COMPARAÇÃO ENTRE O POLIETILENO VERDE E O POLIETILENO PETROQUÍMICO:

UM ESTUDO DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7335755

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Dorothy Catherine Rosa Sotelo;
Felipe Silva Brito;
Fernanda Galli Tominaga;
Leandro da Silva Batista;
Letícia Pereira Quaglio;
Orientadora: Profª. Ma. Maria Fernanda Palanch

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RESUMO

Esse trabalho objetivou a realização de uma revisão bibliográfica e a comparação do polietileno de origem verde e o polietileno de origem fóssil, utilizando o teste em câmara de envelhecimento forçado com luz UV. Os ensaios foram realizados com amostras de origem vegetal e fóssil, na 1ª etapa foram submetidas apenas à luz UV, logo em seguida o 2º experimento foi realizado com a luz ultravioleta juntamente à água destilada. Com o levantamento de dados, foi observado que no teste em câmara UV, as amostras verdes tiveram uma maior diminuição de massa, enquanto as amostras de origem regular obtiveram uma redução menor comparada à resina plástica. Já com a câmara UV e com o uso da água destilada, as amostras não apresentaram dados significativos, concluindo-se que com o uso da água destilada em conjunto com a câmara UV, houve resistência à degradação devido ao contato direto com meio aquoso.

Palavras-chave: polietileno verde, ultravioleta e bioplástico.

ABSTRACT

This work aimed at conducting a literature review and comparing polyethylene of green origin and polyethylene of fossil origin, using the test in a forced aging chamber with UV light. The tests were performed with samples of vegetal and fossil origin, in the first stage they were submitted only to UV light, and then the second experiment was performed with ultraviolet light together with distilled water. With the data survey, it was observed that in the UV chamber test, the green samples had a greater reduction in mass, while the samples of regular origin obtained a smaller reduction compared to the plastic resin. With the UV chamber and with the use of distilled water, the samples did not present significant data, concluding that with the use of distilled water in conjunction with the UV chamber, there was resistance to degradation due to direct contact with aqueous medium.

Keywords: green polyethylene, ultraviolet and bioplastic.

1. INTRODUÇÃO

A Revolução Industrial foi o início de grandes mudanças no mundo, devido à reforma dos sistemas de produção que visavam somente produtividade e aumento do poder econômico. O meio ambiente sofreu grandes impactos com toda essa transformação, como a poluição de rios e mares com o derramamento de produtos químicos tóxicos, os quais foram responsáveis pela morte de diversos cidadãos. O impacto na saúde humana promoveu o gatilho para que houvesse mais estudos científicos e apoio de governantes de diversos países, a fim de evitar novamente tamanha catástrofe (POTT, 2017).

Com o avanço da industrialização e o comércio de petróleo no mundo, deu-se origem a um dos materiais mais utilizados na atualidade, o plástico. O material de origem natural ou sintética, obtido a partir dos derivados de petróleo ou de fontes renováveis como a cana-de-açúcar ou o milho (SINDIPLAST, 2022).

São produzidos a partir de monômeros, moléculas químicas que formam os polímeros. Os plásticos podem ser moldados de diferentes formas, categorizados de acordo com a estrutura química e suas propriedades. O polietileno é amplamente utilizado na atualidade, devido às suas propriedades e composição estrutural. A fabricação deste tipo de polímero se obtém por dois segmentos: a partir do etileno provindo da nafta, sendo um subproduto extraído do petróleo e por meio da biomassa (cana-de-açúcar), mais conhecido como plástico verde. Diante destes fatos, a utilização de um polímero de origem renovável pode contribuir para minimizar os impactos ambientais e reduzir os problemas causados aos diversos ecossistemas em comparação com os polímeros de origem fóssil (SINDIPLAST, 2022; LOUREIRO, 2021; AGUIAR et al, 2020).

A fim de reverter as diversas mudanças climáticas no planeta, o desenvolvimento sustentável, que implica em garantir a existência de recursos para uma nova geração, tem sido direcionado pela química verde ou sustentável a fim de criar novos produtos, como as novas variantes de polietileno verde, que visam atender às novas demandas da sociedade (SINDIPLAST, 2022).

O polietileno verde (PE), que também recebe os nomes de plástico verde, polímero verde, biopolietileno, biopolímero, resina polimérica ou resina verde, é o primeiro plástico certificado mundialmente com o processo de obtenção a partir de uma fonte renovável proveniente da cana-de-açúcar, diferentemente do polietileno tradicional, que é produzido a partir de uma fonte não renovável (nafta) (CORDEIRO et al, 2018).

Segundo Eisele et al (2015), a produção do polietileno verde ocorre por cinco etapas principais. A primeira etapa refere-se ao cultivo da cana-de-açúcar, onde os produtores vendem a sua produção para as usinas. Na segunda etapa, as usinas, por meio da fermentação de açúcares, fornecem o etanol. Na terceira etapa estão as indústrias petroquímicas, as quais são responsáveis pela transformação de etanol em eteno verde e do eteno verde em polietileno verde. A quarta etapa inclui as empresas transformadoras de plástico, transformando o polietileno verde em variados produtos. E a quinta etapa envolve o consumo, onde estão os compradores dos produtos.

Por conta dos impactos ambientais provocados pelos plásticos, principalmente por conta da sua decomposição vagarosa, o presente trabalho discute sobre o uso de formas plásticas menos prejudiciais ao meio ambiente. Agrawal, (2011) diz que o impacto ambiental provocado pelo uso de materiais plásticos, pode diminuir se utilizados alternativas de origem vegetal. No entanto, o mesmo fator que o faz ser mais resistente a diversos tipos de degradação (biodegradação, quimiodegradação, fotodegradação, entre outros), devido a sua estabilidade estrutural, também acarreta que a maioria dos produtos com essa base fóssil, ocasione a demora na decomposição com vários anos, ou até mesmo séculos para se degradar no meio ambiente (AGRAWAL, 2011).

Tendo em vista tal fato, se faz necessário evidenciar as alternativas fora a reciclagem em si, que reduzam o impacto ecológico mencionado, trazendo ao foco a utilização de matérias primas de origem natural para produção de polímeros, resultando em embalagens e demais aplicações, tão eficientes quanto os do insumo habitual (FARIA, 2002).

Por meio dessas referências, o trabalho tem por objetivo realizar uma revisão bibliográfica e comparativa de dados relacionados a degradação de produtos classificados como plástico verde e regular, quais as vantagens e desvantagens, avaliação do seu ciclo de vida, seu potencial de aquecimento global, sua degradabilidade e os benefícios gerados do polietileno verde em comparação ao polietileno convencional, tanto no meio ambiente quanto no meio socioeconômico, demonstrando assim as ações geradas para o desenvolvimento sustentável atual, diferenciando as principais características estruturais entre tais produtos, por meio da análise laboratorial a exposição UV (ultravioleta), avaliando o comportamento do material, perda de massa, mudança de tonalidade, assim como, as peculiaridades que se apresentam equivalentes ou até mesmo superiores para os originados de matéria prima mais sustentável.

1.1. Justificativa

O impacto ambiental foi o fator determinante na escolha entre o polietileno verde e o polietileno de origem fóssil, essa comparação de plásticos levou a novas pesquisas para análise dos benefícios econômicos e sustentáveis a fim de obter uma matéria prima com maior degradação (ECYCLE, 2011).

Os plásticos de origem fóssil, durante seu processo de fabricação, emitem quantidades excessivas de gases tóxicos, resultando na poluição da atmosfera e o aumento do aquecimento global (UNEP, 2019).

Com o avanço da tecnologia, foi possível a criação de polímeros com diferentes origens, como, por exemplo: fécula de mandioca e etanol da cana-de-açúcar, destaque em matérias-primas renováveis. O ponto a ser ressaltado nesse documento é o estudo do polietileno verde, formulado a partir do etanol da cana-de-açúcar, com a característica de ser degradável, que traz uma menor taxa de agressão ao meio ambiente e contribui para o equilíbrio ecológico (ECYCLE, 2011).

As ações humanas focadas para produtos de origens naturais, são vinculadas com um ciclo sustentável, permitindo benefícios acelerados ao ambiente. O polietileno verde se torna diante do cenário tecnológico, um exemplo para a exploração de recursos naturais, sendo determinante para a manutenção das novas gerações (MIKHAILOVA, 2004).

A obtenção das matérias-primas provindas de recursos naturais, ressalta, a importância de se produzir um polímero com redução nos impactos ambientais durante o seu processo de fabricação (MIKHAILOVA, 2004). Neste trabalho, foi estudado o comportamento dos polímeros sob as radiações ultravioleta, apresentando por meio de dados laboratoriais, os pontos relevantes e benéficos para o uso do polietileno verde em relação ao de origem do petróleo, visando uma abordagem para o ponto de vista sustentável.

1.2. Objetivos

Objetivo Geral:

Avaliar o comportamento estrutural e desempenho do polietileno verde, comparando-o com o polietileno regular, por meio da exposição direta à luz UV (ultravioleta) e a exposição à luz UV com amostra sobre o meio aquoso, água destilada.

Objetivos específicos:

I. Comparar as características do polietileno verde e o polietileno regular, através de amostras sob a luz ultravioleta e com UV e água destilada.

II. Elaborar um quadro comparativo relacionando os custos, impactos ambientais, vantagens e desvantagens de ambos os polímeros, analisando a degradação ao meio ambiente, eliminação de gases na atmosfera e demais causas geradas por meio destes materiais.

III. Descrever sobre o ciclo de vida do polietileno verde em comparação ao polietileno regular, caracterizando-os de forma a identificar qual desses polímeros é mais viável para produção visando a sustentabilidade ambiental.

IV. Analisar as características do polietileno verde por meio de testes físico-químicos em exposição à luz UV no laboratório, visando comparar as características de degradação do polietileno verde em relação ao polietileno regular.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Sustentabilidade

O significado da expressão “Sustentabilidade” mesmo que tendo origens remotas, está diretamente associada à concepção de resiliência, ou seja, o quanto um ecossistema se apresentará competente em suportar e absorver impactos ambientais resultantes das ações humanas, mantendo seu estado ecológico apesar de todas as tensões (ALMEIDA, 2014).

Partindo deste conceito define-se como desenvolvimento sustentável o que possui capacidade de suprir as demandas da população no tempo presente, garantindo a possibilidade que os descendentes tenham sucesso em atender suas próprias necessidades no futuro. (EISELE, 2015).

A grande polêmica e discussões ao redor do consumo exponencial de objetos vindos do plástico, tem trazido à tona de maneira crescente as lesões aos recursos ambientais e consequentemente sua degradação decorrente de poluição. Tal poluição mencionada como uma das causas da atual crise mundial são oriundos do desequilíbrio da relação entre sociedade, economia e natureza, ocorrendo por consequência tanto do processo para se produzir o plástico em si, como o hiperconsumo e seu descarte inadequado (ONU, 2018).

Um fator alarmante relacionado a saúde da população é o do consumo de água contendo partículas indesejadas. Levando em consideração que, com base no Programa das Nações Unidas Para o Desenvolvimento (PNUD) no ano de 2018, cerca de 83% da água distribuída nas capitais continham partículas de artigos plásticos.

Após o consumo desses produtos, devido a sua degradação lenta, quando descartados erroneamente impactam não apenas na potabilidade da água consumida, mas também no bloqueio total ou parcial dos sistemas de drenagem e distribuição pluvial das regiões urbanas. Com tais obstruções podem ocorrer enchentes, que por sua vez podem disseminar doenças, destruir moradias e bens dos cidadãos entre outras consequências (JABUR, 2017).

Explorar a origem natural do plástico, advinda da cana de açúcar, assim como outras possibilidades fora o plástico de origem fóssil, se mostra muito promissor, pois cientes das ameaças ao ecossistema e claramente à saúde humana também, existe um público considerável de pessoas aderindo em suas linhas de consumo, à redução do uso, ao direcionamento correto dos descartes, à reciclagem e buscando cada vez mais o uso de materiais provenientes de fonte natural (GOMES, 2011).

Mesmo que ainda seja um longo caminho a percorrer até que se alcance o cenário perfeito, demonstrações de que podem ser usufruídos produtos com capacidade tão boa quanto, ou até mesmo melhor, do que aqueles aos quais a sociedade está condicionada, agredindo menos ao meio ambiente, poderão incentivar o aumento considerável do número de pessoas que passam a adequar suas rotinas às opções mais benéficas ao ambiente (OLIVEIRA, 2012).

As possibilidades são múltiplas, quanto às abordagens relacionadas ao alcance da sustentabilidade, sendo a dos aspectos sociais, econômicos e ambientais uma das mais utilizadas para compor tal consideração. Essa relação tem como referência o conceito “Triple Bottom Line (TBL)” também conhecido como Tripé da sustentabilidade, advindo de um estudo realizado em 1994 por Elkington, onde a proposta se concretiza na ideia de unir esses três fatores (social, econômico e ambiental) de forma que o ponto comum entre eles procederia na conquista da sustentabilidade almejada (EISELE, 2015).

Devido à produção e consumo desse material que gera os impactos discutidos estarem atribuídos ao ser humano, cabe ao mesmo que atue com responsabilidade para sanar essa problemática (HEIDBREDER, 2019).

2.2 Padrão de consumo do plástico

A revolução dos plásticos, destacada pelas últimas décadas, proporcionou à humanidade grande evolução nos diversos setores industriais. O consumo desses itens acelerou exponencialmente tornando a vida humana mais fácil, diante disso, a incerteza com os impactos desses resíduos fez com que o mundo mudasse suas ações em relação ao consumo e produção desses artigos. (OLIVEIRA, 2012).

Nos anos de 2008 e 2009, a crise econômica atingiu todo o planeta com a redução no consumo e produção dos polímeros, após a passagem de um ano, o crescimento na fabricação de plástico foi um recorde, aumentando 6% em relação ao ano de 2009, sendo a China, o maior produtor mundial em 2010, com uma produção de, cerca de 62 milhões de toneladas, seguida pela União Europeia, que produziu aproximadamente 57 milhões de toneladas. (OLIVEIRA, 2012).

O consumo mantém a liderança com as embalagens plásticas, com uma demanda de 18 milhões de toneladas por ano. A demanda no consumo de resinas é outra forma de avaliar o uso de plásticos no planeta. As resinas plásticas mais comercializadas são: o polietileno (PE), incluindo o de baixa densidade (PEBD), linear de baixa densidade (PEBDL) e de alta densidade (PEAD), polipropileno (PP), PVC, poliestireno (PS), poliuretano (PU) e PET. No ano de 2010, informações obtidas pela Braskem mostraram que o Brasil era responsável pela produção de 4% das resinas termoplásticas mundiais. A demanda nacional de consumo de polímero segue padrões da Europa e dos Estados Unidos com o polietileno, sendo o mais consumido (2,3 milhões de toneladas), seguido pelo polipropileno (1,475 milhões de toneladas) e depois pelo PVC (1,12 milhões de toneladas) (OLIVEIRA, 2012).

O consumo de plásticos em todo o mundo, inclusive no Brasil, vem aumentando. Isso se deve às vantagens proporcionadas pelo plástico:

• ampla gama de propriedades, que vão desde a rigidez até a alta elasticidade etransparência;
• segurança no manuseio;
• pequeno investimento para a transformação;
• resistência à corrosão;
• baixa densidade que possibilita conseguir propriedades mecânicasextraordinárias com um peso relativamente reduzido;
• comodidade para o consumidor;
• excelente capacidade para receber impressão em várias cores;
• grande durabilidade, inclusive devido à reciclabilidade (Wiebeck, 1997).

A reciclagem de polímeros é uma forma viável para minimizar o impacto ambiental causado pela disposição destes materiais em aterros sanitários. Esse assunto vem se tornando cada vez mais importante, pois além dos interesses ambientais e econômicos começam a surgir legislações cada vez mais rígidas no sentido de minimizar e/ou disciplinar o descarte de resíduos sólidos, pois o padrão de consumo aumentou significativamente. (SPINACÉ; DE PAOLI, 2005).

2.3 Avaliação do ciclo de vida do material

Estudos relacionados à vida dos plásticos, mostraram que o maior impasse no ciclo de vida útil acontece após o descarte desses polímeros. O descarte desses artigos muitas das vezes, não ocorre da forma correta visto que a alocação e controle para reciclagem envolve altos custos, possibilitando assim a sua maior presença e contaminação em aterros sanitários e oceanos. O processo de reciclagem realizado para gerenciamento dos resíduos pode acarretar, dependo do tipo, problemas para a saúde humana, como a incineração, dessa forma soluções inovadoras são pensadas e estudadas para controle desses resíduos com aliança na fabricação de biodegradáveis, já que a degradação impõe também fatores determinantes para a contaminação e desequilíbrio ambiental com esses polímeros (AMELIA, 2004).

Os artigos plásticos vendidos, principalmente as embalagens, tornam-se resíduos em menos de um ano, ou na pior situação, após um único uso. Mesmo assim, os resíduos são excelentes fontes de matérias-primas, podendo ser reciclados ou transformados em energia. A destinação final desses materiais necessita de espaços próprios que enfrentam diretamente os altos valores por aquisições desses lugares, fazendo assim que o destino destes itens seja realizado de forma incorreta, com a disposição inadequada e dispersão no ambiente, como rios, lagos e florestas. Ações com avanços em técnicas de reciclagem e incineração vêm sendo executadas para a redução do descarte incorreto, atrelados a novos projetos de novos plásticos biodegradáveis desenvolvidos todos os anos (OLIVEIRA, 2012).

A ideia sobre o futuro dos plásticos se tornou assunto recorrente por vários anos, com o propósito de obter um polímero com baixos impactos ambientais. Os bioplásticos, polímeros biodegradáveis a partir da ação de microrganismos, tais como fungos, bactérias e algas de ocorrência natural, geram, durante a degradação, metano e dióxido de carbono, e também podem sofrer degradação em dióxido de carbono, água e biomassa, devido à ação de organismos vivos ou enzimas. A participação deste polímero acabou crescendo muito nos últimos anos, com a evolução da tecnologia, tais itens foram estudados com foco em novas possibilidades para aplicações e características semelhantes ao plástico petroquímico, como exemplo a flexibilidade. Nos anos 90, iniciou-se no Brasil o desenvolvimento quanto à produção de plásticos renováveis, utilizando como matéria-prima a cana-de-açúcar e obtendo propriedades semelhantes às dos plásticos regulares, porém com a vantagem de ser um produto verde (FRANCHETTI, 2006).

A degradação plástica de forma geral, resulta em pequenas partículas de polímeros, chamados microplásticos com tamanhos menores que 5 mm, tal reação química ocorre por fotoquímica e abrasão. A contaminação gerada por esses fragmentos ocorre em diferentes ambientes, impondo riscos físicos e químicos para os organismos, sendo que nos últimos anos, foi relatado a presença de microplásticos em diversas localizações geográficas e produtos para o consumo humano, gerando um alerta para a comunidade científica. No ambiente natural, os microplásticos são encontrados na grande maioria em ecossistemas marinhos, prejudicando o desenvolvimento do ambiente em que está presente, seja pela contaminação local ou ingestão dos mesmos por organismos. Estudos são realizados todos os anos para encontrar novas soluções com foco na redução desses impactos ambientais causados pela ação dos microplásticos (OLIVATTO, 2018).

Uma área nova que vem conquistando destaque é a nanotecnologia, cujo principal objetivo é ampliar a capacidade humana de manipular a matéria até o átomo , no qual abrange todos os setores industriais e de serviços. (SANTOS et al., 2004).

2.4 Produção e matéria prima do polietileno regular e verde

A produção do polietileno se dá através do processo de polimerização do etileno pelo mecanismo da poliadição. Para que ocorra esse processo, a molécula precisa ter uma insaturação, ou seja, uma ligação diferente da simples, que será quebrada quando submetidas a pressão, temperatura e catalisador específicos para o processo (DEMARQUETE, 2022).

Os polímeros provenientes do petróleo, cujo desenvolvimento tecnológico tem sido realizado nas últimas décadas, possuem hoje um papel relevante na sociedade global.

O óleo bruto do petróleo, depois de extraído, é aquecido e quando entra no estado gasoso, ascende pela coluna de destilação. A cada estágio, encontra barreiras de equilíbrio que tem por finalidade obter produtos com uma determinada concentração de compostos na mistura (EPE, 2018), cada estágio possui pratos ou bandejas que interrompem a passagem direta do gás para o topo da coluna. A cada bandeja, o vapor é forçado a passar por uma corrente de líquidos, que também são derivados do petróleo que condensam nas barreiras e ficam depositados nessas bandejas, ocorrendo a troca de calor, antes de continuar sua trajetória ascendente.

Já o polietileno verde produzido possui exatamente as mesmas características de um polietileno regular. Desta forma, a mesma versatilidade de aplicações apresentadas pelo PE base fóssil é encontrada no PE verde, assim como a sua característica de serem produtos recicláveis (BRASKEM). Conforme figuras abaixo: 1, 2 e 3.

De acordo com EPE (2018), a Figura 02 exemplifica os produtos obtidos através da destilação atmosférica do refino do petróleo no Brasil:

2.5 Estudo do polietileno Verde.

No caso do material em estudo, há a molécula de etileno, ou eteno segundo a IUPAC, que é formada somente pelos átomos de carbono e hidrogênio, com a presença da ligação dupla entre os carbonos.

O plástico verde é exclusivo e patenteado pela organização Braskem foi o primeiro neste segmento em embalagem de açúcar no Brasil. É um material feito a partir da cana-de açúcar e tem o mesmo desempenho, qualidade e versatilidade que o plástico original do fóssil. O diferencial é que o plástico verde, além de ser reciclável e renovável, também contribui com a captura e a fixação do CO2 1 da atmosfera, isto é, para cada tonelada de polietileno verde produzido a partir do cultivo da cana-de-açúcar e do etanol, contribui com a redução e emissão de gases do efeito estufa (BRASKEM, 2017)

No etileno, a ligação dupla é quebrada dada a reação química a que é submetida, na presença de temperatura, pressão e catalisadores ideais para o processo. O que origina os radicais livres de carbono, como o elemento é altamente reativo nessas condições, é onde começam as reações de polimerização, onde esses radicais ganham elétrons quando se unem a outros radicais do mesmo tipo, formando as características extensas cadeias poliméricas (SOUZA, 2022).

Inúmeras repetições da molécula de eteno, na presença das condições ideais, sofrem a quebra da dupla ligação, tirando a insaturação da molécula, onde as extremidades que farão novas ligações com as outras moléculas exatamente iguais a ela repetidamente, sendo o número de repetições chamado de grau de polimerização, número médio de polímeros existentes na molécula, ou seja, tamanho de cada cadeia.

Dado esse número de polimerização, tem-se a diferenciação entre os tipos de polietileno, dada a densidade do material.

2.6 Custos

A dificuldade crescente da disponibilidade de matéria-prima fóssil, as consecutivas altas dos preços do petróleo e o aumento da relevância da sustentabilidade como diretriz de negócios e norteador de políticas de desenvolvimento são razões que vêm motivando fortemente o desenvolvimento de polímeros provenientes de fontes renováveis. Visando esse cenário descrito acima, o polietileno de origem vegetal é favorável e oferece interessante competitividade frente ao mercado externo. Além disso, com o constante desenvolvimento tecnológico da cana-de-açúcar no Brasil é provável que esta situação fique ainda mais positiva no futuro, potencializando a instalação de competidores internacionais no território brasileiro em busca desses benefícios (BELLOLI, R. 2010).

É possível concluir que a quantidade de produto final de plástico verde possui um custo significativamente maior que a mesma quantidade do plástico convencional, sendo explicado pela necessidade de uma vasta área de plantio, condições climáticas adequadas, aumento do consumo de água, insumos e pela competição direta com a produção do etanol combustível à base de cana-de-açúcar (CORDEIRO, 2018).

Vantagens	Desvantagens
Recurso renovável	Mesmas características do polietileno convencional (ao final do processo)
Retira CO2 da atmosfera	Tempo de decomposição do plástico verde é igual ao convencional
Matéria-prima 100% renovável	Produção de cana-de-açúcar em larga escala
Reutiliza a água no processo de desidratação do etanol	Custo elevado

O custo produtivo da resina verde é praticamente o mesmo do plástico petroquímico, o que difere em termos financeiros são os preços da matéria-prima, podendo ser 30 a 40 % maior que o polietileno tradicional. Essa porcentagem varia de acordo com os preços do petróleo e do etanol. A competitividade do plástico verde está atrelada ao preço do etanol, dependendo das cadeias de etanol e açúcar, da safra, disponibilidade de cana e entre outros fatores (VARGAS, 2013).

De acordo com Vargas (2013), o custo de produção para os diversos clientes é diferenciado, variando em relação ao tipo de produto final a ser comercializado. Os preços muitas vezes estão atrelados às atribuições definidas em contrato, variando em relação ao tipo de plástico e a quantidade comprada.

2.7 Degradação UV

O plástico é obtido através de um processo químico que envolve polimerização, destilação e mistura de substâncias. Sabe-se que essas substâncias, quando expostas ao calor, umidade e aos raios UV, podem sofrer degradação dos polímeros. A radiação UV causa nos plásticos, degradação, resultando na quebra das cadeias do polímero e assim reduz seu peso molecular causando deterioração de suas propriedades mecânicas .

Como medida de intensidade da radiação ultravioleta, pode-se utilizar o índice UV que atua com influência também a saúde humana por vezes até mesmo causando dano à saúde, assim como deterioração de materiais sensíveis a esse fator. A deterioração em polímeros como consequência a exposição ao UV apresenta alta visibilidade assim como tem sido pauta muito presente em estudos atualmente. Isso se deve ao fato de que a luz é fator altamente relevante dentre demais elementos necessários para determinar o período útil de uso dos polímeros (YOUSIF, SALIMON e SALIH, 2011; RABIE et al, 2013; YOUSIF, 2013).

A partir do ponto em que a degradação inicia, ocorrem mudanças consideráveis em diversas propriedades químicas e principalmente mecânicas no polímero em decorrência das reações envolvidas ao meio em que o material está exposto. Dessa forma, tendo em vista que a luz é um fator de extrema relevância no tempo de vida de inúmeros materiais, assim como polímeros de forma abrangente, Rabie et al (2013) realizou ensaios similares em polímeros para verificar o efeito da exposição ao índice UV onde tal radiação possibilita a fotodegradação das amostras de polietileno proveniente do petróleo e polietileno verde proveniente da cana de açúcar.

Diante disso, o plástico está distante da condição de perfeição uma vez que fica suscetível a alterações de suas propriedades geradas pelo tempo e condições expostas. Se trata de um material de grande longevidade e até mesmo por isso possui aplicação para uso em tantas áreas diversas. No entanto, o plástico apresenta como ações nitidamente visíveis de deterioração, fatores como mudança de cor e mudanças na estrutura do polímero se tornando quebradiços e empenados. Com tais ocorrências o comportamento do plástico muda, ocasionando também na redução de sua capacidade na utilização em que foi designado. (RUIZ, 2003).

A degradação se trata de qualquer destruição do polímero por reação química, física ou biológica, onde suas propriedades têm danos irreversíveis para uso do mesmo produto final. Isso pode ser provocado por agentes químicos e/ou físicos em um ou diversos agentes, sendo exemplos disso a exposição à temperatura excessiva e exposição à luz (SALOMÃO, 2006).

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Para a validação dos testes foram utilizadas amostras de frascos, essas embalagens seguem os requisitos da NBR 13230 DE 11/200 – Embalagens e acondicionamento plásticos recicláveis – Identificação e simbologia. Os polietilenos utilizados nesses experimentos são Polietileno Verde e Polietileno Regular.

3.1 Envelhecimento acelerado por radiação ultravioleta

Neste experimento o polímero será exposto a luz ultravioleta e oxigênio simulando as situações que se encontram na natureza quando será decomposto ao ar livre, sabendo que as taxas de degradação foto-oxidativa variam de acordo com a composição química do material. Na realização do teste, espera-se que ocorra mudanças físicas e químicas no polietileno que possibilitem levar à descoloração, fissuramento, perda de brilho e queda de resistência mecânica.

3.2 Experimento 1: exposição da resina de polietileno regular e verde a luz UV (ultravioleta)

As amostras das resinas utilizadas no experimento foram obtidas de frascos soprados com alta resistência ao impacto e boa rigidez. Diante disso, para a concepção do teste em laboratório foram utilizadas 6 amostras de PEAD regular e verde, respectivamente.

Os corpos de provas foram cortados em formatos quadrados, com o auxílio de estilete afiado, com dimensões de 5cm de comprimento por 5cm de altura, medidos com o auxílio de uma régua e foram expostos na câmara com luz ultravioleta. As figuras 6 e 7 apresentam as amostras cortadas para realização do teste.

Para realizar o ensaio, os corpos de prova foram dispostos um ao lado do outro dentro da câmara UV de forma que o feixe de luz atinja todos por igual com uma radiação eletromagnética com comprimento de onda de 254 nanômetros (nm). A figura 8 mostra a câmara utilizada.

Controle de dias, horários de funcionamento da câmara e tempo de exposição das amostras

Data	Horário que foi ligado	Horário que foi desligado	Horas de exposição
07/06	08:40:00	22:45:00	14:05:00
08/06	07:30:00	22:50:00	15:20:00
09/06	08:40:00	22:45:00	14:05:00
10/06	08:00:00	22:40:00	14:40:00
13/06	08:00:00	22:40:00	14:40:00
14/06	07:30:00	22:45:00	15:15:00
15/06	10:20:00	22:50:00	12:30:00
20/06	07:20:00	22:50:00	15:30:00
21/06	07:10:00	22:40:00	15:30:00

As amostras foram testadas por 09 dias com uma média diária de 14h40min de exposição à luz ultravioleta, ao final do experimento a exposição total foi de 131h35min. Para acompanhamento do desempenho das amostras testadas, foram realizadas pesagens das amostras nos dias 07, 14 e 21 de junho.

A pesagem foi realizada em uma balança analítica conforme a figura 9 abaixo.

3.3 Experimento 2: exposição da resina de polietileno regular e verde a luz UV (ultravioleta) com água destilada

O segundo experimento foi realizado seguindo as mesmas condições do primeiro, entretanto as amostras ficaram em contato com a água destilada durante todo o processo de exposição à luz UV.

As amostras foram cortadas em medidas de aproximadamente 2 centímetros de largura por 2 centímetros de altura, depois submetidas a pesagem em balança analítica antes do início do experimento e após o término. Abaixo são apresentadas as amostras cortadas e em béqueres sendo preparadas para o início do experimento.

Polietileno Regular

Polietileno Verde

Amostras em béqueres com água destilada na câmara UV antes do início do experimento.

A tabela abaixo apresenta os dias de exposição.

Dias	Data	Horário que foi ligado	Horário que foi desligado	Horas de exposição
1	06/07	07:00:00	22:00:00	15:00:00
2	07/07	07:00:00	22:00:00	15:00:00
3	08/07	07:00:00	22:00:00	15:00:00
4	11/07	07:30:00	22:00:00	14:30:00
5	12/07	07:00:00	22:00:00	15:00:00
6	13/07	07:00:00	22:00:00	15:00:00
7	14/07	07:00:00	22:00:00	15:00:00
8	15/07	10:00:00	22:00:00	12:00:00
9	18/07	09:00:00	22:00:00	13:00:00
10	19/07	09:00:00	22:00:00	13:00:00
11	20/07	10:00:00	22:00:00	12:00:00
12	21/07	10:00:00	22:00:00	12:00:00
13	26/07	10:00:00	22:00:00	12:00:00
14	27/07	07:20:00	18:00:00	10:40:00

As amostras foram expostas por 14 dias na água, com uma média de 13h45min de exposição diária à luz ultravioleta, resultando ao final do experimento a exposição total de 189h10min.

Ao final do período de exposição à luz UV, as amostras foram colocadas na estufa para secagem durante 24 horas a uma temperatura de 25ºC, para que qualquer tipo de umidade não interferisse no peso ao final do experimento. Abaixo segue a imagem das amostras após o experimento na câmara UV e estufa digital.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Exposição da resina de polietileno regular e verde a luz UV (ultravioleta)

Após os corpos de prova serem expostos a uma câmera luz ultravioleta por radiação eletromagnética com comprimento de onda de 254 nanômetros (nm), foi possível observar no experimento 1 que após 09 dias aproximadamente de exposição, o polietileno verde apresentou uma porcentagem de redução de massa maior que o polietileno regular, subentendendo que o polietileno verde pode levar menos tempo para decomposição do que o polietileno regular. Outra característica possível observada é a mudança de coloração das 12 amostras expostas ao UV ao longo dos 09 dias, onde as amostras apresentaram uma coloração amarelada juntamente com a perda de brilho, tantos as amostras de polietileno verde (Figura 26, 28 e 30) quanto para o polietileno regular (Figura 27, 29 e 31).

Ruiz, (2003) mostrou que a exposição aos raios UV pode se tratar de um dos principais causadores do amarelamento do polímero, como demonstrado nos testes realizados no laboratório do nosso trabalho. Em conjunto à mudança de cor, podem ocorrer também a presença de rachaduras, derretimento e por vezes quebras, provenientes da cisão da cadeia principal do polímero nessa degradação de nível superficial. Essa cisão possibilita que ligações cruzadas, conversões e supressões de grupos laterais sejam formadas.

As figuras 26 e 27 mostram as amostras avaliadas na data de 07/06/2022.

As figuras 28 e 29 mostram as amostras avaliadas na data de 14/06/2022

As figuras 30 e 31 mostram as amostras avaliadas na data de 21/06/2022

As tabelas 04 e 05 abaixo, apresentam os valores obtidos quanto à pesagem das massas a cada semana.

As reduções de massas calculadas de uma semana para outra são apresentadas nas tabelas 06 e 07 abaixo.

Abaixo é possível analisar por meio da tabela 08, as reduções de massa em porcentagem para os dois tipos de polietileno.

Conforme o valor médio da tabela 09 abaixo, pode-se destacar que o polietileno verde apresentou maior degradação se comparado ao regular.

4.2 Exposição da resina de polietileno regular e verde a luz UV (ultravioleta) submersa em água destilada

Neste segundo experimento, os corpos de prova foram expostos a uma câmera luz ultravioleta por radiação eletromagnética com comprimento de onda de 254 nanômetros (nm) submersos em 100 ml água destilada por aproximadamente 14 dias, onde foi possível observar uma menor taxa de redução de massa nas amostras do polietileno verde em comparação com o polietileno regular. Foi observada a alteração de coloração das 12 amostras expostas ao UV, apresentando uma coloração amarelada juntamente com a perda de brilho em ambas as amostras de polietileno.

Abaixo são apresentadas as tabelas 10 e 11, com a massa inicial e final de cada amostra para as respectivas resinas, assim como, a redução obtida ao final do experimento.

Conforme o valor médio da tabela 12 abaixo, pode-se destacar que o polietileno regular apresentou maior degradação se comparado ao verde devido a exposição e contato com a água destilada.

4.3 Comparação de experimentos

Com base nos resultados obtidos nos experimentos 1 e 2, e por meio da análise de variância conforme a tabela 14, o valor médio mostrou por meio de dados que o polietileno verde apresentou um potencial de degradação maior em comparação ao polietileno regular no experimento 1, porém no experimento 2 seu potencial de degradação foi menor que no experimento 1. Essa diferença de degradação pode ser considerada pelo fato da presença da água destilada de estar em contato com a resina durante a exposição à luz ultravioleta e ser livre de sais minerais. As características químicas da água destilada utilizada no experimento 2 não foram analisadas, como ph, condutividade, dureza, entre outros, podendo assim ter interferido na perda de massa das amostras.

Em ambos os experimentos se notou a descoloração das amostras, com uma cor amarelada forte e a perda de brilho, tornando as amostras com o aspecto de opaca resultado da degradação da luz UV.

Contudo por meio da análise de variância não foi possível verificar diferenças estatísticas significativas entre o plástico verde e o plástico regular. Conforme pode ser observado na tabela 13.

Em estudo semelhante, Amaral et al, 2009, observando a degradação de embalagens plásticas oxidegradáveis expostas ao envelhecimento acelerado contendo aditivo pró-degradante, verificou que, após a exposição das amostras ao envelhecimento acelerado por 42 dias, o plástico oxidegradável, teve alterações significativas a partir de 21 dias. O efeito da degradação termo-oxidativa foi avaliado por diferentes métodos de caracterização: análise visual, TG/DTG e FTIR. O índice de carbonila (COI) foi medido pela razão entre a densidade ótica da banda de absorção em 1716 cm -1 (pico da carbonila) e a densidade ótica da banda de absorção de 1463 cm -1 (deformação angular fora do plano do CH2).

Em comparação com o estudo acima e o presente trabalho, os dados obtidos pelos resultados dos experimentos 1 e 2, podemos supor que a presença de substâncias como aditivos químicos, podem acelerar o processo de degradação do polímero degradável.

No presente trabalho, o tempo de exposição das amostras à luz UV e à ação da luz UV e da água, foi menor do que o apresentado no estudo de Amaral et al, 2009. Além disso, também não são utilizados aditivos químicos na produção do plástico verde, que pudessem interferir no processo de degradação.

A presença da água destilada no experimento 2 pode ter atuado como uma barreira para a ação da luz UV, deixando as amostras menos impactadas por esse agente de degradação. Porém, devido a ausência de significância estatística entre as amostras de plástico verde e plástico regular, submetidas aos mesmos agentes de degradação, não é possível verificar a hipótese de degradação mais rápida do plástico verde, em comparação com o plástico regular .

Em outro estudo pôde ser observado que a degradação enzimática de polímeros é alterada por diversos aspectos, como a interação com a cadeia da macromolécula (difusão ou adsorção da enzima na superfície do polímero), propriedades físico-químicas do substrato, pois no aspecto químico, os bioplásticos necessitam da exposição a um meio bacteriológico para que seu tempo de degradação atinja maior eficiência, ou seja, ocorra de forma acelerada, possibilitando assim o alcance do diferencial de menor tempo para se degradar (massa molar, área superficial), características da enzima (estrutural, cinética), fatores ambientais (pH, temperatura) e presença de ativadores ou inibidores no meio. (MARIN, E. et al, 2013).

Uma nova alternativa demonstrada por meio de estudo, condiz que para melhorar a biodegradabilidade dos polímeros é o aumento da hidrofilicidade do polímero, o qual é realizado pela adição de segmentos hidrofílicos no seu esqueleto. Isso pode ser feito por meio do acréscimo de uma hidroxila, e a formação de grupos carbonil ou carboxil. Essa incorporação aumenta a polaridade das moléculas, o que compreende no aumento do caráter hidrofílico dos componentes, oportunizando assim o ataque biológico das moléculas (GIGLI, M. et al. 2013)

Apesar das características renováveis do Polietileno Verde (ou PE Verde), oriundo da cana-de-açúcar e o plástico regular do petróleo, o objetivo principal desse bioplástico verde é destinar o material para as mesmas funções, porém agredindo menos o meio ambiente. (ZAMBANINI, M. et al, 2014)

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A partir dos testes realizados nas amostras apresentadas neste trabalho, foi possível identificar que a degradação do PEAD verde e do regular tiveram pouca diferenciação. Diante disso, podemos supor que a decomposição se torna semelhante quando falamos apenas em exposição aos raios UV, ou seja, a luz do sol. Desconsiderando outros fatores ou meios a que possam ser submetidos após descarte e que possam ter influência no grau e tempo de decomposição para cada um deles.

Já pensando no bioplástico, sua vantagem primordial é que ao se decompor, não gera impacto prejudicial ao meio ambiente, uma vez que em sua transformação não libera resíduos tóxicos, mas sim gás carbônico (CO₂) e água, sendo importante ressaltar o fator de resgate realizado pela atmosfera sobre o CO₂ emitido, através das plantações de cana-de-açúcar que são em parte utilizadas para a produção do PEAD verde, considerando o seu aproveitando quanto a reciclagem.

Os testes realizados apresentaram tempo de decomposição similar para os dois tipos de plásticos, podemos supor que nos dois experimentos realizados não houveram diferenças significativas entre os polietilenos verde e fóssil e que esse tempo de exposição deve ser maior para que as diferenças possam ser verificadas.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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