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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS CAMPUS POÇOS DE CALDAS - MG
ALESSANDRA GIORDANI ANDERSON MAIDA SIQUEIRA OLIVEIRA
ESTUDO E CARACTERIZAÇÃO DE EMBALAGENS PLÁSTICAS PRODUZIDAS A
PARTIR DE BIOPLÁSTICO (PLÁSTICO VERDE)
Poços de Caldas - MG 2014
ALESSANDRA GIORDANI ANDERSON MAIDA SIQUEIRA OLIVEIRA
ESTUDO E CARACTERIZAÇÃO DE EMBALAGENS PLÁSTICAS PRODUZIDAS A
PARTIR DE BIOPLÁSTICO (PLÁSTICO VERDE)
Trabalho apresentado à disciplina: Trabalho de Conclusão de Curso I do curso de Engenharia Química da Universidade Federal de Alfenas – campus Poços de Caldas, sob a orientação da professora Doutora Maria Gabriela Nogueira Campos.
Poços de Caldas – MG 2014
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradecemos à Deus por ser nossa fonte de força e amparo,
permitindo a realização de mais um sonho.
Gostaríamos de dedicar este trabalho às nossas famílias, que sempre nos
incentivaram para a realização de nossos ideais, encorajando-nos a enfrentar todos
os momentos de dificuldade da vida.
Aproveitamos ainda para agradecer aos amigos, professores, profissionais da
M&G fibras Brasil S/A envolvidos e, em especial, à Professora Dra. Maria Gabriela
Nogueira Campos pela inestimável ajuda prestada à nós durante a realização deste
trabalho.
RESUMO
As diversas propriedades dos materiais plásticos permitem a sua utilização
em praticamente todas as atividades industriais. Além disso, o fato de que o plástico
contribuiu significantemente para o nível de desenvolvimento presenciado nos dias
atuais, principalmente, com relação à saúde e sobrevivência da população, resulta
no elevado consumo deste polímero.
Desta forma, problemas como o esgotamento de matéria-prima não renovável
e o acúmulo de resíduos de difícil degradabilidade são observados. Neste contexto,
a utilização do plástico verde, proveniente de uma fonte renovável, pode coloborar
para a solução destes problemas.
Diante disto, analisou-se as embalagens plásticas de água e refrigerante, cuja
composição contém 30% de bioplástico (plástico verde), de acordo com a norma
ASTM D6400, para avaliar a sua biodegradação em solo. Caracterizou-se também,
quanto à granulometria, o solo em que as amostras foram enterradas, obtendo que o
mesmo classificava-se como solo arenoso, o qual mostrou-se adequado para avaliar
a biodegradação de plásticos.
Entretanto, encontrou-se resultados semelhantes para o PET verde e o PET
comum durante o ensaio, tanto para as garrafas de água quanto para as garrafas de
refrigerante, concluindo-se que as embalagens de PET verde não são
biodegradáveis.
Palavras chave: bioplásticos, plásticos biodegradáveis, plástico verde,
biodegradação
ABSTRACT
The many properties of plastics materials allow them to be used in almost all
industrial activities. Furthermore, the fact that the plastic has significantly contributed
to the level of development seen nowadays especially when referring to health and
population survival, results in high consumption of this polymer.
Therefore, problems such as depletion of non-renewable raw materials and
accumulation of difficult degradability residues are observed. In this context, the use
of green plastic, from a renewable source, can collaborate to solve these problems.
Given this, we analyzed the plastic packaging which composition contains
30% bioplastic (green plastic), in accordance with ASTM D6400 to evaluate
biodegradation in soil. It was characterized too, regarding granulometry, the soil
where the samples were buried, getting that it was classified as sandy soil, which
proves to be adequate to assess the biodegradation of plastics.
However, we found similar results for Green PET and common PET during the
test, both for water bottles as for soft drinking bottles, noticing that packages of green
PET are not biodegradable.
Key words: Bioplastics, biodegradable plastics, green plastic, biodegradation.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 8
2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................ 9
3 OBJETIVOS .................................................................................................................... 10
3.1 Objetivo Geral .......................................................................................................... 10
3.2 Objetivos Específicos ............................................................................................. 10
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 10
4.1 Bioplásticos .............................................................................................................. 10
4.2 Plásticos Biodegradáveis ....................................................................................... 11
4.3 Influência da composição granulométrica do solo na biodegradação ............ 13
4.4 Polietileno verde (PE verde) .................................................................................. 13
4.5 PlantBottleTM (PET verde) ...................................................................................... 15
5 METODOLOGIA ............................................................................................................ 17
5.1 Análise Térmica das Amostras (DSC) ................................................................. 17
5.2 Análise Granulométrica do Solo ........................................................................... 17
5.2.1 Peneiramento grosso ...................................................................................... 18
5.2.2 Peneiramento fino ............................................................................................ 18
5.2.3 Determinação da umidade higroscópica da amostra................................. 18
5.2.4 Construção da Curva Granulométrica do Solo ........................................... 19
5.3 Avaliação da Biodegradação a partir de Medidas de Massa ........................... 21
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES................................................................................. 23
6.1 Análise Térmica (DSC) ........................................................................................... 23
6.2 Análise Granulométrica do Solo ........................................................................... 25
6.2.1 Peneiramento grosso ...................................................................................... 26
6.2.2 Peneiramento Fino .......................................................................................... 27
6.2.3 Umidade higroscópica ..................................................................................... 27
6.2.4 Construção da Curva Granulométrica do Solo ........................................... 28
6.3 Avaliação da Biodegradação a partir de Medidas de Massa ........................... 31
7 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 34
8 REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 35
8
1 INTRODUÇÃO
Os plásticos consistem em materiais orgânicos compostos por
macromoléculas, sendo sintetizados principalmente por meio de derivados do
petróleo (GONÇALVES, 2007). As diversas propriedades destes materiais, tais
como, baixa densidade, baixa condutividade térmica e elétrica, resistência ao
impacto sem que ocorra deformação definitiva, alta resistência à corrosão, baixa
taxa de degradação, durabilidade, fácil processamento e baixo custo de produção,
tornaram sua utilização viável em quase todas as atividades industriais.
A indústria de produtos plásticos vem crescendo continuamente desde a
segunda metade do século XX, alcançando 280 milhões de toneladas em 2011, o
que representa um aumento de cerca de 9% ao ano desde 1950, quando a
produção era de apenas 1,5 milhões de toneladas (PLASTICS EUROPE, 2012). A
produção brasileira representa 2% da produção mundial de plásticos, tendo
produzido 6 milhões de toneladas em 2011 (ABIPLAST, 2012).
O crescimento explosivo no consumo de plásticos pode ser explicado pelo
fato de que estes materiais representam um dos alicerces do nível de
desenvolvimento observado atualmente, principalmente em relação à saúde e
sobrevivência da população. Neste contexto, acredita-se que a demanda por estes
materiais continue aumentando no século XXI, principalmente devido ao aumento no
consumo de plásticos pelos países em desenvolvimento (INNOCENTNI-MEI;
MARIANI, 2005).
Desta forma, apesar dos inúmeros benefícios provenientes destes materiais,
a sua utilização acarreta dois grandes problemas, o esgotamento de matéria-prima
não renovável e o acúmulo de resíduos de difícil degradabilidade. Além disso, estes
materiais podem causar danos à saúde dos seres humanos e animais,
principalmente devido aos aditivos e outros produtos químicos utilizados durante a
sua fabricação (OLIVEIRA, 2012). Com isso, diferentes soluções para o
gerenciamento de resíduos plásticos produzidos em sociedade são propostas,
dentre elas encontram-se a reciclagem, incineração ou uso de polímeros
biodegradáveis.
O processo de reciclagem de plásticos tem apresentado um crescimento nos
últimos anos, entretanto, sua taxa de reciclagem ainda é baixa em comparação a
quantidade de resíduos produzidos por estes materiais. Isto ocorre, pois a complexa
9
composição dos plásticos, bem como a contaminação que geralmente ocorre
durante o seu uso, torna a utilização de aterros sanitários mais viável
economicamente do que a reciclagem. Além disso, a reciclagem pode modificar as
propriedades apresentadas pelos plásticos, limitando posteriores aplicações destes
materiais (LOPES, 2010).
Já, o processo de incineração, apresenta como principal problema a
possibilidade de mistura imperfeita do ar com o combustível, o que pode causar a
emissão de produtos provenientes da combustão incompleta (MACHADO, 2012).
Sendo assim, este procedimento além de caro, pode mostrar-se perigoso.
Desta forma, torna-se imprescindível a produção de substitutos
ambientalmente sustentáveis, os plásticos biodegradáveis, materiais importantes no
gerenciamento de resíduos, uma vez que conseguem retornar rapidamente para o
meio ambiente, podendo ser degradados por microorganismos presentes no próprio
meio, e transformando-se totalmente em gás carbônico e água, sem que ocorra a
geração de resíduos tóxicos (MACHADO, 2012).
Neste trabalho, buscou-se avaliar a biodegradação do plástico verde, de
forma a demonstrar as vantagens de utilização deste biopolímero, que inauguram
uma nova fase na cadeia produtiva do plástico, trazendo inovação e novas soluções
sustentáveis (BRASKEM, 2012).
2 JUSTIFICATIVA
O crescimento explosivo no consumo de plásticos gera como principais
problemas o esgotamento de matéria-prima não renovável e o acúmulo de resíduos
de difícil degradabilidade. Neste contexto, o plástico verde mostra-se como uma
importante alternativa para solucionar estes problemas, uma vez que é um
biopolímero proveniente de uma fonte renovável, cuja produção, ao invés de liberar
gás carbônico para atmosfera, contribui para absorção do mesmo através do cultivo
da cana de açúcar.
10
3 OBJETIVOS
3.1 Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho foi avaliar a biodegradação em solo de embalagens
PET comum e PET verde, de acordo com a norma ASTM D6400.
3.2 Objetivos Específicos
Compreender os métodos de síntese e processamento dos bioplásticos, bem
como suas propriedades e particularidades.
Caracterizar, quanto à granulometria, o solo em que as amostras serão
enterradas.
Avaliar a variação de massa das amostras enterradas a cada 30 dias.
Comparar a morfologia das amostras antes e depois do processo de
degradação em solo.
Caracterizar, com relação às propriedades térmicas das amostras virgens, as
embalagens de PET e PET verde.
Avaliar o processo de degradação o qual as amostras foram submetidas.
Avaliar o efeito da espessura da embalagem em sua biodegração.
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 Bioplásticos
O termo bioplástico pode ser definido segundo dois conceitos: plásticos
produzidos utilizando matérias primas renováveis, as quais podem ser convertidas
em produtos biodegradáveis ou não biodegradáveis, bem como, plásticos
biodegradáveis produzidos a partir de matérias primas renováveis ou fósseis
(SECOM, 2007).
Para produção destes plásticos, pode-se utilizar diversos tipos de matérias
primas renováveis, tais como, milho, batata, cana de açúcar, madeira, entre outras,
que possibilitem a extração do açúcar e do amido, uma vez que estes são
imprescindíveis para transformação destes componentes em bioplásticos.
Entretanto, cabe salientar que a utilização de matérias primas renováveis não
11
implicam na biodegradabilidade do plástico, pois esta depende da estrutura química
que necessita ser compatível com processos de decomposição (SECOM, 2007).
Segundo European bioplastics (2014), os bioplásticos estão impulsionando a
evolução dos plásticos, tendo vantagens em relação aos plásticos convencionais, já
que economizam recursos fósseis, através da utilização de biomassa com
capacidade de regeneração e apresentam o potencial de neutralidade do carbono.
4.2 Plásticos Biodegradáveis
Os plásticos biodegradáveis consistem em materiais poliméricos, obtidos por
rotas sintéticas, que sob a influência de fatores ambientais sofrem alterações
químicas, bem como uma completa assimilação microbiana dos produtos
provenientes da degradação, resultando apenas, em gás carbônico e água
(INNOCENTNI-MEI; MARIANI, 2005).
Estes plásticos apresentam propriedades físicas e químicas semelhantes às do
plástico comum, entretanto, enquanto o plástico biodegradável pode levar de 6 a 12
meses para se degradar, um plástico não biodegradável como o PET comum, por
exemplo, pode demorar até 200 anos (RAMALHO, 2009).
Desta forma, a degrabilidade consiste em uma propriedade fundamental
destes polímeros, sendo causada pelas condições ambientais e pelos organismos
vivos. Esta degradação deve ser completa, apresentando como produtos somente
dióxido de carbono, água e outros produtos bioassimiláveis, e ocorrer em um
período determinado (Figura 1).
12
Figura 1: Ilustração da Degradação de uma cadeia polimérica.
FONTE: INNOCENTNI-MEI, L.H.; MARIANI, P.D.S.C, 2013
Tem-se duas vias de degradação polimérica, a fragmentação e a
mineralização. Sendo assim, na primeira etapa os plásticos biodegradáveis são
degradados em partículas pequenas, cujo tamanho seja suficiente para a posterior
utilização como nutrientes para os microorganismos, acarretando no
desaparecimento visual deste polímero. A fragmentação deve resultar em produtos
de peso molecular em torno de 1000 daltons (INNOCENTNI-MEI; MARIANI, 2005).
Já na mineralização, os produtos fragmentados são digeridos pelos
microorganismos, visto que utilizam a energia armazenada nestas moléculas para
seu crescimento. Esta etapa, acarreta a produção de gás carbônico, água e uma
pequena quantidade de outros produtos de degradação biocompatíveis
(INNOCENTNI-MEI; MARIANI, 2005).
Vale ressaltar que vários fatores ambientais podem causar a degradação
polimérica e, de acordo com o fator ambientalmente ativo, pode-se classificar a
mesma em categorias, tais como, foto-degradação, causada pela luz solar, termo-
degradação, acarretada pela temparatura, biodegradação, ocasionada por
microorganismos, hidrólise, causada pela presença de água, e degradação
oxidativa, acarretada pela presença de oxigênio. Dessa forma, a biodegradação não
consiste na única forma de decomposição polimérica, podendo estar associada ou
não às outras categorias de degradação.
13
4.3 Influência da composição granulométrica do solo na biodegradação
A composição granulométrica do solo afeta diretamente as condições de
biodegradação, pois o tamanho das partículas presentes no mesmo influenciam a
quantidade de água presente no solo, a difusão de gás na superfície do solo, a
transferência de calor e a porosidade, fatores primordiais para o crescimento de
microrganismos (BASTIOLI, 2005).
Estes fatores variam de acordo com a classificação e consequente
características do solo. Assim, os solos arenosos permitem uma difusão de gás
facilitada, o que acarreta a presença de microrganismos aeróbicos, como fungos, os
quais apresentam uma elevada contribuição na biodegradação. Já, em solos
argilosos, a formação de blocos dificulta o crescimento de microrganismos
aeróbicos, pois prejudica a aeração do solo. Ou seja, quanto menor o tamanho dos
grãos presentes no solo e quanto menor for sua porosidade, mais lenta será a troca
de gases em seu interior (BASTIOLI, 2005).
Uma vez que as condições aeróbicas são geralmente favoráveis para
biodegradações rápidas de plástico, é importante salientar que estas são
favorecidas por baixos teores de água, enquanto que condições anaeróbicas são
estabelecidas em solos irrigados por inundação (BASTIOLI, 2005).
Vale ressaltar que o crescimento dos microrganismos depende também de
outras condições do solo, como composição química, fatores geográficos, pH e
temperatura, capacidade de retenção de água no solo, as quais também exercem
influência nas atividades de biodegradação (BASTIOLI, 2005).
4.4 Polietileno verde (PE verde)
Convencionalmente, a produção de polietileno se dá a partir do etileno (C2H4),
encontrado na forma de um gás incolor, extremamente inflamável, de odor etéreo,
levemente adocicado, que se liquefaz a -103°C e solidifica a -169°C. (SOLOMONS,
1996)
Existem 4 métodos mais usuais para a produção de etileno, os quais são:
1) Destilação Seca da hulha: A hulha é aquecida por uma corrente de ar a
1000°C/1300°C obtendo-se uma fração gasosa que contém entre 3% a 5% de
etileno.
14
2) Desidrogenação do etano: Industrialmente, retira-se dois átomos de hidrogênio da
molécula de etano com o auxílio de catalisadores como óxido de crômio, de
molibdênio, de vanádio e de urânio suspensos em alumina (SHREVE et. al, 1997).
3) Craqueamento do petróleo: O craqueamento térmico é um processo no qual as
macromoléculas são quebradas por aquecimento a altas temperaturas, formando
uma mistura de compostos químicos (SOLOMONS, 1996). A fração gasosa formada
no craqueamento do petróleo contém na sua composição etileno, que pode ser
separado e utilizado como precursor de plásticos.
4) Desidratação do álcool etílico: Método, segundo Nehmi (1996) catalisado
por ácido sulfúrico ou alumina e utilizando altas temperaturas, por meio do qual
promove-se a retirada de uma molécula de água da molécula de álcool etílico,
obtendo-se o etileno.
Este último consiste no método industrial proposto para fabricação
de “plástico verde” ou ecológico.
O processo inicia-se com obtenção do álcool hidratado a partir de uma fonte
de matéria prima renovável (cana-de-açúcar) e termina com desidratação do mesmo
e conversão em etileno. Segundo a Braskem (2009), a remoção dos contaminantes
gerados neste processo é feita através de sistemas adequados para a purificação e
como subprodutos tem-se a geração apenas de água e uma pequena quantidade de
compostos oxigenados. A pureza do eteno produzido é adequada para qualquer
processo de polimerização e qualquer tipo de polietileno pode ser obtido a partir do
mesmo.
O polietileno produzido por este método (PE verde) pode ser empregado na
fabricação de insumos para a produção de outros plásticos, como é o caso do
15
polietileno-glicol, utilizado na síntese do PET. O PET fabricado dessa maneira
recebe o nome de PET verde e é ele o objeto de estudo do presente trabalho,
conforme consta no item 5 - Metodologia.
O cultivo da cana para a produção de plásticos verdes, além de reduzir a
dependência de matérias primas de origem fóssil, promove a absorção de
quantidades significativas de CO2 da atmosfera. Para cada tonelada de PE verde
produzida, 2,5 toneladas, em média, de CO2 são removidas da atmosfera ao invés
de se ter 2,5 toneladas do gás liberadas para a mesma, como ocorreria no processo
de produção de um polietileno comum, produzido a partir da nafta petroquímica, por
exemplo (BRASKEM, 2009).
Neste contexto, a demanda do mercado por plásticos de origem vegetal tem
crescido, não só por estes se apresentarem como uma alternativa à exploração dos
recursos energéticos fósseis, como também por atuarem na redução das emissões
de CO2, contribuindo para o desenvolvimento sustentável e para a redução do efeito
estufa.
Figura 2: Geração de emissão neutra de carbono no ciclo de produção de PE verde.
FONTE: ABIPLAST, 2013.
4.5 PlantBottleTM (PET verde)
A metodologia do presente trabalho prevê o estudo e a caracterização de
amostras de um bioplástico revolucionário, produzido a partir da tecnologia
PlantBottleTM.
Trata-se de uma embalagem plástica, desenvolvida pela Coca-Cola Company,
16
na qual parte do petróleo utilizado como insumo para produção do polímero PET é
substituído por etanol proveniente da cana-de-açúcar.
Segundo a Coca-Cola Company (2012), a garrafa PlantBottleTM é sintetizada
a partir da reação de dois componentes: o MEG (monoetileno glicol) e o PTA (ácido
politereftálico). O MEG, o qual constitui 30% em massa do material da garrafa tem
origem vegetal, sendo os outros 70% ainda de origem fóssil. Assim sendo, a garrafa
é dita 30% à base de planta.
Figura 3: Infográfico da fabricação da garrafa PlantBottle.
FONTE: THE COCA-COLA COMPANY, 2013.
Segundo a Coca-Cola Company (2012), a troca dos insumos fósseis por
material de origem vegetal não compromete o desempenho, tão pouco a reciclagem
da garrafa. A garrafa PET PlantBottle tem a mesma cor, peso e aparência que o PET
comum, além de também ser 100% reciclável.
17
5 METODOLOGIA
Para estudo a cerca da possibilidade de biodegradação do PET verde, foram
selecionadas garrafas de material com parte de origem vegetal (PlantBottleTM) e
garrafas comuns, para a realização de ensaios e posteriores análises comparativas.
Segundo a Norma ASTM D6400, um material só pode ser considerado
biodegradável quando atinge uma razão satisfatória de conversão do carbono em
gás carbônico em um período de 180 dias.
Assim sendo, 18 amostras finas de área aproximada de 4,0 cm² de 4 garrafas
PET de diferentes tipos foram preparadas para, posteriormente, serem submetidas a
ensaios para a avaliação da biodegradação em solo. O número de amostras foi
definido com o objetivo de retirar triplicatas, a cada mês, no decorrer de 6 meses,
para então se realizar-se a avaliação da perda de massa.
Os referidos testes consistiram na pesagem das amostras, para fins de
avaliação da quantidade de plástico biodegradado, observando-se também a
morfologia das mesmas antes e depois do experimento. Além disso, realizou-se uma
análise térmica DSC, a fim de caracterizar o material em estudo quanto a sua
composição.
5.1 Análise Térmica das Amostras (DSC)
Para confirmar a composição do material de estudo, foi realizada uma análise
térmica utilizando a técnica de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC - do inglês
"Differential Scanning Calorimetry"), a qual permite a identificação da temperatura de
fusão (Tm) e da entalpia de fusão (∆Hm) dos corpos de prova.
Esta técnica termoanalítica foi realizada na M&G Fibras e Resinas, em Poços de
Caldas - MG, e as curvas DSC foram obtidas em um módulo calorimétrico
exploratório diferencial DSC da marca TA – Instruments, modelo Q-100.
Nos ensaios, foram utilizadas cerca de 7mg de amostras de cada uma das 4
garrafas, antes do teste de biodegradação e adotou-se uma taxa de aquecimento de
10°C/min e uma rampa de temperatura de 30 a 300°C
5.2 Análise Granulométrica do Solo
Determinou-se a massa da amostra a ser ensaiada de acordo com a NBR
18
6457/1986 - ABNT. Assim, através de uma observação visual, identificou-se que a
dimensão dos grãos maiores contidos na mesma, era inferior a 5mm, necessitando-
se assim, de uma quantidade de amostra de aproximadamente 1 Kg.
Para identificar os procedimentos necessários para análise granulométrica do
solo, utilizou-se a NBR 7181/1984 - ABNT. Desta forma, primeiramente, secou-se a
amostra ao ar e os torrões foram desmanchados. Mediu-se então, a massa desta
amostra, denominada como 𝑀𝑡 .
Este material foi passado na peneira de 2 mm, e o que ficou retido foi lavado,
de forma a eliminar o material fino aderente, e em seguida, este foi seco em estufa à
aproximadamente 110ºC até atingir a constância de massa, período este de 16
horas. Pesou-se esta amostra e anotou-se sua massa como 𝑀𝑔.
Além disso, tomou-se aproximadamente 120g do material passado na peneira
de 2,0 mm. Este foi pesado, anotou-se sua massa como 𝑀ℎ, e em seguida, lavou-se
esta amostra na peneira de 0,075mm, vertendo-se água a baixa pressão.
Já, para identificar a umidade higroscópica do solo, que consiste no teor de
umidade do solo após secagem prévia ao ar livre, por tempo suficiente para não
possuir água livre ou capilar, de acordo com a NBR 6457/1986 - ABNT, pesou-se
cerca de 100g do material que passou na peneira de 2 mm.
5.2.1 Peneiramento grosso
Utilizando um agitador mecânico, passou-se o material retido na peneira de
2mm, em peneiras de 50,0; 38,0; 25,0; 19,0; 9,5 e 4,8 mm, pesando-se as massas
retidas em cada peneira.
5.2.2 Peneiramento fino
O material retido na peneira de 0,075 mm foi seco em estufa, à temperatura
de aproximadamente 110ºC, até a massa ficar constante, por um período de 16
horas, e através do agitador mecânico, passou-se a amostra nas peneiras de 1,2,
0,6, 0,42, 0,25, 0,15, 0,075 mm.
5.2.3 Determinação da umidade higroscópica da amostra
Para determinar a umidade higroscópica da amostra de acordo com os
19
passos indicados na NBR 6457/1986 - ABNT, primeiramente pesou-se três béqueres
de 100mL. Em seguida, adicionou-se aproximadamente 30g do material que passou
pela peneira de 2 mm em cada béquer, pesando-os, e anotando esta massa.
Posteriormente, adicionou-se os béqueres em estufa, a uma temperatura de
aproximadamente 110ºC, e estes permaneceram por um período de 20 horas.
Ao atingir massa constante, os béqueres foram transferidos para o
dessecador até que a temperatura ambiente fosse atingida, e por fim, foram
pesados.
Segundo a NBR 6457/1986 – ABNT, a seguinte equação deve ser utilizada
para calcular a umidade higroscópica do solo:
ℎ =𝑀1 − 𝑀2
𝑀2− 𝑀3 , (Equação 1)
onde, ℎ, representa a umidade higroscópica do solo, 𝑀1 corresponde a massa do
recipiente contendo solo úmido, 𝑀2, a massa do recipiente contendo solo seco, e
𝑀3 , a massa do recipiente.
Como a norma determina que se deve efetuar no mínimo, três determinações
do teor de umidade por amostra de solo, a umidade higroscópica foi considerada
como a média dos valores obtidos, assim:
ℎℎ𝑖𝑔 =∑ ℎ𝑖
𝑖, (Equação 2)
onde, ℎℎ𝑖𝑔 é a umidade higroscópica da amostra e ℎ𝑖, corresponde a umidade
higroscópica de cada determinação feita e 𝑖 o número de determinações.
5.2.4 Construção da Curva Granulométrica do Solo
Segundo a NBR 7181/19864 – ABNT, para construir a curva granulométrica
do solo, primeiramente, é necessário calcular a massa total da amostra seca,
através da Equação 3 abaixo:
𝑀𝑠 = 𝑀𝑡−𝑀𝑔
(100+ℎℎ𝑖𝑔) 𝑥100 + 𝑀𝑔, (Equação 3)
onde: 𝑀𝑠: massa total da amostra seca;
𝑀𝑡: massa da amostra seca ao ar;
𝑀𝑔:massa do material seco retido na peneira de 2 mm;
Em seguida, deve-se determinar a porcentagem de materiais que passam nas
20
peneiras de 50, 38, 25, 19, 9,5, 4,8, 2,0 (peneiramento grosso), utilizando a Equação
4.
𝑄𝑔 = 𝑀𝑠− 𝑀𝑖
𝑀𝑠𝑥100, (Equação 4)
onde:
𝑄𝑔: porcentagem de material passado em cada peneira;
𝑀𝑖: massa de material retido acumulado em cada peneira.
Já, para obter a porcentagem de materiais que passam nas peneiras de 1,2,
0,6, 0,42, 0,25,0,15,0,075, (peneiramento fino), deve-se empregar a seguinte
equação:
𝑄𝑓 = 𝑀ℎ𝑥100 − 𝑀𝑖 (100+ℎℎ𝑖𝑔)
𝑀ℎ𝑥100𝑥 𝑁, (Equação 5)
onde:
𝑄𝑓: porcentagem de material passado em cada peneira;
𝑀ℎ: massa de material úmido submetido ao peneiramento fino;
𝑁: porcentagem de material que passa na peneira de 2,0 mm.
Figura 6: Fluxograma da metodologia para análise granulométrica do solo.
21
5.3 Avaliação da Biodegradação a partir de Medidas de Massa
A ASTM D6400 é uma norma americana intitulada “Especificação Padrão para
Plásticos Compostáveis” a qual descreve um conjunto de critérios para que se possa
considerar um material plástico “compostável”. O padrão da norma ASTM D6400
determina quais são os procedimentos experimentais a serem realizados para que
se certifique que o material plástico estudado se biodegradará em instalações de
compostagem aeróbica durante o período de 180 dias.
Vale ressaltar que a norma ASTM D6400 exige uma taxa de 60% de
biodegradação no prazo de 180 dias. Este requisito é semelhante aos requisitos da
norma ISO 14855 e DIN V49000.
Dessa forma, foi realizado um experimento que consistiu em enterrar amostras
de PET verde e PET comum no solo descrito e analisado no item anterior do
presente trabalho, por durante um período de 180 dias e avaliar, através da variação
de massa de tais amostras, se os materiais em questão podem ser considerados
como compostáveis ou biodegradáveis de acordo com a norma ASTM D6400.
Portanto, foram feitas 6 triplicatas de amostras finas de área superficial de
aproximadamente 4cm² de 4 garrafas plásticas diferentes:
A) Garrafa de água Crystal PlantBottleTM - 30% PET verde.
B) Garra de água Bioleve - PET comum.
C) Garrafa de Coca-Cola - PlantBottleTM - 30% PET verde.
D) Garra de Coca-Cola - PET comum.
A intenção de se pegar garrafas de água e refrigerante foi de avaliar se a
espessura interferiria em alguma etapa do processo de biodegradação, uma vez
que as garrafas de refrigerante são mais espessas devido a necessidade de
uma barragem de gases.
As amostras foram todas lavadas com água e álcool, a fim de retirar
quaisquer impurezas presentes nas mesmas, colocadas em dessecador por um
período de 24 horas para eliminar os efeitos da umidade do ar e depois pesadas
e catalogadas. Dessa forma, tomou-se as massas iniciais de cada amostra, as
quais foram levadas para o terreiro onde as foram enterradas, sob uma camada
22
de solo de aproximadamente 3cm de altura.
Figura 5: Amostras utilizadas no ensaio de biodegradação em solo.
A cada 30 dias, uma triplicata de cada um dos tipos de garrafa foi retirada do
solo onde as mesmas encontravam-se enterradas, lavada com água e álcool,
repetindo o procedimento inicial, deixada em dessecador por cerca de 24 horas
e pesada em balança analítica, a fim de determinar a variação de massa em
relação à massa inicial de cada amostra.
Figura 6: Fluxograma da metodologia para avaliação da biodegradação em solo.
23
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1 Análise Térmica (DSC)
Os resultados obtidos através da análise térmica realizada constam na
tabela seguinte:
PET A1 PET B1 PET C1 PET D1
DSC
t (°C) ∆H
(J/g) t (°C)
∆H (J/g)
t (°C) ∆H (J/g) t (°C) ∆H (J/g)
Tal qual - Tg (°C)
- - - - - - - -
Tal qual - Tc (°C)
- - - - - - - -
Tal qual - Tm (°C)
243,59 40,21 250,38 43,41 246,51 36,39 246,72 33,89
Pós-quench - Tg (°C)
79,30 - 80,22 - 80,67 - 80,63 -
Pós-quench - Tc (°C)
160,34 31,20 139,50 31,05 158,81 31,71 156,95 31,05
Pós-quench - Tm (°C)
242,77 31,15 248,48 34,18 245,95 28,60 246,27 30,30
Tabela 1: Resultados da análise térmica, DSC.
Já, os termogramas obtidos com o DSC realizado nas amostras de PET antes
do tratamento térmico (tal qual), seguem abaixo:
Figura 7: Termogramas DSC para as amostras A e B tal qual, respectivamente.
24
Figura 8: Termogramas DSC para as amostras C e D antes do tratamento térmico, respectivamente.
Os termogramas acima demonstram a cristalinidade das garrafas PET, tanto
de refrigerante verde e comum, quanto de água verde e comum, visto que apenas
um pico endotérmico de fusão é observado em todos os casos, com valores de
temperaturas bem próximas (Tabela 1). Esta cristalinidade já era esperada, visto que
a garrafa PET caracteriza-se como um polímero semi-cristalino.
Após a realização do tratamento térmico, encontrou-se os seguintes
termogramas para as análises DSC das amostras de PET:
Figura 9: Termogramas DSC para as amostras A e B após resfriamento, respectivamente.
25
Figura 10: Termogramas DSC para as amostras C e D após o resfriamento, respectivamente.
Através dos termogramas das Figuras 9 e 10, nota-se que um resfriamento
rápido foi realizado, visto que o primeiro evento a ser observado é a transição vítrea,
a qual ocorre, pois não há tempo suficiente para acomodação completa das cadeias
poliméricas. Vale ressaltar que a transição vítrea, corresponde a uma transição de 2ª
ordem, caracterizando-se como um deslocamento da linha de base, visto que
apenas uma variação na capacidade calorífica é observado. Esta alteração na
capacidade calorífica ocorre, pois ao aquecer as cadeias poliméricas que
encontram-se na fase amorfa, estas adquirem certo grau de liberdade e movimenta-
se.
O segundo evento observado, corresponde a um pico exotérmico, a
temperatura de cristalização. Devido ao rápido resfriamento, não há tempo de
ocorrer a ordenação da cadeia polimérica, e com isso, apenas uma grande
quantidade de núcleos cristalinos são originados, porém seu crescimento é
desprezível. Assim, com o aquecimento, os núcleos começam a crescer a uma taxa
elevada, ocorrendo um processo de cristalização rápida, e devido a isto, a
temperatura de cristalização é inferior à temperatura de fusão.
Já o terceiro evento corresponde a um pico de fusão endotérmico. Vale
ressaltar que os picos ocorrem devido à variação na entalpia.
6.2 Análise Granulométrica do Solo
Na primeira etapa da análise granulométrica, utilizou-se uma massa de
1000,30 g de amostra previamente seca ao ar, como já definido na metodologia,
para identificar o quanto de material passaria na peneira de 2 mm, e os resultados
26
constam na tabela que segue:
Material Massa (g)
Seco ao ar (𝑀𝑡) 1000,30
Retido na peneira de 2mm (𝑀𝑔) 84,65
Passado na peneira de 2mm (𝑀ℎ) 120,90
Tabela 2 – Massas dos materiais na primeira etapa da análise granulométrica.
Desta forma, foi possível classificar o material que seria submetido ao
peneiramento grosso (retido na peneira de 2mm), e qual seria submetido ao
peneiramento fino (passado na peneira de 2mm). Vale ressaltar que a maior parcela
do material passou pela peneira de 2mm, entretanto, utilizou-se somente 120,90 g
deste material, como determina a norma NBR 7181/1984 – ABNT.
6.2.1 Peneiramento grosso
Ao realizar o peneiramento grosso, utilizando uma massa de 84,65g de
amostra, a qual ficou retida na peneira de 2mm (Tabela 2), os seguintes resultados
foram obtidos:
Peneira (mm) Massa retida (g)
50,00 0
38,00 0
25,00 0
19,00 0
9,50 0
4,76 8,26
2,00 76,39
Tabela 3 – Massas retidas durante o peneiramento grosso.
A tabela acima demonstra que a maior parte do material presente na amostra
submetida ao peneiramento grosso, apresenta diâmetro de 2mm, visto que 76,39g
de material ficou retida nesta peneira. O restante da amostra apresenta diâmetro de
4,76g. Portanto, não encontrou-se nenhuma parcela de material no solo com
27
diâmetros de 9,50, 19,00, 25,00, 38,00 e 50,00mm.
6.2.2 Peneiramento Fino
Os resultados encontrados ao realizar-se o peneiramento fino, utilizando uma
quantidade de amostra de 120,90g, a qual corresponde a uma parcela do material
que passou pela peneira de 2mm (Tabela 2), constam na seguinte tabela:
Peneira (mm) Massa retida (g)
1,180 20,44
0,600 33,20
0,420 15,58
0,250 13,41
0,150 11,21
0,075 6,68
Tabela 4 – Massas retidas durante o peneiramento fino.
Através da tabela 4, consegue-se identificar os diâmetros das partículas
presentes no solo, submetidas ao peneiramento fino, uma vez que este corresponde
ao diâmetro da peneira na qual a amostra de solo ficou retida. Pode-se notar
também, que a maior parcela das partículas desta amostra de solo, apresenta
diâmetro de 0,600 mm.
6.2.3 Umidade higroscópica
Para cada determinação do teor de umidade higroscópica obteve-se os
seguintes resultados ao medir-se a massa para solo úmido e solo seco em estufa:
Número do
béquer
Massa béquer
100mL (g)
Massa béquer
100mL contendo
solo úmido (g)
Massa béquer
100mL contendo
solo seco (g)
1 57,34 90,39 88,91
2 58,42 92,55 90,87
3 54,55 87,07 85,36
Tabela 5: Valores obtidos medindo-se a massa para solo úmido e solo seco em estufa.
28
Assim, através das massas obtidas acima, pode-se calcular a umidade
higroscópica de cada determinação feita, através da Equação 1, e os valores obtidos
constam na Tabela 6.
Número de béquer Umidade Higroscópica, 𝒉 (%)
1 4,69
2 5,18
3 5,55
Tabela 6: Umidade higroscópica de cada determinação feita.
Pode-se então obter a umidade higroscópica da amostra (ℎℎ𝑖𝑔) de 5,14%,
através da média das três determinações realizadas (Equação 2). Este resultado
demonstra que o solo analisado apresenta um baixo teor de água, o que favorece as
condições aeróbicas, e colabora para a viabilidade do mesmo com relação a
biodegradações rápidas de plástico.
6.2.4 Construção da Curva Granulométrica do Solo
Para construir a curva granulométrica do solo, primeiramente calculou-se a
massa total da amostra seca 𝑀𝑠, de 955, 55 g através da Equação 3. Em seguida,
determinou-se a porcentagem de material passado em cada peneira, durante o
peneiramento grosso, através da Tabela 2, e utilizando a Equação 4, obtendo-se os
seguintes resultados:
Peneira (mm) Massa retida acumulada,
𝑴𝒊 (g)
Porcentagem de material
passando, 𝑸𝒈 (%)
50,00 0 100
38,00 0 100
25,00 0 100
19,00 0 100
9,50 0 100
4,75 8,26 99,14
2,00 84,65 91,14
Tabela 7 – Massa de material retido acumulado, e porcentagem de material passado em cada
peneira, durante o peneiramento grosso.
29
Por fim, para obter a porcentagem de material passado em cada peneira
durante o peneiramento fino, utilizou-se a Tabela 4, e a Equação 5, obtendo os
resultados presentes na Tabela 8.
Peneira (mm) Massa retida acumulada,
𝑴𝒊 (g)
Porcentagem de material
passando, 𝑸𝒇 (%)
1,180 20,44 74,94
0,600 53,64 48,63
0,420 69,22 36,28
0,250 82,63 25,65
0,150 93,84 16,76
0,075 100,52 11,47
Tabela 8 – Massa de material retido acumulado, e porcentagem de material passado em cada
peneira, durante o peneiramento fino.
Utilizando os resultados de porcentagem de material que passa nas peneiras,
presentes nas tabelas 7 e 8, pode-se obter a curva granulométrica do solo, sendo
que, de acordo com NBR 7181/1984 – ABNT, deve-se dispor no eixo das abscissas
os diâmetros das partículas em escala logarítmica, obtido através do diâmetro de
cada peneira, bem como, as porcentagens das partículas menores que os diâmetros
considerados (porcentagem de partículas passantes em cada peneira) no eixo das
ordenadas, em escala aritmética. A curva obtida segue no Gráfico 1 abaixo:
30
Gráfico 1: Curva Granulométrica do Solo Analisado.
Segundo a norma NBR 7181/1984 – ABNT deve-se realizar também o ensaio
de sedimentação, com o intuito de caracterizar as partículas mais finas presentes no
mesmo. Entretanto, como apenas 11,47% das partículas do solo passaram pela
peneira de 0,075 (Tabela 8), conclui-se que somente a realização do peneiramento
seria suficiente para classificar o solo analisado.
Além disso, observou-se também que 80% da composição do solo consiste
em areia, o que permite afirmar que este classifica-se como solo arenoso. Na tabela
seguinte (Tabela 9), encontra-se a composição granulométrica do solo, obtida
através da curva granulométrica do solo.
Classificação Porcentagem em massa (%)
Pedregulho 9%
Areia
Fina 10%
Média 32%
Grossa 28%
Silte e Argila 11%
Tabela 9: Composição Granulométrica do solo analisado
31
6.3 Avaliação da Biodegradação a partir de Medidas de Massa
Os resultados das pesagens das amostras até o período atual encontram-se nas
Tabelas 10 e 11 que seguem:
A
(verde) Início Após 1 mês
B
(comum) Início Após 1 mês
1 0,0789 0,0794 1 0,0869 0,0867
2 0,0619 0,0621 2 0,0654 0,0658
3 0,0663 0,0651 3 0,0935 0,0933
Após 2 meses Após 2 meses
4 0,0852 0,0844 4 0,0878 0,0875
5 0,0620 0,0610 5 0,0988 0,0988
6 0,0688 0,0681 6 0,0845 0,0834
Após 3 meses Após 3 meses
7 0,0672 0,0670 7 0,0666 0,0662
8 0,0672 0,0698 8 0,0682 0,0684
9 0,0557 0,0560 9 0,0815 0,0814
Após 4 meses Após 4 meses
10 0,0552 0,0550 10 0,0956 0,0930
11 0,0818 0,0819 11 0,0832 0,0836
12 0,0796 0,0790 12 0,0689 0,0689
Após 5 meses Após 5 meses
13 0,0711 0,0716 13 0,0665 0,0664
14 0,0610 0,0606 14 0,0856 0,0850
15 0,0692 0,0691 15 0,0761 0,0763
Após 6 meses Após 6 meses
16 0,0682 16 0,0675
17 0,0814 17 0,0949
18 0,0755 18 0,0825
Tabela 10: Massa em g das amostras de garrafas PET de água antes e depois dos períodos de
experimento. ± 0,0001g (incerteza da balança).
32
C(verde) Massa (g) Após 1 mês D
(comum) Massa (g) Após 1 mês
1 0,1116 0,1115 1 0,1147 0,1149
2 0,1067 0,1071 2 0,1215 0,1224
3 0,1082 0,1088 3 0,1203 0,1210
Após 2 meses Após 2 meses
4 0,1146 0,1150 4 0,1193 0,1196
5 0,1165 0,1173 5 0,1163 0,1164
6 0,1138 0,1140 6 0,1174 0,1170
Após 3 meses Após 3 meses
7 0,1155 0,1158 7 0,1264 0,1267
8 0,1136 0,1132 8 0,1290 0,1294
9 0,1026 0,1029 9 0,1183 0,1180
Após 4 meses Após 4 meses
10 0,1141 0,1145 10 0,1126 0,1122
11 0,1210 0,1203 11 0,1278 0,1283
12 0,0953 0,0960 12 0,1238 0,1246
Após 5 meses Após 5 meses
13 0,1200 0,1205 13 0,1155 0,1155
14 0,1174 0,1174 14 0,1280 0,1300
15 0,1077 0,1078 15 0,1191 0,1190
Após 6 meses Após 6 meses
16 0,1139 16 0,1139
17 0,1057 17 0,1195
18 0,1079 18 0,1211
Tabela 11: Massa em g das amostras de garrafas PET de refrigerante antes e depois dos períodos de
experimento. ± 0,0001g (incerteza da balança).
Com os dados das Tabelas 10 e 11, calculou-se a média da variação de
massa para cada tipo de garrafa em cada período de tempo, para então avaliar
o processo de degradação de cada garrafa.
33
Período de degradação Média da variação de massa (g)
A B C D
1 mês -0,00017 ±
0,00091 0 ± 0,00035
+0,00030 ±
0,00036
+0,00060 ±
0,00036
2 meses -0,00083 ±
0,00015
-0,00063 ±
0,00057
+0,00047 ±
0,00031 0 ± 0,00036
3 meses -0,00090 ±
0,00149
-0,00010 ±
0,0003
+0,00007 ±
0,00040
+0,00013 ±
0,00038
4 meses -0,00023 ±
0,00035
-0,00073 ±
0,00163
+0,00013 ±
0,00074
+0,00030 ±
0,00062
5 meses 0 ± 0,00046 -0,00016 ±
0,00040
+0,00020 ±
0,00026
+0,00095 ±
0,00118
6 meses
Tabela 12: Médias das variações de massa das amostras para cada período de análise.
Vale ressaltar que os dados referentes ai mês 6 não foram apresentados pois
este ainda não ocorreu, no entanto, os resultados até aqui obtidos já podem ser
considerados, de certa forma, conclusivos.
Conforme pode-se observar, houve casos em que a massa das amostras obteve
um acréscimo (garrafas de refrigerante) e casos em que a mesma obteve um
discreto decréscimo (garrafas de água).
O acréscimo na massa das amostras C e D pode ser explicado pelo fato de as
condições de umidade do solo terem propiciado a incorporação de moléculas de
água à estrutura das mesmas, que são mais espessas que as garrafas A e B, pois
servem para armazenamento de refrigerante, enquanto que as outras duas
armazenam água.
Já o pequeno decréscimo nas amostras A e B não pode ser atribuído à
biodegradação de acordo com a Norma ASTM D6400, uma vez que em relação às
massas iniciais as variações apresentam valores bastante distantes de 60% para
todos os casos. Tais variações podem ser atribuídas à outros tipos de degradação
pelos quais as amostras podem ter passado, no entanto, estes processos são muito
mais lentos do que o processo de biodegradação, por isso os valores tão baixos
para os períodos de tempo de análise. Dessa forma, pode-se aferir que ambos os
materiais de análise não são biodegradáveis ou compostáveis.
Do ponto de vista comparativo, o PET verde e o PET comum apresentaram
34
resultados semelhantes para ensaio, tanto nas garrafas de água quanto nas garrafas
de refrigerante, constatando portanto que a única coisa que os difere é, de fato, a
matéria prima de origem.
Vale ressaltar que as medições foram passíveis de erros experimentais os quais
podem estar relacionados ao mau uso da balança, lavagem inadequada das
amostras e tempo de residência no dessecador.
Do ponto de vista morfológico, as amostras apresentaram pouquíssima
diferença em relação ao estado inicial, estando mais opacas e apresentando
pequenas ranhuras em sua superfície a cada período de análise.
7 CONCLUSÃO
A análise granulométrica do solo permitiu constatar que este classifica-se como
solo arenoso, no qual a difusão de gás é facilitada, permitindo o crescimento de
microorganismos aeróbicos, como fungos. Além disso, o baixo teor de água obtido
para o solo analisado, também favorece as condições aeróbicas, as quais são
favoráveis para biodegradações rápidas de plástico, como já descrito anteriormente.
Isto nos leva a afirmar que o solo apresentava condições adequadas para que a
biodegradação ocorresse.
Conforme mostra o teste de bidegradação em solo, não ocorreu à degradação
do PET para todos os tipos de PET analisados, o que leva à conclusão de que,
mesmo sendo sintetizado a partir de fonte renovável, o PET verde continua não
sendo biodegradável. Este resultado encontra-se dentro do esperado, uma vez que
era previsto que o PET não é um polímero biodegradável.
Por fim, ressalta-se que embora a problemática da degradação lenta do PET no
ambiente seja a mesma para ambos os PET’s, o PET verde é uma alternativa de
grande potencial do ponto de vista ambiental pois sua produção reduz as emissões
de CO2, além de impulsionar o setor sucroenergético do país.
35
8 REFERÊNCIAS
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