 9A e 9B fornecem os resultados do teste de plastografia de Brabender de (i) um material compósito de acordo com uma forma de incorporação da invenção (fig. 9A a 200 °C), e de (ii) polipropileno (PP) utilizado como referência (fig. 9B a 240 °C), usando uma velocidade de rotor de 80 rpm;
- As figs. 10A a 10C são microfotografias de um microscópio de reflexão óptica em diferentes ampliações (x 50, fig. 10A; x 100, fig. 10B; e x 200, fig. 10C) da superfície externa de um material compósito sólido de acordo com uma forma de incorporação da invenção;
- As figs. 11A e 11B são microfotografias de varredura eletrônica (MVE) das superfícies de fratura criogênicas de um material compósito de acordo com uma forma de incorporação da invenção;
- As figs. 12A a 12D são cromatogramas de espectroscopia de massa de cromatografia de gás do espaço livre (EMCG-EL) da micro-extração de fase sólida de um material compósito de acordo com uma forma de incorporação da invenção (fig. 12A); de lixo orgânico nãoseparado (fig. 12B); de lixo plástico triado/separado (fig. 12C); e polipropileno (fig. 12D);
- As figs. 13A a 13E são fotografias de vários exemplos de artigos preparados a partir de um material compósito de acordo com alguns exemplos descritos abaixo, onde a fig. 13A mostra um palete preparado por moldagem por injeção, a fig. 13B mostra a parte inferior de
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21/60 um recipiente de compostagem preparado por moldagem por injeção, a fig. 13C mostra uma tampa de abertura de esgoto preparada por moldagem por injeção, a fig. 13D mostra vasos de flores preparados por moldagem por compressão a frio e a subsequente pintura do material composto (os diferentes matizes de cinza representam diferentes cores), e a fig. 13E mostra um corpo tubular preparado por extrusão;
- A fig. 14 é uma ilustração esquemática de um sistema de tratamento de LSNS, de acordo com uma forma de incorporação da invenção.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0042] A presente invenção é baseada na descoberta surpreendente de que ao se submeter o lixo substancialmente não-separado (LSNS) a forças de cisalhamento em temperaturas acima de 100 °C, isto resulta em um material compósito tendo propriedades termoplásticas. O LSNS é lixo sólido urbano (ou municipal) substancialmente nãoseparado.
[0043] O lixo sólido municipal (LSM), como usado aqui, refere-se ao lixo residencial e comercial que é descartado pelas pessoas e pela indústria, e é geralmente composto principalmente por madeira, produtos derivados de madeira tais como papel, papelão, tecidos e similares, restos de alimentos e materiais plásticos. Em 2007, a Agência de Proteção Ambiental relatou nos Estados Unidos que o LSM foi composto dos seguintes ingredientes, em porcentagem de peso: Papel (32,7%), Vidro (5,3%), Metais (8,2%), Plásticos (12,1%), Borracha, Couro e Têxteis (7,6%), Madeira (5,6%), Resíduos de Jardinagem (12,8%), Restos de Comida (12,5%), e Outros (3,2%). Israel informou uma análise semelhante para 2005: Matéria Orgânica (40%), Plásticos (13%, predominantemente termoplásticos), Papelão (8%), Papel (17%), Têxteis (4%), Fraldas Descartáveis (5%), Outros (7%), Vidro (3%) e Metais (3%). Estas porcentagens são médias, e as porcentagens reais irão variar de local para local, mas é claro que os componentes predominantes nestes resíduos de lixo são materiais plásticos e do tipo celulósico, por exemplo, madeira e componentes derivados da madeira, por exemplo, papel, tecidos, papelão, etc.. O LSM geralmente contém umidade.
[0044] O componente termoplástico no lixo inclui, por exemplo, poliolefinas, poliestireno,
PVC e tereftalato de polietileno, poliacrilonitrila, poliestireno, polibutadieno, policarbonato, náilon, e assim por diante. Os termocurados compõem uma parcela muito pequena do LSM normal, mas podem ser parte do fluxo de lixo.
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22/60 [0045] O material compósito aqui divulgado tem propriedades termoplásticas únicas. O termo propriedades termoplásticas, como utilizado aqui, refere-se a uma propriedade onde um material sólido ou essencialmente sólido torna-se, sob aquecimento, um material quente fluido (macio, maleável, moldável, remoldável, e um material extrudável, soldável), e que se solidifica reversivelmente quando suficientemente resfriado. O termo também denota que o material tem uma temperatura ou uma faixa de temperatura em que se torna um material quente fluido. Esta propriedade é semelhante àquela dos próprios termoplásticos.
[0046] De acordo com a presente invenção, o lixo é do tipo substancialmente não-separado (LSNS). A seguir, o termo lixo substancialmente não-separado ou LSNS será usado para denotar o material de lixo (incluindo sólidos) que não é triado (separado), por exemplo, o que é obtido já como está, ou seja, na forma em que é recebido em uma instalação de gerenciamento de lixo sólido ou em um depósito de lixo ou aterro sanitário; ou o material de lixo a partir do qual um ou mais componentes são, opcionalmente, seletivamente removidos antes do processamento. Esses componentes são normalmente aqueles que têm valor econômico como materiais ou artigos recicláveis, que não tenham sido removidos anteriormente por meio de reciclagem na fonte do lixo. Tais componentes podem incluir, sem limitações, peças de metal, especialmente baterias, alumínio e ferro, vidro, cerâmica, papel, papelão e embalagens de plástico, tais como garrafas, tigelas de armazenamento, recipientes comerciais de plástico de produtos prontos para cozinhar, etc.. Normalmente, o LSNS usado para processamento subsequente a fim de produzir o material compósito da invenção constitui, pelo menos, cerca de 80% em peso do material de lixo original, e por vezes acima de 90% e até 95% do peso original do material de lixo (ou seja, os componentes que são removidos do lixo não-separado constituem, respectivamente, até cerca de 20%, até aproximadamente 10%, e até cerca de 5% do lixo não-separado original). Para maior clareza, deve ser notado que a % de conteúdo, quando feita em referência ao lixo não-separado ou LSNS, denota o respectivo conteúdo relativo (p/p) em uma base seca total, excluindo-se a água.
[0047] O LSNS utilizado, de acordo com a invenção, tanto pode ser recebido antes do processamento como um material úmido (ou seja, incluindo água e/ou umidade), como pode ser recebido como um material seco. A secagem pode ser conseguida pela colocação do lixo ao ar livre, permitindo-se que ele seque, ou sob um fluxo de ar seco, ou em uma câmara de forno, ou pressionando-se o lixo para extrair o líquido. No contexto da presente
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23/60 invenção, a secagem inclui a remoção de pelo menos 50% da umidade, às vezes 60%, 70%, 80%, 90% e mesmo eventualmente até 95% da umidade inicial contida no LSNS. Note-se que não é preciso que 100% da umidade seja removida, e em algumas aplicações é até preferível que um pouco de água permaneça no LSNS para o procedimento subsequente de preparação do material compósito. Normalmente, o LSNS obtido após secagem e usado para a preparação de material compósito que é aqui divulgado possui água e, opcionalmente, outros líquidos voláteis, tais como etanol, em um conteúdo na faixa de cerca de 1 % e aproximadamente 11 %. Embora não seja desejado um comprometimento com a teoria, acredita-se atualmente que o teor de água residual restante desempenha um papel no processo químico que ocorre ao se converter o LSNS seco ou semi-seco no material compósito da presente invenção.
[0048] Conforme explicado acima, o LSNS é geralmente lixo sólido municipal e pode incluir, por exemplo, materiais sólidos, semi-sólidos e/ou fluidos, resultantes das atividades humanas e animais, e podem ser provenientes de lixo urbano, lixo industrial (por exemplo, produtos químicos, tintas, plásticos, areia), lixo agrícola (por exemplo, esterco de animais de fazenda, lixo da colheita), lama, e pode ser o lixo que inclui materiais perigosos, etc.. O lixo pode ser de combustíveis que se decompõem, tal como lixo de papel, madeira, tecidos, ou lixo não-combustível, tais como metal, vidro, areia e cerâmica. O lixo também pode se originar de aterros, incluindo aterros antigos. Um dos benefícios da invenção está na redução do conteúdo dos aterros sanitários para produzir produtos úteis reduzindo, ao mesmo tempo, o volume dos aterros.
[0049] O material compósito da invenção pode incluir plástico, na faixa entre cerca de 0 e aproximadamente 40%, porém normalmente não superior a cerca de 35% ou eventualmente cerca de 30% do material compósito. A quantidade de plástico em algumas formas de incorporação pode ser de pelo menos 1%, 3%, 5%, 10% ou 15%; em algumas formas de incorporação, o material plástico pode estar em uma quantidade inferior a 30%, 25% ou até menos de 20%.
[0050] O material compósito pode incluir, em algumas formas de incorporação, pelo menos cerca de 10% de matéria orgânica (que não seja material polimérico sintético), e pelo menos, tipicamente, cerca de 15%, aproximadamente 20%, cerca de 25%, cerca de 30%, aproximadamente 35% ou eventualmente cerca de 40%; em algumas formas de incorporação, o material compósito poderá compreender até aproximadamente 90%,
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24/60 normalmente menos de cerca de 85%, cerca de 80%, aproximadamente 75% ou eventualmente menos do que cerca de 70% de matéria orgânica.
[0051] De acordo com algumas formas de incorporação, o material compósito compreende cerca de pelo menos 1%, cerca de 2%, aproximadamente 5%, cerca de 10% ou menos de aproximadamente 15% de matéria inorgânica; em algumas formas de incorporação o material compósito compreende menos de aproximadamente 50%, cerca de 40 %, cerca de 30% ou eventualmente menos de aproximadamente 20% de matéria inorgânica.
[0052] Às vezes, as propriedades do material compósito podem ser aperfeiçoadas pela adição de determinados componentes ao dito material, quer durante a preparação do mesmo, quer depois que ele é formado. Um exemplo não-limitativo é o carvão ativado, que pode absorver alguns voláteis e, assim, remover um pouco do mau odor. Eventualmente, o LSNS pode ser suplementado com algum material originado do próprio lixo. Às vezes, o lixo pode ser suplementado com material virgem ou reciclado.
[0053] O material orgânico pode incluir, sem limitações, qualquer material que está ou estava vivo, tal como lixo de jardim (folhas, aparas de relva, ramos, feno, flores, serragem, lascas e casca de madeira), restos de alimentos (frutas, legumes, grãos, carne, cascas de ovos, ossos, gorduras, óleos ou produtos lácteos), bem como outros (papel, fezes, poeira, cabelo, cinza de madeira). Uma vez que o material compósito compreende material orgânico, ele compreende inerentemente “impressões digitais” que são exclusivas dos materiais de origem biológica, como por exemplo DNA, proteínas, clorofila, e um alto teor de nitrogênio, potássio, fósforo, etc., em comparação com materiais de origem sintética.
[0054] Enquanto o material compósito compreende tipicamente material plástico na faixa de cerca de 10 a 30%, o material compósito da invenção também pode ser preparado em um método conforme aqui descrito, sem qualquer matéria plástica. Por exemplo, foi verificado pelo inventor que o produto de extrusão de farinha de milho ou resíduos orgânicos (sem plástico), a uma temperatura de cerca de 200 °C, tornam-se materiais fluidos a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C. Quando menos de 10% em peso de plástico está misturado com o lixo orgânico, o extrudado ainda pode ser processado por moldagem por injeção, para obter um material compósito tendo propriedades mecânicas similares àquelas obtidas a partir do LSNS.
[0055] Como usado aqui, o termo plástico deve ser entendido como tendo o sentido geral como é conhecido por aqueles qualificados no assunto.
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25/60 [0056] Sem ficar limitado a estes, o material plástico compreende tipicamente materiais plásticos tais como poliolefinas sintéticas (por exemplo, polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE), polipropileno (PP)), tereftalato de polietileno (PET), poliestireno (PS) (incluindo poliestireno de alto impacto, HIPS), cloreto de polivinila (PVC) rígido e plastificado, ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno), poliuretano (PU), poliamidas (PA), e copolímeros de álcool de vinil etileno (EVOH).
[0057] O material orgânico no material compósito da invenção compreende fibras orgânicas. Enquanto o termo fibra orgânica pode ser entendido como incluindo fibras orgânicas da natureza, bem como fibras sintéticas (feitas pelo homem), ele é usado aqui para denotar predominantemente fibras compreendendo celulose, hemicelulose e/ou lignina e combinações das mesmas, sendo todas de fontes naturais. A combinação de celulose, hemicelulose e lignina é referida às vezes pelo termo biomassa lignocelulósica. Deve ser entendido que, no contexto da presente invenção, o termo lignocelulose tem o significado conforme é geralmente conhecido por um técnico no assunto. Outros tipos de fibras orgânicas que podem estar presentes são a viscose, celulose, e celulose modificada. [0058] De acordo com uma forma de incorporação da invenção, o material compósito tem uma energia de superfície que está acima de cerca de 35 dina/cm, de preferência acima de cerca de 40 dina/cm e ainda mais preferencialmente acima de 45 dina/cm. Para efeito de comparação, a energia de superfície do polietileno é de cerca de 35 dina/cm, a do polipropileno é de cerca de 31 dina/cm, e a do politetrafluoretileno (PTFE/Teflon) é de 18 a 20 dina/cm.
[0059] Já é bem compreendido que, para que dois materiais fiquem aderidos um ao outro, suas energias de superfície (tensão superficial) devem ser iguais.
[0060] Em outras palavras, em um material de alta energia de superfície, um material polar irá se espalhar em uma camada fina (ou molhar), para garantir uma ligação mais forte. O material compósito da presente invenção tem uma energia de superfície que é maior do que a das poliolefinas. Esta energia de superfície relativamente alta do material compósito da invenção permite uma forte interação, em sua superfície, com outras substâncias polares, tais como tintas, colas, madeira, diversas pedras, e outras.
[0061] Em uma forma de incorporação, o material compósito da invenção tem uma densidade acima de cerca de 1,2 g/cm3, geralmente na faixa de 1,2 a 1,7 g/cm3.
[0062] O material compósito da invenção também pode caracterizar-se pelo seu módulo de elasticidade à tração (também referido, por vezes, pelos termos módulo elástico ou
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26/60 módulo de elasticidade). O módulo de elasticidade à tração é geralmente definido pela resistência de um material ao ser deformado elasticamente (isto é, de modo nãopermanente), quando uma força é aplicada a ele. Quanto maior a força necessária, mais duro o material é. Normalmente, o material compósito tem um módulo de elasticidade à tração acima de 600 MPa. Assim, o material compósito da invenção, quando conformado em uma estrutura tendo um formato como o de uma haste, prancha ou algo semelhante, caracteriza-se pela rigidez comparável à de outros materiais termoplásticos duros, tais como poliestireno, policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA), polietileno, e outros.
[0063] O material compósito da invenção também pode caracterizar-se por uma ou mais das seguintes características:
[0064] - Resistência à tração, ou seja, a tensão na qual um material se rompe ou se deforma permanentemente sob tensão. Normalmente, a resistência à tração do material compósito moldado por injeção da invenção está acima de cerca de 5 MPa, 6 MPa, 7 MPa e eventualmente acima de 8 MPa;
[0065] - Resistência à flexão (também referida às vezes pelo termo força de dobramento), ou seja, a tensão aplicada a um material no momento da sua ruptura. Normalmente, a resistência à flexão do material compósito moldado por injeção da invenção está acima de cerca de 7 MPa, acima de cerca de 9 MPa e eventualmente acima de cerca de 11 MPa.
[0066] - O módulo de flexão refere-se à rigidez do material sob flexão, ou seja, sua resistência à deformação por uma força aplicada. Tipicamente, o módulo de flexão do material compósito moldado por injeção da invenção está acima de cerca de 2.000 MPa, acima de cerca de 3.000 MPa, e eventualmente acima de cerca de 3.500 MPa.
[0067] - A resistência ao impacto (teste de impacto Izod em entalhe) refere-se à capacidade de um material em suportar uma carga de choque. Normalmente, a resistência ao impacto do material compósito moldado por injeção da invenção está acima de cerca de 12 J/m, acima de cerca de 13 J/m, 15 J/m e eventualmente acima de cerca de 17 J/m.
[0068] - O impacto Charpy (teste de Charpy em entalhe em V) refere-se à energia por unidade de área necessária para quebrar ou romper um espécime de teste sob impacto de flexão. Normalmente, o valor de teste de impacto Charpy do material compósito moldado por injeção da invenção está acima de cerca de 1,5 kJ/m2, 1,6 kJ/m2, 1,7 kJ/m2, ou até mesmo acima de 1,8 kJ/m2.
[0069] Quando o metal fica retido no LSNS e não é retirado antes do processamento, as propriedades mecânicas, incluindo resistência à tração, resistência à flexão, módulo de
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27/60 flexão, resistência ao impacto e impacto Charpy, podem ser melhoradas. Os parâmetros mecânicos também podem variar de acordo com os detalhes do processo de fabricação. Os parâmetros do processo podem, assim, ser aperfeiçoados para produzir propriedades mecânicas quantitativamente diferentes dentro do intervalo definido acima. Deve ser notado que os valores das medições das propriedades mecânicas também podem, às vezes, mudar um pouco, de um equipamento de medição para outro.
[0070] O perfil de odor (perfil de voláteis) refere-se à mistura de compostos voláteis que estão presentes no material compósito, que são liberados do mesmo e contribuem para o odor específico do material compósito. O perfil de odor pode ser determinado por um teste de EMCG de espaço livre, conforme detalhado abaixo. Cada composto do perfil de voláteis pode estar presente em quantidades variadas, mas não inferior a uma quantidade detectável em um teste de EMCG de espaço livre. Normalmente, o perfil de voláteis do material compósito desta invenção compreende uma combinação de muitos compostos típicos que fazem parte do perfil de odor de lixo plástico e orgânico, e além disso vários compostos que são únicos para o material composto compreendem butanona, ácido acético, ácido butanóico, furfural e fenol (a menos que um odor absorvente esteja presente). Não obstante, vários compostos que são componentes típicos do perfil de voláteis de lixo plástico ou orgânico estão ausentes do perfil de voláteis do material compósito, tais como dissulfeto de dimetila, 2-pentil-furano, benzaldeído, e limoneno. Deve ser notado que esse perfil de voláteis pode variar com a adição de um absorvente de odor ou pela variação da temperatura das condições de reação, do teor de umidade inicial no LSNS, ou da ventilação.
[0071] O material compósito, de acordo com a invenção, é normalmente obtido através do processamento de LSNS. Em uma forma de incorporação, o LSNS compreende material orgânico e plásticos.
[0072] Verificou-se, de acordo com a invenção, que o novo material composto possui uma cor escura. Sem desejar um comprometimento com a teoria, a cor escura parece estar associada a um determinado componente ou componentes que aderem firmemente a outros componentes do material compósito. Deve ser entendido que no contexto da presente invenção uma cor escura significa que o material compósito absorve todos ou quase todos os comprimentos de onda do espectro da luz visível, ou em outras palavras, não emite nem reflete luz em nenhuma parte ou em quase nenhuma parte do espectro visível.
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28/60 [0073] Note-se que quando fracionados em componentes, por uma variedade de técnicas de fracionamento, os componentes de cor escura parecem permanecer associados com muitos dos produtos do fracionamento.
[0074] Sem desejar um comprometimento com a teoria, a cor escura parece ser resultado de reações de, ou entre diversos, resíduos de alimentos durante a formação do material compósito.
[0075] De acordo com uma forma de incorporação da invenção, o material compósito tendo as propriedades termoplásticas tem um meio substancialmente contínuo, quando visto com uma ampliação suficiente para revelar estruturas com dimensões acima de cerca de 0,1 □m. O termo meio substancialmente contínuo deve ser entendido como referindo-se a um meio denso contendo partículas compactadas, sem espaços (vazios) significativos que possam ser detectados. Por exemplo, quando o material é cortado e suas seções são examinadas sob um microscópio, normalmente um microscópio eletrônico, na ampliação que revela estruturas com tamanho acima de cerca de 0,1 Dm não são observados espaços. Deve ser entendido que o meio contendo partículas substancialmente contínuo pode conter alguns espaços vazios tais como, por exemplo, vazios devido a gás ou vapor de água aprisionado, espaços formados entre micro-partículas sólidas, etc.. O meio contínuo também inclui geralmente outras partículas e materiais do meio, que ficam então firmemente compactadas em torno das partículas, essencialmente sem espaços, na ampliação acima mencionada. Deve ser notado que muitas partículas têm formato fibroso. Em uma forma de incorporação preferida, o meio substancialmente contínuo compreende partículas de material distribuídas de modo substancialmente uniforme.
[0076] O termo essencialmente sem espaços deve ser entendido com o significado de que alguns ou apenas pequenos espaços serão vistos na referida ampliação. Deve ser entendido que em ampliações maiores, alguns espaços adicionais podem ser vistos. Mais uma vez, não desejando um comprometimento com a teoria, tal interação justa pode ser atribuída às propriedades de aderência à superfície da nova composição da invenção.
[0077] De acordo com uma outra forma de incorporação da presente invenção, o material compósito torna-se fluido a uma temperatura menor do que a de materiais termoplásticos comerciais tendo pontos de fusão relativamente baixos, tal como polietileno (PE) de alta densidade (HD) ou de baixa densidade (LD). De acordo com algumas formas de incorporação da invenção, o novo material compósito se transforma em um material fluido (moldável, maleável, remoldável, extrudável, etc.) em temperaturas abaixo de 130 °C, às
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29/60 vezes abaixo de 125 °C, 120 °C, 115 °C, 110 °C, e ocasionalmente abaixo de 105 °C, 100 °C, 95 °C ou 90 °C. Isto significa que o material composite da invenção pode ser formado inicialmente em pelotas e similares, armazenadas antes do processamento posterior para fazer artigos úteis. O processamento posterior pode incluir moldagem por injeção, moldagem por compressão ou outros processos de fabricação de artigos. O processamento adicional também pode incluir a mistura de plástico virgem ou reciclado com o material composite, que pode estar na forma de pelotas ou em qualquer outra forma adequada. Esta mistura pode então ser conformada em objetos utilizáveis.
[0078] De acordo com outro aspecto da invenção, é provido um método para processamento de lixo, compreendendo: secagem e particulação de lixo substancialmente não-separado (LSNS), o qual compreende material orgânico e plásticos, para obter material de lixo seco e particulado; aquecimento, sob forças de cisalhamento, do material de lixo seco e particulado, a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C, de preferência acima de 115 °C, 120 °C, 125 °C ou maior, onde um material composite resultante com propriedades termoplásticas é obtido e coletado. Cisalhamento, mistura e tempo suficientes são geralmente necessários, de modo a permitir que a massa de lixo inteira atinja a temperatura indicada. Dessa forma, é geralmente preferível adicionar calor ao processo e não confiar apenas no aquecimento por fricção causado pela mistura e cisalhamento. Assim, de acordo com uma forma de incorporação, o material de lixo seco e particulado é aquecido a uma temperatura de entre cerca de 100 °C e 240 °C, e de preferência a uma temperatura entre cerca de 120 °C e 220 °C, ou entre 180 °C e 220 °C, enquanto ele é submetido a altas forças de cisalhamento como as obtidas usando-se uma extrusora de rosca, conforme descrito detalhadamente mais adiante.
[0079] Como indicado acima, o termo seco e particulado significa que o lixo que foi reduzido em tamanho, e foi removida pelo menos uma certa quantidade de líquidos voláteis (ou seja, líquidos tendo uma pressão de vapor de pelo menos 15 mmHg a 20 °C, como por exemplo água e etanol). O termo seco e particulado não deve ser interpretado como um termo que descreve partículas completamente secas. Pelo contrário, foi observado que para produzir o material composite com as propriedades aqui descritas é desejável, muitas vezes, manter algum nível (por exemplo, acima de 1%) de água nas partículas. A quantidade de líquido retirado do LSNS pode ser controlada, e pode ser bem ajustada para o uso pretendido do material composite eventualmente obtido. A particulação pode preceder a secagem ou vice-versa, e a etapa de secagem pode incluir uma seqüência de
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30/60 secagem, particulação, secagem e particulação adicional, etc.. Uma sequência de alguns ciclos, cada um incluindo um procedimento de particulação e secagem (nesta ordem ou na ordem inversa), pode ser útil em algumas formas de incorporação, para produzir um LSNS inicialmente processado que é utilizável como um material inicial para preparar o material compósito da presente invenção, com um teor de água e/ou de outros líquidos voláteis bem ajustado.
[0080] O particulado seco, quando aquecido sob forças de cisalhamento a uma temperatura acima de 130 °C, é considerado como sendo, no contexto da presente invenção, partículas estéreis, o que significa que os patógenos contidos no lixo, tais como germes, vírus e bactérias, são destruídos.
[0081] A particulação do LSNS (tanto durante a secagem como antes ou depois da secagem) pode ocorrer por trituração, moagem, granulação, corte, picamento, esmagamento, fracionamento, etc.. Vários dispositivos estão disponíveis no estado da técnica para a particulação do material de lixo, tais como trituradores, moedores, picadores e granuladores. Devido à presença de argila, metal, vidro e pedras no LSNS, é preferível usar lâminas ou placas que são feitas de materiais robustos, tais como aço inoxidável ou titânio. Normalmente, o aquecimento sob forças de cisalhamento do lixo seco particulado ocorre em uma máquina de compostagem, incluindo, sem limitações, uma extrusora, um misturador interno (Banbury), uma co-amassadeira, um misturador contínuo, etc.. É preferível que a máquina de compostagem forneça um cisalhamento e um tempo de mistura suficientes, para que o material compósito coletado após resfriamento seja essencialmente uma matéria dispersa de maneira uniforme na massa/corpo do material compósito.
[0082] Uma extrusora compreende tipicamente um tambor aquecido contendo um único ou múltiplos parafusos rotativos. Quando mais de um único parafuso é utilizado, os parafusos podem executar co-rotação ou anti-rotação. Os parafusos podem ser entrelaçados, ou nãoentrelaçados. O aparelho de extrusão pode ser uma extrusora simples ou combinações de extrusoras, tal como na extrusão em tandem (em conjunto), e qualquer uma das extrusoras conhecidas na indústria de plásticos pode ser utilizada, incluindo, sem limitações, extrusoras de parafuso único, extrusoras cônicas duplas, extrusoras com uma única parte cônica, extrusoras de rosca dupla, e extrusoras multi-parafusos. Um tipo específico de extrusora, no contexto da invenção, é uma extrusora de rosca única. Em algumas formas de incorporação, a extrusora é equipada com uma zona de ventilação. Em algumas formas de incorporação, o bico da extrusora é refrigerado durante o processo de extrusão.
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31/60 [0083] Em algumas formas de incorporação, a particulação também inclui a separação, do material particulado, dos elementos com valor econômico e/ou que incluem, conforme discutido acima, materiais ou artigos recicláveis, tais como baterias, alumínio e ferro, vidro, cerâmica, papel, papelão, etc.. A separação de tais elementos do material particulado pode ser executada pelo uso de peneiras adequadas, separadores magnéticos, separadores de corrente parasita, sistemas de flutuação, etc..
[0084] De acordo com algumas formas de incorporação, o material compósito resultante pode ser reaquecido a uma temperatura acima de 100 °C, acima de 130 °C e até mesmo acima 180 °C, na qual ele se transforma em matéria macia e fluida, e o material pode então ser extrudado, conformado, remoldado, etc. para um formato desejado. Por exemplo, desse modo, artigos com uma configuração definida podem ser fabricados. Por exemplo, vasos de flores, materiais para revestimento de moradias, móveis, pisos, laminados, paletes, fossas sépticas e similares podem ser preparados, por exemplo, pelo processamento posterior do material composto.
[0085] Em uma forma de incorporação, o material compósito resultante pode ser reaquecido sob forças de cisalhamento mais de uma vez, para produzir um material compósito tendo as propriedades descritas. As condições em que a reiteração da etapa de corte e aquecimento é realizada podem ser iguais às, ou diferentes das, que foram aplicadas na etapa de corte e aquecimento anterior. Em qualquer caso, a reiteração é realizada dentro da faixa de condições acima descritas.
[0086] Vários aditivos, preenchedores (cargas), etc. podem ser adicionados ao material compósito reaquecido, ou mesmo quando o particulado seco é aquecido sob forças de cisalhamento, para transmitir certas propriedades desejadas ao artigo eventualmente obtido após o resfriamento. Exemplos de preenchedores podem incluir, sem limitações, areia, minerais, material de pneus reciclados, concreto, vidro, lascas de madeira, materiais termocuráveis, outros polímeros termoplásticos, cascalho, metal, fibras e partículas de vidro, etc.. Esses preenchedores podem ser provenientes de produtos reciclados, no entanto materiais virgens também podem ser empregados. Outros aditivos podem ser adicionados para melhorar a aparência, textura ou cheiro do material compósito, tais como corantes, agentes mascaradores de odor (carvão ativado, por exemplo), oxidantes (permanganate de potássio, por exemplo) ou antioxidantes. No entanto deve ser notado que as propriedades do material compósito da presente invenção e seus usos potenciais
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32/60 são atingidos sem a necessidade do uso de aglutinantes ou plastificantes, embora eles possam ser adicionados em algumas formas de incorporação.
[0087] Em certas formas de incorporação da invenção, é também provido um método para preparar um artigo que tem um formato definido, segundo o qual o lixo, de preferência LSNS, é processado de uma maneira definida acima; e em seguida, tanto mantendo-se a temperatura do material resultante acima de 100 °C, como após o reaquecimento do material a uma temperatura acima de 100 °C, o material é moldado para assumir a configuração desejada. Em algumas formas de incorporação, o método pode incluir a preparação de um artigo que compreende dois ou mais materiais aderidos uns aos outros, para formar laminados e similares.
[0088] De acordo com uma outra forma de incorporação da invenção, o novo material compósito pode-se servir como um preenchimento ou um aditivo na fabricação de um artigo, por exemplo, sendo adicionado a um termoplástico fundido e aquecido compreendendo, por exemplo, um plástico virgem ou reciclado. Verificou-se que ao usar o novo material compósito da invenção como um aditivo para plásticos virgens, o material resultante pode ser moldado usando menos energia para preenchimento e resfriamento dos moldes. Acredita-se assim que a utilização do material compósito da invenção pode reduzir o tempo de processamento bem como o consumo de energia nos processos de fabricação de diversos produtos finais.
[0089] O material compósito da invenção, bem como o material obtido através da mistura do material compósito com um plástico, pode assim ser processado através de uma variedade de processos industriais, por si só já conhecidos, para formar uma variedade de produtos acabados ou semi-acabados. Exemplos não-limitativos incluem material de construção, painéis, placas, paletes, potes, componentes de substrato de crescimento de plantas, e muitos outros. Em tais produtos acabados ou semi-acabados, o material compósito da invenção pode ser o componente único ou pode estar em uma mistura com outros materiais. De acordo com a invenção, os produtos podem incluir também laminados aderidos uns aos outros, onde pelo menos uma camada compreende o material compósito da invenção. Tais estruturas de camadas múltiplas podem ser obtidas por laminação, cocalandragem, co-compressão, co-extrusão ou extrusão em conjunto (em tandem) de dois ou mais materiais (sendo um deles o material composto da invenção), de modo a formar o produto multi-camada.
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33/60 [0090] A invenção também provê um método para a compactação de lixo, compreendendo a secagem e particulação do LSNS, tal como lixo urbano sólido, o qual compreende material orgânico e plásticos, para obter material de lixo seco e particulado; o aquecimento do lixo seco particulado a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C, de preferência acima de 130 °C, sob forças de cisalhamento, para obter um material resultante; e preparação de blocos do material resultante. Em tal compactação, o material pode ser processado em um lote ou de maneira contínua, e ser conformado em blocos ou outros formatos. Um exemplo típico é o processamento de lixo por extrusão.
[0091] Em outra forma de incorporação, o material compósito, especialmente se estiver substancialmente livre de metal e vidro, pode ser queimado para fornecer uma fonte de energia.
[0092] De acordo com outro aspecto da invenção, é provido um método para preparar um material processado tendo uma ou mais das seguintes propriedades à temperatura ambiente:
- ter uma transição da fase sólida para um estado fluido (ou seja, um estado em que o material perde alguma rigidez, tornando-se mais macio e podendo ser conformado de modo a alterar seu estado sem se quebrar) a uma temperatura inferior a cerca de 120 °C;
- ter uma densidade acima de cerca de 1,2 g/cm3;
- ter uma energia de superfície acima de cerca de 35 dina/cm;
- ter um teor de potássio acima de cerca de 1 mg/g;
- ter uma resistência à tração superior a cerca de 4 MPa;
- ter um módulo de elasticidade à tração (módulo de tração) acima de cerca de 600 MPa;
- ter um módulo de flexão acima de cerca de 800 MPa ou 1.000 MPa;
- ter uma resistência à flexão acima de cerca de 7 MPa ou 10 MPa;
- ter uma resistência ao impacto em entalhe acima de cerca de 12 J/m;
- ter um valor de testes de impacto Charpy acima de cerca de 1,5 kJ/m2, 1,6 kJ/m2, 1,7 KJ/m2, 1,8 KJ/m2 ou 2,0 kJ/m2;
- liberar um ou mais compostos voláteis compreendendo butanona, ácido acético, ácido butanóico, furfural, e fenol. Estes compostos voláteis têm um odor característico que pode ser controlado pela adição de absorventes, tais como carvão ativado.
[0093] De acordo com esse aspecto da invenção, o método compreende a secagem e a particulação de lixo substancialmente não-separado compreendendo material orgânico e plásticos, para obter material de lixo seco, e o aquecimento do material particulado seco
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34/60 sob forças de cisalhamento a uma temperatura de cerca de pelo menos 100 °C, de preferência acima de 130 °C, obtendo-se assim o material processado.
[0094] A invenção também fornece um método para a compactação de lixo, compreendendo: secagem e particulação de lixo substancialmente não-separado que compreende material orgânico e plásticos, para obter material de lixo seco e particulado; aquecimento do material de lixo seco e particulado a uma temperatura de pelo menos 100 °C sob forças de cisalhamento, para obter um material resultante; e preparação de blocos do material resultante.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE EXEMPLOS NÃO-LIMITATIVOS
Exemplo 1: Tratamento de lixo doméstico para um material composto
Equipamento de processamento:
[0095] Nos seguintes processos diversos dispositivos e sistemas foram empregados. Deve ser entendido que enquanto alguns dos dispositivos foram construídos pelo inventor, todos são baseados em dispositivos convencionais. Estes incluem um triturador, uma extrusora de rosca única, uma máquina de compostagem (Banbury), uma máquina de moldagem por injeção, uma prensa de moldagem por compressão, e qualquer outra máquina na qual o material sofra corte e/ou aquecimento, tal como um granulador, uma prensa de pelotização, um moinho, etc..
[0096] Duas extrusoras de rosca simples foram utilizadas nos exemplos a seguir. A primeira é uma extrusora caseira, auto-projetada (diâmetro do parafuso 70 mm, comprimento do parafuso 2650 mm, distância entre o parafuso e o tambor 0,1 mm, comprimento do adaptador e do molde 190 mm, diâmetro da abertura do molde: 10 mm), e a segunda é uma Erema RM 120 TE (diâmetro do parafuso 120 mm, comprimento do parafuso 4.000 mm, distância entre o parafuso e o tambor 0,1 a 0,2 mm, comprimento do adaptador e do molde 370 mm, diâmetro da abertura do molde 50 mm), ambas tendo uma zona de ventilação.
Procedimento:
Preparação do extrudado I:
[0097] Lixo substancialmente não-separado (LSNS), recolhidos de habitações particulares, foi triturado em uma trituradora equipada com lâminas de titânio e depois moído em partículas com tamanho variando entre vários microns até vários centímetros. O particulado moído foi então secado ao ar durante alguns dias, sob um fluxo de ar seco, até que pelo menos um pouco do, mas não todo o, líquido foi removido (aqui referido pelo termo
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35/60 particulado seco). O particulado seco foi alimentado em uma extrusora de rosca única, que foi configurada com uma temperatura, ao longo da extrusora, superior a 150-180 °C, mas não maior do que 210 °C. A taxa de rotação do parafuso da extrusora foi de 60 a 90 rpm. O material particulado foi processado na extrusora com um tempo de permanência de menos de cerca de três minutos. O extrudado foi resfriado à temperatura ambiente (aqui chamado de extrudado I”). Uma inspeção visual do extrudado sugeriu que ele continha material fibroso, bem como substâncias com um ponto de fusão maior do que a temperatura do processo (por exemplo, vidro e metal).
Preparação do extrudado II [0098] Lixo substancialmente não-separado (LSNS), recolhido em habitações particulares, foi triturado em uma trituradora equipada com lâminas de titânio e depois moído em partículas com tamanho variando entre vários microns até vários centímetros. As partículas moídas foram então peneiradas para coletar um particulado na faixa de 100 a 200 mm de diâmetro. O fluxo de particulado com 100 a 200 mm passou através de um imã para remover pelo menos parte do conteúdo metálico magnético original do LSNS. Após a separação dos metais magnéticos, o fluxo de particulado restante foi peneirado novamente para obtenção de um particulado tendo um tamanho aproximado de 20 mm. Esse particulado moído foi então secado ao ar por alguns dias, sob um fluxo de ar seco, até que pelo menos um pouco do, mas não todo o, líquido foi removido, para obter um particulado seco. O particulado seco foi alimentado em uma extrusora de rosca única (Erema, ou a extrusora caseira autoprojetada), que foi configurada com uma temperatura de 180 °C e uma taxa de rotação de cerca de 50 rpm. O material particulado foi processado na extrusora com um tempo de permanência entre cerca de 3 minutos até aproximadamente 5 minutos. O bico de extrusora foi resfriado a fim de aumentar a pressão e a força de cisalhamento na extrusora. O extrudado foi resfriado à temperatura ambiente (aqui chamado de “extrudado II). Uma inspeção visual do extrudado sugeriu que ele continha material fibroso, bem como substâncias com um ponto de fusão maior do que a temperatura do processo (por exemplo, vidro e metal).
Preparação de moldes, grânulos e corpos de prova [0099] O extrudado (tanto o extrudado I como o extrudado II) foi submetido, antes do resfriamento, a uma moldagem por compressão a quente, ou a uma moldagem por compressão a frio depois de ter sido resfriado. Eventualmente, o extrudado foi granulado (aqui chamado de grânulos).
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36/60 [0100] Ainda, alternativamente, quando indicado, os grânulos foram submetidos à moldagem por injeção, rotação ou compressão, para obter amostras de teste (aqui chamadas de corpos de prova).
[0101] O extrudado e suas variações processadas (ou seja, os grânulos, e os corpos de prova) tinham uma única cor escura e foi observado que eles tinham uma dureza inesperada.
Exemplo 2: Caracterização do material composto
Análise da composição
Extração do extrudado I em solventes orgânicos [0102] O extrudado I foi submetido a uma série de extrações consecutivas com diferentes solventes, onde cada fração extraída foi então analisada por várias técnicas espectrais; NMR (instrumentos Avance 200 e 400 MHz), IR, ATG, análise elementar, e ICP (os resultados não são mostrados, mas discutidos abaixo).
[0103] A fig. 1 descreve as etapas de extração. Especificamente, 10 g do extrudado preparado foram refluídos durante 24 horas em um aparelho Soxhlet, em xileno. 7,1 g de material insolúvel (1o resíduo) permaneceram no cadinho. O extrato filtrado (1o extrato) era verde. No resfriamento à temperatura ambiente (TA) um precipitado (2o precipitado) foi formado. Na filtragem e secagem, foram obtidos flocos cinza (2,0 g). O segundo filtrado foi destilado para remover o xileno, deixando um resíduo de flocos verdes (0,8 g) no frasco. A análise FTIR (instrumento Bruker Alpha P), NMR (instrumentos Avance 200 e 400 MHz) e a análise elementar (Spectrolab, Rehovot de acordo com o método internacional AOAC 973,18 para fibra e lignina) sugeriram que os flocos cinza são essencialmente poliolefinas, tais como polietileno e polipropileno. O xileno foi evaporado do 2° filtrado para produzir 0,8 g de flocos verdes. A análise (de acordo com as técnicas descritas acima) sugeriu que estes flocos verdes compreendiam poliestireno de alto impacto (HIPS), PE oxidado, e alguns traços de desnaturante de clorofila.
[0104] O 1o resíduo insolúvel do refluxo com extração de xileno foi processado adicionalmente. Especificamente, o 1o resíduo foi refluído em tricloro-etanol (TCE) durante horas em um aparelho Soxhlet. Um 3o precipitado insolúvel produzido foi removido por filtração, obtendo-se 3,76 g de massas compactas com a aparência de nódulos negros (nódulos negros (A)).
[0105] O refluxo em TCE também produziu um 3o filtrado solúvel, que foi deixado resfriar a temperatura ambiente (TA). Como resultado, um 4o precipitado e um 4o filtrado foram
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37/60 formados. Ο 4° precipitado também tinha a aparência de nódulos negros (nódulos negros (B)), e pesava 1,15 g. O TCE foi evaporado do 4° filtrado 4, para obter 2,55 g de um pó preto. O pó preto recebido do 4o filtrado e os nódulos negros recebidos dos 3o e 4° precipitados foram identificados como compreendendo lignina, celulose e fibras solúveis (as análises de celulose e lignina foram conduzidas de acordo com o método internacional AOAC 973,18 para fibra e lignina, que distingue entre celulose e lignina).
[0106] A análise termogravimétrica (ATG, TA Instruments, TGA 2050) revelou 10%, 48% e 31% de resíduos não-inflamáveis em cada 4° filtrado, 4o precipitado e 3o precipitado, respectivamente (como mostrado na figura 1), que são atribuídos à sílica, metais, argila e outras matérias inorgânicas originalmente presentes no lixo, tal como determinado pelos testes de ICP. A análise ATG do lixo não-extraído e não-separados obteve um valor de 24% de resíduos incombustíveis.
[0107] A composição dos extrudados foi determinada utilizando FTIR, NMR, análise elementar, etc.. Os resultados mostram que ele continha cerca de 28% de plásticos, cerca de 55% de material de celulose e cerca de 20% de vidro, metais e outras biomassas diferentes de celulose.
Extração do extrudado I em água quente [0108] As extrações com água quente foram realizadas em uma amostra diferente do extrudado I, onde concreto e tufo calcáreo (cinzas vulcânicas) foram utilizados como controle. Especificamente, o extrudado, o concreto ou o tufo calcáreo foram submetidos ao refluxo de água por 24 horas, após o que os seguintes parâmetros foram medidos na água: Carbono Orgânico Total (COT); Carbono Orgânico Dissolvido (COD); Total de Sólidos Dissolvidos (TSD); Total de Haletos Orgânicos (THO); índice de Fenol (IF); Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs), Benzeno/Tolueno/Etilbenzeno/xileno (BTEX) eÂnions. Os resultados da análise são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1
Análise de extrações com água quente
| Amostra | COT (mg/g) | COD (mg/g) | TSD (mg/g) | THO (□g/g) | IF (□g/g) | HPAs (□g/g) | BTEX (□g/g) | Ãnions 1 (mg/g) |
| Extrudado | 7 | 16 | 18 | <5 | <5 | 0,015 | 0,07 | 2,257 |
| Concreto | 0,62 | 17 | 21 | <5 | <5 | nd | 0,08 | 3,37 |
| Tufo Calcáreo | 0,16 | 0,38 | 3 | <5 | <5 | nd | 0,05 | 0,589 |
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38/60 1 Os principais ânions encontrados foram Cl-, F-, NO3- e SO4-; nd = não detectado [0109] Além disso, as análises NMR e FTIR forneceram evidências da existência de grupos carboxilato que, sem haver um comprometimento com a teoria, podem ser provenientes de produtos da degradação de sódio poliacrilato, de fraldas ou ácidos carboxílicos derivados de fontes naturais (por exemplo, ácido ascórbico de frutas, ácido acético devido à fermentação e oxidação de açúcares).
Conteúdo de ions do extrudado após a extração em água quente [0110] O conteúdo inorgânico dos extrudados I e II (digeridos por ácido nítrico concentrado e expostos à radiação de microondas de 650 Watts por 10 minutos), ou grânulos após a extração em água quente, também foram determinados, utilizando-se análise elementar de Plasma Indutivamente Acoplado (ICP), e os resultados são apresentados na Tabela 2. Os flocos não-tratados foram usados como controle.
Tabela 2
Conteúdo inorgânico no extrudado I, no extrudado II e extratos de água quente do extrudado I, grânulos, concreto, e tufo calcáreo
| Amostra | Ca | Fe | Na | Al | K | Mg | P | Zn | Si | S |
| Extrudado 1 (mg/g) | 32 | 4,4 | 7 | 13,9 | 5,64 | 6,14 | 0,66 | 0,36 | 71,3 | 0,74 |
| Extrudado II (mg/g) | 24,7 | 6,54 | 27,8 | 10,5 | 2,19 | 2,47 | 1,01 | 0,36 | 7,47 | 1,12 |
| Extrato de água quente do extrudado 1 (mg/g) | 0,75 | 0,01 | 0,48 | 0,01 | 0,36 | 0,07 | 0,02 | 0 | 0 | 0,13 |
| Extrato de água quente dos grânulos (mg/g) | 1,06 | 0,14 | 3,84 | 0,01 | 1,89 | 0,15 | 0,12 | 0,01 | 0 | 0,02 |
| Extrato de água quente do concreto (mg/g) | 0,63 | 0 | 0,16 | 0,23 | 0,37 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,58 |
| Extrato de água quente do tufo calcáreo (mg/g) | 0,24 | 0 | 0,12 | 0,01 | 0,04 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,06 |
[0111] Verificou-se que ambos os dois extrudados e os grânulos tinham um teor de potássio relativamente alto, na faixa de miligramas por grama. Os dois extrudados e os grânulos tinham teor de 5,64 mg/g, 2,19 mg/g e 1,32 mg/g de potássio, respectivamente (a diferença provavelmente é decorrente das diferentes fontes de LSNS). Assim, foi sugerido
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39/60 que este alto teor de potássio pode ser uma “impressão digital” para os produtos da invenção, uma vez que não é esperado que este conteúdo relativamente alto de potássio seja encontrado em produtos produzidos a partir de polímeros sintéticos virgens. A principal diferença entre os dois extrudados está no teor de silício que exibem, o que pode ser atribuído a uma maior quantidade de areia nos lotes de LSNS que foram utilizados para preparar as amostras do extrudado I.
Análise de DNA [0112] Foi detectado DNA no material composto. Para este fim, o DNA foi extraído de amostras de 50 mg retiradas de (1) LSNS granulado seco e do (2) extrudado II moído usando um kit de extração de DNA de fezes (Bioneer, Korea). A amostra (1) foi tomada do extrudado II granulado seco; a amostra (2) é um controle positivo; a amostra (3) é um controle negativo; e a amostra (4) foi tomada de LSNS granulado seco. As amostras foram então misturadas com uma mistura pronta de PCR e inseridas na PCR. O extrato de DNA de cada amostra foi tingido com brometo de etídio (BE) e depois submetido à eletroforese em gel. O gel foi trans-iluminado com luz ultravioleta tendo comprimento de onda de pico de 340 nm, e a fluorescência resultante do ácido nucléico de cadeia dupla foi observada no comprimento de onda de pico de 610 nm.
[0113] As colunas 1 a 4 correspondem às amostras (1) a (4), respectivamente, e a coluna M é a referência de peso médio de DNA. A fig. 2 mostra que as amostras (1) e (4), ambas provenientes de LSNS, continham DNA. Não há evidência de que DNA foi observado com relação à amostra (3), que continha o controle negativo. O fato de que o produto da invenção (amostra 1) contém DNA pode ser usado como uma “impressão digital” para distinguir os produtos de LSNS daqueles obtidos a partir de lixo triado. Somente a matéria biológica que pode ser encontrada no lixo doméstico não-separado (tais como restos de alimentos, de plantas, de carne e microorganismos que são conhecidos por estarem presentes na fermentação do lixo) pode ser a fonte deste tipo de DNA.
Análises físicas do extrudado I
Análise termogravimétrica (ATG) [0114] As medições foram realizadas em um analisador termogravimétrico TA Instruments,
TGA 2050, com uma taxa de aquecimento de 20 °C/min em ambiente de ar. As amostras foram retiradas de um produto moldado por injeção (série 1) e de um produto moldado por compressão (série 2), que foram produzidos a partir de dois lotes diferentes. As amostras foram pulverizadas e submetidas ao teste ATG, que mede a perda de peso (por exemplo,
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40/60 como resultado de vapor, combustão, etc.) em função da temperatura a uma determinada taxa de aquecimento.
[0115] Os resultados são mostrados na fig. 3, mostrando a % de perda de peso versus curvas de temperatura, e na fig. 4 a primeira derivada da perda de peso/temperatura, em função da temperatura. Os picos mostrados na fig. 4 a 170, 320 °C correspondem à matéria orgânica natural (como a celulose), e os picos de temperatura mais alta em 360, 450, 485, 510 e 535 °C são típicos de polímeros sintéticos. Além disso, há sempre uma fração inorgânica residual (20 a 25%) que não se vaporiza ou se transforma em dióxido de carbono. As curvas de ATG do produto moldado por injeção e do produto moldado por compressão nas figuras 3 e 4 são ligeiramente diferentes, principalmente na relação de pico dos picos em 360, 450 e 485 °C, enquanto que o pico de 510 °C está completamente ausente no produto moldado por compressão. Estas discrepâncias são resultado de diferenças na composição do plástico (tais como PP, PE, etc.) entre os dois lotes.
Medição de características físicas diversas [0116] Os corpos de prova foram submetidos a uma série de análises por técnicas conhecidas, a fim de determinar suas propriedades físicas, incluindo densidade, energia de superfície, aderência, coeficiente de expansão térmica, calor específico, absorção de água, índice de oxigênio limite, e teor de elementos inorgânicos.
[0117] A densidade foi determinada através da medição das dimensões de um quadrado plano, para obter o volume e o peso, usando uma balança analítica Mettler. A densidade é a massa em gramas dividida pelo volume em centímetros cúbicos (g/cm3).
[0118] As medições da energia de superfície foram realizadas de acordo com o procedimento descrito na ASTM D2578-84.
[0119] A aderência à superfície de uma tira injetada foi testada usando vários adesivos, incluindo epóxi, cianoacrilato Loctite®, adesivo de borracha, adesivo de poliéster, bem como adesivos de tinta de poliuretano. Especificamente, os vários adesivos foram aplicados na superfície de extrudados individuais, sobre os quais folhas de alumínio foram respectivamente colocadas. As folhas de alumínio aderiram aos extrudados, e finas tiras de folha de alumínio foram pressionadas sobre o adesivo, de modo que restaram pontas soltas não aderidas de tira de alumínio. Após 24 horas de secagem, as pontas das folhas de alumínio foram puxadas para tentar separar o adesivo do extrudado. A pintura e os adesivos permaneceram firmemente presos à tira injetada. Isto mostra que o material compósito tem
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41/60 uma superfície muito melhor para a adesão do que a maioria dos plásticos comuns, tais como o polietileno.
[0120] O calor específico foi medido por calorimetria de varredura diferencial.
[0121] Para determinar o índice de oxigênio limite, um corpo de prova foi posicionado verticalmente em uma coluna de teste transparente, e uma mistura de oxigênio e nitrogênio foi forçada para cima, através da coluna. O extrudado foi incendiado no topo. A concentração de oxigênio foi ajustada e diminuiu até que a combustão do extrudado foi apanhada. A concentração mínima em porcentagem de volume do oxigênio que suportava as chamas da combustão foi determinada como o índice de oxigênio limite (IOL).
[0122] O conteúdo de elementos inorgânicos foi medido por espectroscopia de ICP. [0123] Os resultados comparativos são apresentados na Tabela 3, abaixo.
Tabela 3
Características físicas dos extrudados
| Característica | Extrudado 1 | Extrudado II | Ferro | Concret o | Polipropilen o |
| Densidade (g/cm3) | 1,55 | 0,18 a 0,82 | 7,86 | 2,4 | 0,0 |
| Energia de superfície (dina/cm) | 44 a 46 | 30 a 40 | nd | > 45,6 | 20 a 25 |
| Calor específico (kJ/K/kg) | 4,41 | 1,262 | 0,452 | 0,82 | 1,7 a 1,92 |
| % de índice de oxigênio limite | 22 | 21 | N/A | N/A | 17,5 |
| Elementos inorgânicos (ppm) | > 20.000 | nd | 100 | nd | traços |
nd = não detectado; N/A = não aplicável;(1) a 80 °C;
(2)a CNTP, Condições Normais de Temperatura e Pressão, sendo de acordo com a versão a 20 °C do NIST (National Institute of Standards and Technology) e pressão absoluta de 1 atm.
[0124] Os resultados apresentados na Tabela 3 mostram que o extrudado I tem uma densidade de 1,55 g/cm3. Esta densidade é significativamente distinta da dos materiais celulósicos, tais como madeira e papel, bem como da do polipropileno (PP). O PP é um representante das poliolefinas termoplásticas tendo densidades abaixo de 1 g/cm3.
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42/60 [0125] A Tabela 3 também mostra que o extrudado I tem uma energia de superfície entre e 46 dina/cm, que é semelhante à energia de superfície dos poliésteres, do epóxi ou do poliuretano. Quando se compara com a energia de superfície das poliolefinas, estas últimas podem alcançar o valor do extrudados somente se elas forem misturadas com aditivos adequados.
Análise Térmica Mecânica Dinâmica (ATMD) [0126] Os corpos de prova também foram alvo da ATMD (Perkin Elmer DMA 7e). Especificamente, os extrudados de lixo moldado por injeção (injeção a 180 °C) ou moldado por compressão (isto é, não processado, conforme descrito acima, e usado como um controle) foram colocados em ATMD aquecidos a 2 °C/min, e torcidos a uma frequência de 1 Hz.
[0127] As figs. 5 e 6 mostram o módulo de armazenamento e o módulo de perda, respectivamente, de um corpo de prova moldado por injeção (linha contínua) e de um corpo de prova moldado por compressão (linha pontilhada), em função da temperatura. O módulo de armazenamento e o de perda mediram a energia armazenada durante um ciclo (representando a porção elástica) e a perda de energia dissipada como calor (representando a porção viscosa).
Resistência à flexão e módulo de flexão [0128] A resistência à flexão e o módulo de flexão de um corpo de prova moldado por injeção foram medidos usando um testador de tração universal, através de um instrumento Instron 5568, e foram encontrados como sendo de 21 MPa e 3.500 MPa, respectivamente. Resistência ao impacto [0129] A resistência ao impacto (teste de impacto Izod em entalhe) do corpo de prova moldado por injeção foi medida usando um testador de impacto Izod (Zwick). A fig. 7 mostra a energia de impacto na temperatura ambiente para vários corpos de prova preparados por moldagem por injeção em temperaturas entre 160 °C e 220 °C.
Reologia [0130] As viscosidades de fusão aparentes das amostras de extrudado foram determinadas utilizando um reômetro capilar (Goettfert, Rheo-Tester #1.000). O extrudado moído foi alimentado em um tambor com temperatura controlada, na temperatura especificada abaixo, e forçado através de uma matriz capilar (com 2 mm de diâmetro interno x 30 mm de comprimento). A força constante para uma determinada taxa de extrusão foi registrada. A fig. 8 fornece a viscosidade aparente calculada do material testado como uma
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43/60 função da taxa de cisalhamento, a 100 °C, 120 °C, 150 °C e 180 °C. O comportamento exibido na figura 8 é típico de materiais pseudoplásticos termoplásticos, onde a viscosidade diminui quando a taxa de cisalhamento aumenta.
Teste de plastografia Brabender [0131] A plastografia Brabender foi utilizada a fim de determinar as mudanças de viscosidade durante o processamento de lixo seco recente (lixo particulado seco, LPS) em diferentes temperaturas. Assim, as amostras de lixo seco foram misturadas em uma célula de mistura Brabender a diferentes temperaturas de máquina, de 70 °C, 100 °C, 150 °C, 210 °C e 240 °C, com uma velocidade de rotor de 80 rpm, ou a 70 °C ou 100 °C com uma velocidade de rotor de 40 rpm, durante 30 a 60 minutos (até que o torque atingiu um estado relativamente estável). O torque e a temperatura do material foram registrados como uma função do tempo durante todo o processo. Deve ser notado que o torque se correlaciona com as mudanças na viscosidade do material, o que permite a variação da viscosidade do lixo processado no teste Brabender seja rastreada durante todo o processo. [0132] Note-se que abaixo de 70 °C e 80 rpm uma rápida plastificação da mistura foi observada, com um aumento da temperatura associado com a diminuição da viscosidade, isto sendo semelhante ao comportamento termoplástico. Curiosamente, isto ocorreu antes que outros materiais termoplásticos presentes na mistura, tal como PE, começaram a derreter. Uma vez que o PE se fundiu, a viscosidade da mistura aumentou. A queda de viscosidade foi observada à medida que a temperatura continuou a aumentar.
[0133] Note-se que ao testar o LPS a 70 °C e a 40 rpm nenhuma fusão das partículas do extrudado foi observada (não mostrado). Após 60 minutos a mistura apareceu como sólidos pulverizados, não gerando nenhuma adesão entre partículas. Na velocidade de rotação do rotor de 80 rpm uma boa fusão do extrudado foi observada, onde o material parecia ter atingido uma temperatura de 141 °C.
[0134] Os testes também mostraram que a temperatura da mistura atingiu um máximo, e depois começou a declinar. Durante o declínio da temperatura, a viscosidade (evidenciada pelo torque) também caiu. Sem desejar um comprometimento com a teoria, esse comportamento pode ser explicado pela hidrólise parcial do material de lixo, aumentando a fluidez do material compósito.
[0135] A Tabela 4 resume os parâmetros medidos durante o teste usando Brabender.
Tabela 4
Torque em função da temperatura e da velocidade do rotor
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| Material | Temperatura da Máquina (°C) | Velocidade do Rotor (rpm) | Torque final (Nm) | Temperatura Final do Material (°C) | Tempo de Teste (min) |
| PP1 | 240 | 80 | 5,5 | nd | 24 |
| LPS | 70 | 40 | 25 | 60 | |
| LPS | 70 | 80 | 28,1 | 141 | 30 |
| LPS | 100 | 80 | 35,3 | 148 | 40 |
| LPS | 150 | 80 | 30 (15)2 | 174 (165)2 | 40 (30)2 |
| LPS3 | 200 | 80 | 12 | 208 | 60 |
| Extrudado | 200 | 80 | 10 | 207 | 15 |
| LPS | 240 | 80 | 6,5 | 237 | 40 |
1 índice de fluxo de fusão de 2 2 Teste em uma amostra diferente tomada de um lote diferente
LPS = lixo seco particulado; nd = não determinado [0136] Para resumir, os testes Brabender que foram realizados no lixo particulado seco (LPS) exibem uma redução no torque final em função da temperatura do teste Brabender, que é traduzida para a redução da viscosidade com o aumento da temperatura. Em todos os testes, o LPS apresenta uma fusão rápida em uma mistura fluida/macia processável similar à dos materiais termoplásticos. Esses resultados são compatíveis com o comportamento dos materiais termoplásticos.
[0137] A plastografia Brabender também foi utilizada para demonstrar o comportamento termoplástico do extrudado do material composto. Para esta finalidade, o extrudado moído foi misturado em um teste Brabender a 200 °C, com uma velocidade de rotor de 80 rpm durante 15 minutos (fig. 9A). Os respectivos parâmetros do polipropileno (PP), usado como referência, também são apresentados (fig. 9B, 240 °C, 80 rpm). A plastografia Brabender do extrudado e aquela do polipropileno são quase idênticas. Ambas exibem uma correlação entre a redução de torque e elevação da temperatura, as quais alcançam um patamar após um período muito curto de mistura. Tal similaridade com o comportamento de um material
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45/60 termoplástico clássico como o polipropileno fornece uma evidência adicional para o caráter termoplástico do extrudado.
Microscopia [0138] A superfície externa dos extrudados foi examinada sob microscopia óptica, em três diferentes ampliações (x 50, χ 100 e χ 200). As figs. 10A a 10C mostram três respectivas microfotografias da mesma área na superfície de um extrudado. As microfotografias revelam a continuidade da matéria que forma os extrudados, notando-se o contato próximo entre as diferentes substâncias nos extrudados e a falta de poros ou espaços aparentes. Matéria fibrosa firmemente incorporada pode ser vista estendida em todas as superfícies visualizadas.
[0139] A estrutura interna de um material extrudado foi estudada por microscopia de varredura eletrônica (MVE). Para essa finalidade, um extrudado foi imerso em nitrogênio líquido e fracionado no estado congelado. Outra amostra, obtida de lixo moldado por compressão, foi tratada da mesma forma. Imagens de MVE da seção transversal das fraturas congeladas do extrudado e de amostras moldadas por compressão são providas, respectivamente, nas figs. 11A e 11B. Na fig. 11B a formação de regiões com diferentes formações está claramente exposta. As fronteiras entre as três regiões, ou domínios, estão marcadas por três linhas tracejadas respectivas, a linha A, a linha B e a linha C. O fato de que não há espaços (gaps) ou cavidades ao longo das fronteiras é uma evidência da estreita interação entre os diferentes componentes. A fig. 11A mostra que o extrudado é um material composto multi-componente contendo inclusões relativamente grandes de partículas com formato irregular, com 200 a 250 Dm, e inclusões fibrosas, com 5 a 10 Dm de diâmetro, as partículas e inclusões fibrosas estando dispersas em um meio contínuo. Este meio também parece ser um sistema multi-componente, compreendendo uma pluralidade de partículas de diferentes formas e tamanhos com até 0,5 a 2 m. A imagem também sugere que todos os componentes interagem fortemente uns com os outros, formando uma matéria densa compactada, sem espaços visíveis entre os componentes.
[0140] Note-se que salvo indicação em contrário, as experiências anteriores não foram conduzidas de acordo com a norma ASTM.
[0141] 9. Espectroscopia de massa de cromatografia de gás do espaço livre (EMCG-EL) [0142] A fim de caracterizar o perfil de voláteis único do material compósito da invenção, uma amostra de um extrudado do material compósito de acordo com a invenção (extrudado
II, amostra 1) foi analisada por EMCG-EL. O perfil de voláteis do extrudado do material
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46/60 compósito foi comparado ao perfil de voláteis de resíduos orgânicos e de resíduos de plástico, que são os principais componentes incluídos no LSNS que contribuem com voláteis. Para este fim, os componentes das amostras de lixo orgânico (amostra 2) e lixo plástico (amostra 3) que foram separados do LSNS também foram analisados por EMCGEL. Essa comparação fornece uma indicação qualitativa dos voláteis específicos que são únicos para o material compósito, que é o produto do processo descrito.
[0143] As amostras foram moídas em pó e colocadas em frascos SPME GC-MS. Os frascos foram aquecidos a 80 °C por 25 min e submetidos a análise em SPME GC-MS em colunas SGE BPX ou TR-5MS. Foi usado hélio como gás de transporte, e um gradiente de temperatura de 50 °C a 240 °C a 10 °C/min.
Tabela 5
Perfis de voláteis do extrudado e de componentes do material compósito
| Fração N° | Tempo de retenção (min) | Compostos detectados | Lixo orgânico | Lixo plástico | Polietileno | Extrudado |
| 1 | 7,9 | Acetona | * | * | ||
| 2 | 8,93 | Hexano | * | |||
| 3 | 9,55 | 2,3-butanodiona | * | * | ||
| 4 | 9,8 | Butanona | * | |||
| 5 | 10,81 | Ácido acético | * | |||
| 6 | 11,80 | Pentanal | * | * | * | |
| 7 | 12,95 | Dissulfeto de dimetila | * | |||
| 8 | 13,0 | Octana | * | |||
| 9 | 13,16 | Tolueno | * | * | * | |
| 10 | 13,1-13,9 | Pentanol | * | |||
| 11 | 13,92 | Hexanal | * | * | * | * |
| 12 | 14,33 | Ácido butanóico | * | |||
| 13 | 15,27 | Furfural | * | |||
| 14 | 15,28 | Hexanol | * | * | * | |
| 15 | 15,91 | Heptanal | * | * | * |
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| Fração N° | Tempo de retenção (min) | Compostos detectados | Lixo orgânico | Lixo plástico | Polietileno | Extrudado |
| 16 | 16,74 | 1 -deceno | * | |||
| 17 | 16,8 | Decano | * | |||
| 18 | 17,16 | 2-pentil-furano | * | |||
| 19 | 17,4-17,5 | Heptanol | * | |||
| 20 | 17,76 | Octanal | * | * | * | |
| 21 | 17,83 | Benzaldeído | * | |||
| 22 | 18,02 | Limoneno | * | * | * | |
| 23 | 18,5 | Undecano | * | * | ||
| 24 | 18,2 | 2-etil-hexanol | * | * | ||
| 25 | 18,62 | Fenol | * | |||
| 26 | 19,05 | Octenal | * | |||
| 27 | 19,47 | Nonanal | * | * | * | * |
| 28 | 20,09 | Dodecano | * | * | * | |
| 29 | 21,06 | Decanal | * | * | * | |
| 30 | 21,58 | T ridecano | * | * | * | * |
| 31 | 22,541 | Carvona | * | * | ||
| 32 | 22,543 | Tetradeceno | * | |||
| 33 | 23,11 | Tetradecano | * | * | * | |
| 34 | 24,79 | Pentadecano | * | |||
| 35 | 26,69 | Hexadeceno | * | |||
| 36 | 27,08 | 2,4-ditertobutilfenol | * |
[0144] As frações N° 2, 7, 10, 18, 19, 21,26, 34, 35 e 36 são compostos que são liberados de um dos componentes do LSNS, mas que não são liberados do extrudado. As frações
No. 4, 5, 12, 13 e 25 são compostos que são liberados somente do extrudado. A diferença neste perfil de liberação, usando um, dois ou qualquer número destes 15 compostos, sozinhos ou em combinação como um fator de diferenciação, pode ser usada como uma das características do material compósito da invenção.
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48/60 [0145] Referência é feita agora às figs. 12A a 12D, que mostram cromatogramas de espectroscopia de massa de cromatografia de gás do espaço livre (EMCG-EL) da microextração de fase sólida de um extrudado do material compósito termoplástico de acordo com a invenção (fig. 12A); lixo orgânico (fig. 12B); lixo plástico não-separado (fig. 12C); e polipropileno (fig. 12D). A Tabela 5 lista os compostos que foram caracterizados pela espectroscopia de massa de cada fração de cromatografia de gás de cada amostra. Conforme ilustrado nas figs. 12A a 12D e na Tabela 5, foram encontradas diferenças significativas entre as amostras. Os picos mais dominantes para o extrudado são: acetona, pentanal, tolueno, hexanal (pico dominante), ácido butanóico, furfural, heptanal e octanal. Esses picos correspondem a produtos da degradação de produtos naturais (por exemplo, ácidos graxos).
[0146] Vários compostos voláteis típicos de polietileno, de lixo orgânico e de lixo plástico estão ausentes do perfil de voláteis do extrudado. Para o polietileno, eles são, por exemplo, 1-deceno, decano, dodeceno, trideceno, tetradeceno (o pico dominante), pentadeceno e hexadeceno. Eles são, todos, compostos voláteis de carbono de cadeia longa, provenientes de vários produtos derivados de petróleo. Sem desejar um comprometimento com a teoria, isto pode indicar que no processamento do LSNS essas cadeias longas ficam presas dentro do produto resultante, ou que o PE é protegido contra decomposição.
[0147] Por outro lado, vários compostos fazem parte do perfil de voláteis do extrudado, apesar deles não fazerem parte dos perfis do lixo orgânico ou do lixo plástico (fundo escuro). Estes compostos são, a saber, butanona, ácido acético, ácido butanóico, furfural e fenol. O seu aparecimento no perfil de voláteis do extrudado é uma “impressão digital” única do produto. Sem desejar um comprometimento com a teoria, isto pode ser indicativo de uma reação de degradação das composições da membrana e da parede celular.
[0148] Além do mais, o perfil de voláteis do extrudado também contém vários compostos que apontam para os componentes compreendidos no LSNS. Por exemplo, o elemento perceptível na fração de plástico, 2-etil-hexanol, é um álcool graxo com propriedades emuladoras conhecidas pelo uso como um plastificante. Ele não poderia ser encontrado dentro da fração orgânica do lixo. Por outro lado, a acetona e a 2,3-butanodiona só podem ser encontradas na fração orgânica do lixo, e são indicativas do conteúdo orgânico dentro do extrudado. Todos juntos, estes dados são atribuídos ao perfil de odor único do material compósito da invenção.
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Exemplo 3: Preparação de extrudados compreendendo baixo ou nenhum teor de plástico [0149] A fim de encontrar o limite de teor de plástico no LSNS para fazer o material compósito da invenção, foram preparados extrudados contendo principalmente lixo orgânico. Os extrudados foram preparadas de acordo com o método descrito para a preparação do extrudado II (preparado pelo uso da extrusora caseira), exceto pela utilização de 100% de lixo orgânico (LO) tendo apenas traços de plástico, ou de uma mistura de 90% de LO e 10% de polietileno reciclado em vez de usar LSNS particulado seco. Ambas as misturas também continham vestígios de areia. O LO foi comprado de fazendeiros, tendo praticamente todo o conteúdo de plástico e de lixo inorgânico removido manualmente.
[0150] Uma amostra de teste de 100% de extrudado de LO foi testada depois de resfriada à temperatura ambiente, e uma segunda amostra de teste foi comprimida por uma força de 200 kg em um molde de compressão. Uma amostra de 100% de polietileno não-separado também foi preparada para comparação.
[0151] As amostras de teste do LO/PE a 90:10 e 0:100 foram preparadas através da trituração dos extrudados obtidos, alimentando-se os extrudados moídos em uma máquina de moldagem por injeção Demag, Ergotech Viva 8-40.
[0152] O teste mostrou que todas as três misturas compreendendo lixo orgânico em diferentes níveis foram processáveis e poderíam ser extrudadas. O extrudado com 100% de LO foi suscetível à moldagem por compressão, e quando misturado com uma % tão baixa quanto 10% de PE (LO/PE 90:10) o extrudado foi suscetível a ambas moldagens por compressão e por injeção. Os espécimes das amostras de teste foram analisados de acordo com o teste padrão listado na Tabela 6.
[0153] As propriedades mecânicas da amostra de teste moldada por injeção de LO/PE a 90:10 e a amostra de teste comparativa com 100% de PE são apresentadas na Tabela 7.
Tabela 6
Procedimentos padrão e equipamentos utilizados para realização dos ensaios mecânicos apresentados nos Exemplos 3 a 8
| Descrição do teste | Padrão | Equipamento |
| Resistência à tração | ISO 521-1-2 | Testometric M350-10KN |
| Esticamento na ruptura | ISO 521-1-2 | Testometric M350-10KN |
| Módulo de tração | ISO 521-1-2 | Testometric M350-10KN |
| Resistência à flexão | ISO 178 | Testometric M350-10KN |
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| Descrição do teste | Padrão | Equipamento |
| Módulo de flexão | ISO 178 | Testometric M350-10KN |
| Impacto Charpy | ISO 179 | Ray-Ran |
| Densidade | ISO 1183-2 | Brabender-Densimat DM |
| Análise termogravimétrica | ISO 11358 | TGA Q500 TA |
Tabela 7
Propriedades mecânicas das amostras de teste feitas de misturas de lixo orgânico (LO) e polietileno (PE)
| LO/ PE (%: %) | ATG (%) | Impacto Charpy (kJ/m2) | Máxima resistência à tração (MPa) | Módulo de elasticidade (MPa) | Esticament o na ruptura (%) | Resistência à flexão (MPa) | Módulo de flexão (MPa) |
| 0:10 0 | 24 | N/A | 10,42 | 276,18 | 676,17 | 8,20 | 194,09 |
| 90:1 0 | 28 | 2,1 | 2,67 | 328,43 | 18,92 | 5,66 | 687,38 |
Exemplo 4: Preparação e propriedades dos extrudados feitos de misturas do material compósito e polietileno [0154] O extrudado do material compósito que foi preparado de acordo com o procedimento de preparação do extrudado II, conforme detalhado acima (com a extrusora caseira), foi particulado, peneirado e separado de acordo com o tamanho das partículas, para obter grânulos de material compósito tendo um tamanho de partícula entre 1,8 mm e
2,5 mm, e pó de material compósito tendo um tamanho de partícula de até 0,7 mm. Os grânulos ou o pó de material compósito particulado foram misturados em um misturador com diversas quantidades de polietileno reciclado (PE). A mistura combinada de material compósito/PE foi introduzida em uma extrusora de parafuso único (diâmetro de 70 mm) a 180 °C, 50 rpm e um tempo de permanência entre 3 e 5 minutos. O extrudado resultante foi moído e alimentado em uma máquina de injeção (Demag, Ergotech Viva 80-400; temperatura: 180 °C; pressão de injeção: 60-90 bar; velocidade de injeção: 30 a 50 mm/s). As propriedades mecânicas de cada moldagem por injeção são apresentadas na Tabela 8, e foram determinadas de acordo com os padrões de análise e equipamentos listados na Tabela 6.
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Tabela 8
Propriedades mecânicas das moldagens por injeção de misturas de material compósito extrudado e polietileno reciclado (PE)
| PE/ Extrudad o (%:% em peso) | Impact o Charp y (kJ/m2 ) | Máxima resistênci a à tração (MPa) | Módulo de elasticidad e (MPa) | Esticamen to na ruptura (%) | Resistênci a à flexão (MPa) | Módul o de flexão (MPa) | Densida de (g/cm3) |
| 100:0 | N/A | 10,42 | 276,18 | 676,17 | 8,20 | 194,09 | nd |
| 90:10 | N/A | 9,93 | 330,74 | 191,15 | 6,97 | 249,89 | nd |
| 80:20 | N/A | 9,83 | 328,50 | 122,02 | 10,10 | 308,93 | nd |
| 70:30 | N/A | 8,8 | 349,61 | 86,13 | 10,48 | 364,18 | nd |
| 60:40 | N/A | 8,67 | 437,68 | 65,93 | 10,11 | 394,47 | nd |
| 50:50 | N/A | 8,18 | 512,61 | 76,24 | 12,03 | 578,24 | nd |
| 40:60 | 16,03 | 7,90 | 627,01 | 44,36 | 13,32 | 796,67 | nd |
| 30:70 | 9,80 | 7,02 | 714,68 | 1,8 | 14,99 | 989,3 | nd |
| 20:80 | 5,09 | 7,13 | 794,13 | 2,27 | 12,66 | 1060,2 | nd |
| 10:90 | 3,32 | 6,53 | 979,6 | 2,22 | 8,75 | 831,0 | nd |
| 0:1001 | 2,22 | 5,92 | 1160,0 | 0,63 | 13,32 | 1934,5 | 1,35 |
| 0:1002 | 1,84 | 5,13 | 997,9 | 7,71 | 7,68 | 830,0 | 1,35 |
| 0:1003 | 1,39 | 5,60 | 951,55 | 0,34 | 11,08 | 1121,4 | 1,47 |
1 Feito de grânulos de material compósito que foram secados a 100 °C por 24 h antes da injeção das amostras;
2 Feito de grânulos de material compósito que foram injetados como estavam (sem secagem adicional);
3 Feito de pó de material compósito [0155] Os resultados mostram que a mistura de material compósito extrudado com polietileno reciclado resulta em produtos moldados injetáveis tendo propriedades mecânicas que, na sua grande maioria, estão linearmente correlacionadas (exceto para o esticamento na ruptura e resistência à flexão) com a relação entre o material compósito e o PE reciclado. O esticamento na ruptura cai significativamente de 676,17% para 191,15%, mesmo quando tão pouco quanto 10% de material compósito está presente na mistura.
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Além disso, a resistência à flexão parece atingir um máximo em uma mistura de 30:70 de
PE/Extrudado, e um mínimo para cada um dos componentes sozinho.
[0156] Um teste com reômetro dinâmico (placas paralelas) a 200 °C foi realizado em cada um em uma das amostras, e demonstrou uma correlação inversa entre a quantidade de PE e a viscosidade da amostra de teste. Portanto, sem desejar um comprometimento com a teoria, pode-se concluir que o PE contribui para a viscosidade do material compósito. O comportamento reológico registrado mostra claramente o aumento da viscosidade à medida que a proporção de polietileno diminui.
Exemplo 5: Preparação e propriedades de amostras moldadas por injeção feitas a partir de LSNS particulado seco com diversos teores de plástico não-separado (PNS) [0157] Um extrudado foi preparado de acordo com o procedimento de preparação do extrudado II, conforme detalhado acima (usando a extrusora caseira), exceto pelo uso de misturas de LSNS particulado seco com lixo plástico não-separado (PNS) em proporções variadas, em vez de LSNS particulado seco. O PNS foi recebido de uma usina de reciclagem de plástico. As misturas compreendendo LSNS particulado seco e PNS em uma relação de peso/peso de 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 e 0:100 foram misturadas em um misturador, até formar uma mistura homogeneizada de LSNS/PNS. As misturas homogeneizadas de LSNS/PNS foram introduzidas na extrusora caseira de parafuso único (diâmetro de 70 mm) a 180 °C, 50 rpm e um tempo de permanência entre 3 e 5 minutos. O extrudado resultante foi moído e alimentado em uma máquina de moldagem por injeção (Demag, Ergotech Viva 80-400; temperatura: 180 °C; pressão de injeção: 60 a 90 bar; velocidade de injeção: 30 a 50 mm/s), para obtenção das amostras de teste. Os espécimes de cada uma das amostras foram analisados de acordo com os procedimentos padrão e equipamentos listados na Tabela 6. As propriedades mecânicas estão resumidas na Tabela
9.
Tabela 9
Propriedades mecânicas de amostras moldadas por injeção de misturas de lixo particulado seco substancialmente não-separado (LSNS particulado seco) e lixo plástico não-separado (PNS)
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| LSNS/PNS (plástico total, % em peso) | ATG (%) | Impa cto Char py (kJ/m 2) | Máxima resistên cia à tração (MPa) | Módulo de elasticida de (MPa) | Esticamen to na ruptura (%) | Resistênci a à flexão (MPa) | Módu Io de flexã o (MPa) | Densida de (g/cm3) |
| 100:0 [13] | 79 | 1,66 | 6,25 | 686,73 | 0,34 | 11,08 | 1121, 4 | 1,39 |
| 80:20 [30]* | nd | 2,18 | 5,96 | 1260,1 | 0,63 | 4,56 | 1277 | nd |
| 75:25 [35] | 69 | 1,57 | 7,28 | 1264,6 | 0,28 | 14,30 | 1448, 8 | nd |
| 50:50 [57] | 63 | 2,12 | 6,02 | 1344,4 | 0,45 | 13,11 | 1658, 8 | nd |
| 25:75 [78] | 80 | 2,82 | 7,03 | 1225,5 | 0,94 | 16,59 | 1854, 2 | nd |
| 0:100 [100] | 84 | 3,03 | 10,00 | 1435,3 | 1,20 | 18,34 | 1777, 1 | 1,24 |
nd - não determinado; * Preparado a partir de um lote de LSNS diferente
Exemplo 6: Propriedades mecânicas em função do tempo de permanência [0158] A fim de avaliar o efeito do tempo de permanência do LSNS seco e particulado na extrusora sobre as propriedades mecânicas do extrudado, o processo de extrusão foi iterado várias vezes, e as propriedades mecânicas de cada extrudado foram determinadas. Para esta finalidade, um extrudado que foi preparado de acordo com o procedimento de preparação do extrudado II (usando a extrusora caseira) foi reintroduzido várias vezes consecutivamente na extrusora de parafuso único, sob as mesmas condições. Cada extrudado teve sua amostra, que se caracterizou de acordo com os procedimentos padrão listados na Tabela 6.
[0159] A Tabela 10 resume as análises mecânicas das amostras de teste. Fica claro a partir dos resultados que várias propriedades mecânicas são melhoradas pela iteração da permanência na extrusora. Enquanto a melhora das propriedades mecânicas fica mais significativa após a terceira iteração, a maioria dos parâmetros assumiu o mesmo temperamento entre a terceira e a sexta iterações. O único parâmetro que melhorou continuamente, e que pode se beneficiar de ainda mais iterações, é o módulo de
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54/60 elasticidade, que aumentou de 2.970 MPa após a primeira extrusão para 4.875 MPa após a quinta iteração.
[0160] Ao contrário de outros polímeros existentes, em que suas propriedades mecânicas se degradam com as iterações, a moldagem por injeção do material compósito apresenta uma melhora de suas propriedades mecânicas.
Tabela 10
Propriedades mecânicas de moldagens por injeção iterativas feitas a partir do material compósito
| Iteração N° | Impacto Charpy (kJ/m2) | Máxima resistência à tração (MPa) | Módulo de elasticidade (MPa) | Esticament o na ruptura (%) | Resistência à flexão (MPa) | Módulo de flexão (MPa) |
| 1 | 1,37 | 4,8 | 2970 | 0,22 | 10,7 | 3350 |
| 2 | 1,73 | 5,7 | 3533 | 0,27 | 14,7 | 4075 |
| 3 | 1,49 | 5,6 | 4418 | 0,18 | 15,6 | 4289 |
| 4 | 1,30 | 4,9 | 4661 | 0,14 | 15,7 | 4788 |
| 5 | 1,37 | 5,6 | 4875 | 0,15 | 15,4 | 4584 |
Tabela 11
Procedimentos de teste e instrumentação utilizada para a análise mecânica de moldagens por injeção iterativas feitas a partir do material compósito
| Descrição do teste | Padrão | Equipamento |
| Resistência à tração | ISO 521-1-2 | Máquina de teste universal Instron |
| Esticamento na ruptura | ISO 521-1-2 | Máquina de teste universal Instron |
| Módulo de tração | ISO 521-1-2 | Máquina de teste universal Instron |
| Resistência à flexão | ISO 178 | Máquina de teste universal Instron |
| Módulo de flexão | ISO 178 | Máquina de teste universal Instron |
| Impacto Charpy | ISO 179 | Pêndulo de impacto Ceast |
Exemplo 7: Testes de lixiviação realizados em moldagem por compressão do material compósito [0161] Os testes de lixiviação foram realizados em amostras tomadas de moldagens por compressão a frio de extrudado quente do material compósito. Os testes foram conduzidos
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55/60 de acordo com o teste de conformidade ΕΝ 12457/2 para lixiviação de lama e materiais de lixo granular.
[0162] A análise concentrou-se na detecção de ions de metal que foram lixiviados das amostras de teste, incluindo As, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb Sb, Se e Zn. O único ion de metal que foi encontrado presente acima do limite de detecção instrumental de 0,5 mg/kg foi zinco, em uma concentração de 1,34 a 1,91 mg/kg.
Exemplo 8: Propriedades mecânicas em função dos líquidos no LSNS [0163] O efeito do teor de umidade na matéria bruta de LSNS sobre as propriedades mecânicas do material compósito foi testado. Para este fim, três amostras moldadas por injeção do material compósito (amostras 1 a 3) provenientes do mesmo LSNS foram testadas. A amostra 1 foi preparada a partir de LSNS que foi secado ao ar durante três dias, a amostra 2 foi preparada a partir de LSNS sem secagem adicional, e a amostra 3 foi preparada a partir de LSNS que foi armazenado por três dias em uma câmara de armazenamento fechado. Todas as três amostras foram preparadas seguindo o procedimento descrito para o extrudado II (usando a extrusora Erema).
[0164] O conteúdo de líquidos voláteis de cada matéria bruta foi determinado pela diferença de peso antes e depois da secagem de uma amostra que foi tomada da matéria bruta por 24 horas a 60 °C/30 mmHg. A perda de peso é atribuída à remoção de líquidos voláteis que estavam presentes no LSNS, especialmente umidade. As amostras 1 a 3 tinham um conteúdo de líquidos voláteis de 1,81 %, 11,07% e 11,07%.
[0165] As propriedades mecânicas das três amostras são apresentadas na Tabela 12. Todas as três amostras também tinham uma energia de superfície entre 46 e 47,7 dina/cm (determinada conforme descrito acima). É evidente, a partir da análise das propriedades mecânicas, que o conteúdo de líquidos voláteis, bem como o período de armazenamento úmido, tem uma notável influência sobre as propriedades mecânicas do produto.
Tabela 12
Propriedades mecânicas de amostras moldadas por injeção de material compósito com diferentes conteúdos de líquidos voláteis.
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| Amost ra N° | Teor de líqui dos volát eis (%) | ATG (%) | Impact o Charp y (kJ/m2) | Máxima resistênci a à tração (MPa) | Módulo de elasticida de (MPa) | Esticamen to na ruptura (%) | Resistên cia à flexão (MPa) | Energia de superfíci e (dina/cm) |
| 1 | 1,81 | 34 | 1,85 | 4,49 | 368,68 | 0,46 | 4,03 | 46 a 47,7 |
| 2 | 11,07 | 32 | 0,71 | 4,96 | 702 | 0,61 | 7,94 | 46 a 47,7 |
| 3 | 11,97 | 18 | 1,72 | 4,00 | 702,3 | 0,42 | 2,55 | 46 a 47,7 |
Exemplo 9: Aná ise do Conteúdo de Alimentos Remanescentes [0166] A análise de alimentos foi realizada em uma amostra de LSNS e em um extrudado preparado a partir do mesmo LSNS, segundo o procedimento de preparação provido para o extrudado II. A análise foi realizada de acordo com as diretrizes de análise de alimentos fornecidas pela Associação de Comunidades Analíticas. Os resultados estão resumidos na Tabela 13.
Tabela 13
Propriedades mecânicas de amostras moldadas por injeção do material compósito tendo diferentes conteúdos de líquidos voláteis
| Parâmetro testado | Resultado para o material bruto (%) | Resultado para Yuvalite (%) |
| Carbo-h id ratos | 63,9 | 51,0 |
| Proteína | 2,9 | 2,2 |
| Lipídios | 1,5 | 1,4 |
| Amido | <0,05 | <0,05 |
| Fibras solúveis | 0,2 | 0,1 |
| Açúcares solúveis | <0,05 | <0,05 |
Exemplo 10: Artigos Projetados [0167] Referência é feita agora às figs. 13A a 13E, que mostram imagens de diversos artigos conformados que foram feitos usando o material compósito da invenção. O material compósito foi preparado fazendo-se um extrudado segundo o procedimento que foi descrito para o extrudado II, utilizando a extrusora Erema e uma temperatura de extrusão de 190 °C. O extrudado foi granulado e peneirado para a obtenção de grânulos tendo um tamanho
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57/60 máximo de 0,7 mm. Os grânulos foram reintroduzidos na extrusora caseira auto-projetada a uma temperatura de trabalho de 160 °C a 170 °C. O novo extrudado foi granulado e peneirado para a obtenção de grânulos com os tamanhos habituais usados na indústria de plástico. Os grânulos de material composto resultantes foram usados como estavam, ou misturados com diversos materiais para a produção de artigos com um formato projetado. Por exemplo:
- A fig. 13A mostra uma vista de topo de um palete de 18 kg projetado para o armazenamento e movimentação por empilhadeiras, que foi preparado com moldagem por injeção de uma mistura compreendendo grânulos de material compósito/HDPE 2,5, a uma % de 60:40 p/p, em uma máquina com força de injeção de 1700 toneladas.
[0168] Uma caixa de ferramentas (não mostrada) foi preparada com moldagem por injeção de uma mistura de material compósito granulado/copolímero de PP (alto fluxo) 2,5, a uma % de 50:50 p/p a 220 °C, em uma máquina com força de injeção de 800 toneladas.
[0169] Uma prateleira para ser instalada em um armário (não mostrada) foi preparada por moldagem por injeção de uma mistura de grânulos de material compósito/homo PP/carbonato de cálcio concentrado, a uma % de 60:33:7 p/p a 215 °C, em uma máquina com força de injeção de 500 toneladas.
[0170] A fig. 13B mostra a parte inferior de um recipiente de compostagem residencial feito a partir do material compósito da invenção. O fundo do recipiente de compostagem, bem como outras peças que não são mostradas, foram produzidos por moldagem por injeção de uma mistura de grânulos de material compósito/copolímero PP/negro de fumo concentrado, a uma % de 70:28:2 p/p a 190 °C.
[0171] Uma tampa de abertura de esgoto (fig. 13C) foi produzida com moldagem por injeção de 100% de material compósito granulado a 210 °C, em uma máquina força de 1201 toneladas.
[0172] Uma base de bueiro de esgoto (não mostrada) foi feita por moldagem rotacional de uma mistura de grânulos de material compósito/HDPE 2,5, a uma % de 60:40 p/p.
[0173] A fig. 13D mostra vasos de flores feitos por moldagem por compressão a frio de
100% de material compósito extrudado, em uma prensa de 250 toneladas. Os vasos de flores foram pintados usando vários tipos de tintas, tais como tintas plásticas, tintas à base de água e de óleo.
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58/60 [0174] Um corpo tubular (fig. 13E) com seção transversal retangular foi feito por extrusão de uma mistura de grânulos de material compósito/PP copolímero (de baixo fluxo), a uma % de 50:50 p/p a 200 °C.
Exemplo 11: Aderência de moldagens feitas a partir de material compósito [0175] As propriedades de aderência do material compósito da invenção foram utilizadas para a preparação de artigos feitos a partir de diversas moldagens do material compósito, que foram aderidas umas às outras usando cola epóxi. As camadas moldadas do material compósito também foram aderidas a outros tipos de materiais. O exemplo seguinte é nãolimitativo:
[0176] Uma bancada compreendendo uma base e uma superfície de trabalho sobre a base foi preparada, aderindo-se uma placa feita de material compósito, constituindo a base, a uma pedra de pseudo-mármore servindo como a superfície de trabalho, usando gesso colorido como adesivo. A placa moldada foi preparada com moldagem por compressão, de acordo com o procedimento descrito no Exemplo 10 (usando pressão de 220 toneladas). Exemplo 12: Projeto de uma planta piloto [0177] Referência é feita agora à fig. 14, que mostra uma ilustração esquemática de um sistema 100 para processamento de LSNS, de acordo com uma forma de incorporação da invenção.
[0178] Conforme demonstrado, a priori o LSNS é coletado em um piso de tombamento 110 a partir do qual o LSNS é conduzido, através de um transportador de alimentação dedicado 112a, até dois trituradores 114 sequenciais, onde o LSNS é particulado em partículas com tamanho na faixa de centímetros, tipicamente 8 a 10 cm. Enquanto o sistema inclui, de acordo com esta forma de incorporação, dois trituradores seqüenciais, ele pode igualmente compreender um triturador individual, bem como mais de dois trituradores, ordenados sequencialmente ou em paralelo. Os trituradores 114 podem ser qualquer um comercialmente disponível, tal como o triturador rotativo de eixo único da empresa Zerma [ZERMA Machinery & Recycling Technology Co., Ltd. (Xangai)].
[0179] As partículas trituradas são então conduzidas através de um transportador de alimentação 112b até dois granuladores paralelos 116, para formar uma matéria particulada com um tamanho de várias dezenas de milímetros, como por exemplo 2 a 20 mm. Dois granuladores são mostrados em paralelo. A instalação paralela do granuladores é necessária para equalizar as saídas dos trituradores, que são tipicamente muito mais altas do que as dos granuladores.
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59/60 [0180] Note-se que o material triturado não necessariamente precisa ter seu tamanho reduzido ainda mais, e que o sistema pode ser igualmente operado sem o granulador. Além disso, enquanto a presente forma de incorporação ilustra dois granuladores posicionados em paralelo, o sistema pode igualmente ser operado com um único granulador, bem como com mais de dois granuladores, os granuladores estando em paralelo ou em seqüência.
[0181] A redução de tamanho do lixo pode ocorrer em duas etapas, a primeira antes da secagem do lixo, e a segunda após a secagem com um fluxo de ar quente. Durante as etapas de redução de tamanho (trituração e granulação), o líquido expelido do LSNS é coletado através de uma sub-unidade de remoção de líquidos composta por tubos dedicados 118, em uma unidade de coleta de líquidos 120. O líquido pode ser removido pressionando-se o material.
[0182] O material particulado que sai do granulador 116 (ou do triturador 114, caso não haja um granulador) é então conduzido pelo transportador 112c para uma unidade de secagem 122. O transportador 112c pode ser um transportador magnético, tal como aquele fabricado pela empresa Zerma, que remove os metais (por exemplo, metais ferrosos) da matéria particulada, antes da secagem. A unidade de secagem 122 pode ser um secador a tambor, já conhecido no estado da técnica. O material particulado é secado pelo menos parcialmente mas, de preferência, não completamente (ou seja, uma certa quantidade de água precisa ficar retida no lixo particulado).
[0183] O material particulado seco pode então ser suplementado com aditivos através de um tanque de alimentação 124, sendo conectado à extremidade a montante de uma extrusora 126. A alimentação de aditivos e outras substâncias de compensação depende das características do produto desejado. Por exemplo, a matéria seca particulada pode ser suplementada com lascas de madeira.
[0184] A extrusora 126 pode ser qualquer extrusora conhecida no estado da técnica, capaz de realizar uma mistura enquanto aquece o material que está sendo nela misturado e expelido. Nesta forma de incorporação particular, a extrusora é uma extrusora de parafuso único. A extrusora 126 está configurada para aquecer o material a uma temperatura entre cerca de 100 °C e 240 °C, eventualmente entre cerca de 180 °C e 230 °C, onde um material fluido é formado e extrudado a jusante da extrusora através de distribuidores de fundido, indo para linhas de produção dedicadas 128 que podem incluir um dispositivo de moldagem por compressão (não mostrado), um dispositivo de aspersão de material (não mostrado),
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60/60 um dispositivo de granulação, etc.. De preferência, embora não exclusivamente, o aquecimento é realizado por aquecimento elétrico, provido pela extrusora.
[0185] Enquanto o que foi revelado acima descreve uma forma de incorporação de um sistema de tratamento de LSNS, para a obtenção de um termoplástico como o material compósito de acordo com a invenção, deve ser entendido que muitas modificações podem ser feitas sem fugir do espírito da invenção.
Claims (10)
- Reivindicações1. Material compósito compreendendo:pelo menos 10% de matéria orgânica compreendendo fibras orgânicas que compreendem celulose, hemicelulose e/ou lignina, em que a matéria orgânica não se refere a material polimérico sintético;entre 15 % e 40 % de material plástica, e entre 1 % e 50 % de matéria inorgânica, o material compósito sendo caracterizado pelo fato de que possui as seguintes propriedades:uma energia de superfície acima de 35 dina/cm;um valor de teste de impacto Izod em entalhe (notched) acima de 12 J/m; e a matéria inorgânica, a matéria orgânica e a matéria plástica são homogeneamente dispersas num meio contínuo do material compósito, de modo que, essencialmente, todas as lacunas entre a matéria orgânica e o meio contínuo; essencialmente todas as lacunas entre a matéria plástica e o meio contínuo; e essencialmente todas as lacunas entre a matéria inorgânica e o meio contínuo são menores que 0,1 micrômetros de largura, quando uma superfície de fratura criogênica do material compósito é vista por microscópico eletrônico de varredura.
- 2. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender material orgânico na faixa de 10 % até 80 % e material plástico na faixa de 15 % a 30 %.
- 3. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender material plástico na faixa de 15 % a 30 % e matéria orgânica na faixa de 10 % a 70 %.
- 4. Material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de possuir propriedades termoplásticas.
- 5. Método de processamento de resíduos urbanos, caracterizado por compreender:prover partículas secas compreendendo resíduos urbanos, a partir dos quais até 20 % m/m do total de resíduos urbanos, um ouPetição 870190083143, de 26/08/2019, pág. 16/202/3 mais dos seguintes componentes são opcionalmente removidos: metal, vidro, cerâmica, papel, plástico, as partículas secas compreendendo pelo menos 10 % de matéria orgânica compreendendo fibras orgânicas que compreendem celulose, hemicelulose e/ou lignina, em que a matéria orgânica não se refere a material polimérico sintético;entre 15 % e 40 % de material plástico, e entre 1 % e 50 % de matéria inorgânica, extrusão das partículas secas em uma temperatura entre 150 °C a 210 °C sob forças de cisalhamento suficientes para assim obter um material compósito conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
- 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura de extrusão das partículas secas está na faixa de 180 °C a 210 °C.
- 7. Método de fabricação de um artigo compreendendo um material compósito conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 caracterizado pelo fato de compreender:prover partículas secas compreendendo resíduos urbanos, a partir dos quais até 20 % m/m do total de resíduos urbanos, um ou mais dos seguintes componentes são opcionalmente removidos: metal, vidro, cerâmica, papel, plástico, o resíduo urbano compreendendo:pelo menos 10 % de matéria orgânica compreendendo fibras orgânicas que compreendem celulose, hemicelulose e/ou lignina, em que a matéria orgânica não se refere a material polimérico sintético;entre 15 % e 40 % de material plástico, e entre 1 % e 50 % de matéria inorgânica, extrusão das partículas secas em uma temperatura entre 150 °C a 210 °C sob forças de cisalhamento suficientes para assim obter o material compósito; e moldagem do material compósito para formar o artigo.
- 8. Método de compactação de resíduos urbanos caracterizado pelo fato de compreender:Petição 870190083143, de 26/08/2019, pág. 17/203/3 prover partículas secas compreendendo resíduos urbanos, a partir dos quais até 20 % m/m do total de resíduos urbanos, um ou mais dos seguintes componentes são opcionalmente removidos: metal, vidro, cerâmica, papel, recipientes plásticos, as partículas plásticas compreendendo:pelo menos 10 % de matéria orgânica compreendendo fibras orgânicas que compreendem celulose, hemicelulose e/ou lignina, em que a matéria orgânica não se refere a material polimérico sintético para obter material de resíduo seco;entre 15 % e 40 % de material plástica, e entre 1 % e 50 % de matéria inorgânica, extrusão das partículas secas em uma temperatura entre 150 °C a 210 °C sob forças de cisalhamento suficientes para assim obter um material compósito;formar blocos ou artigos de forma definida a partir do material compósito obtido.
- 9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura de extrusão das partículas secas está na faixa de 180°C a 210°C.
- 10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que as partículas são obtidas dentro de um granulador.
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