[01] A presente invenção refere-se a aperfeiçoamentos introduzidos em compósito termoplástico e produto resultante, aplicado na indústria de madeira plástica (WPC), que obtém pellets e peças extrudadas com excelentes características físicas e químicas para aplicação como estrutura e/ou acabamento e com finalidade de reciclagem de materiais para o bem da ecologia, através de introdução de componentes em tamanho nanométrico, trazendo vantagens de melhorar a resistência a bactérias e fungos e consequentemente obter formulação otimizada com maior quantidade de resíduos de madeira, maior resistência mecânica, maior resistência a intempéries e maior prazo de validade.

[02] Como é de conhecimento dos meios técnicos ligados à indústria de WPC, a indústria de madeiras plásticas proporciona uma variedade de produtos os quais vêm, com o contínuo melhoramento, apresentando características apropriadas para a substituição de inúmeros materiais tradicionalmente utilizados na produção de bens e produtos. Materiais como a madeira, por exemplo, já podem ser substituídos com grande aceitação por uma série de materiais compósitos amplamente difundidos.

[03] Materiais compósitos são definidos como materiais formados de dois ou mais constituintes com distintas composições, estruturas e propriedades e que estão separados por uma interface. O objetivo principal em se produzir compósitos é de combinar diferentes materiais para produzir um único dispositivo com propriedades superiores às dos componentes unitários. Dessa forma, compósitos com finalidades ópticas, estruturais, elétricas, opto-eletrônicas, químicas e outras são facilmente encontrados em modernos dispositivos e sistemas. (Referência: Laboratório de Engenharia de Polímeros e Compósitos da UFMG - http://www.demet.ufmg.br/ docentes/rodrigo/ compositos.htm).

[04] Com isso é possível projetar um material tendo em vista a sua necessidade de utilização, ou seja, se for desejado obter um produto compósito com características de resistência estrutural e isolamento termo-acústico, pode-se então reunir materiais que somados em um produto compósito externem tais características.

[05] Um ponto importante no que tange aos compósitos é que possibilitam agregar materiais que gerados a partir de descarte de outros processos industriais, por exemplo, resíduos de serrarias, podem ser reconduzidos a um processo produtivo na forma de carga; papel e papelão descartados podem ser transformados em polpa novamente e moldados na forma de outros produtos que vão desde estruturas modulares para móveis até proporcionar fibras para estruturas de painéis compósitos. Então, uma característica importante para os materiais compósitos é a reciclagem.

[06] O estado da técnica proporciona uma série de ensinamentos relacionados ao campo tecnológico dos compósitos, conforme se pode observar nas revelações mostradas nas buscas de patentes brasileiras PI0103654-8, PI0402485-0, das patentes estadunidenses US5516472, US6210616, US6479002 e US2010319144 e das patentes européias EP2216365 e CN101698750, anexadas ao pedido de patente brasileiro BR 10 2012 004500 1 com deposito estendido nos EUA 13/410,565 do mesmo inventor.

[07] As anterioridades reveladas apresentam desvantagens, limitações e inconvenientes de maior custo de formulação por usar mais plástico e menos madeira, necessita de grande proporção para garantir boa durabilidade das peças, fugir da aparência de madeira e não aproveitar recursos renováveis.

[08] "FORMULAÇÃO DE COMPÓSITO DE

RESÍDUOS DE MADEIRA E TERMOPLÁSTICO RECICLADO COM ADITIVOS NANOMÉTRICOS E PRODUTO RESULTANTE", objetos da presente patente foram desenvolvidos para superar os inconvenientes, limitações e desvantagens das composições e produtos atuais, pois apresenta aperfeiçoamentos em compósito termoplástico e nos produtos resultantes que obtém produtos para aplicação como estrutura e/ou acabamento através de introdução de componentes em tamanho nanométrico, trazendo vantagens de melhorar a resistência a bactérias e fungos e consequentemente obter formulação otimizada com maior quantidade de resíduos de madeira mantendo a mesma resistência mecânica, a mesma resistência a intempéries e o mesmo prazo de validade, produto com durabilidade equivalente, material tão duro e resistente quanto a madeira natural, material reciclado com a beleza da madeira natural, com tecnologia de nanopartículas amplamente utilizado e aprovada pelo FDA (autoridade sanitária americana).

[09] As soluções atuais apresentam os seguintes problemas técnicos que foram resolvidos da seguinte maneira:

[010] a) As composições atuais não resistem às bactérias e consequentemente a madeira se degrada exigindo com isto uma menor parcela de resíduos de madeira e maior parcela de termoplástico, resolvido pela presente formulação através de colocação de prata nanométrica na composição; [011] b) As composições atuais não resistem aos fungos e consequentemente a madeira se degrada exigindo com isto uma menor parcela de resíduos de madeira e maior parcela de termoplástico, resolvido pela presente formulação através de colocação de zinco nanométrico na composição; e

[012] c) As peças produzidas com WPC atuais necessitam de maiores percentagens de termoplástico em sua composição para melhorar a resistência mecânica e às intempéries e para compensar o baixo prazo de validade dos resíduos de madeira que são atacados por fungos e bactérias, resolvido pela composição da presente patente através do uso de menor quantidade de plástico e maiores quantidades de madeira dentro do mesmo prazo de validade dos atuais WPC.

[013] Os aditivos de nanopartículas de prata possuem um tamanho que não apresenta riscos para a saúde e foram adicionados à fórmula original, juntamente com zinco para encher os pequenos espaços entre as fibras de madeira e plástico. As nanopartículas oferecem a vantagem de aderir e destruir as células de bactérias.

[014] Os aperfeiçoamentos através do uso de prata e zinco em tamanho nanométrico na formulação de compósito de madeira e plástico trazem uma proteção microbiológica contra bactérias e fungos, permitindo a resistência a intempéries, durabilidade do plástico com alto percentual de madeira na composição, com elevada resistência mecânica e uso de maior quantidade de madeira na composição.

[015] Os aditivos na forma metálica formando ilhas ou partículas de Ag ou Zn, onde a prata tem o efeito bactericida e o zinco fungicida, portanto a combinação deles potencializa as propriedades do produto. [016] Após incessantes pesquisas obteve-se a seguinte faixa de componentes para obtenção dos resultados da composição aperfeiçoada:

[017] - Master Protetivo (Nanopartículas com Anti- UV e Antioxidante): 1% a 3%

[018] - Lubrificante interno: 1 % a 4%

[019] - Lubrificante externo: 2% a 8%

[020] - PEAD reciclado: 26% a 43%

[021] - Carga Mineral: 13% a 20%

[022] - Farinha de Madeira: 30% a 54%

[023] - Pigmento: 3% a 5%

[024] O Master Protetivo é composto por: 6 partes de

Nanopartículas (sendo metade prata, metade zinco) de marca Nanox Clean ou similar, 5 partes de Anti-UV, 3 partes de Antioxidante, 10 partes de Polietileno de Alta Densidade (PEAD) Cristal. Essas proporções foram obtidas através da análise teórica sobre as características desejáveis no produto e as especificações técnicas de cada componente. A utilização variou entre 1% e 3% dependendo do grau de resistência a intempéries desejada, levando em consideração a concentração de madeira na composição. Quanto maior a quantidade de madeira, maior a necessidade de Master Protetivo para garantir boa durabilidade do material. O mínimo estabelecido foi derivado dos testes. Em menor quantidade o produto não faz o efeito esperado, enquanto mais do que a dosagem estipulada resulta em desperdício de material, não mudando o comportamento do agente.

[025] O Lubrificante interno escolhido foi a composição de Mistura do complexo de éster de ácidos graxos modificados com ponto de gota de 71 a 86 ° C da marca comercial Straktol TPW-113® ou equivalente. O lubrificante interno é quimicamente compatível com o polímero e trabalha a nível molecular. Sua função é a de reduzir a fricção entre as moléculas do polímero e as forças de van der Waals. Isso resulta numa redução do consumo de energia necessário para o processamento e principalmente promove a redução da viscosidade do compósito no interior da máquina. O mínimo estabelecido foi derivado dos testes. Se aplicado menos que o mínimo estipulado, obtêm-se as peças com rachaduras e velocidade de produção baixa e produto não homogéneo. Se aplicado mais do que o estipulado do máximo, ocorre desperdício de material.

[026] O Lubrificante externo escolhido foi a escama de polietileno com ponto de fusão de 95 a 105 ° C . O lubrificante externo age criando uma interface entre o grânulo do polímero e a superfície metálica do equipamento, reduzindo a fricção. Sua função é atrasar a fusão do material extrusado e controlar a fluidez da massa fundida. Os melhores resultados empíricos de processabilidade do material foram obtidos quando a dosagem de lubrificante externo foi o dobro da quantidade de lubrificante interno. Quanto menor o percentual de lubrificante externo na formulação, mais lento e dificultoso é o processamento do material. O mínimo estabelecido foi derivado dos testes. Se aplicado menos que o estipulado, as peças saem estufadas e cai a produção. Se aplicado mais que o estipulado do máximo, obtêm-se manchas de processo nas peças, sendo esteticamente reprovado.

[027] O PEAD (Polietileno de Alta Densidade) utilizado foi sempre reciclado, portanto não foi utilizado PEAD virgem. O PEAD foi preparado com uma blenda de PEAD de aparas industriais (homogéneo) e PEAD de resíduos pós-consumo (heterogéneo). A proporção de PEAD homogéneo variou de 12% a 30% do total de PEAD, sendo o restante (para completar 100%) completado com PEAD heterogéneo (pós-consumo). O uso de maior concentração de PEAD homogéneo foi usado quando a qualidade do PEAD heterogéneo era mais baixa ou quando havia uma heterogeneidade muito grande (muita variação de qualidade). O uso do PEAD em maior concentração no composto torna o material mais flexível, enquanto uma menor concentração torna o material mais rígido e consequentemente mais quebradiço, de forma que os melhores resultados obtidos na formulação foram na faixa apontada. O mínimo estabelecido foi derivado dos testes. Se aplicado menos que o estipulado, a formulação não homogeniza. Se aplicado mais que o estipulado, ocorre variação na dilatação do material.

[028] A Farinha de Madeira utilizada foi de misturas de pó de madeira de pinus e/ou eucalipto, e/ou madeira pós-consumo (espécies indeterminadas) provenientes de restos de bobinas, paletes, armários e/ou mobiliários em madeira. O mínimo estabelecido foi derivado dos testes. Se aplicado menos que o estipulado, ocorre muita variação na dilatação. Se aplicado mais que o estipulado, não homogeniza o material.

[029] A Carga Mineral utilizada foi talco e/ou silicato de magnésio e/ou carbonato de cálcio. O mínimo estabelecido foi derivado dos testes. Se aplicado menos que o estipulado, cai a resistência da peça. Se aplicado mais que o estipulado, a peça fica muito quebradiça e o desgaste é muito grande na rosca da máquina.

[030] Opcionalmente, pode ser agregado à composição: agente de acoplamento, que é anidrido maleico enxertado (graftizado) em polímero poliolefínico; uma mistura de éster complexo modificado de ácido graxo; agente fotoprotetivo adicional como fotoestabilizador do tipo amina; outros agentes antioxidantes primários e secundários, como por exemplo estabilizantes de processo do tipo fosfonitos, compostos fenólicos bloqueados, aminas aromáticas secundárias, aminas aromáticas, co-estabilizantes contendo enxofre ou desativadores de metais. Adicionalmente, a composição poderá utilizar aditivos retardantes de chama, agente expansor e agente dessecante, retorno de processo (peças defeituosas recicladas) entre outros.

[031] O pigmento é um agente colorante

("masterbatch"), que pode ser um composto de pigmentos orgânicos e inorgânicos e pode ser retirado completamente da formulação caso a peça seja para aplicação estrutural sem a necessidade estética de cor.

[032] As pesquisas e desenvolvimentos obtiveram a seguinte formulação da presente patente como preferencial:

[033] - Master Protetivo (Nanopartículas com Anti-

UV e Antioxidante): 1% a 2%

[034] - Lubrificante interno: 1% a 3%

[035] - Lubrificante externo: 2% a 6%

[036] - PEAD reciclado: 30% a 40%

[037] - Carga Mineral: 13% a 18%

[038] - Farinha de Madeira: 40% a 50%

[039] - Pigmento: 3% a 5%

[040] A sequência de adição de componentes da formulação do invento, na fabricação do produto, é toda no conjunto ao mesmo tempo, pois se trata de um dosador que mistura a massa com todos os componentes da formulação juntos, tal como uma massa de bolo. [041] Com as composições da presente patente obteve-se madeira plástica com as seguintes propriedades físicas:

[042] Durabilidade: estimada em 50 anos.

[043] Garantia: 10 anos contra ataque de fungos e pragas.

[044] Manutenção: limpeza com água e sabão neutro. Não é necessário pintar nem envernizar o material.

[045] Resistência ao Fogo: reação ao fogo análoga à madeira dura de lei.

[046] Resistência ao Impacto: possui boa resistência a impacto.

[047] Resistência UV e Desbotamento: após 2000 horas de intensa exposição aos raios UV em câmara de Xenon, o delta-E não atingiu 6, o que corresponde a um bom resultado. Já no teste de UVB, após 2000 horas de exposição, o delta-E não atingiu 1, o que corresponde a um excelente resultado.

[048] Absorção de Água: quase nula (0,6% em massa no teste ABNT, 24h submerso), o que significa que o produto pode ser aplicado até submerso.

[049] Determinação do coeficiente de atrito (COF):

[050] Avaliação realizada em Máquina Universal de

Ensaios EMIC com velocidade de afastamento do través móvel de 150 mm/min e intervalo de medição de 100 mm. O ensaio foi realizado em dois conjuntos de corpos de prova das amostras "Tábua Aitá" e "Tábua Tefé", sendo um conjunto condicionado a 23 + 2°C e 50 + 5% U.R., e outro conjunto ensaiado aplicando- se uma fina camada de água sobre cada corpo de prova. A avaliação foi realizada na superfície dos corpos de prova, utilizando-se placas de borracha como recobrimento do dispositivo de arraste. Ensaio baseado na norma ASTM D 1894 - Ι ΐεΐ, equipamentos de ensaio conforme modelo C da norma. Peso do dispositivo de arraste: 200 gf.

[051] Resultados:

[052] Amostras: Tábua Tefé

[053] Coeficiente de Atrito Estático: Médio de 5 corpos de provas, 1,24

[054] Coeficiente de Atrito Dinâmico: Médio de 5 corpos de provas 1,16

[055] Amostras: Tábua Tefé com Adição de Água

[056] Coeficiente de Atrito Estático: Médio de 5 corpos de provas, 1,19

[057] Coeficiente de Atrito Dinâmico: Médio de 5 corpos de provas, 1,14

[058] Amostras: Tábua Aitá

[059] Coeficiente de Atrito Estático: Médio de 5 corpos de provas, 1,16

[060] Coeficiente de Atrito Dinâmico: Médio de 5 corpos de provas, 1,12

[061] Amostras: Tábua Aitá com Adição de Água

[062] Coeficiente de Atrito Estático: Médio de 5 corpos de provas, 1,29

[063] Coeficiente de Atrito Dinâmico: Médio de 5 corpos de provas, 1,28

[064] Resistência ao Cisalhamento: [065] Ensaio de avaliação da resistência ao cisalhamento em materiais plásticos, conforme norma NBR 7190: 1997. Avaliação realizada em Máquina Universal de Ensaios EMIC com taxa de aplicação de carga de 2,5 MPa/min. O ensaio foi realizado em dois conjuntos de corpos de prova da amostra "Tábua Aitá",sendo um conjunto condicionado a 23 + 2°C e 50 + 5% U.R., e outro em condicionamento de umidade saturada até massa constante.

[066] Resultados:

[067] Amostras Tábua Aitá

[068] Tensão Máxima (MPa): Média de 5 corpos de prova, 15,76

[069] Amostras: Tábua Aitá em condição saturada

[070] Tensão Máxima (MPa): Média de 5 corpos de prova, 14,47.

[071] Outros Ensaios Físicos em Condições

Ambientais do Laboratório de Ensaios: Temperatura: 23±2°C e Umidade Relativa: 50+5%:

[072] Dureza Shore D, ASTM D2240-05:

Resultado: Dureza Shore D, mediana 64

[073] Resistência à Tração em Plásticos, ASTM

D638-10: Resultado: Módulo de Elasticidade em Tração, Mpa: 3848

[074] Tensão na Ruptura, MPa: 13

[075] Alongamento no Escoamento, % :0,6

[076] Resistência a Flexão em Plástico, ISO

178:2010 - Método A: Resultado: Tensão na Máxima Flexão, MPa (média) 33

[077] Módulo de Elasticidade, MPa (média) 3820 [078] Determinação da Temperatura de Deflexão,

ISO 75:2004 (E) - Parte 1 - Método A - Horizontal e Equipamento CEAST HDT VICAT Serial 18774. Condições de ensaio: Temperatura inicial do teste: 30°C em banho de silicone. Taxa de aquecimento: 120°C/h. Carga de teste solicitada pelo cliente: 1,80 MPa. Span utilizado: 64 mm:

[079] Resultado: Temperatura de Deflexão - HDT :

53,08 °C

[080] Determinação da Temperatura de

Amolecimento em Plásticos, ASTM Dl 525-09 e Equipamento CEAST HDT VICAT Serial 18774 Temperatura inicial do teste: 30°C em banho de silicone.

[081] Carga de teste solicitada pelo cliente: 10 N. A taxa de aquecimento utilizada: 120°C/h - Taxa B:

[082] Resultado: Temperatura de Amolecimento -

VICAT; 123,4 °C

[083] Intemperismo acelerado (Xenon Test) e

Determinação da Variação de Cor após 500, 1.000, 1.500 e 2.000 horas ASTM D2565-99 (Reap. 2008), ASTM G155 -Ciclo 1. Câmara de Intemperismo Q- Sun Xe-3-HS n° de série 16-06-81-47 X3HS:

[084] Resultados: Intemperismo Acelerado - Xenon

Test

[085] Determinação da Variação da Cor ASTM

D2244-11 :

[086] Tábua Jatobá L* a* b* delta L* delta a* delta b* delta E*

[087] S em exposição (Média) 45,20 9,56 [088] Após 500h de exposição (Média) 47,99

11,36 10,50 2,79 1,80 -3,22 4,62

[089] Após l.OOOh de exposição (Média) 49,65

12,05 11,02 4,45 2,49 -2,70 5,77

[090] Após 1.500h de exposição (Média) 49,13

12,38 10,96 3,93 2,82 -2,76 5,57

[091] Após 2.000h de exposição (Média) 49,22

12,35 10,96 4,02 2,79 -2,76 5,62

[092] Avaliação Visual: Houve alteração visual significativa da cor após 500 horas de exposição ao intemperismo, e esta se manteve similar nos demais períodos de exposição (1.000, 1.500 e 2.000 horas).

[093] Ensaios de avaliação das cargas de ruptura de perfis de diferentes geometrias e comprimentos em ensaios de flexão e de compressão.

[094] Metodologia: Ensaios em peças estruturais de pilares em compressão, vigas em flexão e lambris em flexão.

[095] Resultados das cargas de ruptura (cargas de ruptura ou perda de estabilidade) em Kgf:

[096] Pilar Pilar Pilar

[097] 150 220 300 cm

[098] Médias:

[099] 6618 5713 3903

[0100] Palanque Palanque Palanque

[0101] Longo Longo Longo

[0102] Lixado Lixado Lixado

[0103] 150cm 220cm 300cm [0104] Médias:

[0105] 5265 4809 2908

[0106] Viga Viga Viga

[0107] Longa Longa Longa

[0108] Lixada Lixada com Lixada

[0109] Reforço

[0110] 300cm 300cm 300cm

[0111] Médias:

[0112] 330 404 513

[0113] Pilar Pilar

[0114] Robusto Robusto

[0115] Longo Longo

[0116] 220cm 300cm

[0117] Médias:

[0118] 15.386 8080

[0119] Pilar Pilar

[0120] Refinado Refinado

[0121] Lixado Lixado

[0122] 220cm 300cm

[0123] Médias:

[0124] 8899 7042

[0125] Lambri Lambri

[0126] 100cm 50cm

[0127] Médias:

[0128] 12 24 [0129] Ensaios Microbiológicos de Resistência a

Bactérias através de Técnicas de Disco Difusão em Ágar de avaliação com Inoculo: 4,5 x IO ⁶ UFC/ml de Escherichia coli. Concluiu-se com o ensaio que as amostras apresentaram um maior halo de inibição tanto para a superfície desgastada (lixada) quanto para a superfície não desgastada. Para as amostras atestou-se que o antimicrobiano utilizado também foi eficiente acima de 99,99 %, mesmo com concentrações reduzidas de aplicação. Não foi observado após as 48 horas, difusão de halo.

[0130] Ensaios Microbiológicos de Resistência a

Bactérias através de Técnicas de Disco Difusão em Ágar de avaliação com Inoculo: IO ⁴ UFC/ml de pool de fungos. Concluiu-se com o presente ensaio que as amostras apresentaram uma maior inibição para o pool de fungos inoculada, não apresentando crescimento sobre sua superfície com eficiência acima de 99,99 %.