Remoção de compostos através de técnicas de extração inovadoras

Para garantir a utilização segura destes materiais e poder dar-lhes uma segunda vida aos seus resíduos, o centro tecnológico Aimplas está a estudar todas as substâncias que compõem estes materiais, a fim de evitar a presença de determinadas quantidades de substâncias indesejáveis que possam estar presentes nos mesmos. Nesta linha, estamos a desenvolver investigação sobre descontaminação com o objetivo de obter um material reciclado seguro e de alta qualidade, mantendo a sua boa processabilidade e propriedades mecânicas e reológicas e respondendo assim ao desafio ambiental que enfrentamos hoje em dia.

Atualmente, a recuperação dos resíduos de plástico pós-consumo para o fabrico de novos produtos é limitada pela presença de substâncias odoríferas, pelo que os produtos obtidos não satisfazem as exigências da indústria e dos consumidores.

Neste artigo, centrar-nos-emos na presença de substâncias nos plásticos reciclados e nas possíveis linhas de tratamento para a sua remoção. No departamento de Reciclagem Mecânica do Aimplas, estão a ser desenvolvidas diferentes linhas de investigação sobre a descontaminação de materiais de plástico reciclados para reduzir ou mesmo remover a presença destas substâncias.

Os compostos odoríferos presentes no material plástico têm uma grande variedade química. Apesar disso, os métodos de lavagem implementados nos processos de reciclagem baseiam-se na limpeza do material com água fria ou quente, com a possibilidade de adicionar soda cáustica ou detergentes para eliminar os odores presentes nos polímeros. Estes meios de lavagem são eficazes na remoção da sujidade e da contaminação orgânica dos plásticos, mas têm certas limitações na remoção eficaz dos constituintes odoríferos, especialmente porque estes componentes têm frequentemente uma vasta gama de propriedades físico-químicas e alguns têm a capacidade de absorção forte à matriz do polímero, dificultando a sua remoção.

Diferentes investigações (Strangl et al., 2020, 2019, 2018, 2017; Cabanes et al., 2020, Fuller et al., 2020 e Villberg et al.,1997) atribuem os odores residuais nos materiais de plástico à presença de compostos orgânicos voláteis. Em geral, os estudos indicaram que o odor dos plásticos não é causado por um odorante ou substância química específica, mas sim por uma mistura complexa de substâncias (Roosen et al., 2021).

Atualmente, existem diferentes alternativas que podem ser aplicadas para resolver os problemas de odor presentes no material plástico. Algumas destas técnicas de remoção apresentadas abaixo ainda não estão no mercado, uma vez que são utilizadas em projetos de investigação e não são implementadas a nível industrial (Cabanes et al., 2020).

A utilização de absorventes de odores que retêm os constituintes odoríferos tem sido uma das soluções para estes problemas. Para este efeito, foram utilizados materiais como zeólitos ou carvão ativado, de modo a serem incorporados em materiais de plástico em pequenas proporções, entre 3% e 5% (Verdejo et al., 2014).

Através da aditivação, é possível controlar a presença de odores nos materiais de plástico. Como medida preventiva, são utilizados aditivos antioxidantes para proteger o plástico da degradação e, consequentemente, da formação de compostos odoríferos (Aimplas, 2019). Outra opção utilizada são os aditivos, que atuam como agentes de arrastamento e removem os compostos causadores de odores presentes nos materiais de plástico durante a fase de extrusão. Estes aditivos atuam em duas fases. Em primeiro lugar, o transportador liberta a substância ativa do aditivo e, juntamente com o efeito da temperatura, provoca a humidificação das substâncias causadoras de odores, de modo que, na segunda fase, os compostos odoríferos são removidos por desgaseificação na extrusora. Outra alternativa utilizada é o mascaramento dos compostos odoríferos através da incorporação de substâncias que proporcionem aromas agradáveis ao material plástico, como fragrâncias de menta ou limão, entre outras (Verdejo et al., 2014).

No que diz respeito às técnicas de remoção de odores na extrusão, uma das mais importantes é a remoção dos compostos voláteis causadores de odores que são libertados durante o aquecimento do material plástico, através da instalação de um sistema de extração de gases e da aplicação de vácuo. Esta técnica permite que a desgaseificação seja efetuada em vários pontos para garantir uma eliminação correta dos gases.

Por último, convém mencionar as técnicas de desvolatilização ou de desgaseificação através da utilização de agentes que permitem a extração dos compostos odoríferos. De um modo geral, os agentes mais utilizados são o N₂, a água (vapor de água) e o CO₂ supercrítico. Estes agentes são introduzidos no processo de extrusão em estado líquido ou gasoso, de modo a difundirem-se através do material plástico fundido, facilitando assim o arrastamento dos compostos voláteis que causam odor e, consequentemente, a sua extração através do sistema de desgaseificação (Verdejo et al., 2014).

Em primeiro lugar, no que diz respeito ao primeiro agente utilizado, a função do vapor de água no processo é formar bolhas no interior do material plástico, de modo a gerar um aumento do volume livre no polímero fundido, dando origem a um aumento da taxa de difusão dos compostos voláteis dissolvidos na matriz polimérica para a fase de vapor, a fim de desgaseificar posteriormente tais substâncias através de um sistema de vácuo. Algumas das vantagens deste tipo de extração no processo de extrusão devem-se ao facto de a mistura de vapor com os compostos voláteis baixar o ponto de ebulição destas substâncias, de forma que a sua ebulição seja efetuada a temperaturas mais baixas, o que permite remover os compostos odoríferos sem necessidade de trabalhar a pressões superiores à pressão atmosférica. Por outro lado, os tempos de ciclo de extrusão são de minutos, enquanto outras técnicas, como a utilização de reatores ou colunas de destilação, podem demorar várias horas. Além disso, noutros processos de extração, o material plástico não derrete, o que dificulta o contacto íntimo entre o vapor de água e os compostos voláteis produtores de odores, ao contrário do processo de extrusão.

O Aimplas está atualmente a desenvolver um método alternativo para realizar a extração dos compostos odoríferos por arrastamento de vapor, que consiste na incorporação do material numa extrusora de duplo parafuso, em que é injetado vapor de água sob pressão para realizar a desodorização do material plástico. Com este método, estão a ser obtidos resultados muito favoráveis para a remoção de substâncias voláteis odoríferas em materiais reciclados pós-consumo.

Em segundo lugar, a utilização de CO₂ supercrítico no processo de extrusão para a remoção de compostos voláteis e semivoláteis tem sido uma das tecnologias desenvolvidas pelo Aimplas, demonstrando uma eficácia na remoção destes compostos entre 75% e 99,5%. Os fluidos supercríticos encontram-se em condições de pressão e temperatura acima do seu ponto crítico, pelo que se comportam como um híbrido entre um líquido e um gás, ou seja, têm a capacidade de se difundirem como um gás e de se dissolverem como um líquido. Estas condições conferem-lhes excelentes vantagens nos processos de extração, facilitando a dissolução dos solutos, enquanto o seu comportamento como gás facilita a separação da matriz, conduzindo a um processo de extração mais rápido, eficiente e seletivo. Por outro lado, o CO₂ é considerado um solvente em comparação com os solventes orgânicos comuns e, pelo facto de ser um gás à temperatura e pressão ambiente, não gera quaisquer resíduos (Aimplas, 2019). Nesta tecnologia de descontaminação, o Aimplas está a obter melhores resultados nos estudos que estão a ser realizados e, com isso, conseguimos definir uma metodologia de trabalho que poderá ser utilizada para muitos mais materiais.

Este compromisso do Aimplas com a investigação em matéria de reciclagem está em consonância com o compromisso do centro e da indústria dos plásticos em geral com a sustentabilidade ambiental, o que nos permitirá obter e fornecer materiais reciclados seguros que nos permitirão reduzir a pegada de carbono, cuidar do ambiente e não utilizar materiais virgens que provêm maioritariamente de fontes fósseis.