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Mestrado Integrado em Engenharia Química

Estudo da Produção de Embalagens Plásticas e Desenvolvimento de Testes de Qualidade

Tese de Mestrado

de

Idelfonso Bessa dos Reis Nogueira

Desenvolvida no âmbito da unidade curricular de Dissertação

realizado em

Grupo Indeba (Indústria de Detergentes da Bahia)/SPAR (Unidade de Produção de Embalagens Plásticas)

Orientador Académico: Prof. Dr. Daniel Veras Ribeiro

Orientador na Indeba: Eng. Donato Cuozzo

Departamento de Engenharia Química

Julho de 2012

Estudo da Produção de Embalagens Plásticas Através da Moldagem por Sopro e Desenvolvimento de Testes de Qualidade

“Embora ninguém possa voltar atrás e fazer um novo começo, qualquer

um pode começar agora e fazer um novo fim.”

Francisco Cândido Xavier


i

Agradecimentos

Em primeiro lugar agradeço a Deus, ao Mestre Jesus e a todos os companheiros

me têm vindo a auxiliar no anonimato.

Ao Grupo Indeba onde fui acolhido e passei os últimos 6 meses a realizar esta

tese, em especial a Donato Cuozzo, Sr. Juan Rosário e Fábio Lorenzo que me orientaram

ao longo deste tempo.

A Universidade Federal da Bahia que me acolheu no programa de mobilidade

realizado, em especial ao Professor Doutor Daniel Veras Ribeiro, que se disponibilizou

auxiliar-me na realização deste trabalho.

A todos os professores da FEUP, sem o auxílio dos quais eu não teria

conhecimento suficiente para realizar este trabalho.

Aos meus amigos por todo apoio e ajuda que me deram durante todo o curso, em

espeicial a Maria Beatriz, Micael Morais, Paulo Ramos e Pedro Gaifem.

À instituição Coração da Cidade e a Associação Espírita Migalhas de Amor, onde

encontrei apoio no decorrer dos meus estudos.

À minha família em especial a José Pereira, meu pai, sem o qual nem se quer

teria ingressado na FEUP, às minhas mães Iracy Bessa, Ildeci Bessa e Ivana Bessa e à

minha noiva Gabriele Gonçalves, por todo suporte e apoio que elas me deram e dão.


ii

Resumo

A indústria dos plásticos vem nos últimos anos apresentando um grande

crescimento. Juntamente com este crescimento surge à necessidade de estudos mais

aprofundados voltados para a optimização dos processos de transformação do plástico,

bem como estudos que promovam a melhoria da qualidade dos produtos derivados

destes processos. Das 250 milhões de toneladas de plásticos consumidas no ano de 2010,

16% passaram pelo processo de moldagem por sopro e 29% tem como matéria-prima os

Polietilenos, além disso 39% destes são destinados ao sector de produção das

embalagens. Os números demonstram a importância destes temas: Moldagem por Sopro,

Polietileno e Embalagens, e estes três pontos são, juntamente com os testes de

qualidade, os focos deste trabalho.

Este trabalho apresenta pontos importantes sobre o actual estado económico

mundial do sector industrial dos plásticos, suas problemáticas ambientais geradas pelo

grande consumo dos produtos plásticos, características importantes (influidez,

resistencia química, resistencia ao impacto e preço) da matéria-prima (Polietileno de

Alta Densidade) utilizada no processo para o processo de moldagem por sopro e o

desenvolvimento de testes de qualidade para averiguar o desempenho das embalagens

produzidas.

Inicialmente foi preciso contruir um laboratório, pois não existia ainda na

empresa um local par esta finalidade, onde foram desenvolvidos 5 principais testes

durante esse trabalho: Teste de Queda, Teste de Estanqueidade, Teste de Pressão

Hidraulica e o Teste de Resistência Química, todos seguindo as normas virgentes para

teste de desempenho em embalagens plásticas.

Os testes de qualidade trouxeram uma série de resultados importantes para o

desenvolvimento da produção, como por exemplo a constatação da possibilidade das

embalagens estarem sobre-dimensionadas, de defeitos estruturas nas embalagens e que

as embalagens produzidas atendiam alguns parâmetros da norma. Por fim, verificou-se

que o laboratório construído para realizar os testes é uma estrutura funcional.

Palavras Chave (Tema): Moldagem por Sopro, Plásticos, Polietileno de Alta Densidade.


iii

Abstract

In the last years the plastic industry came growing and with this growing appears

the need of studies about the process optimization and studies that promote the

increase in the quality of the products. In the year of 2010, 250 million of tons of

plastics was consumed, 16% of these tons passed by the blow molding process, 29% has

the polyethylene as raw-material and 39% are destined to pakage production, as we see

in the numbers these tree point has a great importance in the plastics market and they

are with the quality test the focus of this thesis.

This work shows important points about the actual world economic state of the

plastic industrial sector, brings in concerns about the ambient questions, the points that

are important in the raw-material selection (Melt Flow Index, Impact Izod Resistance,

Price) for blow molding and the development of quality tests.

In begining was necessary build a laboratory, because there wasn’t none

structure in the company for this finalization, in this laboratory was developed 5 tests:

Drop Test, Hidraulic Pressure Test, Sealing Test, Piling Test and Cheminical Resistence

Test, all fallowing the regulamentation for performace test in package.

The quality test here developed bring relevant results for the company, for

example the possibility of the production was super dimensioned, some defects in

package produce and that the package produce was approved in some aspects. In the

end was verified that the laboratory build is functional.

Key words: Blow Molding, Plastics, Polyethylene, High Density Polyethylene.


iv

Índice

Índice de Figuras ...................................................................................... vi

Índice de Tabelas ..................................................................................... vii

Notação e Glossário ................................................................................. viii

Lista de Siglas ........................................................................................ viii

Introdução ............................................................................................... 1

Indústria de detergentes da Bahia (Indeba)........................................................ 3

1. Os termoplásticos, breve histórico. ............................................................ 5

1.1. Economia do plástico, cenário brasileiro e mundial ................................... 8

1.2. Economia, meio ambiente e os plásticos. ............................................. 13

2. Os Polietilenos ................................................................................... 17

2.1. Propriedades dos Polietilenos Vs. Outros Termoplásticos .......................... 19

2.1.1. Resistência ao impacto ............................................................. 20

2.1.2. Índice de Fluidez ..................................................................... 22

2.1.3. Resistência Química ................................................................. 22

2.1.4. Preço ................................................................................... 23

2.2. Características Químicas e Físicas dos Polietilenos .................................. 24

2.3. Polietileno de Alta Densidade (PEAD) .................................................. 28

3. Descrição Técnica ............................................................................... 29

3.1. Descrição do Processo de Moldagem por sopro e produção de embalagens

plásticas ............................................................................................. 29

3.1.1. Extrusora - Fusão do Termoplástico .............................................. 30

3.1.2. Bocal – Formação do Parison ....................................................... 31

3.1.3. Molde – Captura do Parison e Sopro .............................................. 33

3.1.4. Molde – Pré-Resfriamento .......................................................... 34

3.1.5. Tempo de ciclo ....................................................................... 35

3.2. Teste de Qualidade ....................................................................... 35

3.2.1. Teste em Linha de Produção ....................................................... 36

3.2.2. Teste de Desempenho para Embalagens Plásticas.............................. 37

A. Preparação Para os Testes ............................................................... 38

B. Teste de Queda ............................................................................ 38


v

C. Teste de Estanquecidade ................................................................ 40

D. Teste da Pressão Interna (Hidráulica).................................................. 41

E. Teste de Empilhamento .................................................................. 42

F. Teste de Resistência Química ........................................................... 42

3.2.3. Testes em Condições Extremas ....................................................... 43

A. Teste de Queda em Condições Extremas .............................................. 43

B. Teste de Estanquecidadeem Condições Extremas ................................... 44

C. Teste de Resistência Química Extremas ............................................... 45

4. Conclusões ....................................................................................... 46

4.1. Objectivos Realizados .................................................................... 47

4.2. Outros Trabalhos Realizados............................................................. 47

4.3. Limitações e Trabalho Futuro ........................................................... 47

5. Referências ...................................................................................... 49

Anexo 1 Projecto e Construção do Laboratório .............................................. 51

Anexo 2 Ficha tecnica do PEAD produzido pela Braskem ................................... 55

Anexo 3 Ficha Técnica do PEAD Produzido pela Dow ....................................... 56

Anexo 4 Imagens da Instalação Industrial ..................................................... 57


vi

Índice de Figuras

Figura 1 - Evolução do consumo mundial de plásticos. ..................................................... 7

Figura 2 - Evolução do número de empresas no sector de transformação de plásticos (Abiplast,

2011). ................................................................................................................ 8

Figura 3 - Número de pessoas empregadas no setor de transformação de plásticos entre os anos

de 2000 a 2010 (Abiplast, 2011). ............................................................................... 9

Figura 4 - Evolução do facturamento do sector de derivados de plásticos (Abiplast, 2011)........ 10

Figura 5 Evolução do facturamento do sector de derivados plásticos (Abiplast, 2011). ............ 10

Figura 6 - Demanda de Plásticos por Segmento (Abiplast, 2011). ....................................... 12

Figura 7 - Classificação do Mercado de Plásticos Brasileiro por Processo de Produção (Abiplast,

2011). ............................................................................................................... 13

Figura 8 - Ciclo de Vida do Plástico na Europa em 2010 (Plastics - the Facts 2011). ................ 14

Figura 9 - Evolução da Destinação Final Dada aos Plásticos (Plastics - the Facts 2011). ............ 15

Figura 10 - Mercado Brasileiro dos Plásticos por Resina (Abiplast, 2011). ............................. 18

Figura 11 - Mercado Europeu dos Plásticos por Resina (Plastics - the Facts 2011). .................. 18

Figura 12 - Resistência ao Impacto Izod para Diferentes Plásticos. ..................................... 21

Figura 13 - Preço das Resinas Plásticas em Maio de 2012. ................................................ 23

Figura 14 – Esquematização da Estrutura Esferulita (Callister, 1999). ................................. 24

Figura 15 - Diferença Entre a Estrutura Molecular do PEBD e do PEAD. ............................... 26

Figura 16 - Representação Esquemática da Extrusora. .................................................... 30

Figura 17 - Extrusora (Foto obtida na empresa). ........................................................... 31

Figura 18 - Bocal HDL 50 (Foto obtida na empresa). ....................................................... 32

Figura 19 - Captura do Parison e Sopro (Rosato, 1988). ................................................... 33

Figura 20 - Visão Global da Zona de Moldagem e Bocal da Extrusora (Foto obtida na empresa). . 34

Figura 21 - Níveis de Pesagem. ................................................................................. 36

Figura 22 - Embalagem após teste de queda a uma altura de 2,8m. ................................... 44

Figura 23 - Planta do Laboratório em AutoCAD. ............................................................ 51

Figura 24 - Área molhada para teste de queda. ............................................................ 52

Figura 25 - Tanque para teste de estanquecidadee lavatório para teste de pressão hidráulica... 53

Figura 26 - Imagem real do tanque para teste de estanqueidade. ...................................... 54

Figura 27 - Imagem real do lavatorio para teste de pressão interna. .................................. 54

Figura 28 - Compressores e geladeira industrial. ........................................................... 57

Figura 29 - Gerador e tanques de óleo disel. ................................................................ 57

Figura 30 - Moinho para reprocessamento de material e ciclone para separação do material

reprocessado e poeira. .......................................................................................... 57

Figura 31 - Primeira embalagem produzida e suas características. ..................................... 58

Figura 32 - Sopradora HDL 50L, para produção de embalagens de 50L e 20L. ........................ 58


vii

Índice de Tabelas

Tabela 1 - Primeiro relato e primeira produção industrial de alguns polímeros (Sebastião V.

Canevarolo, 2006). ................................................................................................ 6

Tabela 2 - Propriedades para Diferentes Densidades de Polietileno. ................................... 25

Tabela 3 - Comparação das Propriedades do PEAD com o PEBD. ........................................ 27

Tabela 4 - Altura Estabelecida para Teste de Queda. ..................................................... 39

Tabela 5 - Resultado do Teste de Pressão Hidráulica ...................................................... 41

Tabela 6 - Resultados dos testes realizados nas embalagens de 2,5Kg ................................. 44

Tabela 7 - Resultados dos testes realizados nas embalagens de 2,5Kg ................................. 44


viii

Notação e Glossário

mT Temperatura de Plastificação ºC

cT Temperatura de Transição Vítrea ºC

d

Pt

Pv

Densidade

Pressão Total

Pressão de Vapor

g.cm-3

KPa

KPa

W Peso total da embalagem (Peso da embalagem + Conteúdo) Kg

E

H

Altura de Empilhamento

Altura da Embalagem

mm

mm

Lista de Siglas

ASTM American Society for Testing and Materials

HDPE

PEBD

High Density Polyethylene

Polietileno de Baixa Densidade

PEAD

PC

PP

Polietileno de Alta Densidade

Policarbonato

Polipropileno


1

Introdução

A indústria de transformação de plásticos no Brasil tem experimentado um

grande desenvolvimento nos últimos anos. No ano de 2010, o mercado brasileiro

apresentava cerca de 12 mil empresas empregadoras de 343 mil pessoas, com um

crescimento de 10% em relação ao ano anterior. Projecções indicam que foram

exportadas cerca de 330 mil toneladas em 2011 e apontam para um crescimento de 8%

no ano de 2012 (Abiplast, 2011). Dada a importância que, a cada ano, a indústria de

plásticos vem adquirindo no Brasil, as problemáticas relacionadas ao processo de

produção e transformação dos plásticos têm evidenciado uma maior importância. Entre

os vários métodos de transformação dos plásticos este trabalho irá focar-se na moldagem

por sopro.

A moldagem de polímeros por sopro é um processo desenvolvido a partir de uma

ideia simples e antiga, a moldagem do vidro. Hoje em dia este conceito é extensamente

empregado na indústria de plásticos e tem por objectivo produzir produtos ocos e

fechados (Whelan, 1999).

Pode-se então destacar as embalagens como um dos principais produtos

originários do processo de sopro. Muitas vezes estes produtos são pouco valorizados

pelos consumidores finais, porém são as embalagens as responsáveis por manter a

integridade do produto, desde que produzido até que chegue nas mãos dos

consumidores, além disso em muitos casos as embalagens representam mais que 70% do

preço final dum determinado produto, como por exemplo os vinagres.

A matéria-prima empregada nestes processos são os termoplásticos, polímeros de

cadeia longa, que quando sujeitos a temperaturas superiores à sua temperatura de

plastificação (Tm), tornam-se maleáveis e moldáveis e quando arrefecidos solidificam

adquirindo a forma à qual estão moldados, características que os tornam o grupo de

plásticos ideais para este processo, uma vez que a outra classe, os termofixos, quando

sujeitos a temperaturas vêem suas cadeias destruídas, impossibilitando assim a

moldagem.

A ausência de conhecimentos científicos emgrande escala e desenvolvimento

tecnológico geram outro problema neste meio: a qualidade do produto final. Para obter

padrões de qualidade estipulados pelas normas é comum as empresas sobre


2

dimensionarem o produto final gerando gastos excessivos na produção, gastos esses que

são repassados para o consumidor final dos produtos e derivados. Neste ramo a

qualidade das embalagens é comumente associada ao seu peso, porém cientificamente

está incorrecto, uma vez que a massa global do produto final é apenas uma das inúmeras

variáveis que se pode identificar como determinante para a qualidade do produto. Numa

análise rápida pode-se enumerar a distribuição da espessura, geometria, composição da

matéria-prima, distribuição de massa, entre outros factores que muitas vezes são

ignorados em detrimento do peso.

Este trabalho tem como objectivo:

Caracterizar a situação actual do mercado de plásticos no Brasil;

Descrever a matéria-prima utilizada na empresa e as suas propriedades;

Desenvolver testes de qualidade para embalagens plásticas produzidas pela

moldagem em sopro, assegurando a sua qualidade segundo as normas

estabelecidas, levando em conta o maior número possível de variáveis que

influenciam nas propriedades da embalagem, transpondo a barreira do peso;


3

Indústria de detergentes da Bahia (Indeba)

A Indeba é o grupo no qual este trabalho foi desenvolvido e teve origem numa

empresa criada em 1966, com o nome de Indeba – Indústria de Detergentes da Bahia. Em

1971, ganhou seu nome definitivo. Na década de 70, a Indeba já produzia alguns

detergentes líquidos que fazem parte de sua linha até hoje.

No início da década de 80, a Indeba lançou a linha de lavandaria convencional e passou a

contar com seu primeiro distribuidor, em Fortaleza-CE. Gradativamente, consolidou-se

no mercado, migrando de uma actuação local para regional e posteriormente nacional,

com a estruturação da rede de distribuição em meados dos anos 80.

Actualmente, a Indústria de Detergentes da Bahia (INDEBA) produz cerca de 14 mil

toneladas anuais, com 120 empregados na fábrica e mais 80 actuando nos distribuidores

directos da companhia, sediados em Salvador, Itabuna e Juazeiro, e também no estados

de São Paulo, Santa Catarina, Rio de Janeiro e Sergipe. Além disso, mais 300

empregados são contratados por distribuidores autónomos em todo o Brasil.

É uma empresa com grande penetração nas regiões Nordeste e Sul, e é reconhecida

nacionalmente como uma firma sólida, bem estruturada e fornecedora de produtos de

excelente qualidade.

Além do investimento em tecnologia própria e novos produtos, a empresa está

expandindo sua rede de Distribuição nas regiões Centro-oeste e Norte e reestruturando-a

na região Sudeste, visando ampliar sua participação no mercado e consolidar sua marca,

com referência no negócio de higiene institucional.

Embora não sejam considerados mercados prioritários no momento, a Indústria de

Detergentes da Bahia (INDEBA) vislumbra também atuar no mercado externo, sobretudo

nos países do Mercosul e na Flórida, por onde iniciará sua penetração no mercado norte-

americano.

A expansão está apoiada também num forte apoio de treinamento na área técnica e

comercial. A estratégia inclui também uma nova visão de negócios, em que o foco é a


4

recomendação de soluções precisas e adequadas às necessidades de cada mercado.

Entre os clientes da empresa, estão Bahia Sul Celulose, Deten, Dow Química, Hospitais

Espanhol, Jorge Valente, Aristides Maltez e Beneficência Portuguesa (São Paulo), cliente

há oito anos. Rede Othon de hotéis, Grupo Mosca Conservadora e rede de supermercado

G Barbosa.

A empresa investe constantemente em melhorias na sua unidade fabril, pesquisas, em

laboratório e em tecnologias mais avançadas. Assumindo o compromisso com a

qualidade, a Indústria de Detergentes da Bahia (INDEBA) é hoje a empresa nacional líder

no mercado de produtos de limpeza para o mercado profissional (Indeba, 2009).


5

1. Os termoplásticos, breve histórico.

Há relatos, na antiguidade egípcia, sobre a utilização de materiais resinosos e

graxas extraídos e refinados; mais tarde em Roma encontram-se os carimbos, colas, e

vedantes. Na época das grandes navegações encabeçadas por Portugal e Espanha, um

produto com características peculiares, alta elasticidade e flexibilidade é encontrado

pelos colonizadores na América; o produto era extraído de uma árvore nativa que hoje é

cientificamente conhecida como a Havea Brasiliensis. A essa resina elástica, flexível e

viscosa os europeus passaram a chamar de borracha.

A borracha ficou esquecida por algum tempo até que, em 1839, Charles Goodyear

descobriu um processo para melhorar as características da resina pegajosa filha da

Hevea Brasiliensis, conferindo-lhe rigidez e ao mesmo tempo elasticidade e

durabilidade: a vulcanização. Este processo transforma o arranjo molecular

desorganizado da borracha numa rede tridimensional interligada quimicamente, o que

lhe confere as características supracitadas (Sebastião V. Canevarolo, 2006).

Mais tarde, em 1846, o químico alemão Christian Schónbien descobre a

nitrocelulose através do tratamento do algodão com ácido nítrico, técnica que

posteriormente foi estudada e aprofundada por Alexander Parker, que patenteou a

nitrocelulose passando a ser utilizada como substituta da pólvora em alguns casos.

Em 1910, Leo Hendrik Baekeland, após as suas pesquisas da reacção entre o fenol

e o formaldeído, conseguiu produzir uma substância rígida e tornou-se historicamente o

primeiro cientista a sintetizar um polímero em laboratório. Nasce assim o primeiro

plástico, hoje conhecido como baquelite em homenagem a Beakeland e entre as suas

aplicações pode-se destacar as bolas de bilhar.

Com o advento das guerras os polímeros passaram a ser mais profundamente

estudados, principalmente devido à dependência que existia da borracha natural e a

limitação da fonte produtora ser uma árvore específica de uma região do planeta. Esses

estudos foram iniciados em 1920 por Hermann Staudinger que propôs a teoria da

macromolécula, apresentando uma nova classe de materiais composta por moléculas de

grande tamanho.


6

O polietileno é sintetizado pela primeira vez em 1933 por Reginald Gibson e Eric

Fawcett, em Inglaterra, porém a síntese foi realizada em pressão muito alta, 1400 bar e

170 ºC, o que inviabilizou a produção em larga escala do material obtido. Até que 1950

um passo muito importante para a produção em larga escala do polietileno foi dado

graças às pesquisas de Karl Ziegle, na Alemanha, sobre catalisadores organometálicos,

pesquisas que foram aprofundadas por Giuglio Natta em Itália, produzindo o

polipropileno isoático. Os catalizadores de Ziegle-Natta tornaram possível a reacção de

formação do polietileno em baixas pressões e hoje é uma rota de produção utilizada nas

indústrias para produzir o polietileno de alta densidade.

Após a primeira guerra e principalmente no início e após a segunda guerra

mundial a síntese de polímeros passou a ganhar as escalas industriais. A Tabela 1

informa sobre as datas dos primeiros relatos de alguns materiais plásticos e o ano em

que estes passaram a ser produzidos industrialmente, onde se observa que entre os anos

de 1933 e 1954 houve o estudo e desenvolvimento industrial dos que são actualmente os

principais plásticos no mercado mundial, sendo a década de 50 do século XX uma das

mais importantes para a história dos plásticos de alta resistência (Sebastão V.

Canevarolo, 2006).

Tabela 1 - Primeiro relato e primeira produção industrial de alguns polímeros (Sebastião V. Canevarolo, 2006).

Plástico 1º Relato 1º Produção Industrial

PEBD 1933 1939

PEAD 1953 1955

PC 1953 1958

PP 1954 1959

A origem dos processos de moldagem dos plásticos, tão utilizados hoje em dia,

confunde-se com os primeiros passos para a produção dos plásticos. Já em 1878 consta o

desenvolvimento de uma máquina capaz de processar a celulose industrialmente por um

processo muito similar a injecção, e em 1879 a primeira extrusora de rosca é patenteada

por M. Gray.

Juntamente com o aparecimento dos plásticos veio o desenvolvimento do

processo de produção e moldagem dos mesmos em larga escala, de forma a aproveitar as

suas propriedades para colmatar as necessidades existentes. Também houve o


7

desenvolvimento dos estudos científicos sobre esses materiais que até então eram

desconhecidos. Desde então, o consumo mundial de plásticos e seus derivados vem

aumentando a cada ano e mobilizado uma grande parte da economia mundial.

Figura 1 - Evolução do consumo mundial de plásticos.

Actualmente os plásticos são produzidos e consumidos em grandes quantidades a

nível mundial, utilizados em diversas aplicações como a construção civil, isolamentos

eléctricos e térmicos, indústria química, embalagens, vestuário, entre outros ramos,

como se pode observar na Figura 1. A produção de plásticos tem crescido generosamente

em todo mundo desde as suas origens. Devido às suas características que combinam o

baixo custo, baixo peso e boa resistência, os polímeros assumiram uma grande

importância económica e social em todo o mundo. No entanto, juntamente com esta

expansão do consumo surgem os problemas ambientais que começam a ter grande

importância e necessidade de soluções imediatas. Este trabalho não se aprofundará

nesta problemática, embora seja de grande importância debater, comentar e estudar

esse assunto.

1.7

47

99

204

250 265

0

50

100

150

200

250

1950 1976 1989 2002 2009 2010

Consu

mo (

em

Milhões

de T

onela

das)

Ano

Evolução do Consumo de Plásticos no mundo


8

1.1. Economia do plástico, cenário brasileiro e mundial

A indústria de matéria-prima e transformação de plásticos no Brasil tem assistido

um grande desenvolvimento nos últimos anos em resposta ao crescimento industrial que

o país tem apresentado e tem cada vez mais especializado-se no ramo; a nacional

Braskem é uma referência mundial na produção de resinas termoplásticas utilizadas

como matéria-prima nas indústrias de transformação de plásticos. A cada ano o número

de novas empresas no sector de transformações tem aumentado, juntamente com o

número de pessoas empregadas nesse sector.

Figura 2 - Evolução do número de empresas no sector de transformação de plásticos (Abiplast, 2011).

Pode-se verificar na Figura 2 o crescimento da indústria de transformação de

plásticos entre os anos de 2000 e 2009, com um grande salto entre o ano de 2005 e 2006,

com excepção do ano de 2009 em que houve uma redução de 0,5% em relação ao ano de

2010, fato provavelmente relacionado com a crise económica mundial ocorrida neste

período, provocando um forte impacto no valor do petróleo, que é a fonte da matéria-

prima dessas empresas.

7,003 7,438

7,898 8,213 8,523 8,844

11,263 11,329 11,526 11,465

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Nú

mero

de E

mpre

sas

Ano

Quadro das Empresas do Sector de Transformação de Plásticos


9

Figura 3 - Número de pessoas empregadas no setor de transformação de plásticos entre os anos de 2000 a 2010

(Abiplast, 2011).

Vale a pena ressaltar que por volta de 94% dessas novas empresas são de micro

ou pequeno porte, porém o surgimento destas teve um grande impacto no mercado de

trabalho com o surgimento de novas vagas de emprego (Abiplast, 2011).

Ao observar a Figura 2 e analisando-a em conjunto com a Figura 3, conclui-se que

a evolução do número de empresas foi acompanhada pelo crescimento do número de

pessoas que trabalham na indústria geradora de produtos plásticos, com um crescimento

significativo de ano para ano. Acompanhando o salto do número de empresas entre o ano

de 2005 e 2006 pode-se observar, também, um salto no número de funcionários, porém o

número de funcionários apresentou um crescimento muito maior que das empresas,

tento o ano de 2006 40 mil funcionários a mais que o ano de 2005 a actuarem no ramo

dos plásticos.

196 202 211 215

240 253

298 311 318 324

0

50

100

150

200

250

300

350

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Nú

mero

de F

un

cio

nari

o (

em

Mil)

Ano

Número de Pessoas Empregadas no Sector de Transformação de Plásticos Entre os Anos de 2000 e 2010


10

Figura 4 - Evolução do facturamento do sector de derivados de plásticos (Abiplast, 2011).

O crescimento do número de empresas é acompanhado pelo crescimento da

produção, pode-se observar isto na Figura 4, que indica um aumento na produção de

produtos derivados de plásticos entre o ano de 2000 e 2010, com destaque para o ano de

2010 onde a produção de derivados do plástico no Brasil atingiu quase 6 milhões de

toneladas.

Figura 5 Evolução do facturamento do sector de derivados plásticos (Abiplast, 2011).

3,888 3,822 3,916 3,817 4,220 4,148

4,523 4,869

5,236 4,990

5,920

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Pro

du

çã

o (

Po

r M

il t

on

ela

da

s)

Ano

Evolução da Produção dos Derivados de Plásticos

10.04

6.69 8.08

9.35

16.2 16.55 18.2 18.22

20.61

18.4

25.11

0

5

10

15

20

25

30

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Fatu

ram

en

to (

Mil M

ilh

ões d

e D

ola

res)

Ano

Evolução do Faturamento do Sector dos Derivados de Plásticos


11

O facturamento da indústria dos derivados poliméricos no Brasil no ano de 2010

foi de 25,11 mil milhões de dólares, um valor muito superior ao encontrado no ano 2000

quando a indústria facturou 10,04 mil milhões, como se pode observar na Figura 5. Em

termos de facturação houve uma evolução de aproximadamente 250% neste período

(Abiplast, 2011), o que demonstra o motivo do interesse cada vez maior que as empresas

têm pelo sector dos plásticos.

Nos Estados Unidos esses números ainda são maiores que no Brasil, onde se

encontra mais de 18 mil fábricas voltadas para o mercado de plásticos em

funcionamento, com mais de 1 milhão de pessoas empregadas e um facturamento de 375

mil milhões de dólares no ano de 2010. Nos últimos 25 anos a produção industrial tem

crescido nos EUA cerca de 2,5% por ano, estando em 3º lugar no ranking das indústrias

dos EUA.

No mundo, o mercado do plástico recupera-se a passos rápidos da crise passada

nos anos de 2008 e 2009, apresentando uma produção de 265 milhões de toneladas no

ano de 2010, em resposta as 250 milhões de toneladas produzidas em 2009, um

crescimento médio de 5% ao ano nos últimos 20 anos. Já a Europa, em 2010, apresentou

uma produção de plásticos de 57 milhões de toneladas, o que representa 21,5% da

produção mundial. Neste mesmo ano a China superou a Europa assumindo a liderança do

ranking das maiores regiões produtoras de plásticos, sendo responsável por 23,5% da

produção de plásticos no mundo.

Todo esse plástico produzido destina-se a diversos sectores industriais, onde a

resina será moldada e transformada, para ser aplicada nas necessidades de cada área.


12

Figura 6 - Demanda de Plásticos por Segmento (Abiplast, 2011).

Entre os sectores consumidores de plásticos o das embalagens plásticas assume a

liderança consumindo 39% de todo plástico produzido; este sector é seguido pela

construção civil que consume 20,6% da produção. Outros sectores como brinquedos,

objectos para decoração, para casa, em conjunto assumem, a segunda posição no

consumo de plásticos com 27,3% (Plastics - the Facts, 2011). Esses dados estão

esquematizados Figura 6, onde se pode observar a diversidade de aplicações que em que

o plástico é empregado e, em algumas delas, como no sector das embalagens, eléctrica

e electrónicos os polímeros sintetizados assumem fundamental importância.

39.0%

20.6%

7.5%

5.6%

27.3%

Demanda de Plásticos por Segmento

Embalagens

Construção

Automotiva

Eletrica e Eletronica

Outros


13

Figura 7 - Classificação do Mercado de Plásticos Brasileiro por Processo de Produção (Abiplast, 2011).

Há várias formas de processar as resinas plásticas atribuindo forma e função

específica. Entre os processos pode-se destacar a extrusão como o mais utilizado,

seguido pela injecção e pelo sopro, conforme se pode observar na Figura 7.

1.2. Economia, meio ambiente e os plásticos.

Neste cenário uma preocupação surge: os materiais plásticos, por serem inertes a

agressões do meio ambiente, não reagindo com o ambiente natural, possuem um

elevado tempo de vida, o que os transforma num dos grandes problemas atuais para a

natureza. A questão é constantemente abordada “O que fazer com tanto plástico a ser

produzido em todo mundo”, “Qual o destino a dar aos plásticos depois de serem

utilizados?”.

O interesse económico levou à produção “desenfreada” de plásticos por todo

mundo, durante alguns anos pouco ou quase nenhuma preocupação havia com o destino

desses plásticos após o seu uso e os impactos que eles poderiam causar no ambiente.

Actualmente a geração de resíduos sólidos pela indústria de plástico apresenta

três aspectos que devem ser considerados (Piva e Wiebeck, 2004):

a) O seu volume crescente, em função do crescimento populacional,

urbanização e introdução da cultura de produtos descartáveis;

57%

16%

19%

1%

7%

Classificação do Mercado de Plásticos Brasileiro por Processo de Produção

Extrusão

Sopro

Injeção

Rotomoldagem

Outros


14

b) Complexidade do resíduo, devido ao desenvolvimento de novos materiais

introduzidos no mercado, resultando em resíduos sintéticos nem sempre biodegradáveis

ou assimiláveis pelo meio ambientes e que, muitas vezes, necessitam de tratamento

prévio até seu descarte final;

c) Poluição visual ou “lixo visual”, causado pelo crescente volume de resíduos

plásticos e a consequente desvalorização da área onde os mesmos são depositados.

Hoje em dia a atenção para a problemática do consumo em larga escala dos

plásticos torna-se cada vez maior. Embora pouco aplicada pelos produtores e

consumidores dos plásticos, a ideia dos 3R, vem sendo difundida e apresentada em todo

mundo. Reciclar, Reduzir, Reutilizar, pode ser a grande saída para a resolução das

nefastas consequências da deposição despreocupada dos resíduos plastifeitos. A

preocupação deve passar pelos domicílios particulares em separar as embalagens para

dar-lhes o destino adequado, pelos governos em incentivar pela educação a consciência

ambiental, pelas empresas produtoras e consumidoras de plásticos em adoptar a

reciclagem como prática comum; além disso, o incentivo a investigação académica de

novas alternativas tem grande importância. O conjunto dessas e outras tantas soluções,

que aqui não foram enumeradas com a devida atenção que lhes é merecida, aplicadas

em larga escala o quanto antes trarão as soluções para tais problemáticas.

Figura 8 - Ciclo de Vida do Plástico na Europa em 2010 (Plastics - the Facts 2011).


15

A Figura 8 mostra todo o ciclo de vida do plástico no ano de 2010 na Europa,

desde a conversão do polímero num produto plástico até o fim de seu ciclo de vida.

No ano de 2010 foram convertidas 46,4 milhões de toneladas de plásticos em

produtos derivados, sendo 40% destinados a utilizações de curto período de vida e 60% a

longos períodos de vida. Devido ao grande número de plásticos que são destinados a

aplicações de longa vida anualmente, apenas aproximadamente 50% do material

produzido chega aos resíduos, o que equivale a 24,7 milhões de toneladas no ano de

2010. Deste valor 24,1% teve como destino final a reciclagem, 33,8% recuperação

energética e 41,2% tornaram-se lixo sem qualquer finalidade. O valor de material

reaproveitado é significante, mais ainda quando comparado com os anos anteriores,

porém não é suficiente (Plastics - the Facts, 2011).

Figura 9 - Evolução da Destinação Final Dada aos Plásticos (Plastics - the Facts 2011).

Na Figura 9 observar a evolução do destino final dos plásticos ao longo dos anos.

Pode-se verificar que a quantidade de plásticos que se tornam lixos sem nenhuma

finalidade decresce a cada ano numa taxa anual de 2,5%. Em outra posição a utilização

dos plásticos para reciclagem ou recuperação energética vem crescendo a cada ano.

Esses dados reflectem a preocupação crescente em relação às problemáticas

ambientais, a adopção por parte de grandes empresas no ramo das resinas plásticas de

políticas de responsabilidade que começam a preocupar-se com o além do destino e já

comercializa plásticos produzidos a partir de fontes renováveis, como o polietileno verde

4.7 5 5.2 5.5 6

7 7.2 7.4 7.6 8.3

12.9 12.4 12.1

11 10.4

0

2

4

6

8

10

12

14

2006 2007 2008 2009 2010

Quanti

dade (

em

Milhões

de T

onela

das)

Ano

Evolução da Destinação Final Dada aos Plásticos

Reciclado

RecuperaçãoEnergerica

Lixo


16

da Braskem, feito através da cana-de-açúcar. Os investimentos dessas empresas

retornam na sua imagem, propagandas, incentivos fiscais e ainda como redução de

custos, gerando receitas para a empresa. A economia verde, como se chama hoje em

dia, torna-se uma forma sustentável, mas sobre tudo rentável, e este factor é o que

atrai cada vez mais investidores preocupados com este assunto.


17

2. Os Polietilenos

Os plásticos são polímeros sintéticos de grande cadeia que possuem a capacidade

de serem moldáveis sobre certas condições de pressão e temperatura, de onde se origina

o seu nome.

Os termoplásticos podem ser amolecidos (quando fundidos) e endurecidos

(quando arrefecidos) inúmeras vezes, não obstante os problemas de deterioração das

suas propriedades químicas e físicas. Um exemplo bastante didáctico e usado é o do

gelo. O gelo quando aquecido torna-se água e esta quando arrefecida torna-se gelo, e

assim sucessivamente. (Ademar Roman, 1995).

Os termofixos são os plásticos que não permitem reprocessamento. Com os

termofixos há um exemplo, também, interessante: o do ovo; após o ovo ser cozido

(aquecido) ele não poderá ser amolecido. Os termofixos são aquecidos para se fundirem

e serem moldados permanentemente. Os termofixos são obtidos por policondensação

(Ademar Roman, 1995).

Pode-se citar como exemplo de termoplásticos, provavelmente o grupo mais

comumente encontrado no dia-a-dia, o polietileno (PEAD, PEBD), o Politereftalato de

etileno (PET), polipropileno (PP). Já no grupo dos termofixos têm-se as borrachas

vulcanizadas, resina epoxi, baquelite.

Entre os termoplásticos disponíveis como matéria-prima para o processo de

moldagem por sopro, tem-se que destacar o polietileno, não só por este ser a matéria-

prima da empresa na qual este trabalho foi desenvolvido, mas principalmente pelas suas

características que o tornam o termoplástico mais utilizado na produção de plásticos no

EUA e no mundo. A utilização anual de plásticos nos EUA está actualmente em 110 mil

milhões de libras, aproximadamente 50 milhões de toneladas, dos quais 65% é

corresponde ao polietileno, seguido pelo PET que representa 22% deste valor (Dominick

Rosato, 2004)


18

Figura 10 - Mercado Brasileiro dos Plásticos por Resina (Abiplast, 2011).

Como se pode notar Figura 10 os polietilenos dominam o mercado brasileiro de

plásticos representando 39% do total das resinas consumidas, seguido pelo polipropileno

(PP) com 25% (Perfil da Indústria Brasileira de Transformação de Material Plástico,

Abiplast, 2011).

Figura 11 - Mercado Europeu dos Plásticos por Resina (Plastics - the Facts 2011).

O mercado europeu por sua vez apresenta a mesma predominância do polietileno

como resina mais utilizada no processo de transformação destas em produtos acabados.

Na Figura 11 observa-se a liderança dos polietilenos com 29%, seguido pelo polipropileno

(PP) com 19% e em terceiro lugar o PVC com 12% (Plastics - the Facts, 2011).

39.0%

9.0% 25.0%

19.0%

8.0%

Mercado Brasileiro dos Plasticos por Tipo de Resina

Polietilenos

PET

PP

PVC

Outros

29.0%

6.0%

19.0% 12.0%

34.0%

Mercado Europeu dos Plasticos por Tipo de Resina

Polietilenos

PET

PP

PVC

Outros


19

A utilização do polietileno em largas proporções no mundo pode ser explicada

pelas suas propriedades mecânicas (resistência a flexão, tracção, compressão, etc), por

ser um polímero inerte que o torna resistente a agressões de agentes químicos e por ser

barato. Cada um destes pontos, propriedades mecânicas, química e preço será abordado

posteriormente, bem como a forma de produção do polietileno.

Quando se fala de polietilenos está-se a falar num conjunto que engloba várias

derivações deste polímero, que podem ser obtidas de acordo as condições em que se

processa a polimerização que dará origem a uma forma de polietileno mais ou menos

ramificada, mais ou menos densa e com maior ou menor peso molecular. Essas

variações, embora pouco influentes nas propriedades químicas terão uma influência

fundamental nas propriedades mecânicas do polietileno. Dependendo das condições

reaccionais e do sistema catalítico empregado na polimerização, cinco tipos diferentes

de polietileno podem ser produzidos (Coutinho, F. M. B. et al, 2003):

- Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE);

- Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE);

- Polietileno linear de baixa densidade (PELBD ou LLDPE);

- Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM ou UHMWPE);

- Polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD ou ULDPE).

Cada uma destas cinco classes apresentará características mecânicas específicas

que lhes conferirão maiores utilidades em alguns tipos de processos em detrimentos de

outros, conforme a necessidade de cada processo. Dos diferentes polietilenos pode-se

destacar o polietileno de alta densidade e o polietileno de baixa densidade como os dois

principais grupos.

2.1. Propriedades dos Polietilenos Vs. Outros Termoplásticos

A escolha de um termoplástico para ser processado e transformado num produto

acabado varia de acordo as suas características e a finalidade que o produto terá, por

isso, para realizar essa escolha, é preciso distinguir quais as características que são

importantes levar em consideração e estabelecer formas de medir e/ou qualificar estas

características comparando os resultados dos materiais disponíveis.


20

Entre as propriedades das resinas plásticas pode-se destacar neste trabalho a

resistência ao impacto, o índice de fluidez e a resistência química como de grande

importância para o produto final na indústria de embalagens.

Ensaios para medir as propriedades químicas e físicas mais relevantes das resinas

plásticas são realizados pelos fornecedores destas resinas e, por estes serem testes que

são padronizados por entidades competentes e realizados pelos fornecedores de grande

credibilidade no mercado nacional e internacional como a Dow, Braskem e a Samsung

Total. Pode-se então confiar nos laudos por estes emitidos e assim concentrar apenas no

ponto mais importante para a empresa, que é a garantia da qualidade de seu produto

final, as embalagens plásticas. Porém é importante conhecer outras propriedades que a

matéria-prima possui, entendê-las e compreender o significado dos resultados

apresentados nas fichas técnicas das matérias-primas disponibilizas pelos produtores, de

forma a seleccionar a resina plástica que se torne mais adequada ao produto que se

pretende produzir.

2.1.1. Resistência ao impacto

Foi constatado ao longo deste trabalho que grande parte das aplicações dos

plásticos o impacto rápido e intenso é frequente. No sector das embalagens plásticas a

estanquecidadedurante o transporte dessas embalagens é extremamente importante,

importância que aumenta conforme o grau de periculosidade do produto transportado.

Logo um impacto instantâneo que possa comprometer a estanquecidadeda embalagem

deve ser evitado, como por exemplo, uma queda ou uma batida. Por isso é importante

mensurar a resistência ao impacto de um material plástico e levá-la em consideração na

decisão em relação a qual material será utilizado de acordo a sua aplicação. O principal

parâmetro para quantificar a resistência ao impacto é a energia de impacto.

A resistência ao impacto depende das características físicas ou químicas do

material em estudo, temperatura de fusão, dimensões do corpo de prova, geometria do

material talhante, velocidade do impacto, entre outras que devem ser levadas em conta

e, por serem tantas, convém que sejam padronizadas para realizar os testes com

resultados significativos para diferentes materiais de prova (Callister, 1999). De modo a

estabelecer uma forma normalizada de realizar estes testes foram criados alguns

procedimentos padrões, teste de resistência ao impacto Izod, Charpy, entre outros. Nos

EUA a resistência ao impacto Izod é a forma mais utilizada e encontra-se descrita pela

ASTM (American Society for TestingandMaterials) na norma ASTM D256.


21

O teste de resistência ao impacto Izod é um teste simples que utiliza um

equipamento padronizado. Este equipamento consiste num pêndulo com uma espécie de

martelo na sua ponta com dimensões padronizadas, em que o conjunto pêndulo/martelo

gira livremente sobre um eixo. O corpo de prova é colocado na base do equipamento de

forma a impedir o deslocamento do pêndulo ao atingir a base. Ao libertar o pêndulo em

queda livre sabe-se a energia potencial que este possui, e após o choque é quantificada

a energia potencial absorvida pelo corpo e consequentemente a resistência ao impacto,

que corresponde à energia potencial do pêndulo capaz de romper o corpo de prova

(American Society for Testing and Materials, ASTM D256)

A espessura padrão do corpo de prova é 3,2 mm, podendo ser em alguns casos

12,3 mm. O resultado de teste Izod é quantificado em energia perdida por unidade de

espessura, como por exemplo, J/m. A resistência ao impacto de um plástico é função do

material plástico e dos aditivos, caso o plástico contenha algum (American Society for

Testing and Materials, ASTM D256).

Figura 12 - Resistência ao Impacto Izod para Diferentes Plásticos.

A Figura 12 representa os resultados para os testes de resistência ao impacto Izod

realizados com o polietileno de alto peso molecular, o policarbonato, o nylon 6,6 e o

politereftalato de etileno. Pode-se observar então que, entre os polímeros analisados, o

PC, PEAD e o PP apresentaram um desempenho superior que o nylon e o PET. Esta

800 800 800

112

36

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

PEAD PC PP Nylon 6,6 PET

Resi

tencia

(J.m

-1)

Plástico

Resitência ao Impacto Izod para Diferentes Plásticos


22

propriedade é medida pelos fornecedores da matéria-prima e o resultado é

disponibilizado no site dos fornecedores na ficha técnica do produto.

2.1.2. Índice de Fluidez

O índice de fluidez tem sido amplamente utilizado na indústria para caracterizar

propriedades de fluxo dos polímeros, devido à simplicidade e à agilidade da técnica

utilizada na sua determinação (Rocha C.G. et al, 1994). Este parâmetro foi adoptado

como referência para analisar o escoamento do polímero durante o processo de

produção de embalagens na empresa em estudo. Quanto maior o índice de fluidez mais

facilmente escoará a massa plastificada na extrusora, diminuindo assim o tempo de

produção e a força mecânica que a máquina terá de exercer sobre o termoplástico para

deslocá-lo horizontalmente.

Esta propriedade é medida pelos fornecedores da matéria-prima, conforme foi

constatado durante este trabalho, e o modo de mensurá-la está padronizado pela ASTM

na norma D1238 e o resultado é disponibilizado no site dos fornecedores na ficha técnica

do produto.

2.1.3. Resistência Química

A resistência química é um parâmetro relevante para o sector das embalagens

plásticas, principalmente no sector de transporte de químicos, em que as embalagens

transportam produtos extremamente agressivos, perigosos e nocivos caso vazem para o

ambiente de forma descontrolada. Por isso, é necessário que a embalagem não

apresente nenhuma interacção química com o produto que será transportado de forma a

manter a sua integridade e consequente segurança do transporte. Apesar da resistência

química das embalagens ser dependente de outros factores, além das propriedades da

matéria-prima, como por exemplo a geometria da embalagem, a resistência química da

matéria-prima torna-se um factor importante para a previsão de como o produto irá se

comportar perante a acção de argentes agressivos. Esta propriedade é medida pelos

fornecedores da matéria-prima, e o modo de mensurá-la está padronizado pela ASTM na

norma D1693 sendo o resultado disponibilizado no site dos fornecedores na ficha técnica

do produto.

O polietileno é um polímero apolar, e isso confere-lhe uma elevada resistência

química a agentes químicos agressivos. Os polietilenos (PEs) possuem alta estabilidade a

agentes químicos e outros meios, sendo resistentes a soluções aquosas de sais, ácidos


23

inorgânicos (excepto aos agentes oxidantes fortes, como os ácidos nítrico e sulfúrico

fumegante) e alcalis (Braskem, 2010).

Da mesma forma, o polipropileno apresenta uma boa resistência química a

agentes agressivos. As resinas de polipropileno (PP), assim como a maioria das

poliolefinas, são resistentes a muitos solventes e produtos químicos. São fortemente

atacadas pelos ácidos inorgânicos fortes, como o ácido nítrico fumegante a temperatura

ambiente e o ácido sulfúrico 98% a 60ºC (Braskem, 2010).

2.1.4. Preço

O objectivo de um processo é desenvolver produtos com qualidade e que gerem

receitas superiores aos gastos para a produção. Na indústria de transformação plástica

grande parte do custo de produção está centralizado no custo da matéria-prima, o

polímero.

Por serem derivados de petróleos o valor dos plásticos oscila facilmente de

acordo com o cenário político/económico mundial. Por conseguinte, hoje em dia

algumas empresas têm investido em tecnologia para obter estes materiais de outras

fontes que não o petróleo, dando preferência às fontes renováveis e naturais.

Figura 13 - Preço das Resinas Plásticas em Maio de 2012.

O valor do polietileno de alta densidade no mês de Maio de 2012 era de $1,62 por

Kg, enquanto o polipropileno custava $1,70 e o policarbonato 1,92$, tornando assim o

$1.60 $1.70

$1.92

$0.00

$0.50

$1.00

$1.50

$2.00

$2.50

PEAD PP PC

Pre

ço p

or

Kg

Plástico

Preço das Resinas Plásticas em Maio de 2012


24

polietileno mais atractivo em matéria de custos, como se pode observar na Figura 13.

Entre os termoplásticos analisados o polietileno reúne características importantes que

permite que seja utilizado para produzir embalagens plásticas. Em comparação com o

polipropileno e o policarbonato este destaca-se pelo preço, já em relação a outras

resinas os polietilenos destacam-se pela resistência química, resistência mecânica, entre

outras propriedades que aqui não foram destacadas. Sendo assim, não é por acaso que

os polietilenos são a família de polímeros mais utilizados na indústria de transformação

de plásticos actualmente, conforme já foi visto no início deste trabalho. A empresa em

que foi realizada o trabalho prático que fundamenta esta dissertação adoptou o

polietileno como matéria-prima para o processo de produção das suas embalagens.

2.2. Características Químicas e Físicas dos Polietilenos

Após pronunciar as atractividades dos polietilenos é preciso justificá-las do ponto

de vista químico e físico e diferenciar este grupo polimérico mencionando um pouco de

cada um dos seus principais representantes: o polietileno de alta e o polietileno de baixa

densidade.

Os polietilenos são polímeros produzidos a partir do monómero etileno e parte de

sua cadeira polimérica pode apresentar uma organização espacial, sendo esta a zona

cristalina e outra parte desordenada, a parte semicristalina.

Figura 14 – Esquematização da Estrutura Esferulita (Callister, 1999).


25

A estrutura molecular dos polietilenos é classificada como uma estrutura

esferulita, onde se encontram camadas organizadas cristalinas interligadas por camadas

amorfas desorganizadas, como se pode confirmar na Figura 14. Quanto maior o grau de

cristalização maiores serão as camadas cristalinas e consequentemente mais compacta

será a macromolécula, o que significa uma maior massa por unidade de volume, ou seja,

uma maior densidade. A variação de densidade é resultante da estrutura cristalina, a

qual afeta as propriedades mecânicas, térmicas e químicas (Genizia Islabão,2005).

Os polietilenos são considerados os hidrocarbonetos poliméricos mais simples

formados por unidades repetidas de [ ] . Os PE’s classificam-se em famílias de

polímeros, podendo ser: polietileno de baixa densidade linear (PEBDL) (0,900< d<0,915),

polietileno de baixa densidade (PEBD) (0,910<d<0,925), PELMD (0,926 < d<0,940),

polietileno de alta densidade (PEAD) (0,941<d<0,959) e PEUAPM ( d ≅ 0,930). Cada

tipo apresenta as suas características específicas, podendo apresentar diferenças

significativas em termos de arquitetura molecular, morfologia, flexibilidade,

transparência e resistência ao impacto, entre outras propriedades (Genizia Islabão,

2005).

Destas cinco classes pode-se destacar o polietileno de alta densidade e o

polietileno de baixa densidade como os dois grandes grupos de polietilenos.

Cada uma dessas classes é diferenciada principalmente pelas suas propriedades

mecânicas (maior ou menos dureza, maior ou menor resistência ao impacto), ou pelas

suas propriedades físicas (temperatura de plastificação, índice de fluidez). À medida que

o grau de cristalinidade de um polímero cresce, o módulo elástico, a resistência ao

escoamento e a dureza também aumentam (Sebastião V. Canevarolo, 2006). Essa

afirmação pode ser justificada ao observar a Figura 14 e analisar a estrutura

macromolecular do polietileno; quanto mais cristalino mais denso será o empacotamento

desta estrutura, logo maiores as forças intermolecular, e consequentemente maior a

energia necessária para romper este arranjo.

Tabela 2 - Propriedades para Diferentes Densidades de Polietileno.

Propriedade Tipo I Tipo II Tipo III

Densidade (g.cm3) 0,910 - 0,925 0,926 - 0,940 0,941 - 0,965

Resistência à Tração (MPa) 4,1 - 15,9 8,3 - 24,1 21,4 - 37,9

Modulo Flexão (GPa) 0,05 - 0,41 0,41 - 0,73 0,69 - 1,8


26

Na tabela Tabela 2 pode-se observar a variação da resistência à tracção e módulo

de flexão com o aumento da densidade, que confirma a melhoria de algumas

propriedades com o aumento do grau de cristalinidade do polímero.

Sendo o PEAD e o PEBD os polímeros da família dos polietilenos com maior

relevância no mercado das resinas plásticas, uma vez que estes foram exaustivamente

estudados e caracterizados pelo meio científico, a utilização de um destes dois materiais

como matéria-prima do processo torna-se menos preocupante pela abundância de

informações e elevada produção mundial.

Figura 15 - Diferença Entre a Estrutura Molecular do PEBD e do PEAD.

A diferença básica entre o polietileno de alta densidade e de baixa densidade

está na sua ramificação da cadeia principal, conforme pode-se observar na Figura 15.

Enquanto o primeiro apresenta uma ramificação moderada e uma elevada densidade o

segundo possui um elevado grau de ramificação da sua cadeia e uma densidade baixa.

Essas características terão uma influência directa nas propriedades mecânicas em cada

uma dessas classes de polietileno. A linearidade das cadeias, e consequentemente a

maior densidade, do PEAD fazem com que a orientação, o alinhamento e o

empacotamento das cadeias sejam mais eficientes; as forças intermoleculares (Van der

Waals) podem agir mais intensamente, e, como consequência, a cristalinidade é maior

que no caso do PEBD. Sendo maior a cristalinidade, a fusão poderá ocorrer em

temperatura mais alta (Coutinho, F. M. B. Et al, 2003).


27

Tabela 3 - Comparação das Propriedades do PEAD com o PEBD.

Propriedades PEBD PEAD

Densidade (g.cm-3) 0.915 a 0.935 0.941 a 0.967

Temperatura de Fusão (ºC) 102 a 112 130 a 133

Tensão de Ruptura (MPa) 6.9 a 17.2 18 a 30

Elongação Máxima Até a Ruptura (%) 100 a 700 100 a 1000

Módulo de Flexão (MPa) 415 a 795 689 a 1654

Na Tabela 3 pode-se comparar algumas propriedades importantes do PEAD e do

PEAB; observa-se uma melhoria de propriedades à medida que aumenta a densidade do

polímero e a densidade por sua vez é inversamente proporcional ao grau de ramificações

das cadeias polimericas.

A origem da diferença entre esses dois polímeros está nas condições em que se

processam as suas polimerizações. O polietileno de alta densidade é sintetizado em

condições de baixas temperaturas e pressões. Isto é, pode ser realizado pela utilização

de catalisadores estereoespecíficos, por exemplo, do tipo Ziegle-Natta, que direccionam

o monómero em formação e possibilitam um crescimento da cadeia do polímero, de

maneira ordenada (Whelan,1999). O PEBD por sua vez é produzido em condições mais

severas e difíceis de serem controladas. O processo de produção de PEBD utiliza pressões

entre 1000 e 3000 atmosferas e temperaturas entre 100 e 300 ºC. Temperaturas acima

de 300 ºC geralmente não são utilizadas, pois o polímero tende a degradar-se.

Vários iniciadores (peróxidos orgânicos) têm sido usados, porém o oxigénio é o

principal. A reacção é altamente exotérmica e assim uma das principais dificuldades do

processo é a remoção do excesso de calor do meio reaccional. Essa natureza altamente

exotérmica da reacção a altas pressões conduz a uma grande quantidade de

ramificações de cadeia, as quais têm uma importante relação com as propriedades do

polímero (Coutinho, F. M. B. Et al, 2003).

Dentre as classes de polietileno, aqueles que apresentam características que

atendam as necessidades para a produção de embalagens plásticas é o polietileno de

alta densidade, devido às suas propriedades que são superiores às propriedades do de

baixa densidade, o que o tornou a matéria-prima a ser utilizada na empresa em que se

desenvolveu o estudo.


28

2.3. Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

O PEAD é utilizado em diferentes segmentos da indústria de transformação de

plásticos, abrangendo os processamentos de moldagem por sopro, extrusão e moldagem

por injecção. Pelo processo de injecção, o PEAD é utilizado para a confecção de baldes e

bacias, bandejas para pintura, banheiras infantis, brinquedos, conta-gotas para bebidas,

jarros d’água, potes para alimentos, assentos sanitários, bandejas, tampas para garrafas

e potes, engradados, bóias para raias de piscina, caixas d’água, entre outros. Já pelo

processo de sopro destaca-se a utilização na confecção de embalagens, tanques e

tambores de 60 a 250 litros, onde são exigidas principalmente resistência à queda, ao

empilhamento e a produtos químicos, frascos e embalagens de 1 a 60 litros, onde são

embalados produtos que requeiram alta resistência ao fissuramento sob tensão

(Coutinho, F. M. B. Et al, 2003).

O PEAD, assim como os demais polietilenos, é um material termoplástico, pois

funde por aquecimento e solidifica por resfriamento num processo reversível. A sua

densidade é determinada pela presença e regularidade das ramificações, onde as

cadeias poliméricas podem ter de 50.000 a 100.000 átomos de carbono ligados (Lester H.

Gabriel)

Dentre o grupo dos PEAD tem-se uma gama de densidade e previsivelmente uma

gama de propriedades que leva a uma escolha criteriosa do produto a ser utilizado,

levando em conta um balanço de características que irão influenciar na

processabilidade, produtividade do processo e na qualidade final do produto. Muitas

destas propriedades são directamente proporcionais, mas os seus efeitos são inversos,

como por exemplo, o índice de fluidez, variável importante para a processabilidade, e a

densidade, variável importante para a qualidade do produto final; quanto maior a

densidade, menor será o índice de fluidez, porém o aumento da densidade trará um

benefício às propriedades mecânicas do produto, e o decréscimo do índice de fluidez

trará um prejuízo ao processo (Whelan,1999).


29

3. Descrição Técnica

3.1. Descrição do Processo de Moldagem por sopro e produção de

embalagens plásticas

O nome “Moldagem por Sopro” advém da manufacturação do vidro com o auxílio

de uma técnica bastante simples: aquecimento da sílica até à formação de uma massa

moldável. Posteriormente a massa é posta numa das extremidades de um grande cano

de ferro e com o auxílio da boca o moldador sopra a outra extremidade do cano, o ar

pressionará a massa quente de sílica e este adquire a forma oca.

O processo de sopro foi então importado para a indústria plástica, passando de

um processo exclusivo para a moldagem de vidros para um processo largamente utilizada

na formação de diversos produtos a partir de resinas plásticas. Há diversas razões para o

extenso emprego das resinas plásticas no processo de sopro entre as quais pode-se

destacar:

Redução de custo, devido ao baixo preço de algumas resinas, e do peso do

produto final, devido a leveza do plástico;

Possibilidade de reciclagem ou reaproveitamento ou ainda a reutilização

do produto;

Baixa temperatura de fusão das resinas em comparação com outros

materiais, como pro exemplo os metais, que possibilita uma redução do custo

processual;

Boas propriedades mecânicas do produto final.

Actualmente a forma mais prática e mais barata na indústria de transformação

plástica, para produzir peças ocas que apresentem boa qualidade e eficiência na sua

utilização, é a moldagem por sopro. Este processo consiste em 4 etapas:

1. Fusão do termoplástico;

2. Formação da mangueira de termoplástico fundido, conhecida neste

ramo como praison;

3. Introdução do praison no molde e sopro do praison;

4. Pré-resfriamento e ejecção da peça moldada.


30

3.1.1. Extrusora - Fusão do Termoplástico

O primeiro passo do processo consiste na fusão da matéria-prima numa zona da

máquina que, a depender do equipamento, pode consistir numa extrusora ou numa

injectora. No caso do processo em estudo tem-se uma extrusora na zona inicial. Estima-

se que cerca de 90% dos processos de moldagem por sopro utiliza a extrusora para

plastificação das resinas.

A extrusão consiste em forçar o movimento horizontal da matéria-prima plástica

através de um canhão de aquecimento com o auxílio de uma rosca em movimento

constante. Ao longo deste canhão irá se processar a transferência de calor entre o

termoplástico e as resistências de aquecimento, e o termoplástico então irá fundir-se

formando uma massa plástica.

Figura 16 - Representação Esquemática da Extrusora.

Para elucidar melhor este processo pode-se observar a Figura 16, em que se

encontra um funil de alimentação da extrusora por onde a matéria-prima do processo é

introduzida e posteriormente captada e empurrada pela rosca em rotação constante

através do canhão de aquecimento.


31

Figura 17 - Extrusora (Foto obtida na empresa).

Na Figura 17 pode-se observar a zona extrusora da máquina real onde foi

desenvolvido o estudo. Neste ponto é controlado um importante parâmetro para o

processo, a temperatura de aquecimento do material plástico, pois toda a energia

térmica fornecida ao termoplástico terá que ser retirada por resfriamento após a

moldagem da peça; quanto mais baixa for a temperatura de plastificação utilizada nesta

etapa mais rápido será o arrefecimento do produto final e naturalmente melhor será a

processabilidade. Esta temperatura irá depender diretamente da temperatura de

plastificação (Tm) do termoplástico semicristalino utilizado. A duração da etapa de

refrigeração normalmente é a mais longa de todo o ciclo podendo representar até 80%

do tempo total de produção de uma peça (Whelan, 1999).

3.1.2. Bocal – Formação do Parison

Antes da moldagem propriamente dita é necessário que a resina plastificada seja

convertida em algo moldável por sopro, e é então formada uma mangueira desta resina

numa zona do equipamento chamada de bocal.


32

Conforme se pode observar na Erro! Auto-referência de marcador inválida. o bocal é

constituído por uma peça cilíndrica mássica envolvida por um cilindro oco de maior

diâmetro. O termoplástico fundido será então comprimido à entrada do bocal e irá

passar pelo espaço existente entre a parede cilíndrica oca e a mássica formando uma

espécie de mangueira, o parison. Além disso, é no bocal que irá haver a transição da

direcção do processo, uma vez que até a saída da extrusora a massa deslocava-se

horizontalmente, porém é necessária uma mudança para o sentido vertical para que a

massa possa ser capturada pelo molde.

Aqui tem-se outra propriedade da resina que tem fundamental influência no

processo global, a viscosidade. O parison após ser formado é expelido verticalmente do

bocal para que o molde o aprisione no seu interior. Durante esta etapa é necessário que

o parison não se deforme frente às solicitações verticais exercidas pelo seu peso e, para

que isso seja possível, a resina fundida deve possuir uma grande viscosidade. Uma alta

viscosidade significa um alto peso molecular e um maior grau de cristalinidade o que

implica em melhores propriedades mecânicas do produto, porém uma maior viscosidade

implicará uma maior resistência ao deslocamento horizontal da massa fundida, logo

exigirá um maior esforço mecânico por parte da rosca na fase de extrusão (Whelan,

1999).

Resinas plásticas de alto peso molecular são ideais para as propriedades do

produto, todavia tornam-se um problema quanto entram no campo da processabilidade.

Deve haver um equilíbrio entre essas características, e para estabelecer esse equilíbrio é

levado em conta o índice de fluidez do termoplástico.

Figura 18 - Bocal HDL 50 (Foto obtida na empresa).


33

3.1.3. Molde – Captura do Parison e Sopro

O molde é a peça do equipamento responsável por conferir a forma do produto

final, o design do produto terá influência no comportamento mecânico deste. Também é

no molde onde acontece o pré-resfriamento da peça, fase que consome quase 80% do

tempo de produção. Pode ser considerada então a etapa crítica do processo, em termos

de produtibilidade, onde estão englobados factores fundamentais para a produtibilidade

da empresa e qualidade do produto.

Figura 19 - Captura do Parison e Sopro (Rosato, 1988).

Após expelido o parison do bocal, o molde irá capturá-lo fechando as suas pontas

e englobando-o no seu interior. Depois de capturado pode ter dois diferentes destinos:

no primeiro ele é levado para o local onde será soprado através do pino de sopro na

parte superior do molde, no segundo será introduzido o pino de sopro na parte inferior

do molde, onde o parison é soprado sem o movimento do molde.

O fecho do parison pelo molde deverá ser feito de forma a soldar a extremidade

da mangueira que irá formar o fundo da peça soprada, garantido que esta extremidade

ficará selada após a moldagem. Para que isso seja possível o molde deverá exercer uma

força entre 0,6 a 6 toneladas por metro sobre a massa plastificada. A Figura 19

esquematiza o processo de captura e sopro do parison no molde, no caso em que o sopro

se dá na parte superior em local diferente do que o parison é expelido.


34

3.1.4. Molde – Pré-Resfriamento

O parison quando aprisionado pelo molde estará a uma temperatura elevada na

gama de temperatura de plastificação do polímero, o que pode chegar aos 200 ºC. No

momento do sopro a temperatura é reduzida devido à troca térmica por convexão entre

o ar soprado e a superfície interna da embalagem plástica. Porém esta troca não é

suficiente para resfriar o produto a uma temperatura que permita a ejecção do molde,

logo é preciso que o produto seja resfriado de outra forma para que este possa sair sem

sofrer contracções ou alterações estruturais. Este resfriamento é feito pelo molde.

O molde, desta forma pode ser considerado como um permutador de calor, uma

vez que este terá no seu interior uma rede de tubulação por onde circulará água gelada

de modo a arrefecer o produto após soprado.

Por fim, o produto é ejectado do molde com uma temperatura à volta de 60 ºC, o

que possibilita manter a estrutura moldada e liberar o molde para iniciar mais um ciclo.

O produto formado é levado então para o pós-resfriamento para que este atinja uma

temperatura ambiente e então são feitos os primeiros testes, os testes em linha de

produção.

Figura 20 - Visão Global da Zona de Moldagem e Bocal da Extrusora (Foto obtida na empresa).

Para que melhor sejam visualizadas as peças descritas, a Figura 20 apresenta

uma foto real do molde e bocal de uma das máquinas em que foi realizado o estudo: à

esquerda uma imagem da parte frontal da sopradora e a direita uma imagem da zona de

moldagem e bocal. Como se pode observar na Figura 20, o molde possui uma série de


35

tubulações, que são as entradas e saídas de água gelada que irão promover a

transferência de calor durante o processo de pré-arrefecimento da embalagem moldada.

3.1.5. Tempo de ciclo

O tempo de ciclo no processo é uma das mais importantes variáveis para a

processabilidade. O tempo de ciclo é o tempo que a máquina leva para produzir uma

embalagem e engloba do tempo gasto em todas as etapas do processo.

A etapa de extrusão é uma etapa que ao ligar a máquina é intermitente, mas que

após um curto período de tempo atinge o estado contínuo. A contribuição desta etapa

tem um relativo peso no tempo de ciclo, cerda de 10% do tempo total.

A etapa fundamental para o tempo de ciclo é a etapa de moldagem e pré-

refrigeração, onde serão gastos 80% do tempo total de produção do artigo e aqui voltam-

se os focos daqueles que procuram optimizar o processo.

Para ilustrar o tempo de ciclo, para a produção de uma embalagem de 50 L ronda

os 80 s, enquanto para uma embalagem de 5 L está a volta dos 30 s.

3.2. Teste de Qualidade

Os testes de qualidade são um dos pontos fundamentais para a imagem e

integridade da empresa e é necessário estabelecer critérios de qualidade que forneçam

a segurança de que os produtos produzidos, ao decorrer de um ciclo de produção,

atendemàs necessidades para os quais foram projetados sem prejuízo das suas funções.

Tem-se neste ponto três tipos de teste de qualidade, aqueles efetuados de forma

simples e rápida, onde se pretende verificar propriedades básicas do produto e estão

posicionados na linha de produção e, devido às suas características simplórias,

possibilitam que todas as embalagens produzidas sejam submetidas a estes e que estes

possam ser realizados por pessoas sem conhecimentos técnicos sobre o assunto. Neste

trabalho este tipo de teste denomina-se Teste em Produção. Já o segundo tipo de teste

tenta verificar se os lotes de embalagens produzidas estão de acordo com as normais

estabelecidas; para isso um número de amostras, pré-estabelecido de forma a ter-se

uma amostragem significativa, é retirado do lote produzido e levado ao laboratório de

análise. No laboratório as amostras passarão por testes projectados para atender os

prerequisitos da entidade reguladora da qualidade das embalagens. Por último, os testes


36

que tentam verificar os limites dos produtos produzidos de forma a aperfeiçoar a

produção, Teste em Condições Extremas. Esses dois últimos testes enquadram-se num

grupo maior que aqui se classifica em Testes de Desempenho. Uma das etapas deste

trabalho foi o projecto e construção do laboratório para os testes e desenvolvimento dos

produtos, laboratório que não esxistia no início deste trabalho e aqui foi construído.

3.2.1. Teste em Linha de Produção

Depois de produzida a embalagem são realizados testes simples para verificar

rapidamente a qualidade da embalagem; o primeiro teste é a pesagem, onde o peso da

embalagem é verificado de forma a ver se esta está excessivamente leve ou pesada o

que pode indicar uma falha na produção da embalagem.

Estabeleceu-se uma faixa de pesos aceitáveis para cada tipo de embalagens,

faixa esta primeiramente baseada na literatura e que posteriormente será adaptada de

acordo com os resultados dos testes de qualidade em laboratório. Para realizar este

teste em produção, foi adquirida uma balança com o sistema falta\sobra, onde podem

ser introduzidas faixas de peso e a balança, ao pesar o produto, o vai enquadrar na faixa

pré-estabelecida. Além disso uma adaptação foi feita no equipamento para que esse

possuísse um semáforo luminoso e um alerta sonoro caso as embalagens estivessem na

gama estabelecida como “vermelha”. Estas instrumentações foram pensadas para

facilitar o trabalho do operador, na identificação dos produtos conformes e não

conformes.

Figura 21 - Níveis de Pesagem.


37

Pode-se observar na Figura 21 um exemplo desta faixa de pesagem, onde consta

a zona de aceitação e a zona de reprovação.

Se aprovada no teste de pesagem, fato que se espera que aconteça em

aproximadamente 99,9% das embalagens produzidas no dia, esta será encaminhada para

o teste seguinte, o teste de estanqueidade.

O teste de estanquecidadeé feito por intermédio de um equipamento que

introduz uma pressão de ar constante na embalagem, e o mesmo equipamento verifica

se durante um período de alguns segundos submetida a pressão houve alguma alteração

na embalagem, o que indicará a existência de furos no produto. Caso seja reprovada, a

embalagem também segue para o reprocessamento, se aprovada, será destinada ao lote

de produtos acabados.

3.2.2. Teste de Desempenho para Embalagens Plásticas

Entre os objectivos deste trabalho destaca-se o desenvolvimento de testes de

desempenho para avaliar a qualidade das embalagens plásticas produzidas pela empresa.

Para realizar este teste foi primeiramente necessária a construção de um laboratório

destinado exclusivamente para esse fim. O processo de construção do laboratório, bem

como o seu projecto encontra-se aqui descrito no Anexo I.

Todos foram projectados e planeados de forma a acatar a resolução da Agência

Nacional de Transportes Terrestres, ANTT, publicada no ano de 2004 e resolução

publicada no Diário Oficial da União, Brasil, em 24 de Abril de 2006 entre as páginas 50 e

65.

O grau de rigor do teste está de acordo com o nível de risco oferecido pelos

produtos que estas irão transportar, sendo divididas em três grupos:

1. Grupo de Embalagens I – Grupo cujos produtos transportados

oferecem alto risco;

2. Grupo de Embalagens II – Grupo cujos produtos transportados

oferecem um risco mediano;

3. Grupo de Embalagens III – Grupo cujos produtos transportados

oferecem baixo risco.

O grau de risco de cada produto transportado encontra-se definido numa matriz

de precedência de características de riscos emitida no DOU e que encontra-se em anexo.


38

Os testes a serem realizados nas embalagens visam verificar as principais

características das embalagens produzidas, concluindo se estas poderão cumprir a

função à qual estão propostas ou não. Para isso serão realizados 5 testes básicos em

amostras significativas de todos os lotes produzidos na empresa:

1. Teste de Estanqueidade;

2. Teste de Pressão Interna;

3. Teste de Queda;

4. Teste de Empilhamento;

5. Teste de Resistência Química.

A. Preparação Para os Testes

Os testes devem-se desenvolver com as embalagens em condições idênticas

àquelas previstas para o transporte. As embalagens deverão ser enchidas com 98% da sua

capacidade máxima no caso dos líquidos, e 95% para os sólidos (Diário Oficial da União,

Brasil, 2006) para todos os testes, com excepção do teste de estanquecidadeem que as

embalagens deverão estar vazias.

No caso em que as embalagens são preenchidas com líquidos a norma diz que

estes terão que ter densidade semelhante à densidade dos líquidos que a embalagem se

destina a transportar, ou então deverá ser utilizado o devido factor de correcção

fornecido pela norma. Todos os testes a serem realizados no laboratório utilizarão água

devido ao baixo custo de utilização, comparada com outros líquidos, e por esta não

oferecer riscos ao ambiente. Desta forma serão utilizados os factores de correcção

fornecidos pela norma seguida.

Com excepção dos testes de estanquecidadee pressão interna, os demais deverão

ser conduzidos com as embalagens como se estivessem prontas para transporte, para

isso após enchidas as embalagens deverão ser fechadas com as suas respectivas tampas e

postas as suas alças, caso necessário. No caso dos testes de estanquecidadee pressão

interna as embalagens deverão ser seladas de alguma forma antes de iniciar o teste.

B. Teste de Queda

Este teste consiste em elevar as embalagens a uma determinada altura e lança-

las em queda livre e tem como objectivo verificar a capacidade da embalagem resistir a

impactos instantâneos sem sofrer nenhum dano que comprometa a segurança do

transporte destas e do seu conteúdo.


39

Serão realizadas dois tipos de queda, uma em que as embalagens serão lançadas

numa posição que permita o choque diagonalmente da sua borda contra o solo e outra

queda em que as embalagens serão lançadas para que uma das suas partes mais frágeis

(fecho, tampa, fundo) entre em choque com a superfície. As quedas dar-se-ão contra

uma superfície lisa, rígida e perfeitamente horizontal, e as amostras a serem testadas

terão as temperaturas reduzidas a -18 ºC num frigorífico adquirido para esse fim, com o

objectivo de fragilizar a estrutura plástica, para que esta seja testada nas suas piores

condições. Para manter o conteúdo em estado líquido será adicionado etilenoglicol.

Para realizar o teste é necessário a recolha de uma quantidade de amostras

significativa do lote, quantidade essa que está estabelecida pelas normas vigentes e é

igual a seis embalagens, destinando 3 para cada tipo de queda.

A altura da queda será função do grupo de embalagem (classificada de acordo ao

risco que oferece os produtos que são transportados) a ser testada, na Tabela 4

encontra-se a altura de queda para cada grupo de embalagem.

Tabela 4 - Altura Estabelecida para Teste de Queda.

Condição Altura para Grupo de

Embalagem I (m) Altura para Grupo de

Embalagem II (m) Altura para Grupo de

Embalagem II (m)

A 1,8 1,2 0,8

B 1,8 1,2 0,8

C d x 1,5 d x 1,0 d x 0,67

As condições A, B e C representam o factor de correcção a ser utilizado no teste.

CONDIÇÃO A: para sólidos ou líquidos, caso o teste tenha sido executado para o

transporte de sólidos ou líquidos ou outra substância que tenha as mesmas

características físicas (Diário Oficial da União, Brasil, 2006).

CONDIÇÃO B: para líquidos, caso o teste tenha sido executado com água, e a

substância a ser transportada apresente uma densidade relativa até 1,2 (Diário Oficial da

União, Brasil, 2006).

CONDIÇÃO C: para líquidos, caso o teste tenha sido executado com água, e a

substância a ser transportada apresente uma densidade relativa (d) maior que 1,2; o

primeiro decimal deve ser arredondado para cima (Diário Oficial da União, Brasil, 2006).


40

Foi então realizado o teste de queda no primeiro lote de embalagens produzidas

com o auxílio do equipamento de queda desenvolvido neste trabalho, utilizando a água

como líquido de simulação e seguindo a Tabela 4 - Altura Estabelecida para Teste de Queda. a altura

de queda foi de 1,8m obtendo os seguintes resultados:

Serão aprovadas neste teste todas as embalagens que se mantenham estanques

após a queda, quando o equilíbrio entre a pressão externa e interna na embalagem seja

estabelecido, bem como as que não apresentem danos estruturais que comprometam o

transporte. Será desconsiderado qualquer vazamento pequeno que ocorra no momento

da queda, desde que este vazamento não persista.

Todas as três embalagens testadas nos dois diferentes tipos de quedas não

apresentaram nenhum tipo de dano estrutural que lhes reprovassem neste teste, apenas

pequenas morças mal notadas, sendo assim o lote foi aprovado neste critério.

C. Teste de Estanquecidade

Este ensaio tem como objectivo verificar a existência de furos nas embalagens

produzidas.

O teste consiste em mergulhar as embalagens vazias num tanque com água,

construído no decorrer deste trabalho para este fim, e submetê-las a uma pressão

constante de ar comprimido. Será então observado o surgimento de bolhas de ar ou não

e, caso estas apareçam, indicarão a existência de furos na embalagem e o lote deverá

ser reatestado. O número de amostras a serem testadas por modelo será de 3 (três).

A amostra deve ser mantida sob a água durante 5 minutos, enquanto a pressão

interna de ar aplicada é de 30 kPa (0,3 bar) para o grupo de embalagem I, e de 20 kPa

(0,2 bar) para os grupos II ou III (Diário Oficial da União, Brasil, 2006).

Foi então realizado o ensaio de estanquecidade com as amostras retiradas do

primeiro lote de embalagens produzidas, obtendo os seguintes resultados:

Serão aprovadas todas as embalagens que não apresentem indícios de existência

de furos.

As três embalagens testadas não apresentaram furos em sua estrutura, sendo

assim o lote foi aprovado neste critério.


41

D. Teste da Pressão Interna (Hidráulica)

Este teste destina-se apenas a embalagens que irão transportar líquidos, caso que

num momento inicial se enquadra a todas as embalagens da empresa. Este teste tem

como objectivo verificar se são capazes de manter o conteúdo no seu interior sem

apresentarem vazamento, mesmo sobre tensões de flexões provocadas pela pressão

interna exercida pelo conteúdo que a embalagem transporta. Serão destinadas três

amostras para esse teste.

O teste consiste em submeter as embalagens, previamente enchidas, a uma

pressão interna e constante, com o auxílio da estrutura construída neste trabalho, Figura

XX, durante um período de 30 minutos. A pressão é determinada por um dos seguintes

métodos (Diário Oficial da União, Brasil, 2006):

a)

b)

c)

d) Pressão manometria de trabalho maior ou igual a 180 kPa para as

embalagens plásticas. Neste caso o tempo despendido na aplicação da pressão hidráulica

é função do material construtivo da embalagem e igual a 30 minutos.

Foi então realizado o ensaio de pressão hidráulica com as amostras retiradas do

primeiro lote de embalagens produzidas. Por se tratarem de embalagens plásticas, a

condição utilizada para o teste foi o método d) descrito anteriormente, pressão 180 KPa

e tempo de aplicação igual a 30 minutos.

Serão aprovadas as embalagens mediante a inobservância de vazamentos.

Tabela 5 - Resultado do Teste de Pressão Hidráulica

Embalagem Pressão de Rompimento (KPa) Resultado

1 150 Reprovada

2 152 Reprovada

3 150 Reprovada

Como se pode observar na Tabela 5 todas as embalagens testadas neste ponto

foram reprovadas, uma vez que elas romperam a uma pressão inferior a estabelecida


42

pela norma, 180 KPa. O local de rompimento das embalagens foi sempre o mesmo, parte

lateral na solda feita pelo molde, o que sugere a origem deste problema.

E. Teste de Empilhamento

O ensaio de empilhamento visa verificar a capacidade das embalagens de não

apresentarem deformações que levem a prejuízos no seu transporte nem vazamentos ou

distorções que reduzam a sua rigidez estrutural ou possam causar instabilidade ao

empilhamento das embalagens.

Aplica-se a carga equivalente ao peso total das embalagens idênticas que possam

ser empilhadas sobre ela durante o transporte por um período de 24 horas; a altura

mínima da pilha, incluindo a amostra, é de três metros. Esta carga pode ser calculada

pela equação 1 no caso de três corpos de prova:

(

)

O resultado da expressão entre parênteses deve ser aproximado para a dezena

superior mais próxima.

Foi então realizado o ensaio de empilhamento na estrutura desenvolvida para

este fim durante este trabalho, com as amostras de embalagens de 50 L com altura (H)

de 0,60m retiradas do primeiro lote produzido, para um peso total da embalagem cheia

com água de 52,5 Kg (W), uma altura de empilhamento (E) de 3 m e foi obtida uma

carga total de 630 Kg segundo a Equação 4, todas as embalagens testadas para esta

carga foram aprovadas, ou seja, não apresentaram nenhum dano que comprometessem a

estrutura do empilhamento ou deixasse vazar o seu conteúdo.

F. Teste de Resistência Química

Todos os produtos da empresa destinam-se a armazenagem produtos químicos,

que muitas vezes possuem agentes tensioactivos fortes, sendo necessário testar então a

capacidade das embalagens manterem esses produtos no seu interior sem causar danos

que levem a prejuízo no transporte e a segurança. Para isso as embalagens serão cheias

60% de um argente tensioactivo e completadas com água até 98% de seu volume. No

caso deste teste o argente será o Igepal (Octilfenoxi-polietoxietanol), químico bastante

agressivo.


43

Será então avaliada a estrutura da embalagem após um período de 72 horas

armazenada sobre a acção do agente tensioactivo e, caso esta não apresente nenhuma

deformação, vazamento ou dano estrutural o produto será aprovado no teste.

A embalagem foi enchida com a mistura de Octilfenoxi-polietoxietanol e água

seguindo as condições do teste e deixada durante o fim-de-semana para completar as 72

horas de acção do conteúdo sobre a embalagem, ao fim deste tempo as embalagens

testadas não apresentaram nenhum dano estrutural ou qualquer tipo de vazamento,

sendo assim aprovadas neste teste.

3.2.3. Testes em Condições Extremas

A terceira e última modalidade de testes desenvolvidos na empresa é a de

ensaios a condições extremas. Estes ensaios foram desenvolvidos e adoptados pela

empresa durante este trabalho e visam levar as embalagens a condições extremas até à

sua inutilização de forma a obter dados que possibilitem a optimização do processo.

Neste ponto os testes realizados são os mesmos realizados no controle de

qualidade em laboratório, com excepção do teste de empilhamento. Porém a altura de

queda, no caso do teste de queda, a pressão de ar comprimido, nos casos dos testes de

estanquecidadee a concentração de agente tensioactivo serão agravadas até que as

embalagens não resistam e entrem em ruptura. Obtêm-se assim dados relativos ao valor

máximo suportado, o que indica se os produtos estão sobre dimensionados ou não,

possibilitando ajuste e um maior aprimoramento do processo de produção.

A. Teste de Queda em Condições Extremas

O modo de realização deste teste é o mesmo acima descrito no teste de queda,

porém aqui será aumentada a altura de cada em 50 cm ao fim de cada queda, de forma

a verificar a altura de queda máxima que o produto resistirá.

Foi assim realizado o teste nestas condições retirando 3 amostras para cada

queda realizada numa altura diferente, aumentando sucessivamente a altura, com uma

altura inicial de 1,80 m e chegando a uma altura máxima permitida pela estrutura

desenvolvida de 3,30 m. O mesmo teste foi realizado para embalagens de 2,25 Kg, o que

significa embalagens 10% mais leves que as normalmente encontradas no mercado.

Foram obtidos os seguintes representados nas Tabela 6 e Tabela 7.


44

Tabela 6 - Resultados dos testes realizados nas embalagens de 2,5 Kg

Embalagens com 2,5Kg

Altura de Queda (m) Resultado

1,8 Aprovada

2,3 Aprovada

2,8 Aprovada

3,3 Reprovada

Tabela 7 - Resultados dos testes realizados nas embalagens de 2,25 Kg

Embalagens com 2,25Kg

Altura de Queda (m) Resultado

1,8 Aprovada

2,3 Aprovada

2,8 Reprovada

3,3 Reprovada

Nas embalagens de 2,5 Kg deformações visíveis e mais drásticas só ocorreram em

quedas com alturas superiores a 2,8 m, podemos observar na Figura 22 uma embalagem

após sofrer uma queda de uma altura igual a 2,8 m.

Figura 22 - Embalagem após teste de queda a uma altura de 2,8 m.

B. Teste de Estanquecidadeem Condições Extremas

O modo de realização deste teste é o mesmo acima descrito no teste de

estanqueidade, porém aqui será aumentada a pressão em 5 KPa ao fim de cada 30


45

minutos até que a embalagem entre em ruptura, de forma a verificar a pressão máxima

que o produto resistirá. Neste ponto não foi possível realizar este devido a problemas

ocorridos nos compressores.

C. Teste de Resistência Química Extremas

O modo de realização deste teste é o mesmo acima descrito no teste de

resistência química, porém sabendo que, quanto menor a concentração do agente

tensioactivo maior será o seu grau de agressividade, neste teste serão retiradas 2

amostras de embalagens as quais serão enchidas com água até 98% do seu volume e

adicionado 5% e 10% de Octilfenoxi-polietoxietanol no seu interior. Posteriormente as

amostras serão armazenadas até que estas entrem em decomposição, e será então

verificado o tempo máximo que o produto resistirá sobre a acção de um meio

extremamente agressivo.

Por este se tratar de um teste mais longo não foi possível realizá-lo durante este

trabalho.


46

4. Conclusões

O estudo e a descrição das propriedades dos termoplásticos e da matéria-prima

utilizada na empresa, do processo de moldagem por sopro e a caracterização do cenário

económico brasileiro e mundial enriqueceram os arquivos da empresa, permitindo-lhe

ter um documento com uma descrição compacta do processo facilitando o treino dos

funcionários. Além disso, enriqueceu todos os envolvidos nesta tese com conhecimentos

novos e de grande importância na indústria de transformação plástica.

Os testes de desempenhos desenvolvidos neste trabalho permitiram à empresa

uma política de gestão de qualidade de seus produtos mais refinada, conferindo mais

segurança ao cliente e reduzindo problemas relativos a lotes com defeitos de fabrico,

este primeiro objectivo foi alcançado com sucesso. Além disso, os testes em condições

extremas possibilitarão o desenvolvimento de produtos de forma optimizada, o que

culminará numa redução de gastos em matéria-prima e custos de processo.

Os resultados obtidos durante a avaliação do primeiro lote de embalagens foram

satisfatórios, visto que os testes funcionaram conforme os requerimentos da norma e as

embalagens foram aprovadas em quase todos, porém ao analisarmos os dados obtidos no

teste de pressão hidráulica verifica-se que todas as três embalagem testadas se

romperam a uma pressão em média de 150KPa, onde elas deveriam resistir a uma

pressão de no mínimo 180 KPa, isso significa que as embalagens estavam fragilizadas no

ponto em que romperam, parte lateral da embalagem na solda feita pelo molde, o ponto

de solda é um ponto critico da embalagem e falhas neste ponto podem-se originar ou por

uma má selagem do molde ou por uma má distribuição de massa neste ponto, logo

torna-se necessário verificar se existe no molde algum problema durante o

aprisionamento das juntas da embalagem ou se existe algum problema na distribuição de

massa, não houve tempo suficiente para realizar este estudo, ficando aqui a sugestão

para que este seja realizado num próximo trabalho. Uma dificuldade surgiu neste ponto,

por se tratar de uma empresa a iniciar sua produção, surgiram diversos problemas de

instalação e equipamentos que atrasaram a produção e consequentemente poucos

produtos puderam ser testados e melhorados, porém foram suficientes para verificar a

funcionalidade do laboratório construído.

Devido à falta de tempo não foi possível chegar a uma conclusão concreta em

relação à influência da massa nas propriedades das embalagens produzidas, porém os


47

resultados dos testes de queda em condições extremas, onde embalagens de 50 L com

2,5 Kg e 2,25 Kg foram testadas e ambas aprovadas no critério de queda a 1,8 m, porém

as primeiras resistiram a uma altura de queda 0,5 m superior às mais leves, o que leva a

concluir que existe a possibilidade de serem produzidas embalagens com peso abaixo do

comummente praticado no mercado, mas que atendam os pré-requisitos de qualidade

especificados nas normas.

4.1. Objectivos Realizados

Dos objectivos proposto para este trabalho foram realizados com sucesso os seguintes:

Caracterizar a situação actual do mercado de plásticos no Brasil e no mundo;

Descrever a matéria-prima utilizada na empresa e as suas propriedades;

Desenvolver testes de qualidade para embalagens plásticas produzidas pela

moldagem em sopro, assegurando a sua qualidade segundo as normas estabelecidas,

levando em conta o maior número possível de variáveis que influenciem nas

propriedades da embalagem, transpondo a barreira do peso;

4.2. Outros Trabalhos Realizados

Durante o período em que esta tese foi desenvolvida houve a possibilidade de

realizar o acompanhamento do arranque de algumas máquinas como: compressores,

torre de resfriamento, moinhos, geladeira industrial.

Foi também realizado um estudo sobre sistema de refrigeração da área de

produção de forma a manter a temperatura do processo constante e consequentemente

evitar a variação das características do produto final.

4.3. Limitações e Trabalho Futuro

Os trabalhos realizados foram limitados pelo tempo e pelos problemas de atraso

na produção, além disso os testes realizados foram pensados de forma a seguirem e

garantirem a qualidade do produto segundo as normas vigentes, sem se focar no

desenvolvimentos de outros testes que possibilitem ser obtidos resultados que possam

ser significativos para a empresa.

Durante os testes verificou-se que o teste de empilhamento e o teste de

resistência química são ensaios de longa duração o que leva a inutilização de uma

determinada área do laboratório durante o teste, este fato tornou-se um problema por


48

estes ensaios serem realizados na mesma área dos testes de queda, impossibilitando a

realização do mesmo.

Para trabalho futuro sugere-se um estudo das variáveis que seriam importantes

quantificar e como obtê-las, seguindo do desenvolvimento de novos testes que

possibilitem uma análise mais aprofundada das propriedades do produto final. Além

disso sugere-se que os testes já implementados sejam estudados e melhorados.

É importante também que futuramente seja estudada a relação da massa da

embalagem com suas características e analisar até que ponto a massa pode ser reduzida

mantendo a embalagem dentro das especificações das normas.


49

5. Referências

Abiplast. Relatório Anual. Perfil da Industria Brasileira de Transformação de

Plásticos. 2011.

American Society for Testing and Materials (ASTM). ASTM D256 - 10 Standard Test

Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics.

Braskem. Literatura Técnica: Resistência Química do Polipropileno. 2010

Braskem. Literatura Técnica: Resistência Química do Polietileno. 2010

Braskem. Folha de dados Polietileno de Alta Densidade HS5608. 2011.

Brasil, 24 de Abril de 2006. Diário Oficial da União, secção 1. Página 50

Brasil, 12 de Fevereiro de 2004. Agência Nacional de Transportes Terrestres.

Resolução nº 420.

Callister, William D. Materials Science and Engineering: An Introduction. 5nd,

1999.

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e Engenheiros. Ed 2, 2006.

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Principais Tipos, Propriedades e Aplicações, 2003.

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Alto Peso Molecular (PEUAPM). Dissertação de Pós-Graduação, Universidade

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Dow. Folha de dados HPDE 40055L. 2011.

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conforme resolução ANTT 420. Trabalho de conclusão de curso, Faculdade de

Tecnologia da Zona Leste, São Paulo, Brasil, 2010.


50

Islabão, G. Blendas de polietileno de ultra alto peso molar (PEUAPM) com

polietileno linear de média densidade (PELMD) para rotomoldagem. Tese de

Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2005.

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Munaro, M. Desenvolvimento de blendas de polietileno com desempenho

aperfeiçoado para utilização no sector eléctrico. Tese de Doutoramento,

Universidade Federal do Paraná, 2007.

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Piva, A. M., wiebeck, H. Reciclagem do plástico. São Paulo. 2004.

Rocha, Marisa C.G. et al. Índice de Fluidez: Uma Variável de Controlo de

Processos de Degradação Controlada de Polipropileno por Extrusão Reactiva,

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51

Anexo 1 Projecto e Construção do Laboratório

Para a realização dos testes de qualidade descritos aqui neste trabalho foi

necessária a construção de um laboratório e de equipamentos que possibilitassem a

realização dos testes. Para isso numa etapa inicial foram estudadas todas as normas que

definissem a forma de realizar os testes e de seguida foi projectado o laboratório com

tudo que seria necessário para atender esta norma. Foram então listados os itens

indispensáveis ao laboratório que seria construído:

1. Área fechada para a realização do teste de queda e que possibilitasse o

escoamento de líquidos;

2. Tanque para imersão das embalagens de forma a realizar o teste de

estanqueidade;

3. Mesa adaptada para realizar teste de pressão hidráulica;

4. Linha de água;

5. Linha de ar comprimido;

6. Pontos de energia e iluminação;

7. Estrutura para levantamento e queda das embalagens;

8. Mesa de trabalho.

Posto isso, prosseguiu para o próximo passo que foi realizar o projecto em

computador com o auxílio do AutoCAD. Antes de iniciar o projecto nesta ferramenta

computacional, foi necessário adquirir conhecimentos que possibilitassem o domínio

sobre esta ferramenta, adquiridos esses conhecimentos foi então elaborada a planta do

laboratório a ser construído, Figura 23.

Figura 23 - Planta do Laboratório em AutoCAD.


52

A partir da planta podem-se elaborar os equipamentos onde serão

desenvolvidos os testes, foram elaboradas 4 áreas distintas no laboratório, cada uma

destinada a testes distintos.

1- Área molhada e sistema de movimentação de embalagens

A área molhada foi projectada com o objectivo de criar um espaço destinado a

realizar os testes de quedas, onde em caso de rompimento das embalagens não

ocorresse problemas de molhar a área restante do laboratório e ainda servisse de

barreira para que ninguém se entrasse na zona de queda durante os testes. Foi então

destinada uma área de 2m2 para esse fim, onde foi construída uma estrutura em vidro

temperado de 1,9m de altura, onde ao centro desta área as embalagens serão lançadas

em queda livre.

O passo seguinte para elaborar a estrutura do teste de queda foi pensar numa

forma de elevar o produto cheio de água, cujo peso pode chegar a mais de 50kg, a

alturas que podem rondar os 3m. Pensou-se então em criar um trilho fixado no teto do

laboratório, que com o auxílio de uma talha eléctrica irá levantar as embalagens até a

altura desejada, porém outra questão surgiu, “como fazer as embalagens caírem em

queda livre a partir desta altura?”. Foi então elaborado um dispositivo a partir de um

electroíman, os mesmos utilizados nas portas electrónicas dos bancos, que seria

desarmado através de um controlo quando a embalagem estivesse na posição de queda.

Outro requisito para este teste é que as embalagens e seu conteúdo estejam a uma

temperatura de -18ºC para isso foi adquirido um frigorífico e posto ao lado da área de

queda, por isso a talha foi projectada com um trilho e não fixa para que esta possa

buscar as embalagens armazenadas para refrigeração e posicioná-las no alvo de queda.

Figura 24 - Área molhada para teste de queda.


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2- Tanque para teste de pressão estanquecidade

Para o teste de estanquecidadefoi necessário construir um tanque no qual fosse

possível submergir as embalagens, conforme requisitos deste teste que aqui foram

descritos anteriormente, era ainda preciso que este tanque fosse claro e possibilitasse a

visibilidade clara de forma que a pessoa que realizar o teste possa identificar a

existência de furos nas embalagens. Foi pensado numa estrutura em granito com a parte

frontal em vidro, para dar visibilidade pela parte frontal e superior, desta forma foi

elaborado um projecto da peça com o auxílio de outra ferramenta computacional, o

SolidWorks.

Figura 25 - Tanque para teste de estanquecidadee lavatório para teste de pressão hidráulica.

Na Figura 25 pode-se observar o projecto das peças em SolidWorks, este projecto

foi levado a uma empresa que construiu as peças em granito, com a parte frontal em

vidro 10mm temperado, para este suportar toda a pressão de água sem problemas. O

tanque foi dimensionado de forma a comportar as 3 embalagens de maiores dimensões

simultaneamente. Próximo a este tanque foram instalados pontos de ar comprimido

para que as embalagens possam ser submetidas às pressões determinadas pelas normas.


54

Figura 26 - Imagem real do tanque para teste de estanqueidade.

3- Tanque para teste de pressão hidráulica

Para realizar o teste de pressão hidráulica era preciso, uma estrutura simples

para apoiar as embalagens cheias e conter a água em caso de vazamento. Foi então

projectada uma estrutura que permitisse suportar 3 das embalagens de maiores

dimensões simultaneamente, as peças foram construídas em granito, o que resultou

numa espécie de lavatório. Também foi necessária a instalação de pontos de ar

comprimido próximo ao lavatório para servir como fonte de pressão. O projecto desta

peça feito em SolidWorks encontra-se demonstrado na Figura 25.

Figura 27 - Imagem real do lavatorio para teste de pressão interna.


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Anexo 2 Ficha tecnica do PEAD produzido pela Braskem


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Anexo 3 Ficha Técnica do PEAD Produzido pela Dow


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Anexo 4 Imagens da Instalação Industrial

Figura 28 - Compressores e geladeira industrial.

Figura 29 - Gerador e tanques de óleo disel.

Figura 30 - Moinho para reprocessamento de material e ciclone para separação do material reprocessado e poeira.


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Figura 31 - Primeira embalagem produzida e suas características.

Figura 32 - Sopradora HDL 50L, para produção de embalagens de 50L e 20L.

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