Universidade Estadual Paulista – UNESP Faculdade de Engenharia de Bauru - FEB Departamento de Engenharia de Produção – DEP JOÃO VICTOR BERTOLINO PIZZA GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO (EPS) PÓS-CONSUMO PARA OBTENÇÃO DE ECOPAINÉIS Bauru - SP 2024 Universidade Estadual Paulista – UNESP Faculdade de Engenharia de Bauru - FEB Departamento de Engenharia de Produção – DEP JOÃO VICTOR BERTOLINO PIZZA GERENCIAMENTO DE RESIDUOS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO (EPS) PÓS-CONSUMO PARA OBTENÇÃO DE ECOPAINÉIS Bauru– SP 2024 Dissertação apresentada como requisito à obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Produção, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade de Engenharia de Bauru – FEB – Universidade Estadual Paulista – UNESP – Campus Bauru. Área de concentração: Gestão de Sistemas Produtivos Linha de Pesquisa: Sustentabilidade e Sistemas Produtivos. Orientador: Prof.ª Drª. Marilia da Silva Bertolini Coorientador: Prof. Dr. Ricardo Gabbay de Souza Pizza, João Victor Bertolino. Gerenciamento de resíduos de poliestireno expandido (eps) pós-consumo para obtenção de ecopainéis/ João Victor Bertolino Pizza. – Bauru, 2024 99 f.: il. Dissertação (Mestrado)–Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Engenharia, Bauru Orientadora: Marília da Silva Bertolini Coorientador: Ricardo Gabbay de Souza 1. Painéis de partículas de madeira. 2. Poliestireno expandido. 3. Resíduo pós-consumo. 4. Propriedades térmicas. I. Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia. II. Título. AGRADECIMENTOS À minha família, por me proporcionar amor, educação e oportunidades para alcançar meus objetivos, acreditando sempre que a educação é o melhor caminho. À Deus, pelo amor, sabedoria e toda a força para continuar sendo minha melhor versão. À prof.ª Dra. Marilia da Silva Bertolini pela orientação, pela confiança, pelos conhecimentos cedidos, amizade, pelo exemplar profissionalismo e por todos os ensinamentos proporcionados. Ao prof. Dr. Ricardo Gabbay de Souza, por sua contribuição através da experiência na área de resíduos sólidos. Ao prof. Dr. Juliano Fiorelli, do Laboratório de Construções e Ambiência, FZEA/USP, em Pirassununga – SP, pala colaboração na utilização do equipamento DTC – 300 Model 2022. Prof. Dr. Francisco Antônio Rocco Lahr, pelo uso de equipamento do LaMEM (Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeiras) /EESC -USP, em São Carlos – SP. A todos os professores e professoras por inspirar alunos como eu, proporcionando caminhos para educação e conhecimentos. À empresa Eucatex, unidade de Chapas em Salto – SP, pela oportunidade de atuação profissional como Engenheiro de Métodos e Processos Trainee e incentivo em continuar me desenvolvendo por meio do estudo. À empresa Eucatex, unidade de Botucatu – SP, pela doação das partículas de madeira de eucalipto. À Engenheira Doutora Fernanda Cristina Pierre, pela parceria na doação das partículas de madeira de eucalipto. À empresa Imperveg, pela doação do adesivo poliuretano à base de mamona, utilizado neste trabalho. À Unesp de Itapeva, por toda infraestrutura e seus profissionais que contribuíram no projeto. Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Unesp de Bauru, por todo suporte e infraestrutura, com excelentes profissionais, professores e mentores que contribuíram com ensinamentos. À Capes pela bolsa de desenvolvimento social disponibilizada para o projeto. RESUMO Atualmente, questões ambientais têm sido um tema encontrado frequentemente nas discussões mundiais, no que tange o reaproveitamento, reciclagem, coleta seletiva, redução de resíduos em suas origens, entre outros aspectos que contribuem para a proteção do meio ambiente. Neste aspecto, tem sido crescente a busca por produtos sustentáveis, que aliem materiais alternativos, menor custo de produção e reduzido consumo de energia, melhorando a qualidade do meio ambiente. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a produção e caracterização de painéis de partículas produzidos com madeira e poliestireno expandido (EPS) pós-consumo, contribuindo com o gerenciamento destes resíduos e com a obtenção de um novo produto de conceito sustentável. Os painéis foram produzidos com partículas industriais de madeira de eucalipto com duas composições granulométricas, onde as partículas maiores foram acondicionadas no núcleo enquanto as partículas finas foram acondicionadas na superfície do painel, além de resina poliuretana à base de óleo de mamona como adesivo e inclusão de poliestireno expandido (EPS) pós-consumo. O EPS foi proveniente de embalagens térmicas pós consumo processadas, sob forma de grânulos. Foram estudadas as quantidades de 12,5% e 25% de EPS adicionado, avaliando a influência destes teores nas propriedades físicas, mecânicas e térmicas dos painéis obtidos. As caracterizações física e mecânica ocorreram conforme a NBR 14810 (2018), e condutividade térmica, de acordo com a norma ASTM E1530 (2011). As amostras também foram analisadas quanto à estabilidade térmica, por meio de termogravimetria (TGA), e sua microestrutura por MEV, para verificação da interação entre madeira-EPS. Como resultados, os painéis apresentaram desempenho físico, mecânico e térmico condizentes com as normas e literaturas da área. As micrografias mostraram a interação satisfatória dos materiais utilizados para suas respectivas funções na composição dos painéis. O ensaio termogravimétrico revelou boa estabilidade térmica dos compósitos, demonstrando a viabilidade de produção destes painéis em conjunto com materiais mais sensíveis a elevadas temperaturas, como o EPS. Palavras-chave: Painéis de partículas de madeira. Poliestireno expandido. Resíduo pós- consumo. Propriedades térmicas. ABSTRACT Currently, environmental issues have been a topic frequently found in global discussions, regarding reuse, recycling, selective collection, reduction of waste at its origins, among other aspects that contribute to protecting the environment. In this aspect, there has been a growing search for sustainable products, which combine alternative materials, lower production costs and reduced energy consumption, improving the quality of the environment. In this context, this work aimed to produce and characterize particle panels produced with wood and post-consumer expanded polystyrene (EPS), contributing to the management of this waste and obtaining a new product with a sustainable concept. The panels were produced with industrial eucalyptus wood particles with two granulometric compositions, where the larger particles were packed into the core while the fine particles were packed into the surface of the panel, in addition to polyurethane resin based on castor oil as an adhesive and inclusion of polystyrene. post-consumer expanded (EPS). The EPS came from processed post-consumer thermal packaging, in the form of granules. The amounts of 12.5% and 25% of added EPS were studied, evaluating the influence of these levels on the physical, mechanical and thermal properties of the panels obtained. The physical and mechanical characterizations occurred in accordance with NBR 14810 (2018), and thermal conductivity, in accordance with ASTM E1530 (2011). The samples were also analyzed for thermal stability, using thermogravimetry (TGA), and their microstructure using SEM, to verify the interaction between wood and EPS. As a result, the panels presented physical, mechanical and thermal performance consistent with standards and literature in the area. The micrographs showed the satisfactory interaction of the materials used for their respective functions in the composition of the panels. The thermogravimetric test revealed good thermal stability of the composites, demonstrating the viability of producing these panels in conjunction with materials more sensitive to high temperatures, such as EPS. Keywords: Wood particle panels. Expanded polystyrene. Post-consumer waste. Thermal properties. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Fluxo de produção de madeira ................................................................................. 16 Figura 2 - Ciclo produtivo de painéis de partículas de madeira. .............................................. 22 Figura 3 – Fluxo de pesquisa. ................................................................................................... 24 Figura 4 - Pérolas de poliestireno expandido ........................................................................... 29 Figura 5 - Faixa de condutividade térmica dos materiais aplicados em temperatura ambiente39 Figura 6 – Partículas finas e grossas de eucalipto e partículas de EPS .................................... 45 Figura 7 – Resina bicomponente poliuretana a base de óleo de mamona ................................ 45 Figura 8 – Modo de produção e acondicionamento das partículas de madeira e EPS. ............ 46 Figura 9 – Formação do colchão de partículas e colchões com 0% EPS, 12,5% EPS e 25% EPS, respectivamente. .............................................................................................................. 46 Figura 10 – Painel de partículas após a prensagem a quente.................................................... 47 Figura 11 – Painéis esquadrejados............................................................................................ 47 Figura 12 – Agitador eletromecânico de peneiras .................................................................... 48 Figura 13 - Amostras de painéis T1, T2 e T3 para o ensaio MEV ........................................... 49 Figura 14 - Equipamento Leo 440 para ensaio de MEV .......................................................... 50 Figura 15 - Moinho martelo...................................................................................................... 51 Figura 16 – Material utilizado para ensaio de TG e DSC ........................................................ 51 Figura 17 - Analisador termogravimétrico TGA/DSC2 ........................................................... 52 Figura 18 - Plano de corte dos corpos de prova. ...................................................................... 54 Figura 19 – Dimensões do corpo de prova de acordo com a ABNT ........................................ 55 Figura 20 – Estufa e forma de acomodação de corpos de prova para o ensaio. ....................... 56 Figura 21 – Ensaio de resistência à flexão e módulo de elasticidade e corpos de prova. ........ 59 Figura 22 – Ensaio de resistência à tração perpendicular e corpo de prova. ............................ 60 Figura 23 – Ensaio de arrancamento de parafuso na superfície e corpo de prova. .................. 61 Figura 24 – Ensaio de arrancamento de parafuso no topo e corpo de prova. ........................... 61 Figura 25 – Corpos de prova e ensaio de condutividade térmica. ............................................ 62 Figura 26 – imagens de MEV com visão geral da estrutura da madeira: (a) T1 – estrutura da madeira; (b) T2 – região de ruptura da partícula de madeira; (c) T3 – estrutura da madeira com vazio. ................................................................................................................................. 66 Figura 27 - imagens de MEV com destaque da resina sob as partículas de madeira (setas vermelhas): (a) T3 – pontos característicos da resina; (b) ampliação da imagem “a”; (c) T3 – estrutura da madeira destacada pelo círculo e pontos de resina; (d) ampliação da imagem “c”. .................................................................................................................................................. 68 Figura 28 – imagem de MEV com visão da estrutura da madeira, EPS e resina. .................... 69 Figura 29 – imagem de MEV com visão da estrutura do EPS. ................................................ 69 Figura 30 - Curva geral de desenvolvimento de incêndio ........................................................ 75 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Densidade de massa aparente (ρ), condutividade térmica (λ) e calor específico (c) de materiais ............................................................................................................................... 40 Tabela 2 - Etapas e variáveis das amostras estudadas neste trabalho. ...................................... 43 Tabela 3 - Corpos de prova: dimensões e quantidades ............................................................. 53 Tabela 4 - Distribuição granulométrica das partículas de madeira e EPS ................................ 63 Tabela 5 - Intervalo de temperatura e perda de massa das curvas TGA. ................................. 73 Tabela 6 - Requisitos normativos. ............................................................................................ 76 Tabela 7 - Propriedades físicas: Densidade e teor de umidade. ............................................... 77 Tabela 8 - Propriedades físicas: Inchamento em espessura e Absorção de água. .................... 78 Tabela 9 - Propriedades mecânicas dos painéis: MOR, MOE e RTP. ..................................... 80 Tabela 10 - Propriedades mecânicas: arrancamento de parafuso na superfície e no topo. ....... 82 Tabela 11 - Condutividade térmica das amostras 2ª etapa. ...................................................... 83 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Principais produções de painéis de madeira em 2019 e 2020. ..................... 19 Gráfico 2 – Produção de painéis de partículas por continente. ...................................... 19 Gráfico 3 – Produção de painéis de partículas e MDF/HDF no Brasil e América do Sul. ........................................................................................................................................ 20 Gráfico 4 - Produção de documentos por ano ................................................................ 25 Gráfico 5 - Maiores CiteScore da base de dados Scopus. ............................................. 26 Gráfico 6 - Índices SJR e número de citações para os cinco principais periódicos. ..... 26 Gráfico 7 - Principais autores que publicam sobre painéis de partículas e resíduos. ..... 27 Gráfico 8 - Principais instituições que publicam sobre painéis de partículas e resíduos. ........................................................................................................................................ 28 Gráfico 9 – Resíduos plásticos reciclados na cidade de Bauru – SP. ............................. 33 Gráfico 10 – EPS comercializado em Mogi Guaçu ........................................................ 34 Gráfico 11 - Distribuição granulométrica em formato radar .......................................... 63 Gráfico 12 - Curva TGA/DSC painel 100% madeira (tratamento 1). ............................ 71 Gráfico 13 - Curva TGA/DSC painel com 25% EPS (tratamento 3). ............................ 72 Gráfico 14 - Curva TGA/DSC poliestireno expandido puro. ......................................... 72 LISTA DE ABREVIATURAS RIO - Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento COP - Conferência das Nações Unidas sobre Mudança do Clima ONU – Organização das Nações Unidas MDP – Medium Density Particleboard FAO – Food and Agriculture Organization of the United Nations EPS – Poliestireno expandido SNIF – Sistema Nacional de Informações Florestais IBÁ – Industria Brasileira de Árvores NBR – Norma Brasileira EGP - Edge Glued Panel OSB – Oriented Strand Board MDF – medium density fiberboard HDF – high density fiberboard SDF – super density fiberboard PUR – poliuretano PIR – poliisocianurato ANSI - American National Standards Institute ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas EUA – Estados Unidos da América MOR – Módulo de Resistência à Flexão Estática MOE – Módulo de Elasticidade TP – Adesão Interna SJR - Scientific Journal Rankings USP – Universidade de São Paulo UFSCar – Universidade Federal de São Carlos UFLA – Universidade Federal de Lavras UNESP – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” UNESPAR – Universidade Estadual do Paraná CFCs – Clorofluorcarbonetos CAN – Consumo Aparente Nacional PET – Politereftalato de Etileno ASCAM – Associação dos Catadores de Materiais Recicláveis de Bauru e Região SEMMA – Secretaria Municipal do Meio Ambiente ASTM – American Society for Testing and Materials BS EN - British Standard European Norm GB - National Standard of the People's Republic China EG – Grafite Expansível MPP – Polifosfato de Melamina JIS A – Norma Industrial Japonesa para Aglomerado MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura ICE – Instituto de Ciência e Engenharia IQSC – Instituto de Química de São Carlos TG/TGA – Análises Termogravimétricas DSC - Calorimetria Exploratória Diferencial LaMEM – Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeiras EESC – Escola de Engenharia de São Carlos CPs – Corpos de Prova D – Densidade TU – Teor de Umidade IE – Inchamento em Espessura AA – Absorção de Água RTP – Resistência a Tração Perpendicular AR – Resistência ao Arrancamento de Parafusos AR-S – Resistência ao Arrancamento de Parafusos na Superfície AR-T – Resistência ao Arrancamento de Parafusos no Topo FZEA – Laboratório de Construções e Ambiência LOI – Índice Limite de Oxigênio EUMEPS – Association for European Manufacturers of Expanded Polystyrene SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 11 2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 14 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 15 3.1 Madeira e seus derivados ....................................................................................... 15 3.2 Painéis de madeira .................................................................................................. 17 3.3 Panorama atual sobre resíduos no contexto de painéis de partículas ............... 23 3.3.1 Metodologia para pesquisa bibliográfica ..................................................... 23 3.3.2 Análise da literatura ..................................................................................... 24 3.4 Poliestireno Expandido (EPS) ............................................................................... 28 3.4.1 O poliestireno expandido ............................................................................. 28 3.4.2 Gerenciamento de resíduos e o cenário dos resíduos de EPS ...................... 30 3.4.3 Trabalhos sobre aproveitamento de resíduos de EPS em compósitos. ........ 35 3.5 Propriedades térmicas nos materiais .................................................................... 37 3.6 Considerações com base na Revisão de Literatura ............................................. 42 4 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 43 4.1 Etapas deste trabalho ............................................................................................. 43 4.2 Produção dos painéis de partículas ....................................................................... 44 4.3 Caracterização dos painéis e das partículas de madeira e poliestireno expandido ...................................................................................................................... 48 4.3.1 Análise granulométrica ................................................................................ 48 4.3.2 Microscopia Eletrônica de Varredura – painéis de partículas ...................... 49 4.3.3 Análises termogravimétricas (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) .................................................................................................................... 50 4.3.4 Propriedades físicas e mecânicas ................................................................. 52 4.3.4.1 Densidade (D) ........................................................................................... 54 4.3.4.2 Teor de umidade (TU) ............................................................................... 55 4.3.4.3 Inchamento em espessura (IE) .................................................................. 56 4.3.4.4 Absorção de água (AA) ............................................................................. 57 4.3.4.5 Resistencia à flexão estática (MOR) e módulo de elasticidade (MOE) .... 58 4.3.4.6 Resistência a tração perpendicular (RTP) ................................................. 59 4.3.4.7 Resistência ao arrancamento de parafusos (AR) ....................................... 60 4.4 Condutividade térmica dos painéis ....................................................................... 61 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................ 63 5.1 Caracterização dos painéis de partículas de madeira e poliestireno expandido63 5.1.1 Análise granulométrica ................................................................................ 63 5.1.2 Microscopia Eletrônica de Varredura – painéis de partículas ...................... 65 5.1.3 Análises termogravimétricas (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) .................................................................................................................... 71 5.2 Propriedades físicas e mecânicas........................................................................... 76 5.3 Segunda etapa – Condutividade térmica dos painéis .......................................... 83 6 CONCLUSÕES .......................................................................................................... 85 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 87 11 1 INTRODUÇÃO Nas últimas décadas, o meio ambiente foi um tema encontrado frequentemente nas discussões mundiais, conferências como a RIO 92, RIO + 20, COP26 e COP27 discutiram tópicos sobre a maximização do reaproveitamento, reciclagem, coleta seletiva, redução de resíduos em suas origens, mudanças climáticas, entre outros aspectos que contribuem para a proteção do meio ambiente. Neste aspecto, tem sido crescente a busca por produtos sustentáveis, intensificando as pesquisas sobre materiais alternativos que proporcionam um custo de produção reduzido atrelado a um menor consumo de energia, melhorando a qualidade do meio ambiente (ONU, 2021; ONU, 2022; TREVISAN, 2021). O setor da construção civil representa a maior indústria em utilização de recursos e geração de resíduos, entre os recursos utilizados está a madeira (ROSE e STEGEMANN, 2018). A madeira vem sendo utilizada há muito tempo na construção de casas, compondo telhados, forros, paredes e pisos, fato que contribuiu para desenvolvimento industrial a partir deste material (BABATUNDE et al., 2020; ARAUJO, 2020). Entretanto, a transformação mecânica da madeira bruto em produto comercial proporciona grande geração de resíduos, contribuindo para aumento da pressão ambiental sobre a utilização destes recursos (VASCONCELLOS, 2020). O uso indiscriminado da madeira fez com que alternativas de utilização fossem desenvolvidas, como a produção de painéis de madeira reconstituída, tecnologia que compreende a redução de perdas de material, protegendo as florestas por meio do uso de recursos de forma mais eficiente, e com qualidade igual ou superior a madeira maciça. Da mesma forma que os painéis, novas práticas relacionadas a madeira industrial foram empregadas, como a utilização de madeiras de reflorestamento. Esta técnica é composta por espécies de crescimento rápido, como as madeiras de pinus e eucalipto, que surgiram como o objetivo de suprir as demandas do mercado por meio de uma madeira certificada, evitando a extração não legalizada e de madeiras protegidas pela lei (MÜZEL, 2013; GILIO, 2020; TREVISAN, 2021; UFSC, 2022). A tecnologia para produção de painéis de madeira reconstituída ou de madeira aglomerada surgiu a partir de uma necessidade durante a Segunda Guerra Mundial, pela Alemanha, onde houve a escassez da madeira maciça e, como alternativa, iniciou-se o uso de resíduos para produção de painéis de madeira aglomerada propositando substituir as 12 características da madeira maciça com outro produto. Os painéis de madeira são produzidos através da união das partículas de madeira com o uso de resinas, que se consolidam quando aplicados a um determinado calor e pressão. No Brasil, os painéis são fabricados com madeira de eucalipto ou pinus, madeiras de crescimento rápido, e a resina mais utilizada é composta por ureia formaldeído, componente que produz o gás formaldeído, com certa toxicidade ao ser humano e ao meio ambiente (IWAKIRI, 2005; GILIO, 2020; TREVISAN, 2021). Os painéis de madeira possuem destaque no Brasil, onde seu consumo apresentou bastante crescimento na década de 1990, época que surgiram os principais tipos de painéis, como o painel de partículas de média densidade – Medium Density Particleboard (MDP) (BIAZUS et al., 2010). A partir disso, a produção aumentou e de acordo com a Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO, 2023), a produção mundial de painéis de partículas de madeira atingiu 110,25 milhões de m3 em 2022, onde o Brasil contribuiu com 3,47 milhões de m3. A produção expressiva de painéis aglomerados de madeira se relaciona à vantagens sobre a madeira maciça, como a flexibilidade de dimensões, eliminação do efeito da anisotropia da madeira e de elementos responsáveis por uma diminuição de resistência no produto final, entre outras. O fato de haver o controle do modo de produção também é um contribuinte para propriedades superiores. Estes painéis também podem ser fabricados juntamente com materiais de outras origens, podendo melhorar propriedades especificas, de acordo com a combinação e tipos de materiais utilizados. Devido a esse fato, o setor de construção civil é amplamente beneficiado com suas diversas possibilidades de aplicações, como a produção e aplicação de painéis compostos por materiais porosos, absorventes de som ou isolantes térmicos, como poliuretanos, lã de vidro e poliestireno expandido (EPS), contribuindo para um desempenho termoacústico mais eficiente (GUIMARÃES, 2008; MORESCHI, 2010a). Desta forma, a reutilização de resíduos é oportuna quando o tema é painéis de partículas, visto que a união de processos produtivos que tem como objetivo agregar valor à custos menores e resíduos, garantindo valorização dos rejeitos, contribuindo com a diminuição do consumo e, consequentemente, extração de recursos naturais, colabora com o desenvolvimento sustentável, juntamente com o uso de outros insumos de menor impacto em sua fabricação, como as resinas parcialmente derivadas de biomassa (BERTOLINI, 2014). Com isso, faz-se fundamental o incentivo de práticas como a reciclagem de materiais residuais na produção de painéis, entre eles, os resíduos de poliestireno expandido (EPS) pós-consumo, considerando principalmente o elevado volume relacionado a quantidade utilizada deste 13 material que, em 2021, registrou um consumo aparente nacional de 129,5 mil toneladas. O EPS é um polímero reciclável com grande volume de produção, porém não possui decomposição natural ou simples, podendo se tornar prejudicial ao meio ambiente (ACEPE, 2022; ABIQUIM, 2023). Em virtude disso, o presente trabalho propõe a produção de painéis com partículas industriais de madeira de eucalipto, resina poliuretana a base de óleo de mamona e resíduos de EPS pós-consumo, analisando a influência da configuração do painel e da quantidade de EPS nas propriedades físicas, mecânicas e térmicas destes produtos. 14 2 OBJETIVOS O objetivo deste trabalho foi a proposta de reutilização de resíduos de EPS pós- consumo por meio da produção de ecopainéis de partículas de madeira, contribuindo para o aumento do valor agregado e disposição ambientalmente adequada deste material. Os objetivos específicos foram: • Análise do efeito da adição de EPS no painel (dispersos no núcleo – 12,5% e 25,0%) nas propriedades físicas e mecânicas dos painéis; • Avaliação da influência do EPS (12,5% e 25,0%) na condutividade térmica dos painéis de partículas produzidos; • Análises da microestrutura dos painéis e da estabilidade térmica dos materiais utilizados e dos painéis produzidos. • Análise dos resultados com base na literatura e normas de referência no segmento de painéis de partículas de madeira. 15 3REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Os tópicos a seguir apresentam a revisão de literatura sobre o assunto abordado. 3.1 Madeira e seus derivados De acordo com o Sistema Nacional de Informações Florestais (2019) e a Indústria Brasileira de Árvores (2021), o Brasil é contemplado com uma grande área florestal, representando 58,5% do território, com 497.962.509 hectares de extensão. As florestas podem ser divididas entre nativas ou plantadas para fins industriais, representando 98% e 2%, respectivamente. Os estados que atuam como os principais produtores de florestas plantadas são Minas Gerais, São Paulo, Mato Grosso do Sul, Rio Grande do Sul, Paraná e Santa Catarina. Em 2020, foram plantadas 9,55 milhões de hectares de árvores, entre as espécies mais cultivadas estão o eucalipto, compondo 78% da área total com 7,47 milhões de hectares, seguido por madeira de pinus, com 18% e correspondendo a 1,7 milhão de hectares. Outras espécies como seringueira, teca, acácia e paricá são encontradas, representando 382 mil hectares plantados (IBA, 2021). O setor de produção de árvores tem sido bastante significativo para o Brasil, fazendo com que houvesse um aumento na produção bruta de árvores em 17,6% do ano de 2019 para 2020. Os principais responsáveis por esse crescimento são os setores de papel e celulose, painéis e pisos laminados, serrados e compensados, entre outros. O Brasil assumiu o lugar de líder em exportação no ano 2020 para celulose, com US$6,0 bilhões de dólares (IBA, 2021). A produção de celulose atingiu seu maior valor em 2021 com 22,51 milhões de toneladas, assim como o consumo aparente brasileiro de painéis de madeira, atingindo 8,26 milhões de m3 em 2021 (IBA, 2022). A Figura 1 apresenta um fluxograma sobre a cadeia produtiva da madeira, compreendendo as etapas iniciais, como as origens da floresta, os insumos e matérias primas, até etapas finais, representando as etapas de distribuição para o consumidor, com algumas possibilidades de utilização. 16 Figura 1 - Fluxo de produção de madeira Fonte: Ferreira (2002). Uma alternativa para destinação destes resíduos e materiais de origens diversas seriam as indústrias de painéis de madeira. De acordo com Iwakiri et al. (2000), os painéis de madeira aglomerada são uma das alternativas, no contexto de produzir algo com maior valor agregado. Corroborando com esta ideia, Zau et al. (2014), expõe em seu estudo que por meio do conhecimento das quantidades, qualidades e possibilidades de utilizações deste material, podem surgir alternativas, como a produção de painéis, estes que são ecologicamente corretos, pois conservam os recursos naturais por meio da transformação de resíduos em produtos úteis e com maior valor agregado. A madeira possui algumas características bastante interessantes que explicam as inúmeras aplicações conforme destacado anteriormente, como a sua condutividade térmica (λ - W/(m·K),) relativamente baixa devido a sua estrutura porosa e a presença de ar internamente. Moreschi (2010b) cita a madeira como um bom isolante e com λ = 0,12, enquanto a chapa de aglomerado pode apresentar um valor entre 0,07 e 0,12. A norma NBR 15220 (2005) também cita um valor para a madeira, sendo λ = 0,17 para aglomerados de partículas com densidade até 750 kg/m3. Em seu trabalho, Moreschi (2010b) também relata que a madeira com 0% de umidade possui um calor específico de 0,324, maior que alguns materiais, como ferro e aço, com 0,1, em que o calor específico representa a energia necessária para aumentar em 1ºC a quantidade de 1kg de material. 17 As propriedades acústicas da madeira também são notórias a bastante tempo, pois é um material utilizado na fabricação de instrumentos musicais e nos revestimentos de edificações. Como comparação, a madeira apresenta um grau de absorção a 120 Hz de 0,1, enquanto as chapas isolantes apresentam valores entre 0,12 e 0,30 e cimento 0,1. Por outra perspectiva, a 2.000 Hz, a madeira apresenta um grau de absorção de 0,08, enquanto chapas isolantes apresentam valores entre 0,20 e 0,75 e cimento 0,02 (MORESCHI, 2010b). Dentre todas as propriedades analisadas, Moreschi (2012) continua seus estudos sobre madeira e relata que a densidade é uma das propriedades mais importantes, pois quanto mais pesada for a madeira, mais resistente, elástica e dura ela será do que as mais leves, porém, são mais difíceis de trabalhar e podem variar mais. A umidade pode influenciar a densidade da madeira, e ainda, a falta de controle dessa propriedade pode acarretar arqueamentos, empenamentos, contração e inchamento volumétrico, como exemplos. As propriedades mecânicas de resistência também são afetadas, influenciando a trabalhabilidade, poder calorifico, suscetibilidade a fungos, entre outras. Com isso, tendo o controle das propriedades, ao utilizar a madeira em construções existe a colaboração com a sustentabilidade, visto que há a diminuição de desperdícios de materiais em larga escala quando comparada ao ciclo de vida de uma construção de alvenaria (SBI, 2017). 3.2Painéis de madeira São encontrados dois tipos de painéis de madeira no mercado, os compostos por madeira processada mecanicamente e de madeira reconstituída. Os painéis de madeira processada mecanicamente podem ser caracterizados como compensados, laminados de madeira e os EGP – Edge Glued Panel (painéis colados lateralmente). Estes tipos de painéis podem ser produzidos com camadas de lamelas ou ripas de madeira maciça, podendo ser aplicados no ramo moveleiro, embalagens, pisos, componentes estruturais e coberturas de construções como vigas em formato de “I” (PEDROSA et al., 2005; BIAZUS at al., 2010). Por outro lado, Biazus et al. (2010) define que os painéis de madeira reconstituída podem ser encontrados nas formas de OSB – oriented strand board (chapa de partículas strands de madeira orientada), MDP – medium density particleboard (painel de partículas de média densidade), MDF – medium density fiberboard (painel de fibras de média densidade), HDF – high density fiberboard (painel de fibras de alta densidade), SDF – super density fiberboard 18 (painel de fibras de super densidade), chapas isolantes de temperatura (painéis isotérmicos) e comumente produzidos juntamente com poliestireno expandido (EPS), poliuretano (PUR), poliisocianurato (PIR) e outros componentes. Alguns fatores impulsionadores do consumo de painéis de madeira podem ser apresentados: • o crescente custo da madeira maciça, contribuindo para busca de alternativas; • Renda dos consumidores, impulsionando o setor moveleiro e de construção civil; • Modernização fabril; • Possibilidade de obtenção de propriedades em direções preferenciais (MATTOS et al., 2008). Os painéis de partículas de madeira apresentam algumas vantagens em relação a madeira maciça, sendo elas: • Fabricação de um produto com menor variação dimensional; • Melhoramento de propriedades de resistência física, mecânica, biodeterioração e diversas outras de acordo com a intenção e tipos de materiais adicionados; • Possibilidade de utilização de madeira de reflorestamento e rápido crescimento, garantindo um uso mais sustentável; • Redução de desperdícios; • Redução de características e defeitos comuns na madeira, como anisotropia e heterogeneidade (MATTOS et al., 2008). Devido a suas características, os painéis de madeira são produzidos no mundo todo, para diversas finalidades. O Gráfico 1 apresenta a produção mundial de painéis de madeira no ano de 2020. Pode-se observar que a China tem sido o país com a maior produção de painéis, atingindo o valor de 92,2 milhões de m3, seguido pelos EUA, enquanto o Brasil se encontra na oitava posição, com 8,9 milhões de m3. 19 Gráfico 1 - Principais produções de painéis de madeira em 2019 e 2020. Fonte: IBA (2021) adaptado de FAO. Passando de uma visão geral de painéis de madeira para painéis de partículas, verifica-se que a produção mundial de painéis de partículas totalizou 110,25 milhões de m3 em 2022. De acordo com o Gráfico 2, o principal continente produtor de painéis de partículas é a Ásia, continente que apresentou o maior crescimento em comparação com os demais, mais que dobrando sua produção em 12 anos, saindo 21,88 milhões em 2010 para 51,36 milhões de m3em 2022. O segundo maior produtor é o continente europeu, com 44,82 milhões de m3 em 2022, seguido pelas américas, com 11,73 milhões de m3(FAO, 2023). Gráfico 2 – Produção de painéis de partículas por continente. Fonte: FAO (2023). Realizando uma análise mais próxima ao Brasil sobre a produção de painéis, como painéis de partículas e MDF e HDF na América do Sul, presente no Gráfico 3, nota-se que o Brasil é um grande contribuinte para o valor atingido pelo subcontinente americano com 3,47 1.244.321 11.728.797 51.365.100 44.820.326 1.093.000 0 10.000.000 20.000.000 30.000.000 40.000.000 50.000.000 60.000.000 África Américas Ásia Europa Oceania Q u an ti d ad e (m 3 ) Produção de painéis de partículas 2022 20 milhões de m3 de painéis de partículas e de 4,85 milhões de m3 para MDF e HDF, ambos em 2022. É possível notar uma tendência de crescimento no Gráfico 3 e, na perspectiva do Brasil, observa-se que a quantidade produzida quase dobra com relação a produção de painéis de partículas e aumenta em mais de 13 vezes com relação a produção de MDF e HDF para o período analisado de 2000 a 2022, demonstrando o grande aumento no mercado brasileiro (FAO, 2023). De acordo com a Industria Brasileira de Árvores (IBA, 2021), as indústrias de painéis de madeira se concentram nas regiões sul e sudeste do Brasil, contribuindo com 88% da produção de todo o país. Gráfico 3 – Produção de painéis de partículas e MDF/HDF no Brasil e América do Sul. Fonte: FAO (2023). De acordo com o relatório anual da IBÁ (2022), as principais produtoras de painéis de partículas, MDP, MDF, entre outros, concentram-se no sul do Brasil. Entre as principais produtoras estão a Arauco do Brasil S.A., com uma de suas iniciativas o Bioforest, um centro de pesquisa inovador na América do Sul. Encontra-se também a Berneck S.A. Painéis e Serrados, com painéis de MDP e MDF. A Duratex S.A. focada na indústria moveleira com chapas de fibras Duratree. A Eucatex Indústria e Comércio Ltda, com a produção do Thin-HDF, MDF Eucafibra e MDF Lacca Metalic, além de diversos outros produtos inovadores. Fibraplac Painéis de Madeira S/A. e Greenplac Tecnologia também são influentes no setor e contribuem com a produção de painéis, além de diversas outras produtoras. 3.470.000 4.854.000 5.180.000 7.034.000 0 2.000.000 4.000.000 6.000.000 8.000.000 2000 2010 2022 Q u an ti d ad e (m 3 ) Comparação da produção no Brasil e na Ámérica do sul Painéis de partÍculas Brasil Painéis de partÍculas América do sul MDF/HDF Brasil MDF/HDF América do sul 21 É notório que o mercado de painéis é promissor e, como isso, faz-se necessário entender um pouco mais sobre painéis e como são produzidos. Painéis de madeira ou aglomerado, podem ser definidos como painéis produzidos com pequenas partículas de madeira ou materiais lignocelulósicos aglutinados por um agente orgânico juntamente com outros fatores importantes, como pressão, calor, umidade ou catalizador (FAO, 2019). A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT (2018) através da norma NBR 14810-1 e Iwakiri (2020) também contribuíram com uma definição, estabelecendo que um painel de partículas de madeira é constituído por partículas de madeira distribuídas de forma aleatória e aglutinadas por meio de uma resina sintética termofixa, que por meio da ação conjunta do calor e pressão, se consolidam. Essas são algumas das definições mais atuais, entretanto, o conceito de painel de partículas, ou madeira aglomerada, surgiu na década de 40 durante a Segunda Guerra Mundial, na Alemanha, onde existia a escassez de recursos, entre eles a madeira maciça e, como solução foi a reutilização dos resíduos. Com isso, o painel de partículas foi caracterizado pela união das partículas de madeira por meio de um adesivo sintético (resina), sendo consolidado por meio da aplicação de pressão e calor em uma prensa térmica. Os painéis se mostraram como uma ótima alternativa de substituição da madeira maciça, visto que eles podiam ser produzidos com madeira de qualidade inferior ou até mesmo pelo aproveitamento de resíduos (IWAKIRI, 2005). Em meados dos anos 60, os painéis de madeira aglomerada chegam ao Brasil, especificamente na cidade de Curitiba – PR. Na década de 90 há um grande passo para o avanço da tecnologia encontrada na indústria de painéis, o investimento em tecnologia fez com que as fabricas se modernizassem e substituíssem as prensas cíclicas por prensas contínuas, ampliando a capacidade fabril, reduzindo custos e estimulando o consumo de painéis. Esse avanço, tanto em tecnologia como no consumo, se deu pela conscientização do consumidor com relação a boa qualidade do material, mostrando ser possível aplicá-los na construção civil e na indústria moveleira (MATTOS et al., 2008; BIAZUS et al., 2010). Contribuindo com a ideia de qualidade do material, Souza et al. (2018) relata que com a intenção de trazer vantagens ambientais e econômicas para indústria, a reutilização de resíduos de madeira são capazes de agregar valor aos compósitos, apresentando uma finalidade mais adequada do que somente o descarte, sendo muitas vezes inadequado. As normas americanas ANSI A208.1 (1999) e ANSI A208.1 (2016) dividem os painéis em três categorias quanto a densidade, sendo eles: low density (baixa densidade) – 22 densidade abaixo de 640 kg/m3; medium density (média densidade) – densidade entre os valores de 640 kg/m3 e 800 kg/m3; e high density (alta densidade) – densidade acima de 800 kg/m3. Por outro lado, a norma NBR ABNT 14810-2 (2018) determina que painéis de média densidade (MDP) são aqueles que apresentam densidade superior a 551 kg/m3 e inferior a 750 kg/m3. Iwakiri (2005) define o ciclo produtivo e todos os componentes de um painel de partículas ou de madeira reconstituída necessários a fabricação e boa qualidade do produto. Desta forma, os painéis de partículas de madeira passam por algumas etapas, em que a primeira consiste em preparar as partículas que serão utilizadas como matéria prima realizando a produção de cavacos e partículas nas dimensões ideais. As partículas seguem para a armazenagem e, com o auxílio de uma peneira, é realizada a classificação, logo após ocorre a secagem das partículas que serão utilizadas. O adesivo é então aplicado, o qual é definido pela norma NBR ABNT 14810-1 (2013) como uma substância orgânica ou inorgânica utilizada com o intuito de aglutinar as partículas que irão compor o painel. Após a mistura do adesivo é formado o colchão de partículas por meio da pré-prensagem, etapas anteriores a prensagem a quente, etapa responsável pelo formato e as características pelas quais os painéis de partículas são conhecidos. A última etapa de produção está relacionada ao acabamento e cura do painel. A Figura 2 representa o fluxo no qual os materiais passam para produção de um painel de madeira reconstituída. Figura 2 - Ciclo produtivo de painéis de partículas de madeira. Fonte: Iwakiri (2005). De acordo com a matéria prima utilizada e as características desejadas, é possível fabricar diversos tipos de painéis de partículas, sendo estes classificados de acordo com os 23 aspectos de suas propriedades físicas, mecânicas e demais propriedades, dependendo da finalidade para o qual o painel foi produzido. Os principais fatores físicos analisados estão relacionados com a densidade, comprimento, largura, espessura, teor de umidade e inchamento. Com relação as propriedades mecânicas, são verificados o módulo de resistência à flexão estática (MOR), módulo de elasticidade (MOE), adesão interna (TP) e arrancamento de parafuso (TREVISAN, 2021). A norma NBR ABNT 14810-2 (2018) divide os tipos de painéis de MDP de acordo com as propriedades citadas e ao tipo de uso e ambiente. Como resultado dessa divisão há seis tipos de painéis, especificados como: 1. P2 – painéis não estruturais para uso interno em condições secas; 2. P3 – painéis não estruturais para uso em condições úmidas; 3. P4 – painéis estruturais para uso em condições secas; 4. P5 – painéis estruturais para uso em condições úmidas; 5. P6 – painéis estruturais para uso em condições severas de carga, em ambientes secos; 6. P7 – painéis estruturais para uso em condições severas de carga, em ambientes úmidos. 3.3 Panorama atual sobre resíduos no contexto de painéis de partículas 3.3.1Metodologia para pesquisa bibliográfica Com o intuito de traçar o panorama atual da pesquisa em painéis de partículas com a inserção de resíduos em sua composição, foi efetuado um estudo bibliométrico em contexto internacional e nacional análogo ao estudo realizado por Deus et al. (2015), o qual utiliza como base Yang et al. (2013a), Yang et al. (2013b) e Fu et al. (2010), estudos cujo tema é resíduos sólidos. Neste trabalho foi utilizado a base de dados Scopus da editora Elsevier, pois esta detém mais de 26.000 títulos de mais de 7.000 editoras presentes no mundo todo, abrangendo as mais diversas áreas do conhecimento, sendo referência de citação desde 1970 com mais 1.8 bilhões de citações. Outro aspecto importante que levou a escolha dessa base de dados foi a presença de mais periódicos brasileiros quando comparada a outras bases de dados bem-conceituadas (SCOPUS, 2022). Os termos utilizados para pesquisa foram em inglês waste e particleboard, termos comumente usados para resíduos e painéis de partículas, respectivamente. Os termos foram 24 pesquisados no campo article tittle (título do artigo), abstract (resumo) e Keywords (palavras- chave), para o período contido entre os anos de 2000 e 2022, sem restrição de área de pesquisa. Importante citar que a análise foi realizada até dezembro do ano de 2022, podendo haver artigos da base de dados que ainda não foram inseridos. Algumas limitações foram impostas aos resultados, como sendo apenas artigos e revisões publicados em jornals (Periódicos). Após todas essas determinações, os dados foram compilados e analisados. O fluxo de pesquisa para obtenção dos resultados pode ser observado na Figura 3. Figura 3 – Fluxo de pesquisa. Fonte: Próprio autor (2024). Os periódicos encontrados foram classificados por meio do cálculo do CiteScore, que é baseado no número de citações de documentos ao longo de um período de quatro anos, dividido pelo número de documentos indexados no Scopus e publicados nesse mesmo período. O índice SJR também foi utilizado, este que tem como objetivo mostrar o prestígio de uma revista, desta forma, o assunto, a qualidade e a reputação do periódico afetam o valor da citação. 3.3.2Análise da literatura Observando o período analisado, do ano 2000 ao ano 2022, observa-se uma pesquisa crescente relacionada ao tema de resíduos e painéis de partículas, fato que pode ser observado no Gráfico 4. Ainda de acordo com o Gráfico 4, é possível constatar que o número de publicações dobrou entre os anos de 2000 e 2007, o que acontece também entre 2008 e 2012 e, de 2012 até 2020, a produção triplicou, e em 2022 atingiu seu ápice, com 66 publicações. De 25 acordo com FAO (2023), a qual apresenta dados sobre a produção mundial, o setor de painéis de partículas também apresentou crescimento, porém, de forma mais suave, apresentando uma produção de aproximadamente 64,25 milhões de m3 para o ano de 2000 e chegando a 110,25 milhões de m3 para o ano de 2022. Gráfico 4 - Produção de documentos por ano. Fonte: Adaptado de Scopus (2023). Não apenas a produção de painéis de partículas cresceu como também a produção de resíduos de madeira, apresentando o valor de 97,49 milhões de m3 no ano de 2000 e chegando à 240,98 milhões de m3 no ano de 2022 (FAO, 2023). Essa curva crescente também é encontrada na produção de trabalhos utilizando resíduos, algo que foi mostrado por Deus et al. (2015), os quais realizaram uma pesquisa bibliográfica na base de dados Scopus sobre resíduos sólidos em âmbito nacional e internacional e, observaram que a produção triplicou para o período contido entre os anos de 1993 e 2003, enquanto para o período entre 2003 e 2013 mais que dobrou. Ao analisar os índices de classificação dos periódicos, de acordo com o Gráfico 5 e Gráfico 6, é notório que o que periódico mais relevante, observando o CiteScore, é o Journal of Cleaner Production, chegando a um valor de 18,5 pontos em 2022, seguido pelos periódicos Industrial Crops and Products, com 9,7 pontos e BioResources, com 3,4 pontos. Tal fato pode ser justificado pela característica da pesquisa, ou seja, painéis de partículas são produtos em que a grande maioria das vezes são originários de madeira e destinados a construção de edificações, correspondendo ao setor de pesquisa dos periódicos. Documentos ano 26 Gráfico 5 - Maiores CiteScore da base de dados Scopus. Fonte: Adaptado de Scopus (2023). Gráfico 6 - Índices SJR e número de citações para os cinco principais periódicos. Fonte: Adaptado de Scopus (2023). ano CiteScore Citações ano ano SJR 27 Não somete para o índice CiteScore, a mesma ordem de classificação acontece ao analisar o índice SJR, mostrando que o periódico com mais prestígio é o Journal of Cleaner Production. Como consequência desses dois índices, o número de vezes que os periódicos são citados é afetado, colocando mais uma vez o periódico Journal of Cleaner Production no topo da lista com o maior número de citações. Corroborando com as informações anteriores, Espuny et al. (2021)realizou uma pesquisa bibliográfica sobre gestão de resíduos sólidos dos mais diversos tipos e encontrou para o período contido entre 2005 e 2018 que o periódico Journal of Cleaner Production está na 7° posição com 45 publicações, enquanto o periódico Waste Management alcançou a primeira colocação com 519 publicações, sendo também a mais citada e com índice H mais alto. Ao analisar os principais influenciadores sobre o tema de resíduos e painéis de partículas (Gráfico 7) para o período estipulado (ano 2000 até 2022), percebe-se que o autor com mais publicações foi Lahr, F. A. R., com 24 publicações, seguido por Christoforo, A. L., com 22 publicações e Fiorelli, J., com 19 publicações. Vale ressaltar que os brasileiros se destacam em publicações nesse tema, onde os 3 principais autores que publicam são brasileiros. Este fato é confirmado ao observar o Gráfico 8, o qual contém as principais instituições que publicam, sendo metade instituições brasileiras. A Universidade de São Paulo (USP) está em 1° lugar com 45 publicações, seguida pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) em 2° lugar com 24 publicações, Universidade Federal de Lavras (UFLA) em 3° lugar, com 22 publicações, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) em 5° lugar com 17 publicações e Universidade Estadual do Paraná (UNESPAR) em 7° lugar com 12 publicações. Gráfico 7 - Principais autores que publicam sobre painéis de partículas e resíduos. Fonte: Adaptado de Scopus (2023). Documentos Autores 28 Gráfico 8 - Principais instituições que publicam sobre painéis de partículas e resíduos. Fonte: Adaptado de Scopus (2023). 3.4 Poliestireno Expandido (EPS) 3.4.1 O poliestireno expandido O poliestireno expandido (EPS) é um tipo de polímero produzido a partir do petróleo com, geralmente, 2% de material sólido enquanto o restante (98%) representa o ar interno. Devido a sua simples composição, somente com átomos de carbono, hidrogênio e ar, tornam ele um material atóxico, livre de gases CFCs (clorofluorcarbonetos) responsáveis pela destruição da camada de ozônio, apresenta boas propriedades de isolamento térmico e acústico, é flexível, leve e pode apresentar boa resistência mecânica de acordo com sua densidade e aplicação (COMISSÂO SETORIAL, 2020; ABRAPEX, 2021; ACEPE, 2022). O EPS foi descoberto na década de 40 na Alemanha por dois químicos, Fritz Stasny e Karl Buchholz. Posteriormente, na década de 60, o EPS chegou no Brasil sendo uma marca registrada pela empresa Knauf Isopor, nomeando o produto como Isopor®. O material possui a característica de plástico celular rígido, sendo o resultado da polimerização de monômeros de estireno em cadeias longas por meio do gás pentano. Esse processo é responsável por produzir o poliestireno expansível, pequenas perolas de até 3 milímetros de diâmetro, as quais seguem para a etapa de expansão. Os grânulos de EPS são aquecidos com vapor, fazendo com que o agente expansível atue e amoleça o polímero, proporcionando a expansão em até 8 vezes o volume inicial. Após a maturação dos grânulos pré-espumados, há o acondicionamento em Documentos Instituições 29 moldes e o aquecimento com vapor para que ocorra maior expansão e o preenchimento por completo dos moldes pelo material, adquirindo sua leveza pela presença de ar. Durante esta etapa, a densidade do EPS pode reduzir em até 50 vezes, dependendo de sua aplicação e características desejadas. Exemplificando o poder de expansão do material, é possível encontrar entre 3 e 6 bilhões de células fechadas com ar em seu interior em apenas 1 m3 de material (DE KEER et al., 2017; ABRAPEX, 2021; ACEPE, 2022). A Figura 4 mostra pérolas de EPS expandidas, estas que representam o produto em seu aspecto conhecido e podem ser destinadas a diversas aplicações. Figura 4 - Pérolas de poliestireno expandido Fonte: REFRATIL (2022). O EPS é produzido com apenas 0,1% de todo o consumo de petróleo e seu processo de fabricação garante uma poluição reduzida, uma vez que os principais agentes são o pentano (baixo aquecimento global) e o vapor de água. Pelo fato do EPS ser constituído por apenas um polímero e sua pequena quantidade de material, ele pode ser reciclável e não representa riscos ao ambiente por ser inerte e inócuo (ACEPE, 2022). Da mesma forma, porém levando em conta o polímero não expandido, o poliestireno, o qual representava em 2018 cerca de 7% da produção mundial de plásticos e, em 2019, sua produção alcançou mais de 368 milhões de toneladas (Zhong et al., 2022). Entre as diversas aplicações, o EPS é muito encontrado na construção civil devido as suas características de bom isolamento térmico por apresentar baixa condutividade térmica de 0,04 W/(m.K) (ABNT NBR 15220, 2005) e uma estrutura leve, sendo utilizado como material de preenchimento em sistemas isolantes de paredes, coberturas e em quaisquer tipos de obra, como rodovias e viadutos, até grandes edifícios e simples moradias, substituindo os elementos tradicionais para um melhor rendimento energético. Sua característica de baixo peso atrelada a 30 resistência ao impacto faz com que o EPS seja utilizado como enchimento em equipamentos de proteção individual, como capacetes. Por se tratar de um material impermeável, resistente a humidade, higiênico, inerte e resistente a compressão, o EPS é utilizado como embalagens de proteção e transporte para materiais sensíveis, como componentes eletrônicos ou eletrodomésticos, perfumaria, cerâmicos, entre outros. A performance térmica do EPS garante aplicações relacionadas a produtos mais sensíveis e que necessitem de cuidados específicos, como farmacêuticos, alimentos e até órgãos humanos, garantindo a integridade e condições ideias durante o transporte (ACEPE, 2022). 3.4.2 Gerenciamento de resíduos e o cenário dos resíduos de EPS O gerenciamento de resíduos tem como principal objetivo garantir soluções para mitigar os efeitos negativos ao ambiente decorrentes de uma disposição final inadequada. À vista disso, o gerenciamento deve atuar em alguns aspectos, como a redução da geração, redução dos resíduos gerados, reutilização, reciclagem, tratamento e disposição final segura e adequada ao ambiente (INTAHPHUAK et al., 2017). Deste modo, a reutilização garante que resíduos que seriam descartados passem a ter um propósito com maior valor agregado e, ainda, não impacte negativamente o ambiente. Para reutilização do EPS pós-consumo é preciso que os resíduos passem, primeiramente, pela etapa de limpeza, seguindo para a reciclagem. O processo de reciclagem pode ocorrer através de três formas: reciclagem energética, utilizando o material de acordo com seu poder calorífico; reciclagem química, produzindo gases e óleos; e a reciclagem mecânica, é a mais conhecida e utilizada para fabricação de novos produtos. Para que este tipo de reciclagem ocorra, o material deve ser recolhido, separado e limpo, para que não haja contaminação durante o processo. O material limpo segue uma série de etapas, sendo elas: trituração a partir de uma máquina compactadora; exposição ao calor para que haja aglutinação do material (aumento de densidade); extrusão do material em temperaturas controladas (fusão); produção de filetes; resfriamento, secagem e granulação para reinserir o material novamente no mercado do poliestireno (PLASTIVIDA, 2015; ISOMAF, 2022; CONSTRUMARKET, 2022). A reciclagem de resíduos de EPS pós-consumo proporciona ganhos ambientais relevantes, como a economia de energia e matéria prima virgem durante a produção e até a promoção de um consumo mais consciente. A prática de reciclagem garante uma nova fonte de 31 renda para cooperativas e catadores, entretanto, existem alguns desafios que precisam ser abordados, entre eles a falta de leis que especificam as atividades de todas as partes interessadas, como também o desafio relacionado ao transporte, visto que o material possui um volume elevado com pouco peso, ou seja, possui uma densidade muito baixa, fazendo com que o transporte seja uma etapa muito custosa para o processo (CONSTRUMARKET, 2022). Analisando a indústria de embalagens, observou-se um crescimento de R$ 76,29 bilhões em 2019 para R$ 110,90 bilhões em 2021, correspondendo aos plásticos a maior participação em valor, com 37,1% (ABRE, 2022). Entre os resíduos plásticos reciclados observou-se um aumento de 5,8% no ano de 2020 quando comparado ao ano anterior, com 1,4 milhões de toneladas. As embalagens e descartáveis de uso único representaram 68,5% desse valor, atingindo 960 mil toneladas de plásticos reciclados. Mudando de um foco geral para mais específico, a produção de EPS e o Consumo Aparente Nacional (CAN) atingiram um grande volume em 2016, com 57,3 mil e 84,1 mil toneladas, respectivamente, e a participação de importação chegou a 36,6%. Já para 2021, a produção de EPS atingiu 119,6 mil toneladas enquanto o CAN atingiu 129,5 mil toneladas, dando um grande salto em 5 anos. Uma pesquisa mostrou em 2019 que de toda essa produção apenas 34,5 mil toneladas de EPS são recicladas anualmente e destinados a aplicações diferentes, fazendo do restante não reciclado, um problema para o meio ambiente (ABIQUIM, 2023; CONSTRUMARKET, 2022). Desta forma, nota-se que o Brasil já atua na reciclagem do EPS, obtendo como resultados 30,7% e 30,9%, para os anos de 2019 e 2020, respectivamente, sendo o segundo material plástico pós-consumo mais reciclado, perdendo apenas para o PET – politereftalato de etileno, com 53,5% em 2020. Devido à grande conscientização e oportunidades encontradas nos resíduos, há uma tendência de crescimento de empresas recicladoras de materiais plásticos no Brasil, possuindo 1.119 empresas em 2020, estas que contribuíram com 13.180 empregos na indústria do plástico. Observando de forma mais ampla e não somente o material pós- consumo, a indústria de transformados plásticos contribuíram com 11.032 empresas, gerando 336,7 mil empregos para o setor (ABIPLAST, 2022). Ao analisar alguns tópicos que envolvem a indústria do EPS, é notório que há uma concentração do setor no estado de São Paulo, este que possuía 4,7 mil empresas de transformação em 2020 e em 2021 gerou mais de 144 mil empregos. Observando as empresas de reciclagem, o estado de São Paulo contempla a maior quantidade, passando de 319 em 2019 para 338 em 2021, valor que representa 30,2% do total de empresas do Brasil. O mesmo 32 acontece com os empregos gerados, ou seja, mais de 2,5 mil empregos foram gerados em 2020, passando para mais de 3,7 mil em 2021, representando 28,2% dos empregos gerados no Brasil para este segmento (ABIPLAST, 2022; SINDIPLAST, 2022). É possível constatar que a indústria do EPS reciclado está cada vez maior e há muitas oportunidades a serem exploradas. Desta forma, como o objetivo deste trabalho foi verificar algumas propriedades de painéis de partículas de madeira produzidos com resíduos de EPS pós-consumo, torna-se preciso observar a viabilidade de produção dos painéis de acordo com a quantidade de material pós-consumo disponível, ou seja, a quantidade de resíduos de EPS coletados que podem contribuir para esta destinação final de maior valor agregado. A cidade de Bauru – SP, por exemplo, possui ecopontos onde é realizada a destinação correta e coleta deste material e, de acordo com a empresa ASCAM (2021), a qual surgiu com o intuito de prestar serviço na gestão de resíduos sólidos urbanos, principalmente focada em resíduos recicláveis e de matéria prima que possa gerar renda para catadores e trabalhadores de cooperativas, foi realizado e disponibilizado dados sobre a gestão dos Ecopontos da cidade de Bauru, conforme contrato realizado com a Secretaria Municipal do Meio Ambiente (SEMMA), os quais fornecem dados sobre os meses de janeiro a julho de 2021. De acordo com o Gráfico 9, o qual contém dados sobre os plásticos reciclados nos ecopontos de Bauru – SP, nota-se que uma grande quantidade de plásticos são reciclados todos os meses, entretanto, o EPS representa apenas uma pequena parcela e ainda não é encontrado todos os meses. Os valores encontrados da reciclagem do EPS são apresentados em três meses, sendo eles expressos pela quantidade reciclada nos meses de março, com 3.040 kg de material, seguido pelos meses de janeiro (1.370 kg) e julho (840 kg). 33 Gráfico 9 – Resíduos plásticos reciclados na cidade de Bauru – SP. Fonte: ASCAM (2021). Por meio da análise da coleta de EPS pós-consumo na cidade de Bauru – SP, pode- se observar que no primeiro semestre de 2021 foram coletados 5.250 kg de resíduos de EPS (ASCAM, 2021). Conforme a pesquisa objeto de estudo do trabalho em questão, apresentada nos itens subsequentes, esta quantidade seria suficiente para produção de 88.983 painéis de 40 cm x 40 cm contendo 25,0% de EPS em sua composição, ou seja, seria possível produzir mais de 14 mil m2 de painéis, caso a composição seja de 12,5%, o valor dobra, indo para mais de 28 mil m2 Outras cidades no interior do estado de São Paulo também realizam a coleta e reciclagem de EPS, como a Cooperativa Acácia de Catadores, Coleta, Triagem e Beneficiamento de Materiais Recicláveis de Araraquara e, de acordo com o relato de Joaquim (2022), há uma média de 1.000 kg de EPS processados por mês, demonstrando o uso contínuo deste tipo de material. O valor coletado é equivalente a produção de 32.542 m2 de painéis com 25,0% de EPS por ano ou 65.084 m2 de painéis com 12,5% de EPS, conforme proposto no trabalho em questão. A cidade de Mogi Guaçu – SP também realiza a coleta seletiva de materiais como o EPS, eletrônicos, metais, óleo, papel e papelão, plásticos em geral e vidro, realizou a captação e triagem de 357.283 kg de materiais em 2022, em que o EPS representou aproximadamente apenas 1,0% de todo material. A parceria realizada entre a Associação 3R’s com as instituições Mogi Open Data e Instituto Ambiente, resultou na criação da plataforma de transparência sobre a gestão de todos os tipos de resíduos presentes no município. Desta forma, foi possível 34 destacar a coleta de EPS, que pode ser observada no Gráfico 10, em que está expresso a quantidade de resíduos de EPS comercializado para os anos de 2021 e 2022, até o mês de junho. Gráfico 10 – EPS comercializado em Mogi Guaçu Fonte: ASSOCIAÇÃO COOPER 3R’S (2022). De acordo com o Gráfico 10 e com relação ao ano de 2021, estima-se que 3.980 kg de resíduos de EPS foram comercializados, apresentando picos de comercialização no começo e no final do ano, com 720 kg em fevereiro e 880 kg em novembro. É notório que em alguns meses não houve comercialização deste tipo de material, tanto para o ano de 2021 como para o ano de 2022, onde não há dados sobre o mês de abril. Avaliando o ano de 2022, nota-se que o mês de maio atingiu o maior valor entre os meses, com 500 kg de resíduos de EPS, já os demais meses seguem uma média próxima a 400 kg/mês, aparentando uma diminuição em comparação ao ano anterior, totalizando 2.040 kg de material comercializado até junho de 2022. De acordo com a quantidade de material coletado pelo período de 2021 a junho de 2022, torna-se possível produzir 16.325 m2 de painéis com 25,0% de EPS ou 32.650 m2 de painéis com 12,5% de EPS. Outros estados também atuam na reciclagem do EPS, exemplo disso é a empresa de Joinville, Termotécnica, a qual criou uma unidade em 2007 para trabalhar somente com EPS reciclado, se tornando uma referência nacional. Utilizando conceitos da economia circular e o apoio entre diversas empresas, a reciclagem do EPS está crescendo e colaborando para que novos projetos nasçam, como o Isopor Amigo, projeto que teve início em outubro de 2020 e com um pouco mais de um ano e meio de trabalho, já fez a reutilização do material aumentar de 25% para 80%. A coleta do material também apresenta um valor expressivo, atingindo 600 kg de EPS coletados em 16 meses, valor equivalente a 65 mil recipientes de marmitas e que pode contribuir com a produção de 1.627 m2 de painéis com 25,0% de EPS ou 3.254 m2 de painéis com 12,5% de EPS (O MUNICÍPIO JOINVILLE, 2022). 35 De acordo com esses dados, é notório que há material disponível no Brasil e principalmente no estado de São Paulo, viabilizando a produção de painéis de partículas de madeira com resíduos de EPS pós-consumo, necessitando apenas de um plano logístico para captação do material. 3.4.3 Trabalhos sobre aproveitamento de resíduos de EPS em compósitos. Painéis de partículas de madeira com resina produzida a partir de resíduos de EPS, dissolvendo-o em gasolina, prensados a frio e acondicionados em estufa a 150 °C foram produzidos por Akineymi et al. (2019). As partículas de madeira apresentaram dois tamanhos, 0,85mm e 1,75mm, o EPS foi dosado de duas formas, com 1,5 e 2,0, caracterizando quatro tipos de amostras. Foram analisadas as propriedades físicas, inchamento em espessura (norma ASTM D 1037) e força de flexão (norma BS EN 310). Os resultados obtidos mostraram que houve uma diminuição da absorção de água e aumento da resistência a flexão conforme o aumento da dosagem de EPS, em razão do aumento da interação (força de ligação) entre as partículas. Os autores argumentaram que a combinação desses resíduos poderia ser utilizada para produtos destinados à construção civil, tanto para aplicações internas como externas. Ohijeagbon, et al. (2020), fabricaram painéis compostos por serragem e polipropileno, utilizando como adesivo cimento com EPS. Durante a produção foram variadas as relações de quantidades entre serragem-polipropileno, bem como a relação entre cimento- EPS. Os autores observaram que o aumento de EPS resultou em uma diminuição da densidade do compósito, assim como sua absorção de água. Um fato evidenciado pelos autores foi que o cimento, por ser um material cerâmico e diferente dos demais, pode ter influenciado negativamente na resistência do material produzido. Entretanto, a literatura citada contribuiu com uma nova combinação para reutilização destes resíduos para produção de um compósito mais leve. Luo et al. (2020) pesquisaram sobre painéis compostos por partículas de madeira e EPS adicionado no núcleo, utilizando como adesivo isocianato de polimetileno, resultando em painéis com densidade média de 400 kg/m3 (baixa densidade). Os autores investigaram a variação da quantidade de EPS do painel (0%, 2,5%, 5%, 7,5%, 10% e 12,5%) e temperatura de prensagem (110°C e 140°C) nas propriedades de resistência à flexão (MOR), módulo de elasticidade na flexão (MOE), ligação interna, espessura de inchamento, perfil de densidade e microestrutura de acordo com as normas GB/T 17657-2013 e GB/T 4897-2015. Os resultados 36 obtidos mostram que a inclusão de EPS melhorou as propriedades de MOR e MOE para qualquer quantidade de EPS adicionada, em que o menor resultado obtido foi pelo painel testemunha (somente madeira) de 1,8 MPa (MOR) e 517 MPa (MOE), enquanto o melhor resultado foi obtido pelo painel com maior quantidade de EPS, com 12,5% e com valores de 5,7 MPa (MOR) e 1059 MPa (MOE). Foi observado que a adição de EPS garantiu uma redução da absorção de água e melhoria da ligação interna. Variações significativas não foram observados conforme a quantidade de EPS do painel. Lu et al. (2021) realizaram testes para verificar as propriedades de retardamento de chama baseado nas normas ASTM D2863-17, ASTM D3801 e ASTM E1354-17, verificaram a absorção sonora segundo a norma GB/Z 27764-2011, condutividade térmica de acordo com a norma GB/T 10295-2008 e propriedades mecânicas conforme as normas GB/T 1043-2008 e GB/T 17657-2013 para um painel de partículas de madeira e esferas de EPS envolvidos com um conteúdo retardador de chama. O conteúdo aglutinante e retardador de chama foi composto por polimetil acrílico com 52% de sólidos, grafite expansível (EG) e polifosfato de melamina (MPP). Durante a produção das amostras, o conteúdo de EG e MPP representavam 20% em peso do painel e suas quantidades foram sendo variadas entre si, assim como as quantidades de madeira e EPS. Como resultados, os autores observaram uma redução das propriedades mecânicas dos compósitos quando comparado ao painel contendo somente madeira, aumento da absorção sonora e uma redução da condutividade térmica com a inclusão do EPS. Ao comparar as variações do conteúdo retardador de chama notou-se que houve um aumento no tempo de ignição e diminuição no tempo de queima. Desta forma, os autores constataram resultados satisfatórios para o compósito, evidenciando uma possível aplicação como material de enchimento em construções. Adnan e Hermawan (2022) produziram painéis de partículas de madeira de kelempayan utilizando resíduos de EPS como adesivo. Os autores produziram os painéis com diferentes porcentagens de EPS, sendo 10%, 20% e 40%. A etapa de prensagem foi realizada por 10 minutos, a 180 °C e com 30 toneladas. Foram avaliadas as propriedades físicas de teor de umidade, densidade e inchamento em espessura, assim como as propriedades mecânicas de modulo de ruptura, módulo de elasticidade e ligação interna. Os ensaios foram baseados na Norma Industrial Japonesa para Aglomerado JIS A 5908 Tipo 8. Os resultados obtidos mostraram que as maiores propriedades mecânicas foram obtidas pelo compósito com 40% em quantidade de resíduos de EPS, demonstrando a possibilidade da utilização de EPS como adesivo em painéis. 37 Prasittisopin et al. (2022) realizou uma revisão da literatura resumindo 253 artigos relacionados a tecnologia do concreto e a inclusão de EPS em materiais à base de cimento. O escopo do artigo abrange misturas de concreto e argamassa contendo esferas de EPS projetados com cimento Portland comum. Os autores observaram que o principal ponto para incorporar o EPS estava relacionado a diminuição do peso e para melhorar o desempenho térmico e acústico, fato que foi confirmado pelos autores. Notou-se que a resistência mecânica diminuiu com a adição do EPS devido a maior porosidade, entretanto, o desempenho dinâmico e a propriedade de fadiga foram melhoradas. Com relação ao desempenho a longo prazo, constatou-se que a inclusão de EPS melhorou características de corrosão, degelo, ataque químico e de sulfato e resistência ao fogo, em contrapartida, gerou impactos negativos na carbonatação e retrações. Os autores relataram que a adição de EPS é benéfico para a sustentabilidade, reduzindo a emissão de gases de efeito estufa, porém ainda não se sabe como será realizada a disposição de estruturas envelhecidas de cimento e EPS. Observa-se que, na grande maioria da literatura disponível, a utilização de EPS em painéis compósitos de madeira se dá pela aplicação deste insumo como adesivo. Na sua forma íntegra, o EPS é explorado em compósitos cimentícios e de cura à frio, sendo o emprego de temperatura na fabricação mantendo este material íntegro (sem fundir-se) um desafio tecnológico. 3.5 Propriedades térmicas dos materiais É pertinente o entendimento das propriedades térmicas nos materiais para que possa compreender e analisar o comportamento de acordo com a aplicação e a variação da temperatura, pois há uma relação entre mudança de dimensões e alteração da temperatura na maioria dos materiais construtivos (MORAVIA, 2007).Desta forma, ao analisar o conceito de transferência de calor e de acordo com Çengel (2012), esta propriedade pode ser definida como uma energia em movimento decorrente de uma diferença de temperatura entre dois pontos. Com isso, o calor é uma manifestação transitória que ocorre do meio com maior temperatura para o meio com menor temperatura, até que o sistema entre em equilíbrio térmico e não haja mais variação entre as temperaturas. Pode-se verificar a transferência de calor por meio de três modos básicos, sendo a condução, convecção e radiação. Para que possa ocorrer condução de calor, as partículas 38 precisam estar próximas para que haja a interação entre elas, consequentemente, a condução da partícula de maior energia para a com menor energia. A convecção, por sua vez, ocorre através da interação entre um fluido em movimento com um sólido, combinando o movimento do fluido com o efeito de condução de calor. Por fim e não menos importante, a radiação ocorre por meio de ondas eletromagnéticas emitas por um meio, no qual altera as configurações das partículas de outro meio na forma de calor (INCROPERA, 2008; ÇENGEL, 2012). A condutividade térmica nos materiais está ligado com a propriedade de transferência de calor, uma vez que ela pode ser caracterizada como a capacidade que um certo material tem de transmitir calor, sob condições determinadas, por meio de uma espessura unitária e com um gradiente de temperatura. Em outras palavras, esta propriedade quantifica o quanto um material pode conduzir energia térmica. O valor encontrado para a condutividade térmica é intrínseco a cada material e depende da pureza e temperatura na qual ele se encontra. No âmbito coletivo, todos os materiais aumentam sua condução de calor com o aumento da temperatura (CALLISTER, 2003; INCROPERA, 2008; ÇENGEL, 2012). Atualmente, a condutividade térmica está sendo muito estudada, pois ela é determinante para verificar possíveis aplicações para os materiais, dado que materiais com elevado valor para esta propriedade podem ser usados como bons condutores, o contrário também acontece, onde materiais com baixo valor são caracterizados como maus condutores, ou bons isolantes térmicos. Os materiais isolantes podem ser relacionados com a minimização do consumo energético no setor de construção civil, já que este ocupa um lugar de grade consumo, sabendo que há relação entre o consumo e os aspectos econômicos e ambientais. Desta forma, com os impactos negativos socioeconômicos e ao ambiente, faz-se necessário a colaboração do desenvolvimento tecnológico com o crescimento sustentável (ÇENGEL, 2012; ANGELIN, 2018). No livro publicado por Çengel (2009) é verificado uma faixa da condutividade térmica de alguns materiais aplicados a temperatura ambiente (Figura 5) e, é possível constatar que materiais metálicos puros possuem um valor elevado para condutividade térmica, o contrário é observado para os materiais isolantes como as fibras, madeiras e espumas, os quais apresentam um valor entre 0,01 e 1 W/m°C. Desta forma, é plausível dizer que os metais puros, por exemplo, não seriam ideias para aplicações com a intenção de melhorar o isolamento térmico, em contrapartida, as madeiras e espumas, sim. Corroborando com esta argumentação, Lucas (2021) diz que a utilização de materiais com baixa condutividade térmica em parede e 39 tetos, colabora para redução do consumo de energia em edifícios, colaborando com o crescimento mais sustentável. Figura 5 - Faixa de condutividade térmica dos materiais aplicados em temperatura ambiente Fonte: Çengel (2009) A norma ABNT NBR 15220 (2003) discorre sobre o desempenho térmico em edificações e nela é estabelecido algumas definições, símbolos e unidades associados as características térmicas de diversos materiais que podem ser observados na Tabela 1. A Densidade de massa aparente (ρ), condutividade térmica (λ) e calor específico (c) de alguns materiais como argamassas, cerâmicas, isolantes térmicos (entre eles o poliestireno expandido), madeiras e derivados e metais estão presentes na Tabela 1. 40 Tabela 1 – Densidade de massa aparente (ρ), condutividade térmica (λ) e calor específico (c) de materiais Material ρ (kg/m3) λ (W/(m.K)) c (kJ/(kg.K)) Argamassas argamassa comum 1800-2100 1,15 1,00 argamassa de gesso (ou cal e gesso) 1200 0,70 0,84 argamassa celular 600-1000 0,40 1,00 Cerâmicas Tijolos e telhas de barro 1000-1300 1300-1600 1600-1800 1800-2000 0,70 0,90 1,00 1,05 0,92 0,92 0,92 0,92 Isolantes térmicos lã de rocha 20-200 0,045 0,75 lã de vidro 10-100 0,045 0,70 poliestireno expandido moldado 15-35 0,040 1,42 poliestireno extrudado 25-40 0,035 1,42 espuma rígida de poliuretano 30-40 0,030 1,67 Madeiras e derivados carvalho, freijó, pinho, cedro, pinus 600-750 450-600 300-450 0,23 0,15 0,12 1,34 1,34 1,34 aglomerado de fibras de madeira (denso) 850-1000 0,20 2,30 aglomerado de fibras de madeira (leve) 200-250 0,058 2,30 aglomerado de partículas de madeira 650-750 550-650 0,17 0,14 2,30 2,30 placas prensadas 450-550 350-450 0,12 0,10 2,30 2,30 Metais aço, ferro fundido 7800 55 0,46 alumínio 2700 230 0,88 cobre 8900 380 0,38 zinco 7100 112 0,38 Fonte: Adaptado de ABNT NBR 15220 (2003) Corroborando com informações sobre as propriedades térmicas dos materiais, o livro elaborado por Callister e Rethwisch (2011) aborda tópicos importantes sobre o tema e fornece alguns dados sobre a condutividade térmica dos materiais. De acordo com o conteúdo, é possível verificar um padrão de propriedades conforme o tipo de material, no caso de materiais metálicos, a condutividade térmica (W/m.K) apresenta valores mais elevados, como exemplo de metais tem-se o ouro e o alumínio, em que sua condutividade térmica é de 315 e 247 W/m.K, respectivamente e, o mecanismo de transferência de calor se dá por meio das vibrações atômicas e movimento de elétrons livres. Seguindo para o próximo tipo de material, tem-se os materiais cerâmicos, estes que possuem uma condutividade térmica intermediária e a transferência de 41 energia acontece por meio de vibrações atômicas. Como exemplo de materiais cerâmicos estão a magnésia (𝑀𝑔𝑂) e a alumina (𝐴𝑙2𝑂3), possuindo uma condutividade térmica de 38 e 39 W/m.K, respectivamente. O terceiro tipo de material estudado por Callister e Rethwisch (2011) são os polímeros, material cuja transferência de energia acontece por meio da vibração e/ou rotação das moléculas das cadeias poliméricas. Como exemplo desses materiais encontram-se o teflon e o poliestireno, apresentando valores para a condutividade térmica de 0.25 e 0.13 W/m.K, respectivamente. Pelo fato do poliestireno estar entre os materiais com baixa condutividade térmica, caracterizando-o como um excelente isolante térmico, pode-se evidenciar seus usos para a finalidade de isolar o calor, tanto o calor que pode entrar (externo) como o que pode sair (interno) de algum ambiente. Outra característica relevante a ser analisada esta atrelada a capacidade do material manter suas propriedades, ou características, de acordo com a temperatura e isso está relacionado com a estabilidade térmica dos materiais. Alguns autores estudam sobre esta propriedade em compósitos, como Cheng et al. (2023), que propôs uma nova estratégia de reticulação múltipla para preparação do adesivo a base de glúten do trigo, um produto adaptável na preparação de materiais devido a sua biodegradabilidade, alto teor de proteína, com boa viscoelasticidade, ductilidade e propriedades de formação de filme. Para suas análises, Cheng et al. (2023) preparou algumas amostras de adesivo variando as quantidades de glúten de trigo, taninos condensados, polímero de etileno imina e éter triglicidílico de glicerol. Os autores analisaram algumas propriedades, entre elas o desempenho termodinâmico e estabilidade térmica das proteínas. Como resultados, foram observados perda de água e de materiais voláteis na faixa de temperatura de 40 a 150 °C e, à medida que a temperatura subia, na faixa de 150 a 500°C, vou rápida perda de massa devido a degradação da proteína. Desta forma, os autores concluíram que houve boa sinergia entre os materiais utilizando, garantindo melhora nas propriedades analisadas. Bollakayala et al. (2023), analisaram compósitos de serragem de madeira, EPS reciclado e fuligem veicular reciclada como aditivo à base de carbono. O EPS foi dissolvido e utilizado como adesivo para a formação de painéis com carga de fuligem adicionada variando de 0 a 2,5% em peso. A estabilidade térmica dos painéis foi analisada e como resultados foram observados que na faixa de 100 a 240°C houve perda de massa de evaporação de água e componentes voláteis, a partir desta temperatura (240°C) houve a degradação térmica e perda significativa de massa decorrente da queima das moléculas da madeira. Como conclusão geral, 42 os autores apontam essa composição como de um compósito com potencial para produção de baixo custo e a fuligem reciclada com substituto para material comercial de carbono. 3.6 Considerações com base na Revisão de Literatura Com base no exposto na revisão bibliográfica, justifica-se a realização deste trabalho. O reaproveitamento de resíduos, como o EPS pós-consumo, aliado as partículas de madeira e ao adesivo parcialmente derivado de biomassa, contribuem para a obtenção de produtos com impacto ambiental reduzido, os quais podem ser potenciais para utilização em aplicações na construção civil, como isolamento térmico em edificações. A utilização de partículas de madeira industriais pode ser uma possibilidade para a obtenção de novos produtos neste segmento. 43 4 MATERIAIS E MÉTODOS O tópico de materiais e métodos contém a forma pela qual este trabalho foi elaborado, com as diferentes etapas, com relação a produção dos painéis de partículas, como também a descrição dos ensaios realizados para obtenção das propriedades físicas, mecânicas e térmicas dos painéis. 4.1 Etapas deste trabalho Este estudo foi elaborado em três etapas, sendo elas: • 1° Etapa: avaliação da melhor configuração dos painéis de partículas com relação a quantidade de EPS adicionado, verificando as propriedades físicas e mecânicas; • 2° Etapa: determinação da condutividade térmica das amostras produzidas; • 3ºEtapa: caracterização das partículas do material utilizado na produção dos painéis, seguida pela análise de microscopia eletrônica de varredura das 3 composições de painéis produzidos e análise termogravimétrica do EPS e dos painéis testemunha e com 25% de EPS. As amostras produzidas nas três etapas e as variáveis analisadas então descritas na Tabela 2, a seguir. Tabela 2 - Etapas e variáveis das amostras estudadas neste trabalho. Etapa Amostra Variáveis 1ª etapa: propriedades físicas e mecânicas 1- Testemunha (sem adição de EPS) - 2- EPS no núcleo +1/3 de madeira do painel 12,5% de EPS 3- EPS no núcleo +1/3 de madeira do painel 25,0% de EPS 2ª etapa: condutividade térmica 1-Testemunha (sem adição de EPS) - 2-EPS no núcleo +1/3 de madeira do painel 12,5% de EPS 3- EPS no núcleo +1/3 de madeira do painel 25,0% de EPS 3ª etapa: caracterização complementar. 1-Granulometria: Partículas de madeira e EPS 2- TG e DSC: Todos os tratamentos 3- Microscopia eletrônica de varredura: Todos os tratamentos - 0%, 12,5% e 25% de EPS 0%, 12,5% e 25% de EPS Fonte: Próprio autor (2024) 44 As duas quantidades de EPS foram selecionadas (12,5% e 25%) com base em estudos realizados anteriormente pelo próprio autor, sendo eles: Pizza et al. (2022a), em que foi analisada as propriedades físicas e mecânicas para a quantidade de 20% de EPS no núcleo e disperso no painel; Pizza et al. (2022b), em que foi analisado a condutividade térmica para painéis com 20% de EPS; Rodolpho et al. (2022), em que foram avaliadas duas quantidades de EPS, 15% e 30%, na forma dispersa e no núcleo do painel; e ainda houveram outros como Pizza (2020); Pizza et al. (2019) e Kitai et al. (2019). É importante destacar que as quantidades escolhidas para este estudo foram pensadas visando as propriedades físicas, mecânicas, térmicas e de produção dos painéis, visto que o EPS é um produto com baixa densidade, ocupando muito volume para poucas quantidades de material. 4.2Produção dos painéis de partículas Para produção dos painéis, foram utilizadas partículas de madeira de eucalipto doadas pela empresa Eucatex, localizada em Botucatu – SP, a qual disponibilizou as partículas em duas dimensões utilizadas no processo do produto MDP na empresa, sendo partículas finas, utilizadas na superfície do painel, e partículas grossas, utilizadas para o núcleo do painel. A granulometria das partículas são mencionadas no item 4.3. As partículas de poliestireno expandido utilizadas no núcleo dos painéis foram obtidas de profissionais da coleta de EPS pós-consumo proveniente de embalagens térmicas, os quais fazem seu processamento em partículas, comercializando para empresas diversas. Apesar de adquirir-se o EPS pós-consumo já nesta condição para o trabalho em questão, pode-se propor a coleta e gerenciamento destes resíduos aos centros de reciclagem ou empresas que utilizam o EPS para a finalidade de obtenção dos painéis, um produto de maior valor agregado para a destinação deste material. A quantidade de EPS utilizada nos painéis foi de 12,5% e 25,0% (1ª e 2ª etapas) e 12,5% (3ª etapa) em relação ao volume total do material do painel, considerando a densidade do EPS de 0,10 g/cm3 (ABNT NBR 11949, 2007) e densidade nominal dos painéis de 0,55 g/cm3. A Figura 6 contém as partículas utilizadas para a produção dos painéis, sendo dois tipos de partículas de eucalipto e o resíduo de EPS. 45 Figura 6 – Partículas finas e grossas de eucalipto e partículas de EPS Fonte: Próprio autor (2024) O adesivo utilizado para a fabricação dos painéis foi a resina poliuretana bicomponente a base de óleo de mamona, fabricante Imperveg, composta por poliuretano vegetal (óleo de mamona) e isocianato, na qual foi utilizada na proporção pré-polímero: poliol de 1:1. Dias (2005) e Gava et al. (2015) mencionam que este adesivo a base de óleo de mamona apresenta a vantagem de possuir sua matéria prima parcialmente renovável e natural, sua tecnologia é de origem nacional, não é agressiva ao meio ambiente e garante a característica de impermeabilidade aos painéis, visto que este tipo de resina apresenta menor afinidade com a água do que o adesivo de ureia formaldeído tradicional. Reafirmando os benefícios deste adesivo, Fiorelli et al. (2012) realizaram microscopia eletrônica de varredura (MEV) e observaram que a resina ocupa as lacunas presentes entre as partículas, propiciando uma melhora das propriedades mecânicas e físicas dos painéis de partículas. Além disso, este tipo de resina cura a frio, ou seja, em temperaturas inferiores a 100°C (DIAS, 2008) e menores que a temperatura de fusão do EPS (100°C; CALLISTER, 2003), contribuindo para que o EPS se mantenha em estado sólido na composição do painel. A Figura 7 contém a resina utilizada e seus componentes, um mais escuro e denso (isocianato) e, outro mais claro e menos denso (poliol). Figura 7 – Resina bicomponente poliuretana a base de óleo de mamona Fonte: Próprio autor (2023) 46 Para a produção dos painéis de partículas, primeiramente fez-se necessária realizar a pesagem das quantidades de madeira, resina e EPS para cada painel de acordo com cada tratamento. A quantidade de material foi calculada com base na densidade nominal dos painéis de 0,55 g/cm3, obtendo-se a quantidade em madeira e conforme as camadas externas e interna. Após a determinação da quantidade de madeira, foram determinadas a quantidade de resina e a quantidade de EPS. A resina foi misturada nas partículas de madeira de forma manual e as partículas de EPS foram adicionadas e misturadas nas partículas de madeira de maior granulometria, ou seja, compuseram somente o núcleo dos painéis. A mistura de madeira + adesivo + EPS foi inserida em um molde de dimensões de 42 cm x 42 cm seguindo o padrão de camadas observado na Figura 8. Na sequência, foi realizada a pré-prensagem da mistura em uma prensa hidráulica, utilizando-se a carga de 5 toneladas por 5 minutos. Esta etapa de pré-prensagem para formação do colchão de partículas pode ser observada na Figura 9. Figura 8 – Modo de produção e acondicionamento das partículas de madeira e EPS. Fonte: Próprio autor (2024). Figura 9 – Formação do colchão de partículas e colchões com 0% EPS, 12,5% EPS e 25% EPS, respectivamente. Fonte: Próprio autor (2024). 47 Em seguida, o molde foi retirado e um limitador metálico determinou a espessura dos painéis, de 13 mm. Para a etapa de prensagem a quente foi utilizada uma prensa hidráulica Hidral-Mac modelo PHH, capacidade de 80 toneladas. As especificações de prensagem foram pressão de 4 MPa, temperatura de 100 °C e tempo de prensagem de 12 minutos. Durante o período de prensagem foi realizada uma abertura da prensa no meio do período, para restabelecer a pressão. A Figura 10 contém o painel logo após a etapa de prensagem a quente. Figura 10 – Painel de partículas após a prensagem a quente. Fonte: Próprio autor (2024). Após a prensagem dos painéis, estes foram armazenados por 72 horas, com o intuito de haver a cura completa e equilíbrio da temperatura e umidade. Ao término deste período, os painéis foram esquadrejados nas dimensões de 40 cm x 40 cm, conforme Figura 11, para realização dos ensaios físicos, mecânicos e térmicos. Figura 11 – Painéis de partículas esquadrejados. Fonte: Próprio autor (2024). 48 4.3 Caracterização dos painéis e das partículas de madeira e poliestireno expandido 4.3.1 Análise granulométrica A classificação das partículas de acordo com à distribuição granulométrica foi realizada com o equipamento apresentado na Figura 12, denominado agitador eletromecânico de peneiras, no Laboratório de Fenômenos de Transporte, Energia e Controle Ambiental, do Instituto de Ciências e Engenharia ICE/Unesp - Campus de Itapeva. As peneiras utilizadas para a análise possuiam abertura em mesh de 5, 10, 20, 32 e 60 e o ensaio foi conduzido com base nas normas NBR NM-ISSO 3310-1 (1997) e NBR 7402 (1982), avaliando os dois tipos de partículas industriais de madeira e EPS empregadas para produção de painéis. Figura 12 – Agitador eletromecânico de peneiras Fonte: Próprio autor (2024). As condições do ensaio foram tempo de vibração de 10 minutos, frequência de vibração de 5 Hz, massa da amostra de madeira de 50 gramas e 5 gramas para massa de EPS devido a sua baixa densidade e, por fim, o ensaio foi realizado em triplicata para cada tipo de partícula. Após o ensaio, foram pesadas as massas de partículas retidas em cada peneira, para determinação da classificação granulométrica. 49 4.3.2 Microscopia Eletrônica de Varredura – painéis de partículas A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) consiste em uma análise morfológica dos 3 tipos de painéis produzidos (testemunha – 100% madeira, 12,5% EPS e 25% EPS). O objetivo principal desta análise foi verificar a interação entre as partículas de madeira, EPS e a resina, assim como a distribuição entre as fases, os vazios internos e o comportamento dos materiais, pois as propriedades obtidas para os painéis estão particularmente ligadas a estas características microestruturais. Uma análise bastante pertinente a ser feita é a respeito do EPS, visto que a temperatura de prensagem dos painéis é semelhante a temperatura de transição vítrea do polímero (100°C), sendo necessário verificar se o EPS atuou como isolante térmico (esferas fechadas com ar interno) ou como uma resina (material fundido), influenciando as propriedades físicas, mecânicas e térmicas dos painéis (CALLISTER, 2003). Para o ensaio de MEV, foram preparadas 3 amostras, sendo uma de cada painel da região onde houve a ruptura do corpo de prova. Cada amostra era composta pelas três camadas do painel, sendo as duas camadas superficiais (partículas menores) e a camada interna (partículas maiores) contento o EPS disperso. A Figura 13 contém as 3 amostras utilizadas vistas laterais (plano de corte) e superiores (plano de ruptura – análise MEV), na sequência apresentadas as amostras T1 – 100% madeira, T2 – 12,5% EPS e T3 – 25% EPS. Figura 13 - Amostras de painéis T1, T2 e T3 para o ensaio MEV Fonte: Próprio autor (2024). 50 As amostras possuíam a espessura dos painéis de 1,3 cm e demais dimensões de aproximadamente 1,0 x 1,0 cm. Foi preciso realizar a metalização das amostras com ouro (de 5 a 6 nm de espessura) pelo equipamento metalizador Coating System BAL-TEC MED 020 e as fotomicrografias de MEV foram capturadas pelo equipamento LEO 440 com detector OXFORD, com feixe de elétrons de 20kV (Figura 14). O ensaio foi realizado no Instituto de Química de São Carlos (IQSC), na Universidade de São Paulo. Figura 14 - Equipamento Leo 440 para ensaio de MEV Fonte: Próprio autor (2024). 4.3.3 Análises termogravimétricas (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) Para realização do ensaio de TG e DSC, o material a ser analisado foi processado em um moinho martelo modelo MAO48 da marca Marconi no Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeiras (LaMEM), na EESC/USP - Universidade de São Paulo, para redução do tamanho das partículas, o qual pode ser observado na Figura 15. As três amostras analisados foram a partir do painel contendo somente madeira (tratamento 1), do painel com 25% de isopor (tratamento 3) e do EPS puro. O material antes e após moagem, pode ser observado na Figura 16, assim como o EPS analisado o qual não necessitou de processamento no moinho para realização do ensaio. 51 Figura 15 - Moinho martelo Fonte: Próprio autor (2024). Figura 16–Material utilizado para ensaio de TG e DSC Fonte: Próprio autor (2024). Com as amostras devidamente preparadas, as análises termogravimétricas foram realizadas utilizando-se o analisador termogravimétrico da marca Mettler modelo TGA/DSC2 (Figura 17). Para realização das análises foram utilizadas 13,534 mg de painel de madeira, EPS Madeira Madeira + EPS 52 10,339 mg de painel de madeira + EPS e, 2,846 mg de EPS puro. O material foi depositado em cadinho de alumina de 70 uL e as medições foram registradas em atmosfera de Ar sintético, com fluxo constante de nitrogênio de 100 mL/min, a uma taxa de aquecimento de 10ºC/min e uma faixa de temperatura iniciando em 30 ºC e finalizando em 1000 ºC. Figura 17 - Analisador termogravimétrico TGA/DSC2 e porta-amostra. Fonte: Próprio autor (2024). 4.3.4Propriedades físicas e mecânicas dos painéis Para realização dos ensaios físicos e mecânicos foi realizado um plano de corte dos corpos-de-prova, buscando um melhor aproveitamento dos painéis e remoção das extremidades p