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Autor para correspondncia: Fabricio Machado, Instituto de
Qumica, Universidade de Braslia UnB, Campus Universitrio Darcy
Ribeiro, CP 04478, CEP 70910-900, Braslia, DF, Brasil, e-mail:
[email protected]
Reciclagem de Poli(estireno-divinilbenzeno) via Processo de
Polimerizao em Massa-Suspenso
Nathlia M. Campelo Universidade Catlica de Braslia, UCB
Instituto de Qumica, Universidade de Braslia, UnB
Fabricio Machado Instituto de Qumica, Universidade de Braslia,
UnB
Resumo: O presente trabalho trata da reutilizao de resinas de
troca inica a base de estireno-divinil benzeno (Sty-DVB) na sntese
de materiais polimricos. Partculas micromtricas de poliestireno e
poli(estireno-acrilato de etila) foram obtidas via processo de
polimerizao sequencial do tipo massa-suspenso. A tcnica
experimental proposta mostrou-se bastante apropriada para uma boa
disperso da carga microparticulada de Sty-DVB na matriz polimrica
termoplstica. O material final apresentou boa estabilidade trmica,
e perfil de degradao similar ao do poliestireno puro. Observou-se
tambm que partculas polimricas com morfologia esfrica podem ser
obtidas. Alm disso, a incorporao de acrilato de etila cadeia
polimrica do poliestireno minimiza o efeito indesejvel de fratura
nas partculas polimricas, melhorando as propriedades mecnicas do
material final.Palavras-chave: Reciclagem, estireno-divinilbenzeno,
compsitos polimricos, poliestireno.
Recycling of Styrene-Divinylbenzene via Mass-Suspension
Polymerization Process
Abstract: This work illustrates the reuse of ion exchange resins
based on crosslinked styrene-divinyl benzene copolymer (Sty-DVB)
for the production of polymeric materials. Micro-sized particles of
polystyrene and poly(styrene-ethyl acrylate) were obtained by
mass-suspension sequential polymerization process. With the
proposed experimental technique it was possible to perform proper
dispersion of the Sty-DVB in the thermoplastic matrix of
polystyrene. The final material showed good thermal stability, and
a degradation profile similar to that for pure polystyrene. It was
also observed that polymer particles with spherical morphology can
be obtained. In addition, the incorporation of ethyl acrylate into
the polystyrene chains minimizes the undesirable effect of fracture
in polymeric particles, improving the mechanical properties of the
final material.Keywords: Recycling, styrene-divinylbenzene
copolymer, polymeric composites, polystyrene.
Introduo
Com o avano industrial, um dos maiores desafios atualmente o
desenvolvimento de tcnicas que sejam mais seguras e menos
agressivas ao meio ambiente, de modo que os processos sejam
eficientes em termos de energia e matria-prima, produzindo o mnimo
de rejeitos possvel. O reaproveitamento de resduos surge como
alternativa para a maioria das indstrias que buscam o
desenvolvimento sustentvel e econmico.
Neste cenrio, a reciclagem mecnica, primria e secundria, so
potencialmente atrativas, pois permitem que resduos polimricos
(ps-industrial ou ps-consumo) sejam reaproveitados como fonte de
matria-prima na cadeia produtiva atravs de mtodos tradicionais de
processamento, de forma que os materiais finais apresentem
caractersticas similares ou superiores quelas observadas nos
materiais polimricos virgens, tidos como produtos de partida no
processo de reuso dos plsticos[1-3].
O tratamento dado ao resduo polimrico depende sobretudo de sua
natureza, como por exemplo, materiais termorrgidos (e seu grau de
cura) ou termoplsticos, solubilidade em solventes orgnicos,
suscetibilidade a hidrlise, a oxidao, e a degradao trmica e/ou
qumica[4-10].
O uso das resinas de troca inica de estireno-divinilbenzeno
(Sty-DVB) tem crescido muito em vrios processos qumicos, como por
exemplo, na descolorao de solues orgnicas, sucos de frutas e como
suportes catalticos devido seletividade, pureza do produto final e
ao maior rendimento das reaes, podendo ser utilizadas tanto em meio
aquoso como meio orgnico. Estas
resinas se equivalem com cidos minerais fortes, porm so menos
oxidantes e corrosivas do que os mesmos[11-12]. intrnseco aos
materiais a base de resinas de Sty-DVB que a capacidade de troca
inica e a ao cataltica cessem com o tempo, transformando tais
materiais polimricos em verdadeiros passivos ambientais.
Para a sntese de compsitos proposto neste trabalho o processo de
polimerizao em massa-suspenso o mais indicado devido
heterogeneidade do meio e, consequente dificuldade de disperso
apropriada das micropartculas da resina de Sty-DVB no princpio da
polimerizao. Esse processo conduzido em duas fases, na primeira
ocorre a polimerizao em massa e, quando a converso alcana
determinado valor, adiciona-se mistura altamente viscosa o
estabilizante e o meio dispersante. Com essa tcnica pode-se obter
curvas de distribuio de tamanho de partcula mais
estreitas[13-14].
O objetivo principal do presente trabalho o desenvolvimento de
grades de poliestireno, baseado na incorporao de resinas de
poli(estireno-divinilbenzeno) via polimerizao radicalar de estireno
e estireno/acrilato de etila usando um processo de polimerizao
sequencial em massa-suspenso.
Experimental
O estireno e o acrilato de etila foram utilizados como monmeros
nas reaes de polimerizao, sendo fornecidos pela Aldrich
(Sigma-Aldrich Brasil Ltda, So Paulo, Brasil) com
Polmeros
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Campelo, N. M.; Machado, F. - Reciclagem de
Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
para monitoramento da temperatura do meio reacional. Um agitador
mecnico IKA RW 20 digital (IKA Works, Inc., So Paulo, Brasil)
equipado com impelidor do tipo hlice naval foi usado para garantir
uma misturao apropriada do meio de reao.
Um estgio de acondicionamento entre o(s) monmero(s) de reao e as
micropartculas de Sty-DVB foi realizado antes da polimerizao em
massa-suspenso, para fins de compatibilizao (inchamento das
micropartculas de Sty-DVB visando a expanso da matriz porosa) e
garantia apropriada de difuso do(s) monmero(s) atravs da estrutura
porosa da resina de Sty-DVB. caracterizado pelo contato ntimo entre
os constituintes da reao de polimerizao (primeira etapa de reao,
via processo de polimerizao em massa), garantido por agitao
magntica vigorosa, a temperatura ambiente por aproximadamente 12
horas. Ressalta-se que a temperatura ambiente, a decomposio trmica
do iniciador perxido de benzola desprezvel[13,15,16], no ocorrendo
polimerizao de fato neste estgio do processo.
A polimerizao em massa caracterizada pelo uso de uma mistura
reacional composta por cerca de 4.60 g de perxido de benzola e 14 g
da resina de Sty-DVB, dispersos em 140 g de estireno, mantidos sob
condies isotrmicas de temperatura e agitao mecnica constante igual
a 500 rpm. A reao de polimerizao mantida a 85 C at que a converso
de 40% seja alcanada (cerca de 1 hora de reao). A etapa de
polimerizao em suspenso caracterizada pela adio ao meio reacional
de 2,0 g de PVA previamente dispersos em 400 mL de gua destilada. O
processo de polimerizao em suspenso foi conduzido por 4 horas, sob
agitao mecnica de 700 rpm e aquecimento de 85 C constantes. Ao
trmino da polimerizao, a mistura reacional foi resfriada
temperatura ambiente e lavada com solues de dodecilsulfato de sdio
e hidroquinona, com a finalidade de eliminar o monmero residual e
inibir a continuidade da polimerizao, e em seguida seco em estufa
mantida a 50 C.
A distribuio de tamanho de partculas do material polimrico foi
caracterizada por anlise granulomtrica de acordo com a ASTM D 1921
com o auxlio de um agitador eletromagntico de peneiras (Bertel, So
Paulo, Brasil). A estabilidade trmica dos materiais polimricos foi
avaliada atravs de anlises termogravimtricas
pureza mnima de 99%. O iniciador perxido de benzola (BPO,
LUPEROX 78), com pureza de 75 wt. (%) (contendo 25 wt. (%) de gua
como estabilizante, com oxignio ativo equivalente a 5 wt. (%)) foi
gentilmente doado pela Arkema Qumica Ltda, So Paulo, Brasil. O
poli(lcool vinlico) (PVA, DENKA POVAL B-24 com grau de hidrlise na
faixa de 86-89%), utilizado como agente de suspenso, foi
gentilmente doado pela Denka (Tquio, Japo.) com 99% de pureza. A
gua destilada foi utilizada como meio suspenso na fase contnua das
reaes. A resina de estireno divinilbenzeno, Sty-DVB (funcionalizada
com uma amina quaternria, apresentando densidade aparente de 680
kg/m3 e tamanho mdio de partcula de 610 m), resduo da indstria de
refrigerantes, foi gentilmente doada pela Brasal Refrigerantes
(Taguatinga - DF). O dodecilsulfato de sdio, fornecido pela
Quimibrs (Quimibrs Indstrias Qumicas S/A, Rio de Janeiro, Brasil),
foi utilizado remoo de monmero residual na etapa de lavagem e
recuperao do polmero final, e a hidroquinona fornecida pela Merck
(Rio de Janeiro, Brasil) foi utilizada para inibio da reao de
polimerizao no final do processo. Os produtos qumicos foram
utilizados como recebidos, sem a necessidade de nenhuma purificao
adicional.
As reaes de polimerizao visando a incorporao da resina de
Sty-DVB (resduo do processo de descolorao de xaropes e sucos de
fruta concentrados nas indstrias de bebidas e refrigerantes) na
matriz termoplstica do poliestireno ou do copolmero de
estireno/acrilato de etila foram realizadas em reator de vidro
borossilicato de capacidade de 1L (Quickfit, Staffordshire,
Inglaterra), atravs do processo de polimerizao sequencial em
massa-suspenso, conduzida em duas etapas: i) polimerizao em massa,
caracterizada pela disperso de micropartculas de Sty-DVB (tamanho
mdio de 25 m, ver Figura 1) em estireno ou estireno/acrilato de
etila foi conduzida a 85 C sob agitao constante de 500 rpm; ii)
polimerizao em suspenso, caracterizada pela adio ao meio reacional
altamente viscoso de gua e agente de suspenso, PVA.
O reator de polimerizao foi equipado com equipado com
condensador de refluxo, acoplado a uma corrente de gua fria (20 C T
25 C) e placa de aquecimento IKA C-MAG HS 7 (IKA Works, Inc., So
Paulo, Brasil), com controle integrado de temperatura, incluindo
uma sonda de temperatura Pt1000 usada
Figura 1. Micrografia do copolmero de estireno/divinilbenzeno.
a) resduo industrial; b) material microparticulado com tamanho mdio
de 25 m aps cominuio.
Polmeros
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Campelo, N. M.; Machado, F. - Reciclagem de
Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
acrescentada ao sistema de polimerizao, sob forte cisalhamento
(frequncia de agitao de 700 rpm), quando uma converso de reao em
torno de 40% alcanada, o que corresponde a um tempo de reao de
aproximadamente 65 minutos. A partir deste ponto, o meio de reao
assume comportamento tpico de uma polimerizao em suspenso
clssica[13].
A Tabela 1 apresenta o tamanho mdio de partcula, a converso e a
temperatura de transio vtrea (Tg) observados para cada condio
experimental avaliada. Como pode ser observado, o tamanho mdio de
partcula (Dp) parece ser bastante influenciado pela agitao do meio
reacional e pela concentrao de acrilato de etila. Uma comparao
entre as condies experimentais 1 e 2 com 3 e 6 revela que a Dp
final cerca de 35-60% inferior, provavelmente devido a um efeito
estabilizante mais eficiente do agente de suspenso (PVA) em
misturas contendo acrilato de etila. No caso particular da agitao,
fica evidenciado que taxas de cisalhamento mais elevadas conduzem a
obteno de material polimrico com menor tamanho mdio de
partcula[17-20]. Uma comparao entre as condies experimentais 4-5
com 3, mostra que Dp sofre em mdia uma diminuio de aproximadamente
32%.
De acordo com a Tabela 1, converses na faixa de 85% a 98% so
atingidas. Alm disso, observa-se que converses mais elevadas so
obtidas quando as reaes so conduzidas na presena de acrilato de
etila, como um resultado da elevada reatividade deste monmero. O
efeito do acrilato de etila sobre a temperatura de transio vtrea
tambm observado. Como mostra a Tabela 1, a Tg dos materiais
polimricos significativamente influenciada pela presena do
comonmero, diminuindo medida que a concentrao de acrilato de etila
aumenta, representando uma diferena mxima em torno de 10 C a 16 C,
em comparao com o valor determinado para o poliestireno puro, igual
a 96 C.
A mobilidade das cadeias polimricas do copolmero de
estireno/acrilato de etila facilitada pela incorporao de acrilato
de etila, quando comparada a mobilidade das cadeias do homopolmero
de estireno. O abaixamento da Tg reflete o efeito da concentrao de
acrilato de etila no sistema, de forma que valores de Tg mais
baixos so obtidos a medida que a concentrao de acrilato de etila no
copolmero aumenta.
A Figura 3 mostra a distribuio de tamanho de partculas (DTP)
caracterstica deste processo. Como pode ser observado, as DTPs dos
polmeros obtidos em condies experimentais distintas so
significativamente diferentes. Particularmente para as reaes
conduzidas na presena de acrilato de etila, DTPs estreitas so
observadas. Comparativamente, DTPs largas so obtidas, quando a
velocidade (frequncia) de agitao reduzida para 500 rpm. Como
informao adicional, a Figura 3 tambm mostra que as DTPs obtidas em
condies de agitao semelhantes so bastante similares (ver entradas
1-2 e 4-5), indicando que o processo de polimerizao bastante
reprodutivo, o que reflete em ltima instncia, o bom grau de
misturao do meio reacional nas bateladas.
(TG/DTA) com o auxlio de uma termobalana Shimadzu modelo TA-60WS
(Tquio, Japo), operada a uma taxa de aquecimento de 10 Cmin1, sob
atmosfera de nitrognio mantido a uma vazo de 50 mLmin1. J a
morfologia das partculas polimricas foi determinada atravs de
microscopia eletrnica de varredura (Jeol, modelo JSM-7001F, Tquio,
Japo). As transies trmicas dos materiais polimricos foram avaliadas
via calorimetria diferencial de varredura (DSC) em um calormetro
Shimadzu DSC-60 (Shimadzu Scientific Instruments, Maryland, USA)
usando taxa de aquecimento de 10 Cmin1, em atmosfera de nitrognio
mantido a uma vazo de 50 mLmin1.
Resultados e Discusso
Os compsitos polimricos, consistindo de micropartculas do
copolmero de Sty-DVB com tamanho mdio de 25 m dispersas na matriz
termoplstica de poliestireno, foram obtidos via processo de
polimerizao sequencial do tipo massa-suspenso. A Figura 2
exemplifica o comportamento tpico da primeira etapa da polimerizao,
caracterizada por um processo de polimerizao em massa. Este estgio
inicial de polimerizao em massa tem um papel fundamental, pois
assegura a homogeneidade do meio reacional e disperso satisfatria
das micropartculas da resina de Sty-DVB no princpio da polimerizao,
eliminando o efeito indesejvel de segregao entre o monmero e carga
de Sty-DVB (o que normalmente ocorre quando o processo de
polimerizao em suspenso clssico empregado, resultando em pobre
incorporao do material microparticulado). importante enfatizar que
o primeiro ponto experimental apresentado na Figura 2 corresponde
converso medida imediatamente ao final da etapa de
acondicionamento, o que evidencia uma formao desprezvel de radicais
livres do iniciador BPO. Como ilustrado na Figura 2, a soluo aquosa
de PVA
Figura 2. Perfil de converso da polimerizao de estireno/Sty-DVB
em massa.
Tabela 1. Tamanho mdio de partcula, converso e temperatura de
transio vtrea dos materiais polimricos.Entrada Amostra Estireno
(%)Acrilato de Etila
(%)Agitao
(rpm)Dp
(m)Converso
(%)Tg
(C)1 MS02: Sty/AE 93 7 700 139 98 80,12 MS01: Sty/AE 95 5 700
126 96 89,93 MS01 100 0 700 234 95 94,44 SUSP02 100 0 500 347 91
94,05 SUSP01 100 0 500 343 85 93,86 SUSP_PSty 100 0 700 194 93
96,2
Reao de polimerizao de estireno na ausncia de Sty-DVB. Em todas
as outras reaes foi utilizado uma frao mssica de 10% de Sty-DVB, em
relao a massa total de monmeros. Polimerizao em suspenso clssica
(sem etapa de polimerizao em massa).
Polmeros
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Campelo, N. M.; Machado, F. - Reciclagem de
Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
Figura 3. Distribuio de tamanho de partculas do compsito
polimrico.
Figura 4. Microscopia eletrnica de varredura do copolmero de
estireno/divinilbenzeno usado como carga microparticulada nos
materiais polimricos.
A Figura 4 mostra a morfologia tpica de resinas de Sty-DVB
(resduo de processo de descolorao de xaropes e sucos de fruta
concentrados) empregada nas polimerizaes. O material particulado
finamente dividido obtido atravs da cominuio das partculas de
Sty-DVB apresenta morfologia bastante irregular,
multigranular e fragmentada. Sabe-se que materiais polimricos a
base de estireno/divinil benzeno apresentam como caracterstica
principal uma estrutura morfolgica porosa[21]. No caso particular
do material usado neste trabalho, observa-se que as partculas podem
apresentar poros em torno de 1 m.
A Figura 5 mostra a morfologia caracterstica de partculas
polimricas de poliestireno puro obtidas via polimerizao em
suspenso. A estratgia experimental adotada conduz a formao de
partculas polimricas com boas caractersticas morfolgicas,
apresentando morfologia esfrica e regular. As partculas de
poliestireno apresentam dimetro mdio de partcula em torno de 194 m
(ver Tabela 1) e distribuio de tamanho de partcula relativamente
estreita (ver Figura 3).
As Figuras 6-7 mostram a morfologia das partculas polimricas
obtidas atravs da incorporao de Sty-DVB na matriz termoplstica do
poliestireno. Embora a resina de Sty-DVB seja distribuda
uniformemente, no incomum a obteno de partculas polimricas
fraturadas (seccionadas na forma de semi-esfera e quarto de esfera)
e/ou partculas esfricas apresentando diversos pontos potenciais de
clivagem. Como podem ser observados, estes pontos de ruptura ao
longo das partculas de polmero podem apresentar uma espessura
relativamente regular em torno de 100-300 nm (ver Figuras 6 e
7).
Polmeros
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Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
Figura 5. Microscopia eletrnica de varredura de partculas de
poliestireno puro.
Figura 6. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base
de poliestireno/sty-dvb. (a) partcula seccionada na forma de quarto
de esfera; (b) partcula esfrica com pontos de clivagem; (c, d) zoom
da partcula esfrica.
Polmeros
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Campelo, N. M.; Machado, F. - Reciclagem de
Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
O aparecimento de fissuras na superfcie das partculas pode
refletir a capacidade da partcula polimrica dissipar de forma
apropriada a energia acumulada no interior dos poros das partculas
de Sty-DVB, medida que o estireno vai sendo transformado em
polmero. Contudo, parece razovel considerar que devido converso
lenta da massa reacional (caracterizada por uma fase monomrica na
forma de microgotas encapsulando uma ou mais partculas de Sty-DVB,
que passa de um estado lquido, a um meio de elevada viscosidade,
culminando numa partcula polimrica slida rgida[13], o estresse
mximo que conduz a fratura das partculas ocorra principalmente
quando o ponto de identificao de partcula (PIP) alcanado
(normalmente em converses na faixa de 65 a 80%, dependendo das
condies de reao).
importante considerar que as partculas de Sty-DVB no so
simplesmente encapsuladas pelo poliestireno, formando assim
estruturas polimricas bem distintas (estrutura termorrgida
originria de Sty-DVB e matriz termoplstica de poliestireno). Graas
natureza porosa do Sty-DVB, esperado que as cadeias polimricas de
poliestireno cresam na estrutura porosa, ocupando o espao
disponvel. Espera-se tambm que esta estrutura porosa inicial no
seja preservada, e que fragmente devido ao aparecimento de forcas
hidrulicas geradas pela massa de poliestireno em formao, fenmeno
similar ao observado na fragmentao da estrutura multigranular de
suportes catalticos a base de MgCl2 comumente usados em
catalisadores Ziegler-Natta heterogneos[22].
Figura 7. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base
de poliestireno/Sty-DVB. (a) partcula seccionada na forma de
semi-esfera; (b, c) zoom da partcula semi-esfrica.
Polmeros
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Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
Resultados apresentados nas Figuras 8 a 10 indicam que existe um
limite mnimo de composio de acrilato de etila na cadeia do
copolmero necessrio para eliminar de forma significativa a formao
de fissuras na superfcie das partculas do compsito polimrico.
Embora a incorporao de acrilato de etila apresente um efeito
benfico, observa-se que partculas polimricas contendo
estireno/acrilato de etila, com 5 wt. (%) de acrilato de etila em
sua composio (ver Figura 8) apresenta como caracterstica principal
a formao de fendas distribudas ao longo da partcula. Como mostrado
nas Figuras 8b, c as partculas polimricas apresentam textura
significativamente diferente daquela observada nas partculas dos
compsitos de poliestireno/Sty-DVB, mostrando a formao de cadeias
polimricas do copolmero de estireno/acrilato de etila em regies
prximas as fissuras. No caso particular da Figura 8, a concentrao
de acrilato de etila incorporada no foi capaz de inibir a fratura
da partcula polimrica.
A Figura 9 exemplifica a formao de partculas polimricas
totalmente fraturadas, na forma de semi-esfera e de quarto de
esfera. A despeito deste comportamento, a textura das partculas
relativamente distinta, em morfologia do homopolmero de
estireno.
O Poliestireno considerado um material duro e quebradio por
natureza, o que em comunho com a carga de Sty-DVB usada, pode
conferir ao material compsito pouca resistncia e capacidade
limitada de liberar energia acumulada nos poros das partculas de
Sty-DVB. Uma alternativa atrativa que visa minimizar esta
caracterstica indesejvel consiste basicamente em incorporar um
comonmero a cadeia polimrica do poliestireno, originando um
material com propriedades mecnicas superiores a do poliestireno
puro. Tal caracterstica indesejvel tende a ser minimizada pela
incorporao de um comonmero responsvel pelo melhoramento das
propriedades mecnicas
Devido natureza elastomrica do homopolmero de acrilato de
etila,[23] espera-se que o encapsulamento das micropartculas de
Sty-DVB, por uma matriz de um copolmero de estireno/acrilato de
etila melhore a capacidade das partculas do material compsito em
liberar a energia acumulada no interior dos poros das partculas de
Sty-DVB, e consequentemente conduza a uma reduo da incidncia de
partculas fraturadas, como efeito benfico das foras adesivas das
molculas poli(estireno-acrilato de etila).
Figura 8. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base
de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 5 wt. (%) de
acrilato de etila. (a) partcula do compsito; (b-d) zoom da partcula
exemplificando a formao de fissuras.
Polmeros
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Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
A Figura 11 mostra que para uma concentrao de acrilato de etila
na faixa de 7 wt. (%), a incidncia de fendas na superfcie das
partculas desaparece completamente, provavelmente devido a funo de
elastmero do acrilato de etila, que pode favorecer as propriedades
mecnicas do material final, tornando-o menos quebradio. Vale
salientar que para as condies experimentais avaliadas neste
trabalho, concentraes de acrilato de etila em torno de 10 wt. (%)
so desfavorveis para a obteno de partculas polimricas esfricas,
conduzindo a um pobre encapsulamento, a formao de incrustao e
material aglomerado no reator.
A estabilidade trmica dos materiais polimricos foi observada
atravs de anlises termogravimtricas. Os perfis de decomposio trmica
so apresentados comparativamente
A Figura 10 tambm mostra a morfologia caracterstica das
partculas polimricas. Neste caso, o efeito do encapsulamento
inadequado das micropartculas de Sty-DVB fica evidenciado,
mostrando parte da partcula de Sty-DVB fica exposta. Apesar disto,
este tipo de problema pode ser eliminado significativamente, j que
o tamanho de gotas de monmero, que sero convertidas a polmero, pode
ser facilmente controlado pela manipulao de variveis de processo,
como por exemplo, a velocidade (frequncia) de agitao do meio
reacional e/ou a concentrao de agente de suspenso, bem como o
tamanho caracterstico da carga microparticulada de Sty-DVB. Neste
sentido, evidente que as partculas de Sty-DVB devem a princpio
possuir dimetro mdio inferior ao das microgotas de monmero.
Figura 9. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base
de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 5 wt. (%) de
acrilato de etila. (a) partcula seccionada na forma de quarto de
esfera; (b) partcula seccionada na forma de semi-esfera; (c) zoom
da partcula semi-esfrica.
Polmeros
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Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
Figura 10. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base
de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 5 wt. (%) de
acrilato de etila. (a) partcula do compsito; (b) zoom da partcula
exemplificando a formao de fissuras; (c) resina de Sty-DVB no
encapsulada; (d) zoom da fissura em torno do fragmento de Sty-DVB
no encapsulado.
na Figura 12. Inicialmente, importante observar o perfil de
decomposio apresentado na Figura 12a. De acordo com os perfis de
degradao trmica dos materiais, resinas polimricas com diferentes
faixas de tamanho de partcula apresentam o mesmo comportamento.
Este dado deve ser levado em considerao, principalmente porque
valida a estratgia experimental utilizada, mostrando que as
micropartculas de Sty-DVB foram distribudas uniformemente na matriz
termoplstica de poliestireno e do copolmero de estireno/acrilato de
etila. Em particular, deve-se atentar para o fato de que a realizao
de uma etapa de polimerizao em massa no princpio da polimerizao
bastante apropriada principalmente devido heterogeneidade do meio
reacional (monmero lquido e micropartculas de Sty-DVB),
caracterizada por diferenas de densidade significativa entre o
monmero e o Sty-DVB.
A Figura 12b mostra os perfis de degradao trmica do material
final obtido em diferentes condies experimentais. Observa-se que o
material compsito apresenta perfis de decomposio similares aquele
observado para o poliestireno puro, apresentando degradao completa
na faixa de temperatura entre 280 a 600 C, mostrando que o compsito
apresenta boa estabilidade trmica.
Adicionalmente, a estabilidade trmica do compsito no final do
processo de degradao trmica aumentada em aproximadamente 50 C,
quando comparada ao poliestireno.
interessante considerar ainda que, uma comparao entre os perfis
de degradao trmica do poliestireno puro e do compsito de
poliestireno/Sty-DVB, ambos obtidos via polimerizao em suspenso
clssica, mostra que as amostras apresentam estabilidade trmica bem
similar. Este comportamento est intimamente ligado a disperso
inapropriada de Sty-DVB na matriz termoplstica de poliestireno,
quando o procedimento de polimerizao em suspenso clssico adotado.
Neste caso, as micropartculas de Sty-DVB no so encapsuladas pela
massa polimrica de poliestireno, de forma que no final da reao so
obtidos poliestireno e Sty-DVB em fases distintas.
A Figura 13 mostra os perfis trmicos obtidos via caracterizao
por DSC. Observa-se que a temperatura de transio vtrea dos
compsitos polimricos similar quela observada para o poliestireno
puro. No caso particular dos materiais polimricos que apresentam
acrilato de etila em sua composio, a Tg bastante afetada, o que
reflete o carter elastomrico das cadeias polimricas contendo
acrilato de etila.
Polmeros
-
Campelo, N. M.; Machado, F. - Reciclagem de
Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
Figura 12. Anlise Termogravimtrica dos materiais polimricos. (a)
compsito poliestireno/Sty-DVB obtido em massa-suspenso; (b) perfil
de estabilidade trmica dos compsitos polimricos.
Template de Figuras - Polmeros* Fontes Times (Roman) Tamanho 8.*
"Cenrio" - linhas com 0.5 de Stroke.* Linhas pertencente a "Dados
grficos" com 0.6 de Stroke.* Preencimento de barras pb devem ter
10% de preto quando houver texto e 50% quando no.* Dados na tabela
ou figura devem estar no mesmo idioma do artigo.* Legendas devem
estar dentro de caixas de texto com 2 mm de distncia nas
extremidades.* Texto da figura ou grfico deve estar em "Sentence
case".* Setas devem ter 0.6 ponto de Stroke.* Letras que
representam figuras ex: a,b,c, devem estar abaixo da figura no
artigo conforme padro.* Retirar eixos sem valores de grficos.*
Retirar efeito 3D dos grficos, e deixar somente em grfico de
pizza.* Padro de cor Grayscale.OBS: DELETAR ESTA CAIXA APS O TRMINO
DAS FIGURAS.
Figura 11. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base
de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 7 wt. (%) de
acrilato de etila.
Polmeros
-
Campelo, N. M.; Machado, F. - Reciclagem de
Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em
massa-suspenso
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Enviado: 12/08/11 Reenviado: 25/03/12
Aceito: 14/04/12
Concluses
Compsitos polimricos foram obtidos com sucesso, apresentando uma
boa disperso da carga microparticulada (resina de Sty-DVB, resduo
da indstria de bebidas e refrigerantes, utilizada para descolorao
de sucos e xaropes) na matriz polimrica termoplstica. O material
final apresentou boa estabilidade trmica, apresentando perfil de
degradao similar ao obtido para o poliestireno puro.
Partculas polimricas com morfologia esfrica so obtidas. A
incorporao de acrilato de etila a cadeia polimrica do poliestireno
desejvel, pois elimina o efeito indesejvel de fratura nas partculas
polimricas e melhora as propriedades mecnicas do material final,
aumentando o escopo de aplicao do material polimrico.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio pesquisa. FM agradece a
Arkema, a DENKA e a Brasal Refrigerantes pela doao de reagentes e
aditivos, ao Laboratrio de Materiais e Combustveis/Instituto de
Qumica - UnB e ao Laboratrio Microscopia Eletrnica e
Virologia/Instituto de Biologia - UnB pelo suporte pesquisa.
Referncias Bibliogrficas
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2. Melo, C. K. - Reciclagem de materiais polimricos por
incorporao in situ na polimerizao em suspenso do estireno,
Dissertao de Mestrado, Universidade Federal do Rio de Janeiro,
Brasil (2009).
Figura 13. Temperatura de transio vtrea dos materiais
polimricos.
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"Cenrio" - linhas com 0.5 de Stroke.* Linhas pertencente a "Dados
grficos" com 0.6 de Stroke.* Preencimento de barras pb devem ter
10% de preto quando houver texto e 50% quando no.* Dados na tabela
ou figura devem estar no mesmo idioma do artigo.* Legendas devem
estar dentro de caixas de texto com 2 mm de distncia nas
extremidades.* Texto da figura ou grfico deve estar em "Sentence
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representam figuras ex: a,b,c, devem estar abaixo da figura no
artigo conforme padro.* Retirar eixos sem valores de grficos.*
Retirar efeito 3D dos grficos, e deixar somente em grfico de
pizza.* Padro de cor Grayscale.OBS: DELETAR ESTA CAIXA APS O TRMINO
DAS FIGURAS.
Polmeros