UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

Reconhecido pelo Decreto-Lei Nº. 82170, de 24 de agosto de 1978.

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

GUSTAVO HENRIQUE LOUREDO

ESTUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO E DO SEU EMPREGO COMO CARGA NO DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS

DE MATRIZ EPÓXI

Orientador: Prof. Dra. Viviane Muniz Fonseca

NATAL – RN 2016

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GUSTAVO HENRIQUE LOUREDO

ESTUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO E DO SEU EMPREGO COMO CARGA NO DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS

DE MATRIZ EPÓXI

Trabalho de conclusão de curso de graduação apresentado à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito para a obtenção do título de Engenheiro Químico.

Orientador: Prof. Dra. Viviane Muniz Fonseca

NATAL – RN 2016

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente, aos meus pais Marisbel Costa Louredo e Antônio Carlos Louredo e minha irmã Ana Carolina Louredo, por todo o carinho e dedicação que sempre tiveram, pela educação que me deram, e por fazerem de mim o que sou hoje.

A toda a minha família que me apoiou nos momentos mais difíceis, sempre me ajudando e me dando força para seguir em frente. Especialmente, ao meu tio, padrinho e um segundo pai o qual perdi no meio do caminho, Bruno Faccini de Bastos Cruz, que sempre esteve ao meu lado me ajudando nas dificuldades e a me tornar o homem que sou hoje, e que sempre será lembrado com muito amor e carinho, é de você quem mais sinto falta.

A professora e orientadora Dra. Viviane Muniz Fonseca, pelo tempo dedicado à minha formação, pelas contribuições ao meu trabalho, pela paciência e pelo empenho e incentivo a sempre me tornar um bom profissional e pesquisador.

A professora Dra. Luciana de Figueiredo de Lopes Lucena, por ter me concedido à oportunidade de participar do projeto de iniciação científica na área com uma bolsa de pesquisa, enriquecendo meus conhecimentos e me ajudando sempre na minha pesquisa.

Ao professor Dr. Carlson Pereira de Souza por ter me incluído como auxiliar em um projeto de iniciação científica, abrindo as portas para, futuramente, meu primeiro projeto e despertando o interesse pela área da pesquisa.

A todos os amigos e companheiros de turma, em especial Raissa Henrique Silva, Waleska Rubia de Pegado, Pollyana Secundo de Oliveira Ferreira, Larissa Tertulino de Oliveira e Raquel Revoredo Pinheiro de Souza, por todo o tempo dedicado aos estudos, incentivos e discussões e pelo apoio em cada etapa do curso. Sem vocês o curso não seria a mesma coisa.

Aos colegas graduandos Bruna Ciríaco Fernandes e Diogo Cavalcanti Bezerra de Medeiros do Laboratório de Materiais Fibrosos e Biomassa e do técnico João Batista Souza Costa do Laboratório de Processos Químicos Têxteis, pela orientação a respeito do uso dos equipamentos, apoio no processamento e nas discussões, que foram essenciais para o desenvolvimento durante todo o trabalho.

Aos demais amigos em especial Letícia Lívia de Araújo Santos, Ana Paula Silva Dantas, Guilherme Bruch Dantas, Ingrid Nogueira Cipriano e Magali Maria Chaves Fernandes, que mesmo de forma indireta também apresentaram fundamental importância na minha formação e crescimento pessoal, sendo companheiros e me auxiliando nas horas mais difíceis. Vocês também fazem parte da minha família.

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Quem deseja aprender a voar deve primeiro aprender a caminhar, a correr, a escalar e a dançar. Não se aprender a voar voando. (Friedrich Nietzsche)

iii

RESUMO

O descarte e o tratamento indevido de equipamentos eletrônicos têm causado

impactos negativos ao meio ambiente, como por exemplo, em aterros sanitários,

onde liberam toxinas nos lenções freáticos, e caso sejam incinerados, liberam

poluentes na atmosfera, como as dioxinas. Sendo assim, com o intuito de reduzir o

acúmulo e a queima de placas de circuito impresso (um dos principais constituintes

destes resíduos), bem como evitar a poluição do ar, do solo e da água, faz-se

necessário estudos para o tratamento e a reciclagem desse rejeito. Desta forma,

este trabalho tem como objetivo preparar placas de circuito impressa coletadas

através de seu desmantelamento, corte, moagem e peneiração para a sua aplicação

como carga na produção de compósitos de matriz epóxi (Araldite) reforçado com

mantas de fibras de vidro (E-Glass). Para esse estudo, foram avaliadas suas

propriedades mecânicas, a partir de ensaios de tração, para diferentes

configurações de disposição da fibra na resina, foi realizada a caracterização do

resíduo sólido, além de análises elementares da carga utilizada.

Palavras-Chave: placa de circuito impresso, reciclagem, compósito polimérico,

epóxi, fibra de vidro.

iv

ABSTRACT

The disposal and improper handling of electronic equipment has caused negative

impacts to the environment, such as in landfills, where they release toxins into the

groundwater, and if incinerated, release pollutants into the atmosphere, such as

dioxins. Therefore, in order to reduce the burning and accumulation of printed circuit

boards (one of the main constituents of these e-wastes), as well as to avoid air, soil

and water pollution, studies are necessary for the treatment and recycle of this

waste. In this way, this work has the objective of preparing collected printed circuit

boards through its dismantling, cutting, milling and sieving for its application as load

on the production of epoxy matrix composites (Araldite) reinforced with glass fiber

blankets (E- Glass). For this study, its mechanical properties were evaluated, from

tensile tests, for different configurations of layers of fiber on the resin, the

characterization of the type of solid residue the load was were carried out, besides of

element analyzes.

Keywords: printed circuit boards, recycling, polymer composite, epoxy, glass fiber.

v

Sumário

AGRADECIMENTOS ................................................................................................... i

RESUMO .................................................................................................................... iii

ABSTRACT ................................................................................................................ iv

LISTA DE FIGURAS.................................................................................................. vii

LISTA DE TABELAS .................................................................................................viii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS...................................................................... ix

1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1

2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 3

2.1. Objetivo geral .................................................................................................... 3

2.2. Objetivos específicos ......................................................................................... 3

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 3

3.1. Resíduos Sólidos ............................................................................................... 3

3.1.1. Resíduos Eletroeletrônicos............................................................................. 5

3.1.1.1. Placa de Circuito Impresso ......................................................................... 6

3.2. Compósitos de Matriz Polimérica ...................................................................... 8

3.2.1. Elemento Matricial .......................................................................................... 8

3.2.2. Matriz Polimérica ............................................................................................ 9

3.2.2.1. Resina Epóxi ............................................................................................... 9

3.2.3. Elemento de Reforço .................................................................................... 10

3.2.3.1. Fibra de Vidro ........................................................................................... 11

4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL..................................................................... 13

4.1. Materiais .......................................................................................................... 13

4.2. Métodos ........................................................................................................... 14

4.2.1. Moagem das PCIs ........................................................................................ 16

4.2.2. Separação granulométrica e magnética do PPCI......................................... 18

4.2.3. Ensaios químicos ......................................................................................... 18

4.2.3.1. Caracterização ambiental do resíduo........................................................ 18

4.2.3.2. Análise elementar química do PPCI.......................................................... 20

4.2.4. Produção do compósito polimérico .............................................................. 22

4.2.5. Ensaios de tração ......................................................................................... 24

4.2.6. Análise por MEV ........................................................................................... 24

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 25

5.1. Separação magnética e análise por FRX ........................................................ 25

vi

5.2. Análises químicas ............................................................................................ 29

5.2.1. Caracterização do tipo de resíduo sólido ..................................................... 29

5.2.2. Análise química elementar ........................................................................... 30

5.3. Produção do compósito polimérico .................................................................. 32

5.4. Ensaios de tração ............................................................................................ 32

5.5. Analise por MEV .............................................................................................. 33

6. CONCLUSÕES ................................................................................................... 37

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 39

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Grupo Epóxi (Fonte: Augustsson (16)) ....................................................... 10

Figura 2: Principais tipos de Compósitos (Fonte: Callister (18)) ................................ 11

Figura 3: Tecido de Fibra de Vidro (a) e (b) .............................................................. 12

Figura 4: Manta de Fibra de Vidro ............................................................................ 12

Figura 5: Resina (direita) e Endurecedor (esquerda) utilizados. .............................. 13

Figura 6: Fluxograma dos procedimentos realizados no estudo. ............................. 15

Figura 7: Desmantelamento (a), corte (b), moagem (c) e peneiramento (d) da PCI. 17

Figura 8: Sistema para caracterização do tipo de resíduo sólido em operação. ...... 19

Figura 9: Fluxograma da lixiviação para a análise elementar. .................................. 21

Figura 10: Fluxograma do processo de produção dos compósitos. ......................... 23

Figura 11: Formato com que os corpos de prova foram cortados para os ensaios de

tração. ....................................................................................................................... 24

Figura 12: Disposição dos principais elementos presentes na PPCI - por análise de

FRX - em fração NFM e FM devido a separação magnética. .................................... 27

Figura 13: Disposição dos elementos agrupados de acordo com seu comportamento

magnético em função da sua granulometria. ............................................................. 28

Figura 14: Fração mássica do elemento na massa retida na peneira destacada. .... 29

Figura 15: MEV da placa C de controle para uma ampliação de 800X. ................... 34

Figura 16: MEV da placa S2 para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c),

400X (d), 400X com diâmetro da fibra - 9,36 µm marcação mais à esquerda e 11,9

µm a direita - (e) e 800X (f) ....................................................................................... 35

Figura 17: MEV da placa SX para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c),

400X (d) e 800X (f) .................................................................................................... 36

viii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Composição dos resíduos eletroeletrônicos ............................................... 6

Tabela 2: Propriedades da fibra de vidro E-Glass .................................................... 12

Tabela 3: Especificações técnicas do Araldite GY279 e do Aradur 2963. ................ 14

Tabela 4: Frações mássicas obtidas a partir dos resultados da análise por FRX. .... 26

Tabela 5: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP na

análise ambiental do PPCI em comparação com os padrões da NBR 10004:2004 da

ABNT. ........................................................................................................................ 30

Tabela 6: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP da

análise química elementar do PPCI. ......................................................................... 31

Tabela 7: Frações mássicas e massas obtidas na caracterização química do PPCI.

.................................................................................................................................. 31

Tabela 8: Resultados dos Ensaios de Tração dos Compósitos. ............................... 32

Tabela 9: Comparação dos resultados obtidos nos ensaios de tração com os

encontrados na literatura. .......................................................................................... 32

ix

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT – Associação Brasileira de Norma Técnicas

APPCI – Mistura de Araldite GY 279 com pó de placa de circuito impresso

CRT – Cathode Ray tube

DMP – Departamento de Materiais e Patrimônio

FM – Ferromagnético

ICP-OES – Espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente

IDC – International Data Corporation

LCD – Liquid crystal display

LED – Light Emitting Diode

MEV – Microscópio eletrônico de varredura

NaOH – Hidróxido de sódio

NBR – Norma Brasileira

NFM – Não Ferromagnético

PCI – Placa de circuito impresso

PPCI – Pó de placa de circuito impresso

REE – Resíduo Eletroeletrônico

RoHS - Restriction of Certain Hazardous Substances

SiO2 – Dióxido de silício

UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte

1

1. INTRODUÇÃO

Com o desenvolvimento acelerado de novas tecnologias na área de

eletrônicos o processo com que um produto torna-se obsoleto foi acelerado e nos

dias de hoje é um acontecimento que tem acarretado em uma menor vida útil de

equipamentos eletrônicos, principalmente aqueles voltados para a informática e

para telecomunicações. Somente no ano de 2010, calcula-se que foram vendidos

347 milhões de computadores no mundo, sendo que 145,8 milhões (42%) desse

total eram computadores desktop e 201,2 milhões (58%) notebooks e netbooks

[1].

Esse consumo desenfreado de equipamentos eletrônicos, alimentado por

uma cultura que incentiva cada vez mais a troca de equipamentos velhos, porém

não esgotados, por versões mais atualizadas, tem aumentado significativamente a

quantidade de Resíduos Eletroeletrônicos (REE) descartados no meio ambiente.

Estes, por definição, são os componentes de equipamentos que deixaram de

apresentar utilidade em sua forma original, como geladeiras, monitores, micro-

ondas e lâmpadas; isto ocorre quando apresentam defeitos de fabricação, param

de funcionar, ou ainda se tornam obsoletos em relação à tecnologia [2; 3; 4].

Outra preocupação acerca deste assunto é a gestão indevida desse tipo de

resíduo. Seu acúmulo indevido é capaz de prejudicar o meio ambiente e a saúde

humana por geralmente ser constituída de agentes tóxicos, além de gerar um mau

aproveitamento das matérias-primas de alto valor agregado utilizados para a sua

fabricação, as quais poderiam ser reutilizadas ou recicladas.

Atualmente as Placas de Circuito Impresso (PCI), são um tipo de resíduo

eletroeletrônico que representam o equivalente a 3,1% em peso dos resíduos

eletroeletrônicos. Elas têm uma composição bastante variada, desde materiais

orgânicos derivados principalmente de polímeros, como também materiais

cerâmicos e metais pesados, preciosos e de base [3].

As PCI são consideradas resíduos perigosos, pois podem ter em sua

composição metais como chumbo e cádmio que podem contaminar, a médio e

2

longo prazos de exposição, águas subterrâneas caso seu destino seja o mesmo

do lixo comum, lixões principalmente. Caso sejam incineradas estas podem liberar

dioxinas, que por sua vez, são poluentes atmosféricos. Além disso, essas placas

possuem metais como ouro e prata, ou mesmo cobre e zinco, metais que com o

devido tratamento podem ser reinseridos na cadeia produtiva e representar um

ganho econômico significativo [5].

A reinserção de materiais eletrônicos descartados na cadeia produtiva de

outros produtos pode ser uma solução para o desenvolvimento de um modelo de

produção cíclico e fechado, em que os resíduos são produzidos de forma

sustentável, não sendo indevidamente descartados na natureza e sim

reaproveitados. No caso das placas de circuito impresso essa solução pode tomar

forma através de sua cominuição e posterior aplicação em resinas poliméricas

como carga para a produção de compósitos de matriz polimérica. Neste cenário,

PCIs de desktops obsoletos foram cedidos pelo Departamento de Materiais e

Patrimônio (DMP) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), e

coletados através de um projeto de extensão com o objetivo de aplica-lo no

desenvolvimento de compósitos de matriz polimérica, reduzindo o impacto

ambiental que este resíduo eletroeletrônico pode causar ao meio ambiente.

.

3

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo geral

O presente estudo teve como objetivo principal o desenvolvimento de

compósitos de matriz epóxi reforçados com fibra de vidro, no qual são adicionadas

partículas de placa de circuito impresso processadas como forma de carga.

Conferindo uma possível rota de reaproveitamento e reinserção para este tipo de

resíduo eletroeletrônico.

2.2. Objetivos específicos

As etapas que se seguem fazem parte dos objetivos específicos desta

pesquisa, são eles:

Processamento mecânico de várias PCI’s para sua cominuição;

Classificação granulométrica e magnética do material;

Caracterizar o PCI ambientalmente o tipo de resíduo;

Analisar a composição química da PCI para alguns metais;

Desenvolver o compósito de matriz epóxi com PCI como carga e

fibra de vidro como reforço;

Avaliar as propriedades mecânicas do compósito.

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. Resíduos Sólidos

A preocupação com as questões ambientais tem crescido constantemente

devido à expansão da consciência coletiva da população e das empresas com

relação ao meio ambiente, com o desenvolvimento sustentável e com a

valorização da saúde pública. Assim, a complexidade das atuais demandas

ambientais, sociais e econômicas pressiona o modelo de produção atual a

gerenciar de maneira mais sustentável seus resíduos. Dessa forma, estudos

4

voltados para a classificação dos resíduos sólidos produzidos, bem como métodos

mais apropriados para o seu descarte e reaproveitamento tem sido realizados com

o intuito de desenvolver um melhor sistema para o seu gerenciamento [6].

Segundo a NBR n° 10.0004/2004 da ABNT os resíduos sólidos são todos

os resíduos em estado sólido ou semi-sólidos resultante de processos de

produtivos materiais, dividindo-se em duas classes diferentes em função do seu

processo de produção, suas características, composição e seus impactos ao meio

ambiente e à saúde, tendo como referência os impactos causados por outros

resíduos e compostos já listados pela norma: classe I constituída de resíduos

perigosos e a classe II como não perigosos, esta última ainda é dividida em classe

II A: não inertes; e classe II B: inertes [7].

Resíduos classe I - Perigosos: aqueles que apresenta propriedades

físicas, químicas e infecto-contagiosas, em razão de suas

características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade,

toxicidade e patogenicidade, que possam representar um risco à

saúde pública, causando mortalidade, incidência de doenças ou

acentuando seus índices; ou riscos ao meio ambiente, em

decorrência do gerenciamento inadequado do resíduo;

Resíduos classe II – Não perigosos:

o Resíduos classe II A – Não inertes: aqueles que não se

enquadraram na classificação de resíduos classe I e que

possam apresentar uma das seguintes propriedades:

biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água;

o Resíduos classe II B – Inertes: quaisquer resíduo que de

acordo com a ABNT NBR 10006 e 10007, não apresente em

nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações

superiores aos padrões de potabilidade de água, com exceção

do aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor, conforme o anexo G

da ABNT NBR 10004.

5

3.1.1. Resíduos Eletroeletrônicos

Segundo Widmer, resíduos eletroeletrônicos abrangem todo equipamento

elétrico e eletrônico o qual foi descartado, incluindo seus componentes,

subconjuntos e consumíveis, os quais eram parte do produto no momento de seu

descarte. Dentre os diversos tipos de resíduos que são descartados diariamente,

os eletroeletrônicos (REE) possuem destaque significativo, principalmente devido

ao seu potencial tóxico no meio ambiente e a presença de materiais não

biodegradáveis [3].

Os avanços tecnológicos de produtos eletrônicos representam um incentivo

forte para a troca de equipamentos que, muitas vezes, ainda não perderam sua

funcionalidade, apenas tornaram-se ultrapassados. Exemplos deste

comportamento podem ser observados na progressão do avanço tecnológico das

televisões, surgindo com tecnologia CRT passando pela LCD até a LED. Com o

lançamento dos novos modelos os anteriores tornaram-se obsoletos, passando

por um processo de descarte [2].

Guo e Tenório relatam em seus trabalhos sobre a periculosidade deste

tratamento inadequado para a saúde humana e para o meio ambiente, pois caso o

material seja incinerado como forma de evitar seu acúmulo este liberará para a

atmosfera dioxinas provenientes dos BFRs (retardantes de chama bromados)

encontrados no material, caso sua disposição seja em solo, em lixões, os metais

presentes nos aparelhos sofrem um processo de lixiviação provocado pelos ácidos

orgânicos gerados na degradação anaeróbia de matéria orgânica presente no lixo

doméstico, como Tenório ressalta. Como consequência é produzido um chorume

com metais pesados como berílio, cádmio e chumbo em sua composição,

substâncias tóxicas as quais podem contaminar o solo e as águas subterrâneas.

Na Tabela 1 são apresentadas as porcentagens em peso dos principais

componentes dos resíduos eletroeletrônicos [5; 9].

6

Tabela 1: Composição dos resíduos eletroeletrônicos

Composição % em peso

Ferro e aço 47,9

Plástico sem retardante de chama 15,3

Cobre 7

Vidro 5,4

Plástico com retardante de chama 5,3

Alumínio 4,7

Placas de circuito impresso 3,1

Outros 4,6

Madeira 2,6

Cerâmica 2

Outros metais não ferrosos 1

Borracha 0,9 Fonte: [9]

3.1.1.1. Placa de Circuito Impresso

As placas de circuito impresso (PCIs) são vastamente empregadas para a

produção de equipamentos em que seja necessário o processamento de dados,

estando, portanto, presente na maioria dos produtos da indústria eletroeletrônica.

A composição das placas de circuito impresso varia em função da idade,

devido aos métodos de produção da época, e do tipo de placa, classificada pela

sua funcionalidade. Entretanto, Hoffman caracteriza de forma geral a composição

de PCIs como sendo constituída por compostos orgânicos, inorgânicos, metais e

ligas metálicas [11]:

Metais Base: cerca de 40% do peso total, composto por 50% de

cobre (Cu), 20% de estanho (Sn), 10% de ferro (Fe), 5% de níquel

(Ni), 5% de chumbo (Pb), 5% de alumínio (Al) e 3% de zinco (Zn).

Metais Preciosos: 1655 g/ton de prata (Ag), 850 g/ton de ouro (Au) e

42 g/ton de paládio (Pd).

Polímeros: em torno de 30% em peso, principalmente poliésteres,

poliolefinas e policarbonatos.

7

Óxidos Refratários (Cerâmicas): em média 30% em peso, sendo

50% de sílica (SiO2), alumina (Al2O3) 20%, óxidos de terras raras

20% e 10% de outros óxidos.

Diferentes funcionalidades requisitadas em equipamentos também

demandam PCIs com estruturas e composições diferenciadas. Dessa forma a

reciclagem desse material é de difícil execução. Contudo, por possuírem

compostos perigosos para o meio ambiente quando descartados de forma

inadequada, existe uma demanda para a sua reciclagem podendo propiciar um

ganho econômico pela reinserção deste resíduo no mercado e por representar um

compromisso com o desenvolvimento sustentável [10].

Li e Guo apresentaram a presença de retardantes de chama, polímeros

halogenados e resinas como constituintes da fração polimérica das PCIs,

enquanto que na fração metálica observou-se, além dos apresentados por

Hoffman, a presença de metais raros como tântalo e gálio, e metais pesados como

berílio, mercúrio e crômio [4; 5; 11].

Dentre as substâncias com potencial risco a saúde presentes nas PCIs o

chumbo se destaca por estar presente em maior concentração, encontrado nas

soldas das placas principalmente, pode causar danos ao sistema endócrino,

circulatório, ao sistema nervoso central e periférico e aos rins. O mercúrio e o

cádmio, apesar de em menor quantidade, também são perigosos, o primeiro pode

causar danos ao cérebro e o segundo aos rins. Dessa forma, diretivas foram

criadas com o intuito de regulamentar o uso desses metais e outras substanciais

potencialmente tóxicas, a RoHS (Restrição de Determinadas Substâncias

Perigosas, em tradução livre) é uma delas, sendo situada na União Europeia, ela

proíbe o uso de seis substâncias, dentre elas o chumbo, cádmio e mercúrio, na

fabricação de produtos, com algumas exceções. Na fração polimérica encontra-se

retardantes de chama bromados (BRFs) que apesar de conferirem uma proteção a

placa contra a inflamabilidade gera dioxinas quando incineradas, estas causam a

desregulação do sistema endócrino, além de se acumular nos organismos

infectados, causando o efeito da magnificação trófica [11].

8

3.2. Compósitos de Matriz Polimérica

Um compósito é desenvolvido a partir da união de dois ou mais materiais

de naturezas diferentes (um estrutural e outro matricial), resultando em um

material com desempenho superior àquela de seus componentes analisados

separadamente, com características e propriedades específicas. Dessa maneira o

material compósito pode ser entendido como participante da classe de materiais

multifásicos e heterogêneos [17; 18].

Muniyandi apresenta em seu artigo a possibilidade de utilização de PCIs em

compósitos de matriz de polietileno de alta densidade. Neste trabalho o autor

observou, em determinadas frações, que o compósito contendo PCI apresentou

uma melhora em algumas das propriedades mecânicas quando comparado com o

controle. Também foi observado que em comparação com os resultados obtidos

para a liberação de metais presentes na PCI através de uma lixiviação ácida, os

valores obtidos foram menores quando o pó de PCI foi incorporado na matriz.

Dessa forma, a resina apresentou a capacidade de envelopar e impedir a

solubilização dos metais em meio ácido. Em um cenário no qual esse material

pudesse ser descartado em aterros sanitários, onde estaria em contato com

ácidos orgânicos gerados na degradação anaeróbia de matéria orgânica presente

no lixo doméstico, a resina iria proteger o PPCI (pó de placa de circuito impresso)

diminuindo o efeito de lixiviação sobre ele [9; 21].

3.2.1. Elemento Matricial

A parte matricial atua como o meio responsável por transferir este esforço

homogeneamente sobre a parte estrutural, além de protegê-la da exposição direta

ao ambiente. Segundo Mano, o componente matricial tem a função de manter a

orientação das fibras e o seu espaçamento, transmitir as forças de cisalhamento

entre as fibras e proteger as mesmas de danos superficiais; geralmente, é

composto por um polímero termofixo. Enquanto que, o componente estrutural

utilizado tem o papel de suportar cargas máximas e impedir que as deformações

9

ultrapassem os limites estabelecidos para a função designada. Ainda segundo

Mano, os componentes estruturais podem ser um material orgânico ou inorgânico,

de forma fibrosa, regular, irregular, fragmentado em fibras curtas ou ainda

achatado [18; 19].

3.2.2. Matriz Polimérica

As matrizes possuem duas principais funções: aderir à superfície da fibra

aglutinando-as de forma a transferir homogeneamente a força aplicada no

compósito; e proteger a fibra de ataques químicos ou danos provenientes do

manuseio ou desgaste pelo uso [15].

Os materiais poliméricos são materiais sintéticos, em geral compostos de

moléculas orgânicos. Originam-se de reações químicas denominadas de

polimerização, a qual a partir de uma estrutura simples, o monômero, formam-se

grandes cadeias constituídas pela ligação destes grupos. O tamanho de suas

cadeias bem como a presença de ramificações – diferenciando o polímero como

sendo linear ou ramificado – e se é constituído de cadeias independentes ou

interligadas, são características determinadas pela natureza do material precursor

[15].

Estes materiais podem ser classificados como: termofixos ou

termoplásticos, sendo a principal diferença entre eles a possibilidade de

reconformação do material a partir do seu aquecimento, os termofixos não

apresentam esta qualidade.

3.2.2.1. Resina Epóxi

A resina epóxi constitui-se de um grupo composto por átomos de oxigênio

unidos através de ligação covalente simples a dois átomos de carbono, o grupo

epóxi, o qual pode também ser chamado de grupo glicidil – como ilustrado na

Figura 1. Quimicamente, estas resinas são termorrígidas e ditas como de alto

10

desempenho, apresentando diversas aplicações nas áreas automotivas,

eletrônicas e na construção de barcos e aviões [16].

Figura 1: Grupo Epóxi (Fonte: [16])

As resinas de laminação do tipo epóxi são usadas na fabricação de

laminados de fibra de vidro, carbono, aramida e poliéster. A presença de alta

resistência mecânica e química, estabilidade dimensional, tempo de cura reduzido,

a possibilidade de poderem ser moldados a frio e o seu custo, tornam esse tipo de

resina muito utilizada na produção de compósitos do que outras resinas, como o

de poliésteres insaturados, que não atendem os requisitos necessários. A

conversão dos grupos epóxi para uma resina termofixa ocorre pela adição de um

endurecedor, um agente de cura, o qual catalisa a reação e determina o tipo de

ligação química formada, o grau de ligações cruzadas, o calor necessário durante

o ciclo de cura e o tempo de gel. A reação, chamada de polimerização, consiste

na ligação dos grupos epóxi entre si, formando cadeias extensas e não lineares

[16].

3.2.3. Elemento de Reforço

Os compósitos podem ser classificados, de acordo com seu elemento

estrutural (Fig. 2), como fibrosos, em que as fibras são envoltas em uma matriz;

estrutural, quando o compósito é originado da sobreposição de material em

camadas; e particulado, quando o reforço é composto de partículas. Estes

possuem a função de conferir, majoritariamente, a resistência ao esforço físico do

compósito [18; 20].

11

Figura 2: Principais tipos de Compósitos (Fonte: [18])

3.2.3.1. Fibra de Vidro

As fibras de vidro começaram a ser desenvolvidas comercialmente no ano

de 1939 com propósitos bélicos, durante a 2ª Guerra Mundial, são um tipo de fibra

têxtil manufaturada de vasta aplicação. Estima-se que mais de 35.000 produtos

tenha em seu processo de fabricação a incorporação de fibras de vidro,

principalmente do tipo E-glass. Esse tipo de fibra é formado a partir de uma

mistura de sílica, alumina e outros óxidos de boro, cálcio e magnésio. Sua

produção é destinada, principalmente, ao uso como reforço em compósitos de

matriz polimérica, por possuírem um baixo custo de processamento [12].

A fibra de vidro é obtida através da passagem do vidro, após ser fundido,

por uma fieira. Após o processo de fiação, as fibras são recobertas com um

material de encimagem à base de silanos (ingrediente aplicado na superfície do

filamento ou das fibras durante a sua manipulação para protegê-lo ou controlar as

características da fibra), se caracterizando pelo seu baixo custo, alta resistência à

tração e grande inércia química. Na Tabela 2, as propriedades da fibra de vidro do

tipo E-Glass são apresentadas enquanto que na Figura 3 e 4 são ilustradas duas

formas com que a fibra de vidro é comercializada [13].

12

Tabela 2: Propriedades da fibra de vidro E-Glass

Propriedade Valor

Resistência a Tração 1900 – 3000 MPa

Deformação na ruptura 30 – 40%

Módulo de Elasticidade 70 GPa

Fonte: [14]

(a)

(b)

Figura 3: Tecido de Fibra de Vidro (a) e (b)

Figura 4: Manta de Fibra de Vidro

13

4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL

4.1. Materiais

O pó de PCI (PPCI) foi obtido a partir do processamento de placas de

circuito impresso, retiradas de computadores desktops obsoletos disponibilizados

pelo Departamento de Materiais e Patrimônio (DMP) da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte (UFRN). A resina polimérica (epóxi) Araldite GY279 e o

endurecedor Aradur 2963 foram fornecidos pela empresa Huntsman (Figura 5). As

fibras de vidro utilizadas foram do tipo E-Glass, obtidas no comércio local (Natal-

RN); na tabela 2 são apresentadas suas especificações técnicas, enquanto que na

Tabela 3 constam as propriedades da resina utilizada. Os reagentes utilizados

foram água deionizada, ácido acético 100%, hidróxido de sódio P.A., ácido nítrico

65% P.A. e ácido clorídrico 37% P.A., todos fornecidos pela empresa Synth.

Figura 5: Resina (direita) e Endurecedor (esquerda) utilizados.

14

Tabela 3: Especificações técnicas do Araldite GY279 e do Aradur 2963.

Propriedade Araldite GY 279 Aradur 2963

Cor (ISO 4630) < 2 Gardner ≤ 2 Gardner

Índice de Epoxi (ISO 4630) 4,80 - 5,15 eq/kg ─

Equivalente Epoxi (ISO 3001) 194 - 208 g/eq ─

Equivalente H+ (ativo) ─ 85

Viscosidade à 25 °C (ISO 12058-1) 800 - 1500 mPas 30 - 70 mPas

Densidade (ISO 1675) 1.12 g/cc ─

Ponto de Fulgor (ISO 2719) > 200 °C ─

Fonte: [21; 22].

4.2. Métodos

Nesse estudo foi realizado o processamento das placas de circuito

impresso para a sua adequação à adição na resina seguida de sua

caracterização, da produção do compósito e da preparação dos corpos e prova

para ensaio de tração (Figura 6).

15

Figura 6: Fluxograma dos procedimentos realizados no estudo.

16

4.2.1. Moagem das PCIs

Para dar seguimento ao estudo, as placas de circuito impresso foram

desmanteladas com alicates e espátulas, contando com o auxílio de um soprador

térmico (Vonder) para remover os componentes acoplados à superfície da PCI

(capacitores, módulos de leitura de memória e de alimentação de energia, etc).

Visto que muitos destes componentes são fixados nas placas através de uma

solda a qual é composta de chumbo, foram tomadas precauções para, durante o

desmantelamento, evitar o contato com o fumo metálico. Sendo assim, o

procedimento foi realizado em ambiente controlado de capela (exaustor) com o

uso de máscaras e luvas.

Com a superfície da PCI livre, para facilitar a sua cominuição no moinho de

facas (sem identificação do fabricante), os pedaços de placa foram cortados em

pedaços de aproximadamente 4 cm² utilizando uma guilhotina do tipo tesourão,

para então o material ser adicionado ao moinho. Na Figura 7 é ilustrado o

fluxograma do procedimento de processamento da PCI.

17

Figura 7: Desmantelamento (a), corte (b), moagem (c) e peneiramento (d) da PCI.

18

4.2.2. Separação granulométrica e magnética do PPCI

Inicialmente uma porção do pó de placa de circuito impresso foi submetida

a uma separação granulométrica ao ser transferido para a primeira peneira de

uma série composta por peneiras de 32, 48, 65 e 100 mesh – nesta ordem, de

cima para baixo – sobre um agitador. Depois de separado, as frações retidas em

cada peneira foram armazenadas e encaminhadas para um separador magnética

do tipo tambor. Estas amostras separadas foram encaminhadas para análise por

Fluorescência de raios-X modelo EDX-720 da marca Shimadzu. As amostras

foram nomeadas em função da peneira a qual ficaram retidas; 32, 48, 65, 100 e

Fundo (a fração que passou a peneira de 100 mesh). Dessa maneira as amostras

obtidas após a separação magnética foram acrescidas o sufixo FM, indicando

como presente na fração ferromagnética e NFM para a fração não ferromagnética.

O restante do material não peneirado foi passado por apenas uma peneira, de 48

mesh, e não foi submetido à separação magnética.

4.2.3. Ensaios químicos

Os ensaios químicos realizados seguiram a metodologia apresentada na

NBR 10005:2004 da ABNT para a obtenção do extrato lixiviado para

caracterização do tipo de resíduo sólido o qual o PPCI se enquadra, e a utilização

de água régia foi utilizada para a caracterização química de alguns metais do

PPCI [25].

4.2.3.1. Caracterização ambiental do resíduo

A NBR 10005:2004 descreve o procedimento para obtenção de extrato

lixiviado de resíduos sólidos o qual foi realizado para o material exposto ao

segundo processo de separação granulométrica (partículas menores que 48

mesh). Para uma lixiviação eficiente a norma estabelece um procedimento para a

determinação da solução de extração adequada à amostra. Nesta etapa 5,0 g do

19

resíduo foi transferido para um béquer e em seguida adicionou-se 96,5 mL de

água deionizada, o recipiente foi tampado com um vidro de relógio e

vigorosamente agitado por 5 min com agitador magnético, feito isso o pH da

mistura foi medido, constatando um valor menor que 5,0 determinou-se o uso da

solução de extração n° 1. Esta foi produzida ao adicionar 5,7 mL de ácido acético

glacial à água deionizada e em seguida adicionado 64,3 mL de NaOH 1,0 N. O

volume foi completado para 1 L em um balão volumétrico e o pH medido da

solução foi medido, 4,93 ± 0,05 [25].

Para o início da lixiviação 5,0 g do resíduo foi pesado e transferido para um

béquer, onde 100 mL da solução de extração n 1° foi adicionado (a norma

determinar como o volume de solução de extração utilizado deve ser igual a 20

vezes a massa de sólido utilizada), fechado com fita de PFTE e posto sob

agitação (30 ± 2 rpm) em um agitado magnético a 25 °C durante 18 horas. O

sistema em operação é Ilustrado na Figura 8.

Figura 8: Sistema para caracterização do tipo de resíduo sólido em operação.

20

Terminada a lixiviação, a mistura foi submetida a uma filtração a vácuo,

com filtro de fibra de vidro com porosidade de 0,8 µm, enquanto era lavado com

água deionizada, em seguida a solução foi diluída em um balão volumétrico de

250 mL, parte foi transferida para frascos de vidro âmbar de 100 mL os quais

foram encaminhados para a análise por ICP-OES modelo iCAP 6300 Duo da

marca Thermo Scientific, com radiofrequência de 1150 W, uma vazão de gás de

nebulização de 0,75 L/min, vazão do gás auxiliar de 0,50 L/min e com visão radial.

4.2.3.2. Análise elementar química do PPCI

Para a extração dos metais a serem analisados (Cu, Pb, Cd, Fe) foi

utilizada uma solução de extração composta água régia na proporção de 3:1 v/v

de HCl:HNO3. Para o início da lixiviação 5,0 g do material retirado da segunda

peneiração (partículas menores que 48 mesh) foi pesado e adicionado ao balão do

sistema montada para lixiviação, em seguida 100 mL de água regia foram

adicionados (é orientado que uma proporção de PPCI e água régia seja de 1 g

PPCI/20 mL água régia). Foram usados 5 g de resíduo e 100 mL de água régia

em cada balão. O experimento foi reproduzido em duplicata.

Após pesado, o PPCI foi transferido para o sistema de lixiviação montado -

um balão de fundo redondo tribular, um condensador simples e termômetro -

seguido da solução de água régia, a agitação magnética e o aquecimento foram

ligados e regulados para 60 ºC ± 5 ºC por um período de 24 horas. Na figura 9 o

fluxograma do procedimento é ilustrado.

21

Figura 9: Fluxograma da lixiviação para a análise elementar.

Com o término da lixiviação a solução foi submetida a uma filtração simples,

utilizando papel de filtro quantitativo de 8 µm de porosidade. O filtrado foi

transferido para balões volumétricos de 250 mL e diluídos até o menisco da

vidraria. Após a diluição, 100 mL do balão foram transferidos para frascos de

âmbar, os quais foram encaminhados para a análise por ICP-OES, com o mesmo

equipamento e parâmetros utilizados no tópico 4.2.3.1.

22

4.2.4. Produção do compósito polimérico

O compósito foi produzido utilizando um processo de moldagem por

compressão com a intercalação entre camadas de fibra de vidro e de resina. Para

a avaliação da influência da adição do PPCI nos compósitos, dois tipos de placas

de controle foram feitos, uma composta apenas de resina (Placa Controle) e outra

composta de resina e PPCI (Placa C). A fração de 35% v/v de PPCI no Araldite foi

escolhida como limite superior de incorporação, dessa forma o pó de placa de

circuito impresso foi adicionado à resina e submetida a agitação rigorosa

(1500rpm) em um agitador mecânico por uma hora, após a homogeneização a

resina foi armazenada em um refrigerador à 8 ± 2 °C, com o intuito de impedir a

cura da resina catalisada por temperatura.

Para a produção das placas, 140 mL de Araldite, ou da mistura de Araldite

e PPCI, foi adicionada com 70 mL de Aradur (duas partes de Araldite para uma de

Aradur) em um béquer e homogeneizada com um bastão de vidro, a agitação foi

feita manualmente e suavemente para não haver a retenção de bolhas na matriz,

com o aumento da temperatura da solução, indicando o início da polimerização, o

material é transferido para um molde de aço com dimensões de 200x150x3 mm

onde permaneceu por 12 horas antes de retirada, no caso das placas de controle

feitas não houve a necessidade de fechar o molde. Contudo para as placas

contendo camadas de fibra de vidro o molde foi transferido para uma prensa

hidráulica onde permaneceu por 12 horas sob uma pressão de 5 toneladas. Na

Figura 10 é apresentado o fluxograma do processo de produção dos compósitos.

23

Figura 10: Fluxograma do processo de produção dos compósitos.

Três placas contendo fibra de vidro foram produzidas distintamente em

função da disposição de camadas de fibra (F) e de APPCI (R) dentro do molde

com a intenção de reter as partículas de PPCI entre suas camadas: SX

(R/F/R/F/R/F), S1 (R/F/F/R/F) e S2 (R/F/F/R/F/R), ou seja, a placa S1, por

exemplo, foi montada com uma camada de fibra na base do molde, em seguida

uma de resina, depois duas de fibra de vidro e por último uma de resina. Todas as

placas foram produzidas em duplicata.

24

4.2.5. Ensaios de tração

Para a realização dos ensaios mecânicos as placas de compósito foram

cortadas conforme a norma ASTM D 3039 prescreve e utilizando uma micro

retifica Dremmel 3000 com disco diamantado em uma rotação de 24000rpm. Na

Figura 11 está ilustrado o formato o qual o corpo de prova foi cortado.

Figura 11: Formato com que os corpos de prova foram cortados para os ensaios de tração.

O ensaio de tração foi realizado ainda de acordo com ASTM D 3039 no

equipamento de ensaios mecânicos universal Shimadzu modelo AG-X com célula

de carga 300 kN. O teste foi submetido à temperatura ambiente, com uma

velocidade de teste de 1 mm/min. Foram avaliados 15 de corpos de prova por

composição (Placa Controle, C, SX, S1, S2) sendo os resultados com ruptura fora

da área útil foram descartados, resultando em um aproveitamento médio de 10

resultados por composição testada.

4.2.6. Análise por MEV

Para a análise da superfície de fratura dos corpos de prova ensaiados sob

tração, foi utilizado um Microscópio Eletrônico de varredura de bancada Hitachi

T3000 sem recobrimento da amostra.

25

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1. Separação magnética e análise por FRX

A eficiência quanto à separação magnética foi avaliada através dos

resultados obtidos na análise por fluorescência de Raios-x das amostras,

indicando a dispersão dos materiais ferromagnéticos, diamagnéticos e

paramagnéticos. Ainda, o FRX demonstrou de maneira qualitativa a composição

elementar das PCIs utilizadas, como pode ser visto na Tabela 4. A grande

quantidade de bromo presente é preocupante, visto que é um elemento

geralmente associado ao retardantes de chamas e que um dos possíveis destinos

deste resíduo eletrônico é a incineração, acarretando na liberação de grandes

massas de dioxina para a atmosfera. Altos valores de cobre encontrados na placa

(21,95%) já eram esperados como visto na literatura, assim como de silício

proveniente do SiO2 [11; 25].

26

Tabela 4: Frações mássicas obtidas a partir dos resultados da análise por FRX.

E

lem

en

to

ma

ssa

(g)

fraçã

o

má

ssica

ma

ssa

(g)

fraçã

o

má

ssica

ma

ssa

(g)

fraçã

o

má

ssica

ma

ssa

(g)

fraçã

o

má

ssica

ma

ssa

(g)

fraçã

o

má

ssica

ma

ssa

(g)

fraçã

o

má

ssica

Br

50

,95

17

,63

%9

7,6

43

4,8

7%

12

,82

12

,82

%2

9,4

82

8,6

2%

19

,57

22

,75

%2

11

,41

24

,53

%

Cu

83

,62

28

,93

%6

0,9

22

1,7

6%

19

,09

19

,09

%1

4,0

81

3,6

7%

10

,66

12

,39

%1

89

,20

21

,95

%

Si

42

,77

14

,80

%4

5,2

71

6,1

7%

23

,32

23

,32

%2

0,7

72

0,1

7%

19

,77

22

,99

%1

52

,65

17

,71

%

Ca

25

,73

8,9

0%

30

,80

11

,00

%1

9,9

91

9,9

9%

17

,35

16

,84

%2

3,4

32

7,2

5%

11

7,8

71

3,6

7%

Sn

34

,56

11

,96

%2

9,5

21

0,5

4%

3,3

93

,39

%1

3,5

61

3,1

7%

4,3

95

,11

%8

5,8

19

,96

%

Al

40

,56

14

,03

%0

,00

0,0

0%

16

,07

16

,07

%0

,12

0,1

2%

0,1

40

,16

%5

7,1

96

,63

%

Fe

3,4

11

,18

%3

,16

1,1

3%

1,7

31

,73

%2

,39

2,3

2%

3,1

63

,67

%1

3,9

21

,61

%

Pb

3,5

91

,24

%1

,78

0,6

4%

0,4

30

,43

%2

,53

2,4

5%

1,8

22

,12

%1

0,2

01

,18

%

Ba

1,6

70

,58

%2

,65

0,9

5%

1,0

91

,09

%1

,07

1,0

4%

1,0

81

,26

%7

,60

0,8

8%

Mg

0,0

00

,00

%3

,30

1,1

8%

0,8

40

,84

%0

,48

0,4

6%

0,5

30

,62

%5

,18

0,6

0%

I0

,00

0,0

0%

3,2

01

,14

%0

,00

0,0

0%

0,0

00

,00

%0

,00

0,0

0%

3,2

10

,37

%

Ti

0,4

70

,16

%0

,56

0,2

0%

0,2

60

,26

%0

,36

0,3

5%

0,6

10

,71

%2

,27

0,2

6%

Sr

0,4

10

,14

%0

,57

0,2

0%

0,0

80

,08

%0

,42

0,4

1%

0,3

20

,37

%1

,81

0,2

1%

S0

,75

0,2

6%

0,0

00

,00

%0

,50

0,5

0%

0,0

00

,00

%0

,00

0,0

0%

1,2

50

,15

%

Cr

0,2

60

,09

%0

,36

0,1

3%

0,2

00

,20

%0

,23

0,2

2%

0,3

30

,39

%1

,40

0,1

6%

Ni

0,1

80

,06

%0

,10

0,0

3%

0,0

70

,07

%0

,13

0,1

3%

0,1

40

,16

%0

,62

0,0

7%

Zr

0,0

50

,02

%0

,12

0,0

4%

0,0

10

,01

%0

,00

0,0

0%

0,0

00

,00

%0

,18

0,0

21

%

Mn

0,0

20

,01

%0

,04

0,0

1%

0,0

30

,03

%0

,03

0,0

3%

0,0

40

,05

%0

,17

0,0

19

%

Tb

0,0

00

,00

%0

,00

0,0

0%

0,0

80

,08

%0

,00

0,0

0%

0,0

00

,00

%0

,08

0,0

09

%

To

tal

28

9,0

02

80

,00

10

0,0

01

03

,00

86

,00

86

1,9

9 To

tal

32

me

sh

48

me

sh

65

me

sh

10

0 m

es

hF

un

do

27

Na Figura 12, o gráfico ilustra como os elementos de concentração

significativa (fração mássica do elemento – massa do elemento na fração NFM ou

FM / massa total do elemento – maior que 1%) apresentaram essa disposição.

Figura 12: Disposição dos principais elementos presentes na PPCI - por análise de FRX - em fração NFM e FM devido a separação magnética.

A Figura 13 demonstra a fração mássica correspondente a todos os

elementos com o comportamento magnético característico (ferromagnético,

diamagnético ou paramagnético) em função da peneira ao qual ficou retida na

separação granulométrica.

Como ilustrado na Figura 12, a separação magnética apresentou bons

resultados para a retenção de elementos ferromagnéticos, como esperado,

contudo quando analisado os elementos de comportamento diamagnético os

resultados não apresentaram concordância com o esperado, uma vez que

substâncias com este tipo de comportamento magnético são repelidas na

presença de campos magnéticos fortes, sendo assim sua concentração deveria

ocorrer nas frações não ferromagnéticas, entretanto apenas o cobre apresentou

tal comportamento. Uma possível explicação para este resultado seria a

agregação destes elementos diamagnéticos em materiais ferromagnéticos,

acarretando o seu deslocamento para as frações magnéticas, todavia as

28

informações da Figura 13 descaracterizam esta possibilidade, uma vez que como

ilustrado, as quantidade de material ferromagnético presente no PPCI é irrisório

quando comparado com o diamagnético. Os materiais paramagnéticos não são

afetados pela exposição a campos magnéticos, sendo assim sua disposição não

foi afetada pela a interação direta deste com o elemento em questão.

Figura 13: Disposição dos elementos agrupados de acordo com seu comportamento magnético em função da sua granulometria.

Em suma, a utilização deste método de separação com o intuito de obter

amostras mais concentradas em materiais não metálicos de placas de circuito

impresso não é eficiente para o caso apresentado, visto que os resultados foram

favoráveis apenas a materiais ferromagnéticos, sendo que sua concentração é

baixa em PCIs, e ao cobre. Contudo, não se deve descarta-lo como possibilidade,

uma vez que o cobre representa 21,95% em massa da PCI e cerca de 78,30%

deste material foi concentrado na fração não ferromagnética.

Na Figura 14 um comportamento decrescente na concentração de metais

como o chumbo, cobre, alumínio e estanho são apresentados, Veit explica essa

tendência em função da maior resistência em relação aos demais materiais que os

metais possuem, ou seja, não são facilmente moídos na etapa de cominuição,

concentrando-se nas frações mais grosseiras (32 mesh) [26].

29

Figura 14: Fração mássica do elemento na massa retida na peneira destacada.

5.2. Análises químicas

5.2.1. Caracterização do tipo de resíduo sólido

A análise por ICP-OES foi ajustada para obter as concentrações referentes

ao Ba, Cd, Pb, Cr e Ag, elementos que podem apresentar risco a saúde humana,

e no caso da prata de averiguar a sua ausência por não ter sido observado na

análise por FRX. Na Tabela 5 os resultados obtidos são apresentados junto do

padrão estabelecido pelo anexo F da NBR 10004:2004 da ABNT, referente ao

limite máximo (concentração) de substâncias presentes no extrato do ensaio de

lixiviação [7].

30

Tabela 5: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP na análise ambiental do PPCI em comparação com os padrões da NBR 10004:2004 da ABNT.

Amostras

Elemento Controle Ar1 Ar2 Padrão

Bário 0,021 3,952 3,991 70,0

Cádmio n/d 0,013 0,009 0,5

Chumbo 2,045 542,2 538,7 1,0

Cromo n/d n/d n/d 5,0

Prata n/d 0,277 0,601 5,0

n/d - concentração abaixo do limite de detecção

Comparando com os valores do padrão da norma, observou-se que o

chumbo foi o único a apresentar valores acima do limite, dessa forma de acordo

com a NBR 10004:2004 as placas de circuito impresso são tidas como resíduo de

classe I, sendo assim não pode ter o mesmo destino do lixo doméstico. Este

mesmo resultado foi obtido por Sant’ana ao analisar placas de circuito impresso

provindas de celulares, constatando estas como resíduos perigosos [7; 27].

Ainda deve ser ressaltada, na ausência de classificações mais específicas

pela norma, a grande quantidade de chumbo encontrada, cerca de 540% acima do

valor estabelecido pela norma, e, portanto, o imenso potencial que este material

tem de causar danos ao meio ambiente e a saúde humana se descartado

indevidamente. As quantidades de cádmio e prata foram muito baixas, e o cromo

não foi detectado, o que justifica a ausência de dados para estes elementos na

análise por FRX.

5.2.2. Análise química elementar

Durante a lixiviação, o começo da reação se tornou evidente com a

acentuada liberação de gases alaranjados em decorrência da adição da solução

de extração no pó de PCI. Outro indicativo de reação observado foi a mudança de

cor em ambas as soluções, aonde o PPCI era cinza, com a adição da água régia

(solução levemente alaranjada) a mistura ficou castanha e com o decorrer da

reação passou para tons mais esverdeados devido a maior solubilização dos

metais em forma de íons.

31

Os resultados obtidos pela análise por ICP-OES para o cádmio, chumbo,

cobre e ferro estão representados na Tabela 6 abaixo em função de suas

concentrações.

Tabela 6: Concentrações (mg/L) obtidas dos elementos na análise por ICP da análise química elementar do PPCI.

Amostras

Elemento Controle Ae1 Ae2

Cádmio n/d 0,282 n/d

Chumbo n/d 424,3 449,9

Cobre 0,043 4959 5653

Ferro 0,302 248,6 236,2

n/d - concentração abaixo do limite de detecção

Na Tabela 7 os dados são representados em função da massa encontrada

para 250 mL de solução, volume o qual o extrato lixiviado obtido foi diluído após

sua filtração, e a fração mássica em função da massa de PPCI usada na

lixiviação.

Tabela 7: Frações mássicas e massas obtidas na caracterização química do PPCI.

Ae1 Ae2

Parâmetro Fração Mássica Massa (mg) Fração Mássica Massa (mg)

Total 100% 5000,4 100% 5000,8

Cádmio 1,40E-03 0,0705 n/d n/d

Chumbo 2,12% 106,08 2,25% 112,48

Cobre 24,8% 1239,8 28,3% 1413,2

Ferro 1,24% 62,150 1,18% 59,050

n/d - concentração abaixo do limite de detecção

Os resultados obtidos novamente mostraram-se em concordância com os

dados da literatura, as variações destes valores podem ser pela heterogeneidade

que as PCI podem apresentar em função da sua aplicação e de sua data de

fabricação, assim como para uma mesma amostra suas partículas não

apresentam homogeneidade na composição [11; 25].

32

5.3. Produção do compósito polimérico

Após a produção da placa de controle C, constituída de resina e PPCI, foi

observado o acumulo de partículas no fundo da placa, não havendo uma

dispersão homogênea do material na matriz epóxi, com o intuito de gerar placas

com melhor distribuição do PPCI, camadas de manta de fibra de vidro foram

adicionadas (Placas SX, S1, S2).

5.4. Ensaios de tração

Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos foram tratados e são

apresentados na Tabela 8 e 10.

Tabela 8: Resultados dos Ensaios de Tração dos Compósitos.

Tipo de Placa σ (MPa) ε (%) E (Mpa)

Controle 20 ± 1,7 2,1 ± 0,5 1563 ± 559

C2 11 ± 0,7 9,8 ± 0,4 n/d

S1 95 ± 7,7 8 ± 1,0 3131 ± 421

S2 91 ± 18 5,6 ± 0,7 4920 ± 697

n/d - resultado invalidado

Tabela 9: Comparação dos resultados obtidos nos ensaios de tração com os encontrados na literatura.

Placa de Epóxi Epóxi reforçado com manta de fibra de

vidro

Propriedade Controle Referência S1 S2 Referência

σ (MPa) 20 ± 2 39,46 ± 3,75 95 ± 8 91 ± 18 179,4

ε (%) 2,1 ± 0,5 3,8 ± 0,1 8 ± 1 5,6 ± 0,7 -

E (MPa) 1563 ± 559 1600 ± 2,9E2 3131 ± 421 4920 ± 697 6700

Fonte: [27; 28]

De acordo com os ensaios mecânicos realizados por Gonçalvez, sua placa

de controle fabricada com resinas epóxi, em uma proporção 100:42 de Araldite GY

279/Aradur 2963, apresentou valores similares de módulo de elasticidade aos

obtidos nos ensaios mecânicos deste projeto, conferindo sustentabilidade e

33

indicando que o processo de cura da resina foi efetivo, como observado na Tabela

10. Ainda, ao analisar a baixa deformação dos corpos de prova da placa de

controle (2,1% em média) é constatado que o tipo de fratura o qual o material

sofreu é frágil, não havendo comportamento dúctil [27].

Quando comparado os resultados obtidos na placa de configuração C, com

os da placa de controle na Tabela 9, foi observado um aumento expressivo na

deformação que os corpos de prova sofreram antes de sua ruptura, chegando a

9,8% em média, isso permite inferir que o pó de placa de circuito impresso

utilizado como carga atuou criando defeitos na estrutura cristalina da resina,

tornando-a mais elastomérica e enfraquecendo o compósito.

O mesmo pode ser inferido sobre as consequências da adição do PPCI na

matriz do compósito reforçado com manta de fibra de vidro, a carga acarretou no

enfraquecimento do material, pois ao comparar com os valores de referência

observou-se diminuição do módulo de elasticidade (6700MPa) e da tensão de

ruptura (179,4MPa) [29].

A fração de 35% v/v de PPCI/resina utilizada foi escolhida com o propósito

de avaliar se haveria o decaimento das propriedades mecânicas do compósito,

estabelecendo assim um limite para a produção de outros compostos com

quantidades cada vez menores de carga até encontrada a fração ótima em que as

propriedades mecânicas tenham sido melhoradas ou, no mínimo, mantidas.

5.5. Analise por MEV

Os resultados da análise por MEV não foram elucidativos para o PCI

presente no compósito tendo em vista que o equipamento usado foi um MEV de

bancada. Observa-se nas amostras controle uma morfologia característica de uma

matriz termorrígida, apresentando uma aparência escamosa e com fragmentos de

fratura devido à sua natureza frágil (Fig.15). Os resultados das demais placas

com a placa C foram satisfatórios, uma vez que confirmaram uma melhor

dispersão do PPCI na matriz das placas reforçadas com fibra de vidro.

34

Figura 15: MEV da placa C de controle para uma ampliação de 800X.

Na imagem ilustrada pela figura 16, observa-se uma grande densidade de

fibras de vidro dispostas aleatoriamente com fragmentos de matriz aderidos à

parte da superfície das fibras. Nas imagens C a F, esta adesão é mais

proeminente devido à ampliação da imagem, onde também podemos observar o

aspecto frágil da fratura da fibra de vidro, bem como ausência de abertura da

interface fibra/matriz. Este comportamento indica que a adição das cargas

metálicas oriundas das PCI não influenciou na interface.

35

Figura 16: MEV da placa S2 para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c), 400X (d), 400X com diâmetro da fibra - 9,36 µm marcação mais à esquerda e 11,9 µm a direita - (e) e 800X (f)

36

Figura 17: MEV da placa SX para uma ampliação de: 40X (a), 80X (b), 200X (c), 400X (d) e 800X (f)

37

Com base nas imagens de MEV da figura 17, observasse que a

configuração da Placa SX uma melhor definição da interface fibra/matriz, esse

comportamento pode ser atribuído à configuração na confecção das placas, tendo

em vista a intercalação mais homogênea entre a matriz contendo cargas e a

manta fibrosa tornando mais visível a fratura frágil das fibras de vidro.

6. CONCLUSÕES

Tendo como objetivo analisar a composição química do pó de placas de

circuito impresso obtida através de cominuição e a sua incorporação como carga

na produção de compósitos de matriz epóxi (Araldite) com reforço de fibras de

vidro (E-Glass], o presente estudou apresentou resultados que evidenciam a

importância que deve ser dada a reciclagem e ao descarte adequado deste tipo de

resíduo eletroeletrônico devido as altas concentrações de chumbo e bromo

presentes em sua composição, bem como uma rota para a reinserção deste

material no mercado, dando valor ao resíduo descartado e, como apresentado por

Muniyandi, envelopando as partículas de PPCI na resina, reduzindo o efeito de

lixiviação causado pela água ou pelo o chorume caso a PCI seja descartada em

aterros sanitários. Além disso, ensaios de tração para diferentes configurações de

camadas de fibra e resina foram realizados para testar qual a disposição conferia

melhor evolução nas propriedades mecânicas em comparação com as placas de

controle produzidas (resina pura e mistura resina com PPCI) [21].

Na separação magnética que antecedeu a análise por FRX houve

dificuldade para a separação de materiais diamagnéticos, os quais compõem

maior parte do PPCI, questionando a eficiência que o método poderia ter para a

aquisição de frações com menor carga de metais para o uso em compósitos,

enquanto que a fração com maior carga de metais como o cobre poderia ser

destinado a método de extração desta commodity. Em adição, os resultados do

FRX mostraram-se satisfatórios em comparação com a literatura e com os

resultados obtidos nos outros métodos de análise química.

38

A lixiviação realizada de acordo com a NBR 10005:2004 com o propósito da

classificação do tipo de resíduo sólido do PPCI apresentou resultados alarmantes

para a quantidade de chumbo presente no material, sendo aproximadamente 540

vezes maior que o limite superior estabelecido no Anexo F da NBR 10004:2004 da

ABNT, enquadrando-se na classe I de resíduo sólido: perigoso, não podendo ter o

mesmo destino do lixo doméstico. Enquanto que a lixiviação utilizando água régia

no processo de análise química elementar apresentou resultados em mesma

ordem de grandeza que o da caracterização do tipo de resíduo, para o chumbo,

também demonstrou o quão rico em cobre este material é (cerca de 26,5% em

massa) [7; 24].

Durante o corte das placas foi observado um significativo aumento na

dificuldade de corte pela micro retífica, acarretando na quebra da lâmina

diamantada em alguns momentos, da placas com adição do PPCI e naquelas com

fibra de vidro, em adição partículas eram liberadas durante a operação.

Apesar da quebra de alguns corpos de prova além da área útil de ruptura

durante a execução dos ensaios de tração houve resultados suficientes para a

determinação das propriedades dos compósitos, com exceção do de configuração

SX. Em adição, os resultados do MEV possibilitaram a conclusão de que a

interface fibra-matriz foi satisfatória, não havendo abertura na região de ruptura,

indicando que a matriz utilizada junto da carga apresentou afinidade com a fibra.

Contudo, os dados obtidos demonstraram o deterioramento das propriedades

mecânicas no material em comparação com as placas de controle e as

referências, dessa forma conclui-se que a fração de 35% v/v de PPCI como carga

na resina não é adequada para a produção de compósitos poliméricos,

prejudicando suas propriedades mecânicas, frações menores devem ser testadas

a fim de encontrar a quantidade ideal para a melhoria destas propriedades.

39

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