CARACTERIZAÇÃO POR FTIR DAS MUDANÇAS QUÍMICAS NO PET RECICLADO APÓS PROCESSAMENTO REATIVO COM EXTENSORES DE CADEIA

CARACTERIZAÇÃO POR FTIR DAS MUDANÇAS QUÍMICAS

NO PET RECICLADO APÓS PROCESSAMENTO REATIVO

COM EXTENSORES DE CADEIA

Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de Lorena, Departamento de Engenharia de Materiais – DEMAR-EEL/USP, Lorena-SP – bimestre@gmail.com

Os polímeros são materiais em consumo crescente e como consequência, a quantidade de material polimérico descartado no meio ambiente também cresce. Por isto, a reciclagem é uma maneira importante de reduzir o impacto ambiental causado pelo descarte inapropriado. Deste modo, o material que apresenta certo grau de degradação e contaminantes, os quais dificultam a reciclagem e a qualidade do produto final, pode ter como alternativa a modificação com os extensores de cadeia que proporcionam melhorias nas propriedades mecânicas e reológicas dos polímeros. Neste trabalho foi estudada a modificação química produzida em rejeitos da produção de mantas de Tecido-Não-Tecido (TNT) de politereftalato de etileno (PET) com a incorporação de extensores de cadeia em concentrações diferentes, utilizando a técnica de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Embora a presença do aditivo negro de fumo dificulte a interpretação dos resultados e a obtenção de informações mais detalhadas, foi possível identificar mudanças químicas na estrutura polimérica que caracterizam a ação dos extensores de cadeia.

Palavras-chave: reciclagem, extensor de cadeia, FTIR, PET.

FTIR CHARACTERIZATION OF THE CHEMICAL CHANGES IN THE RECYCLED PET AFTER REACTIVE PROCESSING WITH CHAIN EXTENDERS

The polymers are materials in increasing use for several applications and consequently the amount of discarded material in the environment also is high. Therefore the recycling is an important way to reduce the ambient impact caused by this improper discarding. Thus, the material that presents high degree of degradation and impurities, which the same makes it difficult the recycling and the quality of end products can have as alternative the incorporation of chain extenders that enhance the mechanical and rheologics properties of polymers. In this work the chemical modifications of wastes resulting from production of Fabric-Not-Fabric blankets (TNT) from polyethylenetereftalate (PET) with additions of chain extenders in different concentrations was studied by Fourier Transformed Infrared spectroscopy (FTIR). In spite the presence of additive carbon black difficult the interpretation of results and acquisition of more detailed information, it was identified chemical changes in polymeric structure that characterize the action of chain extenders.

Keywords: recycling, chain extender, FTIR, PET.

Introdução

Os polímeros vêm se tornando cada vez presentes nas aplicações do dia-a-dia, dos quais se destaca o Polietileno tereftalato (PET) que possui larga aplicação nas indústrias de embalagens para bebidas. O aumento do consumo deste polímero gera a necessidade de encontrar métodos eficazes para a sua reciclagem, evitando assim o descarte no meio ambiente. A exposição do polímero a diversas condições de uso e a operações de processamento termomecânico, incluindo a de reciclagem, é acompanhada por reações químicas que levam à degradação oxidativa do polímero1. A degradação oxidativa do PET, entre outras conseqüências, resulta em instabilidade de processos de transformação do material que requerem alto índice de viscosidade, uma vez que a massa molar do polímero

tende a diminuir com a degradação. As perdas das propriedades reológicas do PET podem ser verificadas a cada reprocessamento. O uso de agentes modificadores reativos durante o processamento do polímero como reagentes di ou polifuncionais podem auxiliar na reciclagem2,3,4. Muitos trabalhos científicos destacam o uso de modificadores do tipo extensores de cadeia durante o processo de reciclagem5,6,7.

Os extensores de cadeia possuem números de funcionalidades distintos entre si e reagem com grupos químicos localizados nas extremidades das cadeias poliméricas, ligando-as umas às outras. Portanto, o extensor de cadeia permite aumentar a massa molar do polímero que havia sofrido redução em decorrência dos processos de degradação a que foi submetido durante a sua vida útil.

O acompanhamento das mudanças químicas ocorridas no polímero após a reação com extensor de cadeia pode ser feito por meio da espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A FTIR é uma técnica de análise que permite colher informações rapidamente, podendo ser empregadas para a identificação e caracterização de compostos poliméricos com agilidade e pouca manipulação das amostras8, sendo usada essencialmente para a análise de micro amostras ou áreas específicas de uma amostra9,10.

Este trabalho teve como objetivo avaliar as modificações químicas ocorridas em um rejeito industrial de PET com grau de degradação elevado após ter sido submetido ao processamento reativo por extrusão em presença de três diferentes extensores de cadeia, empregando para isto a técnica de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).

Experimental

O rejeito polimérico empregado neste trabalho foi obtido por meio de doação da Fiberweb Bidim Ind. e Com. de Não-Tec. Ltda na forma de borra derivada do descarte do processo de extrusão para fabricação de mantas de não tecido (TNT).

Na preparação do material para o processo de extrusão, o rejeito foi inicialmente processado em um moinho de facas piloto até obter particulado no formato de pó (R-PET).

O R-PET foi devidamente seco em estufa Quimis modelo 0314M242 com circulação forçada de ar durante 4h em temperatura de 120ºC. Logo após o termino da secagem foi feita a incorporação do aditivo e na sequência, o processamento em uma extrusora monorosca Imacom com rosca de 25 mm de diâmetro e L/D 30 sob rotação de 102,2 rpm em condições de temperatura especificadas na Tabela 1.

Tabela 1: Parâmetros de processamento por extrusão

Zona

Temperatura (ºC)

Alimentação

200

Plastificação

290

Mistura/dosagem

310

Matriz

260

No processo de extrusão foram empregados 800 g de material para cada amostra, variando a concentração dos extensores de cadeia entre 0,05 e 0,30% em massa. A identificação das amostras é feita na Tabela 2.

Tabela 2: Composição e identificação dos materiais

Extensor de

Cadeia

R-PET (g)

% do Aditivo Identificação

Fosforado

800

0,05

F05

Fosforado

800

0,15

F15

Fosforado

800

0,30

F30

Anidrido

800

0,05

An05

Anidrido

800

0,15

An15

Anidrido

800

0,30

An30

Amínico

800

0,05

Am05

Amínico

800

0,15

Am15

Amínico

800

0,30

Am30

Após a extrusão, amostras dos materiais formam coletadas na forma de pó por meio de raspagem com auxilio de uma lâmina cortante e acondicionadas em pequenos frascos de vidro para serem analisadas por FTIR em um equipamento da marca Shimadzu, modelo IRPrestige – 21, empregando o método de confecção de pastilhas de KBr. Os espectros foram coletados no modo de transmitância, com 16 varreduras e resolução de 4 cm-1.

Resultados e Discussão

Na Figura 1 é feita uma comparação entre os espectros de FTIR do rejeito de PET e do rejeito processado em presença de um dos extensores de cadeia (Fosforado) em três concentrações diferentes. Devido à presença do negro de fumo no material, diversas bandas com máximos de absorção entre 500 e 1600 cm-1 podem estar associadas a este aditivo, o que dificulta a interpretação dos resultados nesta região11. É possível que a banda de carbonila, característica dos grupos éster do PET, a qual se expressa próximo a 1700 cm-1 também pode ser influenciada pela presença do negro de fumo.

Figura 1: Comparação entre espectros de FTIR de R-PET e R-PET com o extensor de cadeia fosforado.

Nas Figuras 2, 3 e 4 são realizadas comparações dos espectros do rejeito de PET e do rejeito modificado com os extensores de cadeia com detalhe de ampliação da região entre 3200 a 2700 cm-1 em destaque na figura 1 (região A1).

Figura 2: Comparação entre espectros de FTIR do R-PET sem aditivo e contendo o extensor de cadeia anidrido.

.

Figura 4: Comparação entre espectros de FTIR do R-PET sem aditivo e contendo o extensor de cadeia amínico.

As bandas de absorções no espectro de FTIR na região de 2800 a 2900 cm-1 são atribuídas ao estiramento de ligações C-H presentes nos compostos orgânicos12. Percebe-se a partir da comparação entre os espectros das Figuras 2 a 4 um aumento na intensidade de absorção da banda centrada em 2887 cm-1 quando comparada às demais bandas do espectro. Entretanto, esta banda não se manifesta de maneira proporcional à concentração dos extensores de cadeia no polímero. O pronunciamento mais acentuado desta banda de absorção pode estar associado à formação de estruturas ramificadas na cadeia polimérica em decorrência da ação dos extensores que podem gerar grupos metilas e etilas (–CH3 , – CH2–).

Nas Figuras 5, 6 e 7, é feita uma comparação dos espectros do rejeito de PET e do rejeito modificado com os extensores de cadeia com detalhe de ampliação da região entre 1550 a 2050 cm-1 em destaque na figura 1 (região A2).

A banda com máximo de absorção em torno de 1720 cm-1 é atribuída ao estiramento da ligação do grupo carbonila (C=O)12, a qual se encontra predominantemente nos segmentos éster da cadeia polimérica do PET. Entretanto, devido ao grau elevado de degradação do material, o grupo carbonila também pode estar presente em outras estruturas da cadeia, como nos grupos aromáticos, formando quinonas ou no aditivo negro de fumo.

Figura 5: Comparação entre espectros de FTIR do R-PET sem aditivo e contendo o extensor de cadeia anidrido.

Figura 6: Comparação entre espectros de FTIR do R-PET sem aditivo e contendo o extensor de cadeia fosforado.

Figura 7: Comparação entre espectros de FTIR do R-PET sem aditivo e contendo o extensor de cadeia amínico.

A reação dos extensores de cadeia com o PET é prevista para acontecer com grupos terminais éster da cadeia do PET, causando assim modificações na banda de absorção no espectro de FTIR relativa ao grupo carbonila. Verifica-se nas Figuras 5 a 7 que a presença

dos extensores de cadeia causa algumas mudanças no perfil de absorção da banda de carbonila, como a tendência de formação de bandas mais resolvidas nesta região. Entretanto, apenas estas informações não permitem descrever com exatidão quais são as mudanças químicas que ocorrem na cadeia do PET com a ação dos extensores de cadeia e se existe alguma diferença nas estruturas químicas formadas, de acordo com o tipo de extensor de cadeia empregado.

Conclusões

O processamento reativo de rejeitos de PET com extensores de cadeia fosforados, anidrido e amínico provoca mudanças na cadeia polimérica do polímero que podem ser verificadas pela modificação de bandas de absorção próximas a 2850 cm-1e 1700 cm-1que são atribuídas aos grupos C-H e C=O, respectivamente. Embora, a presença do aditivo negro de fumo dificulte a obtenção de dados mais precisos a respeito do tipo e intensidade de modificações químicas ocorridas no material, nenhuma indicação sobre diferenças substanciais no mecanismo de atuação dos três extensores de cadeia foi verificada.

Agradecimentos

- FAPESP (Proc. 2007/07076-9) - Capes (bolsa de mestrado) - Fiberweb Bidim Ltda

Referências Bibliográficas

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