DESPOLIMERIZAÇÃO DE RESINA EPÓXI DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO UTILIZANDO ÁCIDO SULFÚRICO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Tecnológica

Autores

Costa, E.S. (UFRN) ; Melo, R.A.C. (UFRN) ; Silva, M.S.B. (UFRN) ; Moriyama, A.L.L. (UFRN) ; Souza, C.P. (UFRN)

Resumo

A tecnologia proporcionou inúmeros avanços socioeconômicos para a humanidade, sobretudo com o surgimento dos equipamentos eletroeletrônicos. Entretanto, a quantidade de resíduos perigosos que são acumulados tem gerado bastante preocupação. Dentre os REEE podemos destacar as PCI como um dos mais perigosos, pois podem ter em sua composição chumbo e cádmio dentre outros metais pesados. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo separar a resina epóxi e demais polímeros das PCI utilizando o H2SO4 como agente despolimerizante para recuperar os metais de interesse em etapas posteriores. De acordo com os resultados o potencial de despolimerização aumenta conforme há o aumento da temperatura, tendo sido atingido 10,38% de rendimento na temperatura de 70 °C e no tempo de uma hora de reação.

Palavras chaves

PCI; despolimerização; resina epóxi

Introdução

A Revolução Industrial proporcionou avanços do ponto de vista econômico, introduzindo na sociedade a ideia de produção em grande escala através da utilização de máquinas que substituíssem a mão de obra humana. Entre o século XIX e o século XX acreditava-se na inesgotabilidade dos recursos naturais e energéticos e, com isso, a atividade industrial estava voltada apenas para o lucro não permitindo que o meio ambiente pudesse se recuperar (ABRAMOVAY, 2012 apud CARVALHO, 2015). O aumento da produção proporcionou um rápido avanço tecnológico, tendo surgido produtos como os equipamentos eletroeletrônicos (EEE) que puderam ser produzidos em grande escala e vendidos a preços cada vez mais competitivos, contribuindo assim para a obsolescência programada, fenômeno que acaba causando problemas ambientais graves, assim como desperdícios de recursos naturais (OLIVEIRA, 2012). A utilização dos EEE é de extrema importância para a sociedade atual, todavia acarreta na geração de milhões de toneladas de resíduos com alto potencial de degradação ambiental. De acordo com a ABINEE (2019) só no Brasil são geradas 1,5 milhão de toneladas de resíduos provenientes de produtos eletroeletrônicos, sendo necessário – de acordo com a associação – a assinatura de um acordo setorial em 2019 visando à coleta de ao menos 17% dos resíduos produzidos. No Brasil foi instituída em 2010 a Lei nº 12.305/10 que trata da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), que dentre outras diretrizes busca orientar aos fabricantes de agrotóxicos, pneus, óleos, lâmpadas e produtos eletroeletrônicos que criem formas de estruturar e implementar sistemas de logística reversa com o intuito de diminuir os impactos ambientais causados pelo descarte inadequado desses resíduos. Na prática, a PNRS serve como meio de compartilhar a responsabilidade pela reciclagem ou descarte em locais adequados entre os importadores, fabricantes, distribuidores, comerciantes e cidadãos, criando metas para eliminação de lixões e estabelecendo a criação de instrumentos de planejamento para elaboração de planos de gestão dos resíduos sólidos a nível municipal, estadual, municipal, etc. Dentre os REEE produzidos em grande escala se podem citar as placas de circuito impresso (PCI) presentes em aparelhos como celulares, notebooks, desktops, etc. Dentre os componentes presentes nas PCI se podem citar chips, conectores, resistências, polímeros, etc.; sendo tais componentes formados por elementos químicos como o tântalo, titânio, silício, arsénio, chumbo, etc. (OLIVEIRA, 2012). Os REEE oriundos de computadores desktops podem causar inúmeros impactos ambientais, sendo tais impactos relacionados às emissões de toxinas decorrentes do descarte inadequado em aterros sanitários, podendo acarretar na poluição do ar, do solo e das águas subterrâneas (WILLIAMS et al., 2008). Portanto, a reciclagem das PCI figura como uma atividade bastante importante, visto que elas possuem metais perigosos como chumbo e cádmio, que podem causar problemas respiratórios caso entrem em contato com os seres vivos. As PCI também são compostas por metais preciosos como o ouro e a prata além de metais de base como o cobre e o zinco, sendo a sua reciclagem capaz de gerar incremento financeiro ao passo que é capaz de diminuir os efeitos nocivos causados ao meio ambiente. Devido a grande variedade de materiais existentes na composição das placas, a sua reciclagem pode se tornar extremamente complexa, sendo necessário realizar experimentos que venham a facilitar o processo de obtenção dos metais de interesse. As PCI também possuem em sua composição a presença da resina epóxi, que são polímeros utilizados na indústria química, cuja separação é essencial no processo de reciclagem e feita através da despolimerização que é a degradação para obtenção do manômero que deu origem ao polímero que está sendo alvo da degradação. A despolimerização se caracteriza pela quebra das ligações C-C em altas temperaturas, tendo como principal característica o alto rendimento conforme há o aumento na temperatura (CARMO, 2018). Considerando a quantidade de desktops presentes na UFRN e o fato da instituição não contar com um programa de reaproveitamento dos REEE foi desenvolvido este estudo com o objetivo de criar uma metodologia de reciclagem das PCI, removendo a partir de reações de despolimerização a resina epóxi presente nas placas para, então, atuar no reaproveitamento dos metais de interesse. Conforme Bentes (2008) a hidrólise ácida utilizando o ácido sulfúrico concentrado é comumente realizada, podendo variar aspectos como a temperatura e o tempo de reação. Nas PCI foi utilizado como agente despolimerizante o ácido sulfúrico, que tem capacidade de atuar na hidrólise das ligações entre os monômeros dos polímeros especialmente em temperaturas mais elevadas. (PAZSUN; SPYCHAJ, 1997 apud CARMO, 2018). Portanto, ao final deste estudo busca-se demonstrar e analisar a eficiência do ácido sulfúrico na despolimerização das PCI.

Material e métodos

Para o procedimento foram utilizadas placas de circuito impresso dos computadores/desktops obsoletos obtidos a partir do Departamento de Material e Patrimônio (DMP) na UFRN, sendo inicialmente realizado o processo de desmantelamento das PCI para retirar os componentes eletrônicos mais grosseiros objetivando aperfeiçoar o processo de reaproveitamento dos componentes. Após o desmantelamento as PCI foram cortadas em partes menores de aproximadamente 4 cm² para então serem submetidas às reações com o ácido sulfúrico. Os ensaios de despolimerização foram realizados a diferentes temperaturas (T) e tempos (t) utilizando-se como reagente o ácido sulfúrico concentrado. Na execução dos experimentos foram utilizados 5 ml do ácido concentrado reagindo nos tempos de trinta minutos à três horas em diferentes temperaturas com uma PCI diferente em cada ensaio. Para o controle das temperaturas as soluções contendo o ácido e as placas foram submetidas ao “banho-maria”. O sistema reacional utilizado, sendo composto por um agitador magnético, um erlenmeyer (contendo água), um tubo de ensaio (contendo a solução de H2SO4 e PCI) e um termômetro para o controle da temperatura. As variáveis na realização dos experimentos foram a temperatura e o tempo de reação, visto que a concentração do ácido sulfúrico permaneceu a mesma.

Resultado e discussão

Os resultados obtidos na realização dos três diferentes ensaios feitos nas temperaturas de 50, 60 e 70 °C foram submetidos a um balanço de massa considerando-se as massas das PCI antes e depois do processo reacional. A seguir se dará início a exposição e discussão do potencial de despolimerização identificado de acordo com as reações realizadas em cada um dos ensaios experimentais. Na tabela 1 a seguir estão descritos os resultados experimentais obtidos no ensaio realizado à temperatura de 50 °C. Observe: Tabela 1 – Resultados experimentais do ensaio 1. Como observado na tabela 1 o potencial de despolimerização das PCI submetido à temperatura de 50 °C não apresenta grande eficiência quando o tempo de reação é inferior a duas horas de reação, sendo o melhor rendimento obtido o de 8,93% no experimento C para o tempo de duas horas. O segundo ensaio foi realizado para a temperatura de 60 °C, onde foi possível observar melhores resultados quanto ao potencial de despolimerização como descrito na tabela 2 a seguir. Tabela 2 – Resultados experimentais do ensaio 2. Conforme descrito na tabela 2 o potencial de despolimerização obteve, de maneira geral, resultados satisfatórios se comparado ao ensaio 1. O rendimento observado no experimento C foi de 8,88% sendo aproximadamente igual ao rendimento obtido no mesmo intervalo de tempo no ensaio anterior. O experimento D obteve um rendimento total de 9,17% sendo o melhor rendimento identificado até então. Quanto ao aspecto da solução observou-se que a coloração passou a ter um tom mais escuro diferente do tom avermelhado observado no primeiro ensaio. O terceiro e último ensaio realizado ocorreu com a solução contendo o ácido sulfúrico e a PCI submetido à temperatura de 70 °C como está descrito na tabela 3 a seguir. Tabela 3 – Resultados experimentais do ensaio 3. A partir dos dados da tabela 3 se pode observar que o potencial de despolimerização obteve melhores resultados a partir do tempo de uma hora de reação, tendo o rendimento chegado a 10,38% no experimento B, 9,61% no experimento C e 8,13% no experimento D. O ensaio realizado à temperatura de 70 °C foi o que obteve os melhores rendimentos se comparado aos ensaios analisados anteriormente. No que tange aos aspectos observados na solução de PCI e ácido sulfúrico se pode destacar que a solução aparentou ter um aspecto mais viscoso e uma tonalidade mais escura. A partir dos resultados experimentais obtidos nas reações de despolimerização foi plotado o gráfico 1 a seguir para demonstrar graficamente a eficiência do potencial despolimerizante conforme houve o aumento na temperatura. Observe: Gráfico 1: Potencial de despolimerização De acordo com o gráfico 1 é possível destacar que o potencial de despolimerização cresceu conforme houve o aumento de temperatura desde o tempo de reação inicial de 30 minutos. Ao contrário do que é observado no conjunto de reações realizadas a 50 °C onde a eficiência do método utilizado só apresentou bons resultados a partir do tempo de duas horas de reação, nas temperaturas de 60 °C e 70 °C o potencial despolimerizante atingiu bons resultados já no intervalo de tempo de 30 minutos, sendo o melhor rendimento atingido no conjunto de reações realizadas a 70 °C. Os resultados experimentais vão de encontro ao que é proposto pela literatura, visto que o H2SO4 concentrado funcionou como um bom agente despolimerizante conforme houve o aumento na temperatura envolvida na reação.

Na imagem estão contidas as tabelas com os resultados referentes aos ensaios 1, 2 e 3.


Na imagem está um gráfico relacionando os rendimentos do potencial de despolimerização nas três temperaturas.

Conclusões

A dissolução da resina epóxi presente nas placas de circuito impresso de computadores/desktops obsoletos por meio do ácido sulfúrico concentrado possibilitou observar que o potencial de despolimerização melhora conforme há o aumento da temperatura envolvida na reação, sendo o melhor percentual obtido por meio da análise gravimétrica o de 10,38% na temperatura de 70 °C. O estudo da despolimerização das PCI usando o ácido sulfúrico como reagente é de extrema importância, tendo em vista que tem alto potencial econômico, pois é capaz de nortear a separação dos polímeros para uma posterior separação dos metais constituintes, sendo capaz de diminuir os impactos causados pelo descarte dos equipamentos eletroeletrônicos ao passo que é capaz de gerar incremento financeiro para a instituição a partir do reaproveitamento dos metais obtidos após os processos hidrometalúrgicos.

Agradecimentos

Referências

ABINE. São Paulo já reciclou 185 toneladas de lixo eletrônico. Disponível em: < http://www.clipping.abinee.org.br/publique/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=299526&query=advsearch&search_by_section=111&sid=111&text>. Acesso em: 08 de agosto de 2019.
BENTES, V. L. I. Hidrólise básica de resíduos poliméricos de PET pós-consumo e degradação catalítica dos monômeros de partida. Dissertação (Mestrado em Química) – Programa de Pós Graduação em Química, Universidade Federal do Amazonas. Manaus, p. 100. 2008.
BRASIL. LEI N° 12.305, DE 2 DE AGOSTO DE 2010. Política Nacional de Resíduos Sólidos, Brasília, DF, ago 2010. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2010/lei/l12305.htm>. Acesso em: 13 ago. 2019.
CARMO, E. S. Obtenção do ácido tereftálico através da despolimerização do PET pós consumo via hidrólise ácida. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós Graduação de Engenharia Química, Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande, p. 58. 2018.
OLIVEIRA, P. C. F. Valorização de Placas de Circuito Impresso por hidrometalurgia. Tese (Doutorado) – Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa. Lisboa, p. 290. 2012.
WILLIAMS, E.; KAHHAT, R.; ALLENBY,B.; KAVAZANJIAN, E.; KIM, J.; XU M. Environmental, social, and economic implications of global reuse and recycling of personal computers. Environmental Science & Technology, v. 42. n. 17, p. 6446-6454, 2008.