Baixe O Vidro: Reciclagem, Fabricação e Propriedades e outras Esquemas em PDF para Processo de Produção, somente na Docsity!
1. INTRODUÇÃO
No início da Revolução Industrial, a indústria de vidro tinha o foco em fabricar vidro para a indústria automotiva, mas no século XX, teve a invenção de dois métodos chaves, no qual consistia em processo de folha estirada e o de flutuação (float), tempos foram se passando e muitos pesquisadores foram tentando aprimorar estas folhas de vidro por estiramento, onde consistia em deixá-las mais finas e com maior qualidade (USP, 2011).
Durante a virada do século XX, surgiram três poderosos centros de produção do vidro, a França berço de muitas técnicas originais; a Inglaterra berço da Revolução Industrial e a Bélgica berço de Fourcault (USP, 2011).
A fabricação de vidro mais moderna era a fabricação Européia, logo quando uma indústria americana surgiu ao mesmo tempo Fourcault tentava aperfeiçoar o seu processo, mas do outro lado do oceano havia acontecendo um avanço paralelo com o processo de Libbey Owens que estava aprimorando a técnica que Fourcault havia criado. A Pittsbourgh Plate Glass Company de Fourcault implantou um processo de estiramento ainda melhor e a partir disso veio a ser um produtor mais importante (MARTINS).
No começo da década de XX, a demanda da indústria automotiva levou a Ford Motor Company a criar um processo que colocou a produção em massa onde levou a um aperfeiçoamento do produto prensado, que mais tarde expandiu a indústria americana (USP).
A indústria Pilkington Borthers juntamente com a Crown Glass Company tentou fazer alguns experimentos relacionados com o processo Ford para tentar fazer folhas maiores, mas só em 1938, a Pilkington criou uma máquina contínua de prensagem com cilindros, desgaste e polimento (PILKINGTON).
Em 1940, a estrutura primária do vidro estava estabelecida com quatro nações envolvidas, cada uma dominada por um pequeno número de fabricantes principais onde todos estavam relacionados e separados por uma rede de patentes (USP).
A reciclagem é um processo de transformação de um material, cuja primeira utilidade terminou em outro produto, com isso ela acaba gerando economia de matérias-primas, água e energia, é menos poluente e alivia os aterros sanitários onde sua vida útil é aumentada, poupando espaços preciosos da cidade que poderiam ser usados para construções de hospitais, escolas, bibliotecas dentre outros fins (GERBER, 2011).
O vidro é o único material 100% reciclável, é utilizado mesmo depois de velhos, saem das usinas de reciclagem em formas de cacos, direto para as fábricas de vidro, estes cacos entram novamente no processo de produção para gerar novos vidros (ARKEMAN, 2011).
O objetivo deste trabalho é avaliar a reciclagem do vidro como tema para a educação ambiental no ensino de química.
A sílica derretida resfria rápido, tendo uma organização randômica do tetraedro, é formada ligando pelas pontas, dando um material amorfo conhecido como sílica vítrea (PILKINGTON, 15 de abr, 2011).
Figura 2- Representação Dimensional do arranjo cristalino. (ALVES mai de 2001).
A fundição do vidro que é um produto inorgânico constituído principalmente de sílica, resfriando-se na condição rígida sem cristalização, com rede tridimensional estendida aleatória, com ausência de simetria e periodicidade (ALVES, mai de 2001).
A figura 2 representa a reação básica da química do vidro. O carbonato de sódio reage com dióxido de silício (sílica) a 1500°C produzindo silicato de sódio que reage moléculas de sílicas formando a estrutura do vidro
Na 2 CO 3 + SiO 2 1500ºC^ Na 2 SiO 3 + CO 2 ↑ Na 2 SiO 3 + x SiO 2 (Na 2 O)(SiO 2 )(x+1) Figura 3- Reação básica da química do vidro
2.1 HISTÓRICO
Os materiais vítreos muitas vezes foram completamente despercebidos na natureza em qualquer circunstância eles estão por perto sendo o mais antigos feito pelo homem, e utilizados no início dos primeiros registros históricos (ALVES, 2001).
Os vidros manufaturados mais antigos de conhecimento são de 2.500 anos a.C, que foram fabricadas pelos egípcios (VANIN, 2005).
Sabemos que os vidros sendo materiais frágeis em alguns casos, são transparentes, não dando importância na sociedade moderna, mesmo sendo tão antigos e tão modernos, contextualizando na história da ciência e tecnologia, quanto a sua fabricação relacionando ao cotidiano da alta forma de reciclagem (ALVES, 2001).
O homem nem sempre fabricou os vidros, temos os vidros naturais fundidos pelas rochas em altas temperaturas, nos quais são solidificadas rapidamente, acontece nas erupções vulcânicas, vidros assim criados são denominados obsidian e tektites que foram confeccionados objetos de corte para uso doméstico e para sua defesa na idade da pedra (Viegas, 2006).
No início da fabricação dos grandes materiais antigos registram à 5.000 a.C.; quando mercadores fenícios através de uma fogueira descobriram acidentalmente na praia com blocos de nitrato de sódio (que serviam para segurar suas panelas). O fogo, a areia e o nitrato de sódio, originou, pela primeira vez um líquido transparente, o vidro. Já a 100 a.C., os romanos produziam vidro por técnicas de sopro em moldes, para fazer "janelas", a 300 d.C. o imperador Constantino começou cobrar impostos dos vidreiros, dependendo da lucratividade do produto. Entre 500 e 600 d.C., novo método executou o vidro plano, por sopro de uma esfera e depois rotação em forno, até o século XIX, a maior parte da produção do vidro foi fabricado por este sistema (ABIVIDRO,16 de mar, 2011).
A invenção do vidro tinha tamanha disputa entre fenícios e egípcios, os fenícios relatam que quando voltaram ao Egito, pararam em Sidom as margens do rio Belus, ali deixaram os sacos que traziam as costas que estavam cheios de trona.
2.2.1 Principais características
As principais características são: reciclabilidade, transparência, dureza, isolante dielétrico, baixa condutividade térmica, abundancia de recursos da natureza e durabilidade. O vidro é o único material 100% reciclável (FAZ FÁCIL, 10 de mar, 2011).
2.2.2 Coloração
Características interessantes do vidro é a cor, pode ser incolor até em infinitas cores, que variam de uma leve tonalidade a total opacidade, acontece muitas vezes por questões de marketing, pois a cor é muito importante, gerando grande influência na escolha do produto (Martins, 2004).
Através de óxidos metálicos misturados aos ingredientes básicos determinavam-se as cores, a figura 4, sugerida pela ABVIDRO padronizava a cor durante o processo de fabricação, ou seja, durante mês e anos os vidros têm um mesmo padrão de cor. A cor azul pálido é obtida com cobre (CuO), azul escuro pode ser obtido com o cobalto (CoO), verde era devido ao ferro do óxido ferroso (FeO) enquanto o ferro do óxido férrico (Fe 2 O 3 ) é responsável pela cor âmbar, já o manganês do dióxido de manganês (MnO 2 ) dá uma cor púrpura e o vermelho é obtido com uma suspensão de óxido cuproso (Cu 2 O) e os óxidos de antimônio (Sb 4 O 6 ) e estanho (SnO 2 ) responsáveis pelas cores amarelo e branco opacos (IQSC, 01 de abr, 2011).
Figura 4 - Efeito de diversos corantes (ABIVIDRO, 16 de mar, 2011).
2.2.3 Composição do vidro
Durante muitas formulações do vidro, nos últimos 30 anos, lembra-se que a cal, a sílica e a soda constituem cerca de 90% do vidro, em todo o mundo, da mesma forma que há 2000 anos atrás (SHREVE).
O vidro é composto pelos seguintes elementos: sílica, soda, cálcio, magnésio, alumina, cloreto de sódio, nitrato de sódio, óxidos e sucatas de vidros, como ilustra o gráfico 1.
A sílica (SiO 2 ) é o vitrificante, a soda (Na 2 O) baixa o ponto de fusão da sílica., o cálcio (CaO) estabilidade do vidro, magnésio (MgO) enriquece sua resistência mecânica, a alumina (Al 2 O 3 ) reforça suas resistências, o cloreto de sódio, nitrato de sódio, óxido de selênio são afinantes. Os óxidos são utilizados como corantes de vidro. A sucata de vidros é utilizada na faixa de 20% a 40% para fusão (FAZ FACIL,16 mai, 2011).
verde
ferro
2.4 TIPOS DE VIDRO
Infinitas formulações e funções de aplicação em produção e disponibilidade de matérias-primas, comercialmente os vidros em numerosas classes incluindo entre elas; sílica vítrea, silicatos alcalinos, vidros sodo-cálcicos, vidros ao chumbo, vidros borossilicatos e vidros alumino-borossilicato.
2.4.1 Sílica vítrea
Aquecendo-se areia de sílica ou cristais de quartzo com temperatura de fusão da sílica 1.725°C, produzindo em altas temperaturas pela pirólise do tetracloreto de silício, com um grau de expansão térmico baixo, ideal para janelas de veículos espaciais, espelhos astronômicos, e outras com baixa expansão térmica, mas com resistência a choques térmicos ou estabilidade dimensional e também utilizada para produção de fibras óticas. O vidro resultante é tão viscoso que qualquer bolha de gás formada durante o processo de fusão não se liberta por si só (AKERMAN, 12 de mar, 2011).
2.4.2 Silicatos alcalinos
Com a proposta de reduzir a viscosidade do vidro fundido de sílica, é necessário adicionar um fluxo ou modificador de rede, os óxidos alcalinos são excelentes fluxos, eles “amolecem” a estruturada do vidro pela geração de oxigênio. São normalmente incorporados nas composições dos vidros como carbonatos acima de 550°C os carbonatos reagem com a sílica formando um líquido silicoso e se a proporção de carbonato alcalino e sílica forem adequadas, formará um vidro com o resfriamento abaixo do ponto de fusão da sílica. A adição desses alcalinos diminuem a resistência química do vidro. Com altas concentrações de álcalis, o vidro será solúvel em água, formando a base
da indústria de silicatos solúveis utilizados em adesivos, produtos de limpeza e películas protetoras (MEDEIROS, 31 de ago, 2011).
2.4.3 Vidros Sodo-Cálcicos
São obtidos a partir da adição de sódio e cálcio a sílica, esses ingredientes proporcionam maior resistência ao produto final, hoje em dia é o vidro mais comum como garrafas, frascos, potes, janelas, bulbos e tubos de lâmpadas (SOUZA, 12 de set, 2011).
2.4.4 Vidros ao Chumbo ou Cristal
Vidros alcalinos ao chumbo agem como um modificador de rede ou formador de rede, com uma linha de trabalho alta, altera a viscosidade com diminuição de temperatura, por isso usam a séculos produzindo de artigos finos como peças de arte. O chumbo dá ao vidro mais refração, incrementando seu brilho (AKERMAN, 12 de mar, 2011).
Também eram usados vidro ao chumbo na nobreza fazendo copos e taças finas conhecido como cristal, termo ambíguo, pois, sabemos que não sendo cristalino não pode ser o verdadeiro cristal de chumbo o vidro precisa conter no mínimo 19% de óxido de chumbo. Vidros com 30% ou mais de Chumbo é chamados de Cristais Totais. Porém hoje em dia o padrão moderno de qualidade para o Cristal de Chumbo tem sido de 24% (QUALIS, 02 de jun, 2011).
Sendo um grande absorvido de raio X é usado na fabricação de funil de televisão(tubo) a cores é um exemplo na comercialização destes vidros utilizam também em óticas, devido aos seus altos índices de refração (Viegas,2006).
2.6 Vidro Líquido
É uma resina epóxi de alta transparência, brilho, aderência e resistência, que apresenta ótimos acabamentos para materiais e peças decorativas, que simula uma cobertura de vidro, este pode ser aplicado sobre madeira, cerâmica, gesso, cartão, metais, papel e uma infinidade de outras superfícies (Gato Preto, 3 out de 2011).
O vidro líquido é conhecido comercialmente como; verniz vidro cristal, este nome pode variar dependendo da marca e do fabricante, gato preto, acrilex e corfix são marcas do produto.
Silicato de sódio também conhecido com vidro líquido e água de vidro, encontrado em solução aquosa e na forma sólida, é um composto de fórmula Na 2 SiO3, utilizado em cimentos, proteção passiva ao fogo, refratário e na produção de têxteis e madeira (WIKIPÉDIA).
Figura 6 – Estrutura do silicato de sódio (WIKIPÉDIA).
2.7 Vidro de segurança
São produzidos a partir do vidro float, com o objetivo de diminuir os acidentes causados pela quebra, estes são definidos como sendo aqueles que quando quebrados, produzem pequenos pedaços, causando um menor risco de causar acidentes (Martins, 2004).
2.8 Vidros especiais
Com o avanço da tecnologia estes vidros são criados com micro camadas de diversos materiais diferentes, camadas essas de dimensões microscópicas onde surgiram inúmeros tipos de vidros especiais; como os vidros de controle solar, auto-limpante, baixa reflexão e baixo-emissivo (CEBRACE, 3 out 2011).
2.8.1 Vidro de controle solar: também conhecido como vidro refletivo, eles tem a função de reduzir e entrada de calor para o interior do ambiente, além de reduzir um controle na entrada da luz para o interior das edificações.
2.8.2 Vidro auto- limpante: é produzido a partir de um vidro float, que recebe uma camada ainda no seu processo de fabricação, esta camada aproveita a força dos raios ultravioleta e da água da chuva para combater a sujeira e os resíduos que acumulam no exterior, onde mantém a superfície do vidro limpa. Este vidro é visualmente idêntico aos vidros normais, são aplicados sempre na parte externa de edifícios, fachadas, coberturas, janelas e outras áreas altamente poluídas.
2.8.3 Vidro com baixa reflexão: é um vidro float extra, tem uma baixa concentração de ferro em sua composição e por isso são extremamente claros e não esverdeados, onde recebe uma camada capaz de reduzir a reflexão em 5 vezes, comparado ao vidro float incolor.
2.8.4 Vidro baixo-emissivo: é produzido por um processo onde não permite a troca de calor entre o ambiente interno e externo, possui aparência do vidro float incolor, reduzindo a entrada de calor ou frio, muito usado na construção civil em fachadas e coberturas.
2.9 Vidros Blindados
São compostos por lâminas de cristal transparente, interligadas entre si através de um material plástico extremamente resistente e flexível, como é o caso do
Atualmente já estão disponíveis no mercado quatro tipos diferentes de tela touch screen: telas resistivas, telas capacitivas, telas de ondas acústicas superficial e a tela que utiliza microcâmaras no lugar de sensores.
2.10.1 Telas resistivas: Funciona através de pressão na tela, este sistema consiste na pressão de duas placas bem finas onde estão separadas por um afastador, onde uma é feita de um metal e a outra de vidro, entre elas passa uma corrente elétrica leve, quando elas se encontram a uma mudança de campo elétrico, que são assim reconhecidas e enviadas ao computador.
2.10.2 Telas Capacitivas : usadas nos iphones e itouchs, funciona a partir de uma camada carregada de eletricidade, conhecida como camada capacitiva, onde ao tocarmos na tela parte desses elétrons é transmitida para o dedo como se fosse um pequeno choque, tão leve a ponto de nem se perceber, onde o computador entende essa pequena descarga naquele ponto e calcula as coordenadas pelo comando.
2.10.3 Telas de ondas acústicas: talvez a melhor tecnologia até agora, porém diferentes das outras, esta por sua vez proporciona dois transdutores de cada lado da tela, um receptor e um transmissor, o transdutor transmissor emite uma pequena onda que então é percebida pelo receptor transdutor. Quando algo encosta-se à tela, os receptores percebem uma interrupção no envio das informações e informa automaticamente a coordenada do toque, traduzindo isso como um comando na tela.
2.10.4 Sistema de microcâmaras: Basicamente, ele é uma tela grande com cinco câmeras espalhadas por suas bordas que percebem o toque na tela ou quando algo é depositado sobre ela, é uma tecnologia que esta em fase de teste.
A tela touch screen é composta por diversos elementos além do vidro que a recobre, elementos eletrônicos transparentes que são aplicados à face interna do vidro para permitir o reconhecimento dos toques, e uma terceira camada é composta pelos elementos óticos que geram os pixels visíveis (Assis, 2009).
2.11 Lentes fotocromáticas
São lentes que escurecem quando expostos ao sol, o que são chamados de fotocrômicos, onde depende de uma reação química exposta à radiação UV, estas lentes tem milhares de moléculas de cloreto de prata ou haletos de prata embutidas nelas, quando expostas a luz solar elas sofre um processo químico no qual muda sua forma, onde a estrutura molecular absorve parte da luz visível, fazendo com que as lentes escureçam, quando a não está exposta a luz acontece o processo inverso (Tyson).
Estas lentes são disponíveis em cristal ou em resina. Nas lentes de cristal, os microcristais de prata são distribuídos uniformemente, estes ao ser expostos a luz UV, às partículas de prata se juntam para formar colóides de prata, que absorvem luz, dando o efeito de escurecer as lentes. Lentes de cristal são conhecidas como fotocrômicas ou fotocromáticas, esse nome é devido ao material estar distribuído por toda sua espessura, onde pode apresentar diferenças na cor, sendo mais intensas no centro, onde a aera é mais grossa e menos intensa as áreas mais finas, como é o caso das bordas. Lente fotocrômicas tem a capacidade de ativação reduzida ao passar do tempo, sendo então indicadas para ser trocadas a cada dois anos (Chaves).
A lente de resina já é um material fotocromico convertido em corante orgânico, que absorve a luz, resultando na mudança de coloração, como a lente de resina tem a mesma espessura por toda a sua superfície a intensidade de coloração é uniforme. Estudo vem sendo feitos para impregnar o corante fotocromico reversacol em filmes de policarbonato (PC) e sílica-gel (Si), com a finalidade de obter aplicações nessas lentes os filmes de PC puros também foram impregnados nas mesmas condições, para verificar o efeito da adição de sílica-gel (Lima).
Uma pesquisa foi realizada com alunos da USP - Universidade de São Paulo, onde alunos entre 21 e 35 anos, teriam que usar óculos com lentes normais, as incolores e após uns dias trocarem elas pelas lentes fotocromáticas, no final da pesquisa dados apontaram que eles preferiam as lentes fotocromáticas, pois puderam realizar suas atividades normalmente, especialistas relatam que estas
3. A INDÚSTRIA E A PRODUÇÃO DO VIDRO
Os fabricantes de vidro procuram reunir materiais básicos baratos com pequenas quantidades de componentes, para que o produto ficasse extremamente refinado.
As etapas de produção incluem; transporte das matérias primas, pesagem, mistura das matérias primas e a introdução da massa no forno, os procedimentos da fabricação incluem quatro etapas: fusão, moldagem, recozimento e acabamento, ao ser adicionado ao forno o vidro é fundido e passa para a moldagem, em seguida uma máquina molda o objeto muito rápido cerca de segundos, todo o processo é feito em tempo muito curto, porque o vidro transforma-se rapidamente de líquido viscoso para sólido (CRQ,15 set de 2011).
O vidro plano é fabricado em 1 ou 2 estágios, na indústria primária, o produto básico plano ou produto principal é feito de forma secundária na qual o produto primário é apurado e adicionado a outro. Quando usa técnicas secundária evita correções de custo alto à indústria primária.
3.1 INDÚSTRIA PRIMÁRIA
A indústria primária resume-se em geral, a três operações básicas: fusão, modelagem e resfriamento (têmpera).
3.1.1 Fusão
Na forma dos moldados com temperatura de 1.600 a 1800°C tornam-se em fluidos e consiste em aquecer os constituintes, isso se dá a fusão (LESKO, 2004).
3.1.2 Modelagem
No processo de esfriamento e endurecimento origina do material para endurecer, passando do estado líquido a uma consistência semelhante à do melado enquanto sua temperatura cai de 1.600°C a 800°C (BAUER, 1994).
3.1.3 Resfriamento (têmpera)
O aquecimento e resfriamento gradual na indústria do vidro refere-se à 600°C a 100°C, sobre muito controle a industria tem como termo praticado em um lehr , ficando com todos as propriedades essenciais ao vidro, por exemplo, sua propriedade de ser cortado reto ( MONTEIRO, 2001).
3.1.4 Histórico da indústria primária.
Os fabricantes de vidro vêm ao longo dos anos aperfeiçoando os métodos de moldagem, e solucionando os problemas na produção. Antigamente usavam fusão, sopramento e fiação. Os Romanos fizeram chapas fundidas de até 1m^2 , mas a indústria de janelas de vidro usando cilindros soprados se desenvolveu na Europa Setentrional em torno de 1000 d.C. tentando melhorar as necessidades climáticas e de estilo. A técnica envolvia o sopramento de um grande cilindro que era cortado aberto e então achatado, está técnica obteve um grande avanço durante a Idade Média, foi o aperfeiçoamento da técnica de fazer vidro como um disco rotativo. Os dois métodos: cilindro e disco resultaram em vidro fino, fraco e irregular, tornando-o inadequado para aplicações que exigissem uma superfície e resistência como os espelhos de veículos (USP).
Até a década de 50, todo vidro plano de janela era feito segundo uma das duas técnicas. A prensagem com cilindros era usada para fabricar vidro moldado,
