Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2297.pdf: 3601446 bytes, checksum: 18879da40e1b0eb6b577ade8b7e1368b (MD5) Previous issue date: 2009-03-09 / In this work we studied the aluminum electro-dissolution in cellulose pulp from milk and beverage cartons recycling. The objective for this research is to reduce the aluminum particles sizes to values below 300 μm. In the first stage, the process was studied in lab scale using an electrochemical reactor anode made of Titanium recovered with ruthenium oxide (DSA® Ti/Ti0.6Ru0.3O2- De Nora do Brasil) and cathode made of titanium without recovering. In this experiment in lab scale, the electro-dissolution of aluminum presented a first order kinetic reaching 88 to 92% of electrochemical efficiency after 500 minutes. From measurements of particles diameter by optical microscopy it was possible to calculate the total area occupied by the aluminum particles which was quantified by image efficiency. For the lab experiment the image efficiency reached values between 74 and 88%. This first study was conducted in three current density: 250, 320 and 700 A/m2 and during 60, 180, 480 and 960 minutes. After 60 minutes no particles above 300 μm was detected. In the second stage, a pilot electrochemical reactor was designed taking the lab reactor parameters and keeping the same material for anode and cathode. This system was evaluated for current densities of 22, 250 and 270 A/m2 during 120 and 420 minutes. The best result was observed with the application of 250 A/m2 during 420 minutes reaching electrochemical and image efficiency of 60 and 72% respectively. The mechanical resistance for the cellulose pulp was evaluated before and after the electrochemical treatment and it was noted that it affected the freeness in a positive way. Tear, tensile, burst, zero span tensile index and stretch, if compared to non-treated and refined pulp to the same freeness, presented effects positive or negative depending on the current density applied and the treatment time. However, all the measurements for mechanical properties after the electrochemical treatment are in the acceptable level for paper market. The energy consumption was evaluated for the lab and pilot experiment and optimized industrial conditions were simulated. Based on these simulations and on the experiments results, we can conclude that a plant that recycles 50 ton per day of milk and beverage cartons needs 655 kW of electric power to treat all the pulp extracted from these packages using the electrochemical process considering that paper represents 75% (w/w) of milk and beverage cartons composition. / Neste trabalho estudou-se a eletrodissolução de alumínio presente em polpa celulósica proveniente da reciclagem de embalagens cartonadas multicamadas, também conhecidas como longa vida, com o objetivo de reduzir o diâmetro das partículas de alumínio para valores abaixo de 300 μm. Em uma primeira etapa, o processo foi estudado em escala de bancada usando um reator eletroquímico com anodo de titânio revestido com óxido de rutênio (DSA® Ti/Ti0.6Ru0.3O2 De Nora do Brasil) e catodo de titânio sem revestimento aplicando densidades de corrente de 250, 320 e 700 A/m2. Verificou-se nesta etapa que a eletrodissolução ocorre com cinética de primeira ordem atingindo eficiência eletroquímica de 88 a 92 % após 500 minutos de tratamento. A partir de análises de diâmetro das partículas de alumínio na polpa por microscopia óptica foi possível medir a área total ocupada pelas partículas que foi quantificada pela eficiência de imagem que nesta primeira etapa atingiu patamares de 74 a 88%. No estudo em escala de bancada, as amostras de polpa celulósica foram tratadas durante 60, 180, 480 e 960 minutos para as três densidades de corrente estudadas. Pôde-se verificar que após 60 minutos de tratamento não foram detectadas partículas acima de 300 μm. Em uma segunda etapa, um reator piloto foi dimensionado tomando como parâmetros os resultados da etapa em bancada, mantendo-se o mesmo tipo de material para o anodo e catodo. Este sistema foi avaliado para densidades de corrente de 22 , 250 e 270 A/m2 e os tempos de tratamento estudados foram de 120 e 420 minutos. O melhor resultado obtido foi com a aplicação de 250 A/m2 durante 420 minutos que apresentou eficiência eletroquímica e de imagem de 60 e 72% respectivamente. A resistência mecânica da polpa celulósica foi avaliada antes e após o tratamento eletroquímico e pôde-se perceber que o processo favoreceu o grau de refino. Os índices de rasgo, tração, arrebentamento, tração zero-span e alongamento, se comparados à polpa sem tratamento e refinada até o mesmo grau de refino da polpa tratada, tiveram efeitos ora positivo, ora negativo dependendo da densidade de corrente aplicada e do tempo de tratamento; no entanto, todos os valores obtidos para as propriedades mecânicas após o tratamento eletroquímico estão dentro da faixa aceitável ao mercado. O consumo de energia foi avaliado tanto no experimento em bancada como no piloto e simulados para condições industriais otimizadas. Baseado nestas simulações e nos resultados obtidos, concluiu-se que uma planta que recicle 50 ton/dia de embalagens cartonadas multicamadas necessita de um potência de 655 kW para tratar por este processo toda a polpa celulósica obtida da reciclagem destas embalagens, considerando que o papel corresponde a 75% do peso da embalagem.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMHC.pdf: 9683337 bytes, checksum: e31025256a01fd99b875839339bc3869 (MD5) Previous issue date: 2006-02-10 / The urban solid waste problem has been one of the biggest environmental challenges these days. The solution to this problem lies in integrated waste management, the objective is to minimize volumes sent to landfills. Recycling is a big part of this waste management process which involves the reprocessing of materials to obtain alternative uses for these materials in every day life. One of the solid waste materials sent for recycling is the carton package, which is made of paper, polyethylene and aluminum. In conjunction with this, the search for new plastics compounds reinforced with cellulose fibers has been appointed as a market demand, thanks to the high number of possible applications of these materials, for instance, in the car manufacturing industry, civil construction, etc. In this study the modification of the low density polyethylene/aluminum from carton packages reinforced with cellulose fibers is investigated, and the addition of the grafted copolymer with maleic anhydride, acting as a compatibilizer, whose main target is to add value to the material produced, making them more attractive from a market point of view. Grafted copolymer was added to the LDPE/Al composite and the posterior extruded. Cellulose fibers, in different percentages and particle sizes, were mixed with the resulting material from the first extrusion, and the posterior extruded in sheets, with different properties and aspects. After processing, the obtained materials were applied to thermical and mechanical characterization, infrared spectroscopy and surface eletronic microscopy to verify the efficiency of the modifications. This research showed us that by increasing the cellulose fiber percentages in the generated composites incremented mechanical properties and thermical stability in comparison to the original composite, and indicated a subtle action of the compatibilizer in the used experimental conditions. / A problemática dos resíduos sólidos urbanos tem sido uma das grandes questões ambientais atualmente. Para solução deste problema surge o gerenciamento integrado de resíduos, que tem como objetivo a minimização dos volumes enviados para aterros sanitários. A reciclagem é parte deste gerenciamento, onde se reprocessam materiais, para obtenção de materiais alternativos presentes da vida cotidiana. Um dos resíduos sólidos enviados para a reciclagem é a embalagem cartonada, composta por papel, polietileno e alumínio. Aliado a este fato, a busca por novos compostos plásticos reforçados com fibras celulósicas tem-se apresentado como uma demanda de mercado, devido ao alto número de aplicações possíveis para estes materiais, como, por exemplo, na indústria automotiva, construção civil e outras mais. Assim, neste estudo procurou-se investigar a modificação do compósito polietileno de baixa densidade / alumínio proveniente de embalagens cartonadas através do reforçamento com fibras celulósicas, e adição de copolímero graftzado com anidrido maleico, que age como compatibilizante, de forma a agregar-se valor comercial ao material produzido, tornando-o mais atrativo do ponto de vista mercadológico. Os compósitos elaborados foram gerados através de duas diferentes extrusões. Ao compósito PE/Al adicionou-se o copolímero graftzado, e estes foram posteriormente extrudados. As fibras celulósicas, em diferentes teores e com diferentes tamanhos de partículas, foram misturadas ao material resultante da primeira extrusão, e assim posteriormente extrudadas, em segunda etapa, na forma de lâminas, com diferentes propriedades e aspectos resultantes. Aos compostos obtidos ao final do processamento foram realizadas caracterização térmica, mecânica, espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura visando verificar a eficácia destas modificações. Esse trabalho mostrou que o aumento dos teores de fibras celulósicas nos compostos produzidos proporcionou incremento das propriedades mecânicas e de estabilidade térmica em relação ao compósito original, além de indicar uma sutil ação do compatibilizante utilizado, nas condições experimentais empregadas.