Desenvolvimento de compósitos poliméricos provenientes de resíduos plástico e orgânico: propriedades, fim de vida e impacto ambiental

Abstract

A crescente demanda ambiental por materiais sustentáveis impulsiona o desenvolvimento de produtos que causem menor impacto ao meio ambiente, tanto em sua produção quanto no fim de vida. Nesse contexto, este projeto abordou a valorização de resíduos plásticos e orgânicos através do desenvolvimento de compósitos de poli(ácido láctico) reciclado (PLAR) e de polipropileno reciclado (PPR), provenientes da impressão 3D e das cápsulas de café expresso, respectivamente, ambos modificados com 30 % (em massa) de borra de café (BC). O efeito da BC foi comparado em relação ao polímero reciclado puro, sendo analisado as principais propriedades dos materiais, bem como a exposição à ciclos de reciclagem (extrusão/moagem) e à biodegradação. Os compósitos apresentaram manutenção ou diminuição em suas propriedades termomecânicas comparado ao PPR e ao PLAR. Após os cinco ciclos de reciclagem, PPR e PPR/BC mantiveram suas propriedades, com BC contribuindo para a estabilidade térmica e mecânica do compósito. Contudo, os ciclos de reciclagem para o PLAR e PLAR/BC causaram uma redução da estabilidade térmica e outras alterações significativas nas propriedades físicas, a partir do terceiro ciclo. No teste de biodegradação por 90 dias em meio sólido, o PLAR/BC apresentou fragilização e mudanças superficiais, como esfarelamento, mudança de coloração e queda expressiva da resistência e rigidez mecânicas, sugerindo que BC acelerou o processo de biodegradação. Na Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), a produção dos compósitos PPR/BC e PLAR/BC apresentou menores impactos ambientais em relação ao PPR e PLAR, especialmente em indicadores como aquecimento global, ecotoxicidade, uso do solo e escassez de recursos fósseis. A adição de BC reduziu a demanda por recursos fósseis e as emissões de CO₂, valorizando um resíduo que seria descartado e equilibrando a reciclagem de polímeros com a incorporação de resíduos orgânicos. A reciclagem mecânica foi identificada como a melhor opção de fim de vida para ambos os compósitos, apesar do consumo de energia e água. Já a biodegradação se mostrou viável para o PLAR e PLAR/BC, enquanto a incineração e o aterro sanitário se associaram a maiores impactos, como liberação de CO₂ e substâncias tóxicas. No entanto, a presença de BC elevou os impactos do PPR e PLAR em alguns indicadores dos cenários de fim de vida. Em síntese, o estudo demonstra o potencial dos compósitos com BC para promover a reutilização de resíduos e práticas mais ecologicamente responsáveis, alinhando o material aos pilares da sustentabilidade, à Agenda 2030 da ONU e à Política Nacional de Resíduos Sólidos. Essas iniciativas reforçam a importância de se desenvolver soluções inovadoras para a gestão de resíduos e a produção de materiais sustentáveis que contribuam para a economia circular e a minimização dos impactos ambientais.

The growing environmental demand for sustainable materials drives the development of products with lower environmental impacts throughout their life cycle. This project focuses on adding value to plastic and organic waste by developing recycled poly(lactic acid) (PLAR) and recycled polypropylene (PPR) composites, sourced from 3D printing and espresso coffee capsules, respectively, each containing 30 wt.% spent coffee grounds (SCG). The effect of SCG was evaluated compared to neat recycled polymer, analyzing key material properties as well as exposure to recycling cycles and biodegradation. The composites showed maintenance or reduction of thermomechanical properties relative to PPR and PLAR. After five recycling cycles, PPR and PPR/SCG maintained their properties, with BC contributing to the thermal and mechanical stability of the composite. However, recycling cycles for PLAR and PLAR/SCG led to reduced thermal stability and other significant physical property changes after the third cycle. In a 90-day biodegradation test, PLAR/SCG exhibited embrittlement and surface changes, such as crumbling, discoloration, and a marked decrease in mechanical strength and stiffness, suggesting that SCG accelerated biodegradation. Life Cycle Assessment (LCA) showed that PPR/SCG and PLAR/SCG production had lower environmental impacts than PPR and PLAR, particularly in indicators like global warming, ecotoxicity, land use, and fossil resource depletion. Adding SCG reduced fossil resource demand and CO₂ emissions, repurposing waste and balancing polymer recycling with organic waste incorporation. Recycling proved the best end-of-life option for both composites, despite energy and water demands, while biodegradation was viable for PLAR and PLAR/SCG. Incineration and landfilling were associated with higher impacts, including CO₂ release and toxic substances. However, BC increased impacts for PPR and PLAR in some end-oflife indicators. In summary, the study demonstrates the potential of SCG-based composites to promote waste reuse and more environmentally responsible practices, aligning with sustainability pillars, the UN’s 2030 Agenda, and Brazil's National Solid Waste Policy. These initiatives underscore the importance of developing innovative solutions for waste management and sustainable materials production that support the circular economy and minimize environmental impacts