Degradação de resina aglutinante em resíduo de madeira MDF induzida por plasma frio

Abstract

O desenvolvimento e barateamento de tecnologias e processos de reciclagem são uma necessidade inegável para o desenvolvimento humano e econômico sustentável. Entre os principais produtos industriais massivamente produzidos de difícil reciclagem, estão as madeiras compósitas, em especial o MDF (Medium Density Fiberboard). Sem nenhum processo de reciclagem específico para resíduo de MDF sendo atualmente empregado no mercado, seu destino final se torna os aterros ou incineração. O uso de resinas sintéticas aglutinantes em sua composição impede sua reutilização como matéria celulósica em outros processos. Além disso, resíduos de MDF são nocivos à saúde por emitirem formaldeído, resultado da hidrólise das resinas aglutinantes. Largamente utilizada para tratamentos de resíduos químicos, a tecnologia de plasma frio se mostra como um candidato promissor para a degradação de resinas aglutinantes presentes em resíduos de madeira compósita. Nesse estudo inédito, investigou-se a efetividade da aplicação de plasma frio sobre interface ar-água para promover a degradação da resina UF (ureia-formaldeído) presente em resíduos de MDF e recuperar as fibras lignocelulósicas para reciclagem. Foi utilizado um reator customizado, de modo que o plasma gerado por uma descarga elétrica fosse aplicado diretamente sobre uma suspensão aquosa de pedaços de MDF. Dados elétricos do circuito forneceram informações para o controle seletivo da tensão e da corrente entre os eletrodos. Espectros de emissão foram coletados para identificação de espécies energéticas geradas pelo plasma e otimização da produção das mesmas. O método de tratamento desenvolvido alcançou uma remoção de 81,8% da resina presente no resíduo, emitindo menos de 1 nanograma de formaldeído por grama de MDF durante o processo - mostrando-se mais eficiente, mais barato e mais seguro que o método clássico. Imagens de microscopia óptica e espectros de infravermelho mostram que o processo não danifica macroscopicamente as fibras lignocelulósicas, preservando sua integridade para um possível reaproveitamento.

The development of new, cheaper recycling technologies and processes are an undeniable necessity for sustainable human and economic development. Most of the massively produced industrial products, like composite woods, are very difficult to recycle, especially MDF (Medium Density Fiberboard). With no specific recycling process for this kind of residue being currently applied in the market, the vast majority of MDF waste finds its final destination in landfills or incinerators. The use of binder synthetic resins in its composition prevents its reuse as cellulosic material in other processes. In addition, MDF residues are harmful to health because they emit formaldehyde, as a result of the binder resins hydrolysis. Widely used for the treatment of chemical residues, non-thermal plasma plasma technology shows itself as a promising candidate for the degradation of binder resins present in composite wood residues. In this brand new study, the effectiveness of non-thermal plasma application over an air-water interface was investigated to promote the degradation of the UF (urea-formaldehyde) resin present in MDF waste and to recover the lignocellulosic fibers for recycling. A customized reactor was used, so that the plasma generated by an electrical discharge could be applied directly over an aqueous suspension of MDF chips. Data from the electrical circuit provided information for the selective control of voltage and current between electrodes. Emission spectra were collected to identify energetic species generated by the plasma and to optimize their production. The developed treatment method achieved a removal of 81.8% of the resin present in the residue, emitting less than 1 nanogram of formaldehyde per gram of MDF during the process - proving to be more efficient, cheaper and safer than the classical method. Optical microscopy images and infrared spectra show that the process does not macroscopically damage the lignocellulosic fibers, preserving their integrity for future re-applications.