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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
Reconhecido pelo Decreto-Lei Nº. 82170, de 24 de agosto de 1978.
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
GUSTAVO HENRIQUE LOUREDO
ESTUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO E DO SEU EMPREGO COMO CARGA NO DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS
DE MATRIZ EPÓXI
Orientador: Prof. Dra. Viviane Muniz Fonseca
NATAL – RN 2016
i
GUSTAVO HENRIQUE LOUREDO
ESTUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO E DO SEU EMPREGO COMO CARGA NO DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS
DE MATRIZ EPÓXI
Trabalho de conclusão de curso de graduação apresentado à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito para a obtenção do título de Engenheiro Químico.
Orientador: Prof. Dra. Viviane Muniz Fonseca
NATAL – RN 2016
i
i
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, aos meus pais Marisbel Costa Louredo e Antônio Carlos Louredo e minha irmã Ana Carolina Louredo, por todo o carinho e dedicação que sempre tiveram, pela educação que me deram, e por fazerem de mim o que sou hoje.
A toda a minha família que me apoiou nos momentos mais difíceis, sempre me ajudando e me dando força para seguir em frente. Especialmente, ao meu tio, padrinho e um segundo pai o qual perdi no meio do caminho, Bruno Faccini de Bastos Cruz, que sempre esteve ao meu lado me ajudando nas dificuldades e a me tornar o homem que sou hoje, e que sempre será lembrado com muito amor e carinho, é de você quem mais sinto falta.
A professora e orientadora Dra. Viviane Muniz Fonseca, pelo tempo dedicado à minha formação, pelas contribuições ao meu trabalho, pela paciência e pelo empenho e incentivo a sempre me tornar um bom profissional e pesquisador.
A professora Dra. Luciana de Figueiredo de Lopes Lucena, por ter me concedido à oportunidade de participar do projeto de iniciação científica na área com uma bolsa de pesquisa, enriquecendo meus conhecimentos e me ajudando sempre na minha pesquisa.
Ao professor Dr. Carlson Pereira de Souza por ter me incluído como auxiliar em um projeto de iniciação científica, abrindo as portas para, futuramente, meu primeiro projeto e despertando o interesse pela área da pesquisa.
A todos os amigos e companheiros de turma, em especial Raissa Henrique Silva, Waleska Rubia de Pegado, Pollyana Secundo de Oliveira Ferreira, Larissa Tertulino de Oliveira e Raquel Revoredo Pinheiro de Souza, por todo o tempo dedicado aos estudos, incentivos e discussões e pelo apoio em cada etapa do curso. Sem vocês o curso não seria a mesma coisa.
Aos colegas graduandos Bruna Ciríaco Fernandes e Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros do Laboratório de Materiais Fibrosos e Biomassa e do técnico João Batista Souza Costa do Laboratório de Processos Químicos Têxteis, pela orientação a respeito do uso dos equipamentos, apoio no processamento e nas discussões, que foram essenciais para o desenvolvimento durante todo o trabalho.
Aos demais amigos em especial Letícia Lívia de Araújo Santos, Ana Paula Silva Dantas, Guilherme Bruch Dantas, Ingrid Nogueira Cipriano e Magali Maria Chaves Fernandes, que mesmo de forma indireta também apresentaram fundamental importância na minha formação e crescimento pessoal, sendo companheiros e me auxiliando nas horas mais difíceis. Vocês também fazem parte da minha família.
ii
Quem deseja aprender a voar deve primeiro aprender a caminhar, a correr, a escalar e a dançar. Não se aprender a voar voando. (Friedrich Nietzsche)
iii
RESUMO
O descarte e o tratamento indevido de equipamentos eletrônicos têm causado
impactos negativos ao meio ambiente, como por exemplo, em aterros sanitários,
onde liberam toxinas nos lenções freáticos, e caso sejam incinerados, liberam
poluentes na atmosfera, como as dioxinas. Sendo assim, com o intuito de reduzir o
acúmulo e a queima de placas de circuito impresso (um dos principais constituintes
destes resíduos), bem como evitar a poluição do ar, do solo e da água, faz-se
necessário estudos para o tratamento e a reciclagem desse rejeito. Desta forma,
este trabalho tem como objetivo preparar placas de circuito impressa coletadas
através de seu desmantelamento, corte, moagem e peneiração para a sua aplicação
como carga na produção de compósitos de matriz epóxi (Araldite) reforçado com
mantas de fibras de vidro (E-Glass). Para esse estudo, foram avaliadas suas
propriedades mecânicas, a partir de ensaios de tração, para diferentes
configurações de disposição da fibra na resina, foi realizada a caracterização do
resíduo sólido, além de análises elementares da carga utilizada.
Palavras-Chave: placa de circuito impresso, reciclagem, compósito polimérico,
epóxi, fibra de vidro.
iv
ABSTRACT
The disposal and improper handling of electronic equipment has caused negative
impacts to the environment, such as in landfills, where they release toxins into the
groundwater, and if incinerated, release pollutants into the atmosphere, such as
dioxins. Therefore, in order to reduce the burning and accumulation of printed circuit
boards (one of the main constituents of these e-wastes), as well as to avoid air, soil
and water pollution, studies are necessary for the treatment and recycle of this
waste. In this way, this work has the objective of preparing collected printed circuit
boards through its dismantling, cutting, milling and sieving for its application as load
on the production of epoxy matrix composites (Araldite) reinforced with glass fiber
blankets (E- Glass). For this study, its mechanical properties were evaluated, from
tensile tests, for different configurations of layers of fiber on the resin, the
characterization of the type of solid residue the load was were carried out, besides of
element analyzes.
Keywords: printed circuit boards, recycling, polymer composite, epoxy, glass fiber.
v
Sumário
AGRADECIMENTOS ................................................................................................... i
RESUMO .................................................................................................................... iii
ABSTRACT ................................................................................................................ iv
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................. vii
LISTA DE TABELAS .................................................................................................viii
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS...................................................................... ix
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1
2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 3
2.1. Objetivo geral .................................................................................................... 3
2.2. Objetivos específicos ......................................................................................... 3
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 3
3.1. Resíduos Sólidos ............................................................................................... 3
3.1.1. Resíduos Eletroeletrônicos............................................................................. 5
3.1.1.1. Placa de Circuito Impresso ......................................................................... 6
3.2. Compósitos de Matriz Polimérica ...................................................................... 8
3.2.1. Elemento Matricial .......................................................................................... 8
3.2.2. Matriz Polimérica ............................................................................................ 9
3.2.2.1. Resina Epóxi ............................................................................................... 9
3.2.3. Elemento de Reforço .................................................................................... 10
3.2.3.1. Fibra de Vidro ........................................................................................... 11
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL..................................................................... 13
4.1. Materiais .......................................................................................................... 13
4.2. Métodos ........................................................................................................... 14
4.2.1. Moagem das PCIs ........................................................................................ 16
4.2.2. Separação granulométrica e magnética do PPCI......................................... 18
4.2.3. Ensaios químicos ......................................................................................... 18
4.2.3.1. Caracterização ambiental do resíduo........................................................ 18
4.2.3.2. Análise elementar química do PPCI.......................................................... 20
4.2.4. Produção do compósito polimérico .............................................................. 22
4.2.5. Ensaios de tração ......................................................................................... 24
4.2.6. Análise por MEV ........................................................................................... 24
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 25
5.1. Separação magnética e análise por FRX ........................................................ 25
vi
5.2. Análises químicas ............................................................................................ 29
5.2.1. Caracterização do tipo de resíduo sólido ..................................................... 29
5.2.2. Análise química elementar ........................................................................... 30
5.3. Produção do compósito polimérico .................................................................. 32
5.4. Ensaios de tração ............................................................................................ 32
5.5. Analise por MEV .............................................................................................. 33
6. CONCLUSÕES ................................................................................................... 37
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 39
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Grupo Epóxi (Fonte: Augustsson (16)) ....................................................... 10
Figura 2: Principais tipos de Compósitos (Fonte: Callister (18)) ................................ 11
Figura 3: Tecido de Fibra de Vidro (a) e (b) .............................................................. 12
Figura 4: Manta de Fibra de Vidro ............................................................................ 12
Figura 5: Resina (direita) e Endurecedor (esquerda) utilizados. .............................. 13
Figura 6: Fluxograma dos procedimentos realizados no estudo. ............................. 15
Figura 7: Desmantelamento (a), corte (b), moagem (c) e peneiramento (d) da PCI. 17
Figura 8: Sistema para caracterização do tipo de resíduo sólido em operação. ...... 19
Figura 9: Fluxograma da lixiviação para a análise elementar. .................................. 21
Figura 10: Fluxograma do processo de produção dos compósitos. ......................... 23
Figura 11: Formato com que os corpos de prova foram cortados para os ensaios de
tração. ....................................................................................................................... 24
Figura 12: Disposição dos principais elementos presentes na PPCI - por análise de
FRX - em fração NFM e FM devido a separação magnética. .................................... 27
Figura 13: Disposição dos elementos agrupados de acordo com seu comportamento
magnético em função da sua granulometria. ............................................................. 28
Figura 14: Fração mássica do elemento na massa retida na peneira destacada. .... 29
Figura 15: MEV da placa C de controle para uma ampliação de 800X. ................... 34
Figura 16: MEV da placa S2 para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c),
400X (d), 400X com diâmetro da fibra - 9,36 µm marcação mais à esquerda e 11,9
µm a direita - (e) e 800X (f) ....................................................................................... 35
Figura 17: MEV da placa SX para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c),
400X (d) e 800X (f) .................................................................................................... 36
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Composição dos resíduos eletroeletrônicos ............................................... 6
Tabela 2: Propriedades da fibra de vidro E-Glass .................................................... 12
Tabela 3: Especificações técnicas do Araldite GY279 e do Aradur 2963. ................ 14
Tabela 4: Frações mássicas obtidas a partir dos resultados da análise por FRX. .... 26
Tabela 5: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP na
análise ambiental do PPCI em comparação com os padrões da NBR 10004:2004 da
ABNT. ........................................................................................................................ 30
Tabela 6: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP da
análise química elementar do PPCI. ......................................................................... 31
Tabela 7: Frações mássicas e massas obtidas na caracterização química do PPCI.
.................................................................................................................................. 31
Tabela 8: Resultados dos Ensaios de Tração dos Compósitos. ............................... 32
Tabela 9: Comparação dos resultados obtidos nos ensaios de tração com os
encontrados na literatura. .......................................................................................... 32
ix
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Norma Técnicas
APPCI – Mistura de Araldite GY 279 com pó de placa de circuito impresso
CRT – Cathode Ray tube
DMP – Departamento de Materiais e Patrimônio
FM – Ferromagnético
ICP-OES – Espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente
IDC – International Data Corporation
LCD – Liquid crystal display
LED – Light Emitting Diode
MEV – Microscópio eletrônico de varredura
NaOH – Hidróxido de sódio
NBR – Norma Brasileira
NFM – Não Ferromagnético
PCI – Placa de circuito impresso
PPCI – Pó de placa de circuito impresso
REE – Resíduo Eletroeletrônico
RoHS - Restriction of Certain Hazardous Substances
SiO2 – Dióxido de silício
UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte
1
1. INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento acelerado de novas tecnologias na área de
eletrônicos o processo com que um produto torna-se obsoleto foi acelerado e nos
dias de hoje é um acontecimento que tem acarretado em uma menor vida útil de
equipamentos eletrônicos, principalmente aqueles voltados para a informática e
para telecomunicações. Somente no ano de 2010, calcula-se que foram vendidos
347 milhões de computadores no mundo, sendo que 145,8 milhões (42%) desse
total eram computadores desktop e 201,2 milhões (58%) notebooks e netbooks
[1].
Esse consumo desenfreado de equipamentos eletrônicos, alimentado por
uma cultura que incentiva cada vez mais a troca de equipamentos velhos, porém
não esgotados, por versões mais atualizadas, tem aumentado significativamente a
quantidade de Resíduos Eletroeletrônicos (REE) descartados no meio ambiente.
Estes, por definição, são os componentes de equipamentos que deixaram de
apresentar utilidade em sua forma original, como geladeiras, monitores, micro-
ondas e lâmpadas; isto ocorre quando apresentam defeitos de fabricação, param
de funcionar, ou ainda se tornam obsoletos em relação à tecnologia [2; 3; 4].
Outra preocupação acerca deste assunto é a gestão indevida desse tipo de
resíduo. Seu acúmulo indevido é capaz de prejudicar o meio ambiente e a saúde
humana por geralmente ser constituída de agentes tóxicos, além de gerar um mau
aproveitamento das matérias-primas de alto valor agregado utilizados para a sua
fabricação, as quais poderiam ser reutilizadas ou recicladas.
Atualmente as Placas de Circuito Impresso (PCI), são um tipo de resíduo
eletroeletrônico que representam o equivalente a 3,1% em peso dos resíduos
eletroeletrônicos. Elas têm uma composição bastante variada, desde materiais
orgânicos derivados principalmente de polímeros, como também materiais
cerâmicos e metais pesados, preciosos e de base [3].
As PCI são consideradas resíduos perigosos, pois podem ter em sua
composição metais como chumbo e cádmio que podem contaminar, a médio e
2
longo prazos de exposição, águas subterrâneas caso seu destino seja o mesmo
do lixo comum, lixões principalmente. Caso sejam incineradas estas podem liberar
dioxinas, que por sua vez, são poluentes atmosféricos. Além disso, essas placas
possuem metais como ouro e prata, ou mesmo cobre e zinco, metais que com o
devido tratamento podem ser reinseridos na cadeia produtiva e representar um
ganho econômico significativo [5].
A reinserção de materiais eletrônicos descartados na cadeia produtiva de
outros produtos pode ser uma solução para o desenvolvimento de um modelo de
produção cíclico e fechado, em que os resíduos são produzidos de forma
sustentável, não sendo indevidamente descartados na natureza e sim
reaproveitados. No caso das placas de circuito impresso essa solução pode tomar
forma através de sua cominuição e posterior aplicação em resinas poliméricas
como carga para a produção de compósitos de matriz polimérica. Neste cenário,
PCIs de desktops obsoletos foram cedidos pelo Departamento de Materiais e
Patrimônio (DMP) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), e
coletados através de um projeto de extensão com o objetivo de aplica-lo no
desenvolvimento de compósitos de matriz polimérica, reduzindo o impacto
ambiental que este resíduo eletroeletrônico pode causar ao meio ambiente.
.
3
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo geral
O presente estudo teve como objetivo principal o desenvolvimento de
compósitos de matriz epóxi reforçados com fibra de vidro, no qual são adicionadas
partículas de placa de circuito impresso processadas como forma de carga.
Conferindo uma possível rota de reaproveitamento e reinserção para este tipo de
resíduo eletroeletrônico.
2.2. Objetivos específicos
As etapas que se seguem fazem parte dos objetivos específicos desta
pesquisa, são eles:
Processamento mecânico de várias PCI’s para sua cominuição;
Classificação granulométrica e magnética do material;
Caracterizar o PCI ambientalmente o tipo de resíduo;
Analisar a composição química da PCI para alguns metais;
Desenvolver o compósito de matriz epóxi com PCI como carga e
fibra de vidro como reforço;
Avaliar as propriedades mecânicas do compósito.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. Resíduos Sólidos
A preocupação com as questões ambientais tem crescido constantemente
devido à expansão da consciência coletiva da população e das empresas com
relação ao meio ambiente, com o desenvolvimento sustentável e com a
valorização da saúde pública. Assim, a complexidade das atuais demandas
ambientais, sociais e econômicas pressiona o modelo de produção atual a
gerenciar de maneira mais sustentável seus resíduos. Dessa forma, estudos
4
voltados para a classificação dos resíduos sólidos produzidos, bem como métodos
mais apropriados para o seu descarte e reaproveitamento tem sido realizados com
o intuito de desenvolver um melhor sistema para o seu gerenciamento [6].
Segundo a NBR n° 10.0004/2004 da ABNT os resíduos sólidos são todos
os resíduos em estado sólido ou semi-sólidos resultante de processos de
produtivos materiais, dividindo-se em duas classes diferentes em função do seu
processo de produção, suas características, composição e seus impactos ao meio
ambiente e à saúde, tendo como referência os impactos causados por outros
resíduos e compostos já listados pela norma: classe I constituída de resíduos
perigosos e a classe II como não perigosos, esta última ainda é dividida em classe
II A: não inertes; e classe II B: inertes [7].
Resíduos classe I - Perigosos: aqueles que apresenta propriedades
físicas, químicas e infecto-contagiosas, em razão de suas
características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade,
toxicidade e patogenicidade, que possam representar um risco à
saúde pública, causando mortalidade, incidência de doenças ou
acentuando seus índices; ou riscos ao meio ambiente, em
decorrência do gerenciamento inadequado do resíduo;
Resíduos classe II – Não perigosos:
o Resíduos classe II A – Não inertes: aqueles que não se
enquadraram na classificação de resíduos classe I e que
possam apresentar uma das seguintes propriedades:
biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água;
o Resíduos classe II B – Inertes: quaisquer resíduo que de
acordo com a ABNT NBR 10006 e 10007, não apresente em
nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações
superiores aos padrões de potabilidade de água, com exceção
do aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor, conforme o anexo G
da ABNT NBR 10004.
5
3.1.1. Resíduos Eletroeletrônicos
Segundo Widmer, resíduos eletroeletrônicos abrangem todo equipamento
elétrico e eletrônico o qual foi descartado, incluindo seus componentes,
subconjuntos e consumíveis, os quais eram parte do produto no momento de seu
descarte. Dentre os diversos tipos de resíduos que são descartados diariamente,
os eletroeletrônicos (REE) possuem destaque significativo, principalmente devido
ao seu potencial tóxico no meio ambiente e a presença de materiais não
biodegradáveis [3].
Os avanços tecnológicos de produtos eletrônicos representam um incentivo
forte para a troca de equipamentos que, muitas vezes, ainda não perderam sua
funcionalidade, apenas tornaram-se ultrapassados. Exemplos deste
comportamento podem ser observados na progressão do avanço tecnológico das
televisões, surgindo com tecnologia CRT passando pela LCD até a LED. Com o
lançamento dos novos modelos os anteriores tornaram-se obsoletos, passando
por um processo de descarte [2].
Guo e Tenório relatam em seus trabalhos sobre a periculosidade deste
tratamento inadequado para a saúde humana e para o meio ambiente, pois caso o
material seja incinerado como forma de evitar seu acúmulo este liberará para a
atmosfera dioxinas provenientes dos BFRs (retardantes de chama bromados)
encontrados no material, caso sua disposição seja em solo, em lixões, os metais
presentes nos aparelhos sofrem um processo de lixiviação provocado pelos ácidos
orgânicos gerados na degradação anaeróbia de matéria orgânica presente no lixo
doméstico, como Tenório ressalta. Como consequência é produzido um chorume
com metais pesados como berílio, cádmio e chumbo em sua composição,
substâncias tóxicas as quais podem contaminar o solo e as águas subterrâneas.
Na Tabela 1 são apresentadas as porcentagens em peso dos principais
componentes dos resíduos eletroeletrônicos [5; 9].
6
Tabela 1: Composição dos resíduos eletroeletrônicos
Composição % em peso
Ferro e aço 47,9
Plástico sem retardante de chama 15,3
Cobre 7
Vidro 5,4
Plástico com retardante de chama 5,3
Alumínio 4,7
Placas de circuito impresso 3,1
Outros 4,6
Madeira 2,6
Cerâmica 2
Outros metais não ferrosos 1
Borracha 0,9 Fonte: [9]
3.1.1.1. Placa de Circuito Impresso
As placas de circuito impresso (PCIs) são vastamente empregadas para a
produção de equipamentos em que seja necessário o processamento de dados,
estando, portanto, presente na maioria dos produtos da indústria eletroeletrônica.
A composição das placas de circuito impresso varia em função da idade,
devido aos métodos de produção da época, e do tipo de placa, classificada pela
sua funcionalidade. Entretanto, Hoffman caracteriza de forma geral a composição
de PCIs como sendo constituída por compostos orgânicos, inorgânicos, metais e
ligas metálicas [11]:
Metais Base: cerca de 40% do peso total, composto por 50% de
cobre (Cu), 20% de estanho (Sn), 10% de ferro (Fe), 5% de níquel
(Ni), 5% de chumbo (Pb), 5% de alumínio (Al) e 3% de zinco (Zn).
Metais Preciosos: 1655 g/ton de prata (Ag), 850 g/ton de ouro (Au) e
42 g/ton de paládio (Pd).
Polímeros: em torno de 30% em peso, principalmente poliésteres,
poliolefinas e policarbonatos.
7
Óxidos Refratários (Cerâmicas): em média 30% em peso, sendo
50% de sílica (SiO2), alumina (Al2O3) 20%, óxidos de terras raras
20% e 10% de outros óxidos.
Diferentes funcionalidades requisitadas em equipamentos também
demandam PCIs com estruturas e composições diferenciadas. Dessa forma a
reciclagem desse material é de difícil execução. Contudo, por possuírem
compostos perigosos para o meio ambiente quando descartados de forma
inadequada, existe uma demanda para a sua reciclagem podendo propiciar um
ganho econômico pela reinserção deste resíduo no mercado e por representar um
compromisso com o desenvolvimento sustentável [10].
Li e Guo apresentaram a presença de retardantes de chama, polímeros
halogenados e resinas como constituintes da fração polimérica das PCIs,
enquanto que na fração metálica observou-se, além dos apresentados por
Hoffman, a presença de metais raros como tântalo e gálio, e metais pesados como
berílio, mercúrio e crômio [4; 5; 11].
Dentre as substâncias com potencial risco a saúde presentes nas PCIs o
chumbo se destaca por estar presente em maior concentração, encontrado nas
soldas das placas principalmente, pode causar danos ao sistema endócrino,
circulatório, ao sistema nervoso central e periférico e aos rins. O mercúrio e o
cádmio, apesar de em menor quantidade, também são perigosos, o primeiro pode
causar danos ao cérebro e o segundo aos rins. Dessa forma, diretivas foram
criadas com o intuito de regulamentar o uso desses metais e outras substanciais
potencialmente tóxicas, a RoHS (Restrição de Determinadas Substâncias
Perigosas, em tradução livre) é uma delas, sendo situada na União Europeia, ela
proíbe o uso de seis substâncias, dentre elas o chumbo, cádmio e mercúrio, na
fabricação de produtos, com algumas exceções. Na fração polimérica encontra-se
retardantes de chama bromados (BRFs) que apesar de conferirem uma proteção a
placa contra a inflamabilidade gera dioxinas quando incineradas, estas causam a
desregulação do sistema endócrino, além de se acumular nos organismos
infectados, causando o efeito da magnificação trófica [11].
8
3.2. Compósitos de Matriz Polimérica
Um compósito é desenvolvido a partir da união de dois ou mais materiais
de naturezas diferentes (um estrutural e outro matricial), resultando em um
material com desempenho superior àquela de seus componentes analisados
separadamente, com características e propriedades específicas. Dessa maneira o
material compósito pode ser entendido como participante da classe de materiais
multifásicos e heterogêneos [17; 18].
Muniyandi apresenta em seu artigo a possibilidade de utilização de PCIs em
compósitos de matriz de polietileno de alta densidade. Neste trabalho o autor
observou, em determinadas frações, que o compósito contendo PCI apresentou
uma melhora em algumas das propriedades mecânicas quando comparado com o
controle. Também foi observado que em comparação com os resultados obtidos
para a liberação de metais presentes na PCI através de uma lixiviação ácida, os
valores obtidos foram menores quando o pó de PCI foi incorporado na matriz.
Dessa forma, a resina apresentou a capacidade de envelopar e impedir a
solubilização dos metais em meio ácido. Em um cenário no qual esse material
pudesse ser descartado em aterros sanitários, onde estaria em contato com
ácidos orgânicos gerados na degradação anaeróbia de matéria orgânica presente
no lixo doméstico, a resina iria proteger o PPCI (pó de placa de circuito impresso)
diminuindo o efeito de lixiviação sobre ele [9; 21].
3.2.1. Elemento Matricial
A parte matricial atua como o meio responsável por transferir este esforço
homogeneamente sobre a parte estrutural, além de protegê-la da exposição direta
ao ambiente. Segundo Mano, o componente matricial tem a função de manter a
orientação das fibras e o seu espaçamento, transmitir as forças de cisalhamento
entre as fibras e proteger as mesmas de danos superficiais; geralmente, é
composto por um polímero termofixo. Enquanto que, o componente estrutural
utilizado tem o papel de suportar cargas máximas e impedir que as deformações
9
ultrapassem os limites estabelecidos para a função designada. Ainda segundo
Mano, os componentes estruturais podem ser um material orgânico ou inorgânico,
de forma fibrosa, regular, irregular, fragmentado em fibras curtas ou ainda
achatado [18; 19].
3.2.2. Matriz Polimérica
As matrizes possuem duas principais funções: aderir à superfície da fibra
aglutinando-as de forma a transferir homogeneamente a força aplicada no
compósito; e proteger a fibra de ataques químicos ou danos provenientes do
manuseio ou desgaste pelo uso [15].
Os materiais poliméricos são materiais sintéticos, em geral compostos de
moléculas orgânicos. Originam-se de reações químicas denominadas de
polimerização, a qual a partir de uma estrutura simples, o monômero, formam-se
grandes cadeias constituídas pela ligação destes grupos. O tamanho de suas
cadeias bem como a presença de ramificações – diferenciando o polímero como
sendo linear ou ramificado – e se é constituído de cadeias independentes ou
interligadas, são características determinadas pela natureza do material precursor
[15].
Estes materiais podem ser classificados como: termofixos ou
termoplásticos, sendo a principal diferença entre eles a possibilidade de
reconformação do material a partir do seu aquecimento, os termofixos não
apresentam esta qualidade.
3.2.2.1. Resina Epóxi
A resina epóxi constitui-se de um grupo composto por átomos de oxigênio
unidos através de ligação covalente simples a dois átomos de carbono, o grupo
epóxi, o qual pode também ser chamado de grupo glicidil – como ilustrado na
Figura 1. Quimicamente, estas resinas são termorrígidas e ditas como de alto
10
desempenho, apresentando diversas aplicações nas áreas automotivas,
eletrônicas e na construção de barcos e aviões [16].
Figura 1: Grupo Epóxi (Fonte: [16])
As resinas de laminação do tipo epóxi são usadas na fabricação de
laminados de fibra de vidro, carbono, aramida e poliéster. A presença de alta
resistência mecânica e química, estabilidade dimensional, tempo de cura reduzido,
a possibilidade de poderem ser moldados a frio e o seu custo, tornam esse tipo de
resina muito utilizada na produção de compósitos do que outras resinas, como o
de poliésteres insaturados, que não atendem os requisitos necessários. A
conversão dos grupos epóxi para uma resina termofixa ocorre pela adição de um
endurecedor, um agente de cura, o qual catalisa a reação e determina o tipo de
ligação química formada, o grau de ligações cruzadas, o calor necessário durante
o ciclo de cura e o tempo de gel. A reação, chamada de polimerização, consiste
na ligação dos grupos epóxi entre si, formando cadeias extensas e não lineares
[16].
3.2.3. Elemento de Reforço
Os compósitos podem ser classificados, de acordo com seu elemento
estrutural (Fig. 2), como fibrosos, em que as fibras são envoltas em uma matriz;
estrutural, quando o compósito é originado da sobreposição de material em
camadas; e particulado, quando o reforço é composto de partículas. Estes
possuem a função de conferir, majoritariamente, a resistência ao esforço físico do
compósito [18; 20].
11
Figura 2: Principais tipos de Compósitos (Fonte: [18])
3.2.3.1. Fibra de Vidro
As fibras de vidro começaram a ser desenvolvidas comercialmente no ano
de 1939 com propósitos bélicos, durante a 2ª Guerra Mundial, são um tipo de fibra
têxtil manufaturada de vasta aplicação. Estima-se que mais de 35.000 produtos
tenha em seu processo de fabricação a incorporação de fibras de vidro,
principalmente do tipo E-glass. Esse tipo de fibra é formado a partir de uma
mistura de sílica, alumina e outros óxidos de boro, cálcio e magnésio. Sua
produção é destinada, principalmente, ao uso como reforço em compósitos de
matriz polimérica, por possuírem um baixo custo de processamento [12].
A fibra de vidro é obtida através da passagem do vidro, após ser fundido,
por uma fieira. Após o processo de fiação, as fibras são recobertas com um
material de encimagem à base de silanos (ingrediente aplicado na superfície do
filamento ou das fibras durante a sua manipulação para protegê-lo ou controlar as
características da fibra), se caracterizando pelo seu baixo custo, alta resistência à
tração e grande inércia química. Na Tabela 2, as propriedades da fibra de vidro do
tipo E-Glass são apresentadas enquanto que na Figura 3 e 4 são ilustradas duas
formas com que a fibra de vidro é comercializada [13].
12
Tabela 2: Propriedades da fibra de vidro E-Glass
Propriedade Valor
Resistência a Tração 1900 – 3000 MPa
Deformação na ruptura 30 – 40%
Módulo de Elasticidade 70 GPa
Fonte: [14]
(a)
(b)
Figura 3: Tecido de Fibra de Vidro (a) e (b)
Figura 4: Manta de Fibra de Vidro
13
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
4.1. Materiais
O pó de PCI (PPCI) foi obtido a partir do processamento de placas de
circuito impresso, retiradas de computadores desktops obsoletos disponibilizados
pelo Departamento de Materiais e Patrimônio (DMP) da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte (UFRN). A resina polimérica (epóxi) Araldite GY279 e o
endurecedor Aradur 2963 foram fornecidos pela empresa Huntsman (Figura 5). As
fibras de vidro utilizadas foram do tipo E-Glass, obtidas no comércio local (Natal-
RN); na tabela 2 são apresentadas suas especificações técnicas, enquanto que na
Tabela 3 constam as propriedades da resina utilizada. Os reagentes utilizados
foram água deionizada, ácido acético 100%, hidróxido de sódio P.A., ácido nítrico
65% P.A. e ácido clorídrico 37% P.A., todos fornecidos pela empresa Synth.
Figura 5: Resina (direita) e Endurecedor (esquerda) utilizados.
14
Tabela 3: Especificações técnicas do Araldite GY279 e do Aradur 2963.
Propriedade Araldite GY 279 Aradur 2963
Cor (ISO 4630) < 2 Gardner ≤ 2 Gardner
Índice de Epoxi (ISO 4630) 4,80 - 5,15 eq/kg ─
Equivalente Epoxi (ISO 3001) 194 - 208 g/eq ─
Equivalente H+ (ativo) ─ 85
Viscosidade à 25 °C (ISO 12058-1) 800 - 1500 mPas 30 - 70 mPas
Densidade (ISO 1675) 1.12 g/cc ─
Ponto de Fulgor (ISO 2719) > 200 °C ─
Fonte: [21; 22].
4.2. Métodos
Nesse estudo foi realizado o processamento das placas de circuito
impresso para a sua adequação à adição na resina seguida de sua
caracterização, da produção do compósito e da preparação dos corpos e prova
para ensaio de tração (Figura 6).
15
Figura 6: Fluxograma dos procedimentos realizados no estudo.
16
4.2.1. Moagem das PCIs
Para dar seguimento ao estudo, as placas de circuito impresso foram
desmanteladas com alicates e espátulas, contando com o auxílio de um soprador
térmico (Vonder) para remover os componentes acoplados à superfície da PCI
(capacitores, módulos de leitura de memória e de alimentação de energia, etc).
Visto que muitos destes componentes são fixados nas placas através de uma
solda a qual é composta de chumbo, foram tomadas precauções para, durante o
desmantelamento, evitar o contato com o fumo metálico. Sendo assim, o
procedimento foi realizado em ambiente controlado de capela (exaustor) com o
uso de máscaras e luvas.
Com a superfície da PCI livre, para facilitar a sua cominuição no moinho de
facas (sem identificação do fabricante), os pedaços de placa foram cortados em
pedaços de aproximadamente 4 cm² utilizando uma guilhotina do tipo tesourão,
para então o material ser adicionado ao moinho. Na Figura 7 é ilustrado o
fluxograma do procedimento de processamento da PCI.
17
Figura 7: Desmantelamento (a), corte (b), moagem (c) e peneiramento (d) da PCI.
18
4.2.2. Separação granulométrica e magnética do PPCI
Inicialmente uma porção do pó de placa de circuito impresso foi submetida
a uma separação granulométrica ao ser transferido para a primeira peneira de
uma série composta por peneiras de 32, 48, 65 e 100 mesh – nesta ordem, de
cima para baixo – sobre um agitador. Depois de separado, as frações retidas em
cada peneira foram armazenadas e encaminhadas para um separador magnética
do tipo tambor. Estas amostras separadas foram encaminhadas para análise por
Fluorescência de raios-X modelo EDX-720 da marca Shimadzu. As amostras
foram nomeadas em função da peneira a qual ficaram retidas; 32, 48, 65, 100 e
Fundo (a fração que passou a peneira de 100 mesh). Dessa maneira as amostras
obtidas após a separação magnética foram acrescidas o sufixo FM, indicando
como presente na fração ferromagnética e NFM para a fração não ferromagnética.
O restante do material não peneirado foi passado por apenas uma peneira, de 48
mesh, e não foi submetido à separação magnética.
4.2.3. Ensaios químicos
Os ensaios químicos realizados seguiram a metodologia apresentada na
NBR 10005:2004 da ABNT para a obtenção do extrato lixiviado para
caracterização do tipo de resíduo sólido o qual o PPCI se enquadra, e a utilização
de água régia foi utilizada para a caracterização química de alguns metais do
PPCI [25].
4.2.3.1. Caracterização ambiental do resíduo
A NBR 10005:2004 descreve o procedimento para obtenção de extrato
lixiviado de resíduos sólidos o qual foi realizado para o material exposto ao
segundo processo de separação granulométrica (partículas menores que 48
mesh). Para uma lixiviação eficiente a norma estabelece um procedimento para a
determinação da solução de extração adequada à amostra. Nesta etapa 5,0 g do
19
resíduo foi transferido para um béquer e em seguida adicionou-se 96,5 mL de
água deionizada, o recipiente foi tampado com um vidro de relógio e
vigorosamente agitado por 5 min com agitador magnético, feito isso o pH da
mistura foi medido, constatando um valor menor que 5,0 determinou-se o uso da
solução de extração n° 1. Esta foi produzida ao adicionar 5,7 mL de ácido acético
glacial à água deionizada e em seguida adicionado 64,3 mL de NaOH 1,0 N. O
volume foi completado para 1 L em um balão volumétrico e o pH medido da
solução foi medido, 4,93 ± 0,05 [25].
Para o início da lixiviação 5,0 g do resíduo foi pesado e transferido para um
béquer, onde 100 mL da solução de extração n 1° foi adicionado (a norma
determinar como o volume de solução de extração utilizado deve ser igual a 20
vezes a massa de sólido utilizada), fechado com fita de PFTE e posto sob
agitação (30 ± 2 rpm) em um agitado magnético a 25 °C durante 18 horas. O
sistema em operação é Ilustrado na Figura 8.
Figura 8: Sistema para caracterização do tipo de resíduo sólido em operação.
20
Terminada a lixiviação, a mistura foi submetida a uma filtração a vácuo,
com filtro de fibra de vidro com porosidade de 0,8 µm, enquanto era lavado com
água deionizada, em seguida a solução foi diluída em um balão volumétrico de
250 mL, parte foi transferida para frascos de vidro âmbar de 100 mL os quais
foram encaminhados para a análise por ICP-OES modelo iCAP 6300 Duo da
marca Thermo Scientific, com radiofrequência de 1150 W, uma vazão de gás de
nebulização de 0,75 L/min, vazão do gás auxiliar de 0,50 L/min e com visão radial.
4.2.3.2. Análise elementar química do PPCI
Para a extração dos metais a serem analisados (Cu, Pb, Cd, Fe) foi
utilizada uma solução de extração composta água régia na proporção de 3:1 v/v
de HCl:HNO3. Para o início da lixiviação 5,0 g do material retirado da segunda
peneiração (partículas menores que 48 mesh) foi pesado e adicionado ao balão do
sistema montada para lixiviação, em seguida 100 mL de água regia foram
adicionados (é orientado que uma proporção de PPCI e água régia seja de 1 g
PPCI/20 mL água régia). Foram usados 5 g de resíduo e 100 mL de água régia
em cada balão. O experimento foi reproduzido em duplicata.
Após pesado, o PPCI foi transferido para o sistema de lixiviação montado -
um balão de fundo redondo tribular, um condensador simples e termômetro -
seguido da solução de água régia, a agitação magnética e o aquecimento foram
ligados e regulados para 60 ºC ± 5 ºC por um período de 24 horas. Na figura 9 o
fluxograma do procedimento é ilustrado.
21
Figura 9: Fluxograma da lixiviação para a análise elementar.
Com o término da lixiviação a solução foi submetida a uma filtração simples,
utilizando papel de filtro quantitativo de 8 µm de porosidade. O filtrado foi
transferido para balões volumétricos de 250 mL e diluídos até o menisco da
vidraria. Após a diluição, 100 mL do balão foram transferidos para frascos de
âmbar, os quais foram encaminhados para a análise por ICP-OES, com o mesmo
equipamento e parâmetros utilizados no tópico 4.2.3.1.
22
4.2.4. Produção do compósito polimérico
O compósito foi produzido utilizando um processo de moldagem por
compressão com a intercalação entre camadas de fibra de vidro e de resina. Para
a avaliação da influência da adição do PPCI nos compósitos, dois tipos de placas
de controle foram feitos, uma composta apenas de resina (Placa Controle) e outra
composta de resina e PPCI (Placa C). A fração de 35% v/v de PPCI no Araldite foi
escolhida como limite superior de incorporação, dessa forma o pó de placa de
circuito impresso foi adicionado à resina e submetida a agitação rigorosa
(1500rpm) em um agitador mecânico por uma hora, após a homogeneização a
resina foi armazenada em um refrigerador à 8 ± 2 °C, com o intuito de impedir a
cura da resina catalisada por temperatura.
Para a produção das placas, 140 mL de Araldite, ou da mistura de Araldite
e PPCI, foi adicionada com 70 mL de Aradur (duas partes de Araldite para uma de
Aradur) em um béquer e homogeneizada com um bastão de vidro, a agitação foi
feita manualmente e suavemente para não haver a retenção de bolhas na matriz,
com o aumento da temperatura da solução, indicando o início da polimerização, o
material é transferido para um molde de aço com dimensões de 200x150x3 mm
onde permaneceu por 12 horas antes de retirada, no caso das placas de controle
feitas não houve a necessidade de fechar o molde. Contudo para as placas
contendo camadas de fibra de vidro o molde foi transferido para uma prensa
hidráulica onde permaneceu por 12 horas sob uma pressão de 5 toneladas. Na
Figura 10 é apresentado o fluxograma do processo de produção dos compósitos.
23
Figura 10: Fluxograma do processo de produção dos compósitos.
Três placas contendo fibra de vidro foram produzidas distintamente em
função da disposição de camadas de fibra (F) e de APPCI (R) dentro do molde
com a intenção de reter as partículas de PPCI entre suas camadas: SX
(R/F/R/F/R/F), S1 (R/F/F/R/F) e S2 (R/F/F/R/F/R), ou seja, a placa S1, por
exemplo, foi montada com uma camada de fibra na base do molde, em seguida
uma de resina, depois duas de fibra de vidro e por último uma de resina. Todas as
placas foram produzidas em duplicata.
24
4.2.5. Ensaios de tração
Para a realização dos ensaios mecânicos as placas de compósito foram
cortadas conforme a norma ASTM D 3039 prescreve e utilizando uma micro
retifica Dremmel 3000 com disco diamantado em uma rotação de 24000rpm. Na
Figura 11 está ilustrado o formato o qual o corpo de prova foi cortado.
Figura 11: Formato com que os corpos de prova foram cortados para os ensaios de tração.
O ensaio de tração foi realizado ainda de acordo com ASTM D 3039 no
equipamento de ensaios mecânicos universal Shimadzu modelo AG-X com célula
de carga 300 kN. O teste foi submetido à temperatura ambiente, com uma
velocidade de teste de 1 mm/min. Foram avaliados 15 de corpos de prova por
composição (Placa Controle, C, SX, S1, S2) sendo os resultados com ruptura fora
da área útil foram descartados, resultando em um aproveitamento médio de 10
resultados por composição testada.
4.2.6. Análise por MEV
Para a análise da superfície de fratura dos corpos de prova ensaiados sob
tração, foi utilizado um Microscópio Eletrônico de varredura de bancada Hitachi
T3000 sem recobrimento da amostra.
25
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. Separação magnética e análise por FRX
A eficiência quanto à separação magnética foi avaliada através dos
resultados obtidos na análise por fluorescência de Raios-x das amostras,
indicando a dispersão dos materiais ferromagnéticos, diamagnéticos e
paramagnéticos. Ainda, o FRX demonstrou de maneira qualitativa a composição
elementar das PCIs utilizadas, como pode ser visto na Tabela 4. A grande
quantidade de bromo presente é preocupante, visto que é um elemento
geralmente associado ao retardantes de chamas e que um dos possíveis destinos
deste resíduo eletrônico é a incineração, acarretando na liberação de grandes
massas de dioxina para a atmosfera. Altos valores de cobre encontrados na placa
(21,95%) já eram esperados como visto na literatura, assim como de silício
proveniente do SiO2 [11; 25].
26
Tabela 4: Frações mássicas obtidas a partir dos resultados da análise por FRX.
E
lem
en
to
ma
ssa
(g)
fraçã
o
má
ssica
ma
ssa
(g)
fraçã
o
má
ssica
ma
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(g)
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o
má
ssica
ma
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(g)
fraçã
o
má
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ma
ssa
(g)
fraçã
o
má
ssica
ma
ssa
(g)
fraçã
o
má
ssica
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,95
17
,63
%9
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43
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7%
12
,82
12
,82
%2
9,4
82
8,6
2%
19
,57
22
,75
%2
11
,41
24
,53
%
Cu
83
,62
28
,93
%6
0,9
22
1,7
6%
19
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19
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%1
4,0
81
3,6
7%
10
,66
12
,39
%1
89
,20
21
,95
%
Si
42
,77
14
,80
%4
5,2
71
6,1
7%
23
,32
23
,32
%2
0,7
72
0,1
7%
19
,77
22
,99
%1
52
,65
17
,71
%
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25
,73
8,9
0%
30
,80
11
,00
%1
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91
9,9
9%
17
,35
16
,84
%2
3,4
32
7,2
5%
11
7,8
71
3,6
7%
Sn
34
,56
11
,96
%2
9,5
21
0,5
4%
3,3
93
,39
%1
3,5
61
3,1
7%
4,3
95
,11
%8
5,8
19
,96
%
Al
40
,56
14
,03
%0
,00
0,0
0%
16
,07
16
,07
%0
,12
0,1
2%
0,1
40
,16
%5
7,1
96
,63
%
Fe
3,4
11
,18
%3
,16
1,1
3%
1,7
31
,73
%2
,39
2,3
2%
3,1
63
,67
%1
3,9
21
,61
%
Pb
3,5
91
,24
%1
,78
0,6
4%
0,4
30
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%2
,53
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5%
1,8
22
,12
%1
0,2
01
,18
%
Ba
1,6
70
,58
%2
,65
0,9
5%
1,0
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,09
%1
,07
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4%
1,0
81
,26
%7
,60
0,8
8%
Mg
0,0
00
,00
%3
,30
1,1
8%
0,8
40
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0,4
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0,5
30
,62
%5
,18
0,6
0%
I0
,00
0,0
0%
3,2
01
,14
%0
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0,0
0%
0,0
00
,00
%0
,00
0,0
0%
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10
,37
%
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0,4
70
,16
%0
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0,2
0%
0,2
60
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%0
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0,3
5%
0,6
10
,71
%2
,27
0,2
6%
Sr
0,4
10
,14
%0
,57
0,2
0%
0,0
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1%
0,3
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0,2
1%
S0
,75
0,2
6%
0,0
00
,00
%0
,50
0,5
0%
0,0
00
,00
%0
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0,0
0%
1,2
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%
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0,2
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00
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,40
0,1
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0,1
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%0
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0,0
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0,0
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0,0
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0,0
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%0
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0,0
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%
Tb
0,0
00
,00
%0
,00
0,0
0%
0,0
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%0
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0,0
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00
,00
%0
,08
0,0
09
%
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tal
28
9,0
02
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,00
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tal
32
me
sh
48
me
sh
65
me
sh
10
0 m
es
hF
un
do
27
Na Figura 12, o gráfico ilustra como os elementos de concentração
significativa (fração mássica do elemento – massa do elemento na fração NFM ou
FM / massa total do elemento – maior que 1%) apresentaram essa disposição.
Figura 12: Disposição dos principais elementos presentes na PPCI - por análise de FRX - em fração NFM e FM devido a separação magnética.
A Figura 13 demonstra a fração mássica correspondente a todos os
elementos com o comportamento magnético característico (ferromagnético,
diamagnético ou paramagnético) em função da peneira ao qual ficou retida na
separação granulométrica.
Como ilustrado na Figura 12, a separação magnética apresentou bons
resultados para a retenção de elementos ferromagnéticos, como esperado,
contudo quando analisado os elementos de comportamento diamagnético os
resultados não apresentaram concordância com o esperado, uma vez que
substâncias com este tipo de comportamento magnético são repelidas na
presença de campos magnéticos fortes, sendo assim sua concentração deveria
ocorrer nas frações não ferromagnéticas, entretanto apenas o cobre apresentou
tal comportamento. Uma possível explicação para este resultado seria a
agregação destes elementos diamagnéticos em materiais ferromagnéticos,
acarretando o seu deslocamento para as frações magnéticas, todavia as
28
informações da Figura 13 descaracterizam esta possibilidade, uma vez que como
ilustrado, as quantidade de material ferromagnético presente no PPCI é irrisório
quando comparado com o diamagnético. Os materiais paramagnéticos não são
afetados pela exposição a campos magnéticos, sendo assim sua disposição não
foi afetada pela a interação direta deste com o elemento em questão.
Figura 13: Disposição dos elementos agrupados de acordo com seu comportamento magnético em função da sua granulometria.
Em suma, a utilização deste método de separação com o intuito de obter
amostras mais concentradas em materiais não metálicos de placas de circuito
impresso não é eficiente para o caso apresentado, visto que os resultados foram
favoráveis apenas a materiais ferromagnéticos, sendo que sua concentração é
baixa em PCIs, e ao cobre. Contudo, não se deve descarta-lo como possibilidade,
uma vez que o cobre representa 21,95% em massa da PCI e cerca de 78,30%
deste material foi concentrado na fração não ferromagnética.
Na Figura 14 um comportamento decrescente na concentração de metais
como o chumbo, cobre, alumínio e estanho são apresentados, Veit explica essa
tendência em função da maior resistência em relação aos demais materiais que os
metais possuem, ou seja, não são facilmente moídos na etapa de cominuição,
concentrando-se nas frações mais grosseiras (32 mesh) [26].
29
Figura 14: Fração mássica do elemento na massa retida na peneira destacada.
5.2. Análises químicas
5.2.1. Caracterização do tipo de resíduo sólido
A análise por ICP-OES foi ajustada para obter as concentrações referentes
ao Ba, Cd, Pb, Cr e Ag, elementos que podem apresentar risco a saúde humana,
e no caso da prata de averiguar a sua ausência por não ter sido observado na
análise por FRX. Na Tabela 5 os resultados obtidos são apresentados junto do
padrão estabelecido pelo anexo F da NBR 10004:2004 da ABNT, referente ao
limite máximo (concentração) de substâncias presentes no extrato do ensaio de
lixiviação [7].
30
Tabela 5: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP na análise ambiental do PPCI em comparação com os padrões da NBR 10004:2004 da ABNT.
Amostras
Elemento Controle Ar1 Ar2 Padrão
Bário 0,021 3,952 3,991 70,0
Cádmio n/d 0,013 0,009 0,5
Chumbo 2,045 542,2 538,7 1,0
Cromo n/d n/d n/d 5,0
Prata n/d 0,277 0,601 5,0
n/d - concentração abaixo do limite de detecção
Comparando com os valores do padrão da norma, observou-se que o
chumbo foi o único a apresentar valores acima do limite, dessa forma de acordo
com a NBR 10004:2004 as placas de circuito impresso são tidas como resíduo de
classe I, sendo assim não pode ter o mesmo destino do lixo doméstico. Este
mesmo resultado foi obtido por Sant’ana ao analisar placas de circuito impresso
provindas de celulares, constatando estas como resíduos perigosos [7; 27].
Ainda deve ser ressaltada, na ausência de classificações mais específicas
pela norma, a grande quantidade de chumbo encontrada, cerca de 540% acima do
valor estabelecido pela norma, e, portanto, o imenso potencial que este material
tem de causar danos ao meio ambiente e a saúde humana se descartado
indevidamente. As quantidades de cádmio e prata foram muito baixas, e o cromo
não foi detectado, o que justifica a ausência de dados para estes elementos na
análise por FRX.
5.2.2. Análise química elementar
Durante a lixiviação, o começo da reação se tornou evidente com a
acentuada liberação de gases alaranjados em decorrência da adição da solução
de extração no pó de PCI. Outro indicativo de reação observado foi a mudança de
cor em ambas as soluções, aonde o PPCI era cinza, com a adição da água régia
(solução levemente alaranjada) a mistura ficou castanha e com o decorrer da
reação passou para tons mais esverdeados devido a maior solubilização dos
metais em forma de íons.
31
Os resultados obtidos pela análise por ICP-OES para o cádmio, chumbo,
cobre e ferro estão representados na Tabela 6 abaixo em função de suas
concentrações.
Tabela 6: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP da análise química elementar do PPCI.
Amostras
Elemento Controle Ae1 Ae2
Cádmio n/d 0,282 n/d
Chumbo n/d 424,3 449,9
Cobre 0,043 4959 5653
Ferro 0,302 248,6 236,2
n/d - concentração abaixo do limite de detecção
Na Tabela 7 os dados são representados em função da massa encontrada
para 250 mL de solução, volume o qual o extrato lixiviado obtido foi diluído após
sua filtração, e a fração mássica em função da massa de PPCI usada na
lixiviação.
Tabela 7: Frações mássicas e massas obtidas na caracterização química do PPCI.
Ae1 Ae2
Parâmetro Fração Mássica Massa (mg) Fração Mássica Massa (mg)
Total 100% 5000,4 100% 5000,8
Cádmio 1,40E-03 0,0705 n/d n/d
Chumbo 2,12% 106,08 2,25% 112,48
Cobre 24,8% 1239,8 28,3% 1413,2
Ferro 1,24% 62,150 1,18% 59,050
n/d - concentração abaixo do limite de detecção
Os resultados obtidos novamente mostraram-se em concordância com os
dados da literatura, as variações destes valores podem ser pela heterogeneidade
que as PCI podem apresentar em função da sua aplicação e de sua data de
fabricação, assim como para uma mesma amostra suas partículas não
apresentam homogeneidade na composição [11; 25].
32
5.3. Produção do compósito polimérico
Após a produção da placa de controle C, constituída de resina e PPCI, foi
observado o acumulo de partículas no fundo da placa, não havendo uma
dispersão homogênea do material na matriz epóxi, com o intuito de gerar placas
com melhor distribuição do PPCI, camadas de manta de fibra de vidro foram
adicionadas (Placas SX, S1, S2).
5.4. Ensaios de tração
Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos foram tratados e são
apresentados na Tabela 8 e 10.
Tabela 8: Resultados dos Ensaios de Tração dos Compósitos.
Tipo de Placa σ (MPa) ε (%) E (Mpa)
Controle 20 ± 1,7 2,1 ± 0,5 1563 ± 559
C2 11 ± 0,7 9,8 ± 0,4 n/d
S1 95 ± 7,7 8 ± 1,0 3131 ± 421
S2 91 ± 18 5,6 ± 0,7 4920 ± 697
n/d - resultado invalidado
Tabela 9: Comparação dos resultados obtidos nos ensaios de tração com os encontrados na literatura.
Placa de Epóxi Epóxi reforçado com manta de fibra de
vidro
Propriedade Controle Referência S1 S2 Referência
σ (MPa) 20 ± 2 39,46 ± 3,75 95 ± 8 91 ± 18 179,4
ε (%) 2,1 ± 0,5 3,8 ± 0,1 8 ± 1 5,6 ± 0,7 -
E (MPa) 1563 ± 559 1600 ± 2,9E2 3131 ± 421 4920 ± 697 6700
Fonte: [27; 28]
De acordo com os ensaios mecânicos realizados por Gonçalvez, sua placa
de controle fabricada com resinas epóxi, em uma proporção 100:42 de Araldite GY
279/Aradur 2963, apresentou valores similares de módulo de elasticidade aos
obtidos nos ensaios mecânicos deste projeto, conferindo sustentabilidade e
33
indicando que o processo de cura da resina foi efetivo, como observado na Tabela
10. Ainda, ao analisar a baixa deformação dos corpos de prova da placa de
controle (2,1% em média) é constatado que o tipo de fratura o qual o material
sofreu é frágil, não havendo comportamento dúctil [27].
Quando comparado os resultados obtidos na placa de configuração C, com
os da placa de controle na Tabela 9, foi observado um aumento expressivo na
deformação que os corpos de prova sofreram antes de sua ruptura, chegando a
9,8% em média, isso permite inferir que o pó de placa de circuito impresso
utilizado como carga atuou criando defeitos na estrutura cristalina da resina,
tornando-a mais elastomérica e enfraquecendo o compósito.
O mesmo pode ser inferido sobre as consequências da adição do PPCI na
matriz do compósito reforçado com manta de fibra de vidro, a carga acarretou no
enfraquecimento do material, pois ao comparar com os valores de referência
observou-se diminuição do módulo de elasticidade (6700MPa) e da tensão de
ruptura (179,4MPa) [29].
A fração de 35% v/v de PPCI/resina utilizada foi escolhida com o propósito
de avaliar se haveria o decaimento das propriedades mecânicas do compósito,
estabelecendo assim um limite para a produção de outros compostos com
quantidades cada vez menores de carga até encontrada a fração ótima em que as
propriedades mecânicas tenham sido melhoradas ou, no mínimo, mantidas.
5.5. Analise por MEV
Os resultados da análise por MEV não foram elucidativos para o PCI
presente no compósito tendo em vista que o equipamento usado foi um MEV de
bancada. Observa-se nas amostras controle uma morfologia característica de uma
matriz termorrígida, apresentando uma aparência escamosa e com fragmentos de
fratura devido à sua natureza frágil (Fig.15). Os resultados das demais placas
com a placa C foram satisfatórios, uma vez que confirmaram uma melhor
dispersão do PPCI na matriz das placas reforçadas com fibra de vidro.
34
Figura 15: MEV da placa C de controle para uma ampliação de 800X.
Na imagem ilustrada pela figura 16, observa-se uma grande densidade de
fibras de vidro dispostas aleatoriamente com fragmentos de matriz aderidos à
parte da superfície das fibras. Nas imagens C a F, esta adesão é mais
proeminente devido à ampliação da imagem, onde também podemos observar o
aspecto frágil da fratura da fibra de vidro, bem como ausência de abertura da
interface fibra/matriz. Este comportamento indica que a adição das cargas
metálicas oriundas das PCI não influenciou na interface.
35
Figura 16: MEV da placa S2 para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c), 400X (d), 400X com diâmetro da fibra - 9,36 µm marcação mais à esquerda e 11,9 µm a direita - (e) e 800X (f)
36
Figura 17: MEV da placa SX para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c), 400X (d) e 800X (f)
37
Com base nas imagens de MEV da figura 17, observasse que a
configuração da Placa SX uma melhor definição da interface fibra/matriz, esse
comportamento pode ser atribuído à configuração na confecção das placas, tendo
em vista a intercalação mais homogênea entre a matriz contendo cargas e a
manta fibrosa tornando mais visível a fratura frágil das fibras de vidro.
6. CONCLUSÕES
Tendo como objetivo analisar a composição química do pó de placas de
circuito impresso obtida através de cominuição e a sua incorporação como carga
na produção de compósitos de matriz epóxi (Araldite) com reforço de fibras de
vidro (E-Glass], o presente estudou apresentou resultados que evidenciam a
importância que deve ser dada a reciclagem e ao descarte adequado deste tipo de
resíduo eletroeletrônico devido as altas concentrações de chumbo e bromo
presentes em sua composição, bem como uma rota para a reinserção deste
material no mercado, dando valor ao resíduo descartado e, como apresentado por
Muniyandi, envelopando as partículas de PPCI na resina, reduzindo o efeito de
lixiviação causado pela água ou pelo o chorume caso a PCI seja descartada em
aterros sanitários. Além disso, ensaios de tração para diferentes configurações de
camadas de fibra e resina foram realizados para testar qual a disposição conferia
melhor evolução nas propriedades mecânicas em comparação com as placas de
controle produzidas (resina pura e mistura resina com PPCI) [21].
Na separação magnética que antecedeu a análise por FRX houve
dificuldade para a separação de materiais diamagnéticos, os quais compõem
maior parte do PPCI, questionando a eficiência que o método poderia ter para a
aquisição de frações com menor carga de metais para o uso em compósitos,
enquanto que a fração com maior carga de metais como o cobre poderia ser
destinado a método de extração desta commodity. Em adição, os resultados do
FRX mostraram-se satisfatórios em comparação com a literatura e com os
resultados obtidos nos outros métodos de análise química.
38
A lixiviação realizada de acordo com a NBR 10005:2004 com o propósito da
classificação do tipo de resíduo sólido do PPCI apresentou resultados alarmantes
para a quantidade de chumbo presente no material, sendo aproximadamente 540
vezes maior que o limite superior estabelecido no Anexo F da NBR 10004:2004 da
ABNT, enquadrando-se na classe I de resíduo sólido: perigoso, não podendo ter o
mesmo destino do lixo doméstico. Enquanto que a lixiviação utilizando água régia
no processo de análise química elementar apresentou resultados em mesma
ordem de grandeza que o da caracterização do tipo de resíduo, para o chumbo,
também demonstrou o quão rico em cobre este material é (cerca de 26,5% em
massa) [7; 24].
Durante o corte das placas foi observado um significativo aumento na
dificuldade de corte pela micro retífica, acarretando na quebra da lâmina
diamantada em alguns momentos, da placas com adição do PPCI e naquelas com
fibra de vidro, em adição partículas eram liberadas durante a operação.
Apesar da quebra de alguns corpos de prova além da área útil de ruptura
durante a execução dos ensaios de tração houve resultados suficientes para a
determinação das propriedades dos compósitos, com exceção do de configuração
SX. Em adição, os resultados do MEV possibilitaram a conclusão de que a
interface fibra-matriz foi satisfatória, não havendo abertura na região de ruptura,
indicando que a matriz utilizada junto da carga apresentou afinidade com a fibra.
Contudo, os dados obtidos demonstraram o deterioramento das propriedades
mecânicas no material em comparação com as placas de controle e as
referências, dessa forma conclui-se que a fração de 35% v/v de PPCI como carga
na resina não é adequada para a produção de compósitos poliméricos,
prejudicando suas propriedades mecânicas, frações menores devem ser testadas
a fim de encontrar a quantidade ideal para a melhoria destas propriedades.
39
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