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REUTILIZAÇÃO DE RESINA POLIESTIRÊNICA
Luciano Da Silva1,2*, Mosart F. Santos 1*, Luís P. Spricigo 1, João V. V. Ronconi 1, Roberto Benavides C.1#, Márcio A. Fiori1, Marcos M. da S. Paula1.
1 Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC – Laboratório de Sínteses de Complexos Multifuncionais (Lasicom), Criciúma-SC- luciano.silva@unesc.net ; mosartsanta@hotmail.com
2 Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI – Laboratório de pesquisas em energia (Lapen), São José –SC
# Licença Sabática – Centro de Investigação em Química Aplicada – CIQA - México
Neste trabalho apresentamos os resultados do reaproveitamento de resíduo industrial de poliestireno em processo de re- polimerização em diferentes composições. O material obtido foi caracterizado por espectroscopia de infravermelho (FTIR) e viscosimetria. Foram preparados corpos de prova por técnica de injeção. Nas propriedades mecânicas foi avaliado e observado que a re-polimerização de resíduo industrial de poliestireno altera suas características mecânicas.
As caracterizações químicas confirmam a estrutura do poliestireno proposta. Entretanto, a caracterização viscosimétrica indica redução da Massa Molecular Média, que associada a possibilidade de presença de resíduos de degradação pode ter causado as alterações nas propriedades físicas.
Palavras-chave: poliestireno, viscosimetria, resíduo
Recovery polystyrene resin
This work presents the results of the reuse of industrial waste from polystyrene in the process of re-polymerization at different composition. The material obtained was characterized by the infrared spectroscopy (FTIR) and viscometer.
Samples have been prepared by injection technique. The mechanical properties were evaluated and found that the re- polymerization of industrial waste made of polystyrene with the mechanical properties have changed. The caracterization confirm the chemical structure of polystyrene proposed. However, the viscometric characterization indicates reduction in average molecular mass that involved the possibility of presence of residues of degradation may have caused changes in physical properties.
Keywords: polystyrene, viscometer, industrial waste
Introdução
A reciclagem de materiais poliméricos é uma das grandes preocupações da sociedade atualmente, devido ao grande volume de resíduos e as implicações ambientais inerentes ao seu descarte não racional pós-consumo. Os materiais poliméricos são considerados os grandes vilões, pois levam séculos para se degradar ocupando grande espaço físico e interferindo de forma negativa nos processos de compostagem, de estabilização biológica, o que causa grande impacto ambiental
1A utilização de processos de incineração no tratamento de resíduos não é mais permitida por órgão reguladores, argumentações como emissões tóxicas (poluição atmosférica) são as principais reclamações
2. As preocupações ambientais geram grandes discussões em torno da metodologia de acumulo de resíduos plásticos as quais podem provocar graves problemas em toda parte do mundo
3.
A utilização de derivados do petróleo, um recurso natural não-renovável, precisam ser controlados. Considerando o uso adequado dos recursos naturais, incluindo os polímeros tais como polipropileno, polietileno, poliestireno entre outros, a implementação de técnicas eficientes de reutilização de materiais poliméricos pode diminuir a pressão sobre a exploração e utilização do petróleo e seus derivados.
4-5A busca por novas metodologias que viabilizem a reciclagem de materiais poliméricos se faz necessários, pois o consumo exagerado de matéria prima gera um número cada vez maior de resíduos o que estimula ainda mais o emprego da reciclagem.
6Deste modo, a conscientização aliada a necessidade de técnicas avançadas de reutilização de materiais poliméricos, poderá impulsionar a comunidade cientifica a desenvolver novos processos e métodos de reciclagem de resíduos poliméricos buscando maior qualidade, durabilidade e minimização de desperdícios.
7-8Inclui-se nesta metodologia a relação custo - beneficio a reutilização de polímeros, reduzindo a deposição desses em aterros e também o melhoramento do processo de reutilização destes materiais.
Neste trabalho apresentamos o processo de reutilização de resinas poliestirênicas, resíduos do processo de obtenção de poliestireno. Estas resinas foram submetidas a uma segunda etapa de polimerização com monômeros de poliestireno . O material obtido foi caracterizado por espectroscopia de FTIR. O peso molecular foi determinado pela técnica de viscosimetria e as propriedades físicas foram avaliadas por testes de tração.
(ASTM D638)
9Experimental
Material:
A resina industrial de estireno (empresa SANTA LUZIA arte e conforto em ambientes), assim como os monômeros foram utilizados sem purificação prévia. O peróxido de benzoíla foi aquirido pela Vetec Química Fina, monômero de estireno W(323306) foi da Aldrich Chemical Co. O solvente utilizado foi da marca Vetec Química Fina..
Síntese:
Em um reator de 125ml equipado com sistema de aquecimento e agitação mecânica, adicionamos 65g (6,25 x 10
-1mols) de resina estirênica e 50 mL( 4,7 x 10
-1mols) de tolueno. A mistura sob agitação foi aquecida até a temperatura de 75°C adicionando-se 38,84 mL (3,3 x 10
-1mols) de estireno. Após 2 minutos de agitação, a temperatura foi aumentada para 95°C e adicionamos 0, 375g (1 x 10
-4mols) de peróxido de benzoíla. A temperatura foi mantida entre 95°C e 105°C. Após 120 minutos a solução foi resfriada a temperatura ambiente. O sólido foi dissolvido em aproximadamente (~300mL) de acetona e vertido em 500mL de metanol. Um sólido branco foi obtido e separado por filtração. A secagem foi feita á vácuo por 36hs a 60°C. Este procedimento foi realizado para diferentes relações em massa de resíduo industrial (75%, 65% e 50%) e a quantidade correspondente de monômero de estireno.
Caracterização:
O produto final resultado das reações entre resíduo industrial e poliestireno em três concentrações diferentes foram caracterizados por viscosimetria utilizando um viscosímetro Ubbelohde 0B Cannon. A massa molecular viscosimétrica dos polímeros foi determinada a partir dos resultados da medida da viscosidade intrínseca de diferentes soluções avaliadas. As medidas foram realizadas usando um viscosímetro Ubbelohde 0B em um banho termostatizado a 35 °C empregando N,N-Dimetilformamida (Vetec) como solvente. Os resultados de viscosidade intrínseca estão apresentados na tabela 1.
As amostras também foram avaliadas por espectroscopia de infravermelho FTIR
IRPRESTIGE – 21, Shimadzu. Os corpos de prova foram preparados utilizando uma
extrusora Oryzon OZ-E-EX-L22 na preparação dos pellets e injetados utilizando uma
injetora EMIC DL 10000
.O material foi peletilizado em uma extrusora. Foram adotadas as temperaturas de 195 ºC, 200ºC, 210C e 215ºC para as zonas de aquecimento 1,2,3 e 4 respectivamente.
Adotou-se como velocidade padrão de rotação de 80 rpm. Em seguida o material foi injetado adotando os parâmetros de 150ºC, 160ºC e 160ºC nas zonas 1,2 e 3 respectivamente.
Ensaios mecânicos foram realizados de acordo com a norma (ASTM D638). Para o ensaio de tração foi utilizado uma máquina Universal de Ensaios Mecânicos EMIC DL 10000, operando a uma velocidade de 50 mm/min para obtenção do módulo de elasticidade, resistência e alongamento, conforme a norma ASTM D638. Foram preparados aproximadamente 4 corpos de prova.
Resultados e Discussão Caracterização química:
Os compostos preparados foram caracterizados por espectroscopia de Infravermelho. A Figura 1 apresenta os espectros de FTIR obtidos para os diferentes polímeros preparados neste trabalho.
Figura 1. Espectro de FTIR obtidos para os polímeros preparados. (A) Resíduo industrial (75%) – Estireno (25%); (B) Resíduo industrial (65%) – Estireno (35%); (C) Resíduo industrial (50%) – Estireno (50%).
Observamos as bandas características doo estiramento do grupo benzênico C
6H
5do
sistema aromático (ν
C-H3081 – 3001cm
-1). Observa-se também as bandas nas regiões
2923,91 – 2850,4cm
-1, que correspondem ao estiramento das ligações de hidrocarbonetos, grupo CH
2do poliestireno.
Na figura 2 apresentamos o FTIR do resíduo utilizado neste trabalho. Observa-se o espectro típico de poliestireno com sinais característicos de sistema aromático e alifárico. Entretanto, observa-se um sinal em 3437,15 cm
-1típico de hidroxila a qual pode estar associado à presença de espécies oxidadas no polímero. Observa-se que com o processo de reutilização do resíduo, este sinal é excluído,o que indica que no processo a espécie oxidada foi eliminada da mistura polimérica.
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000
1/cm 50
55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
%T
3437,15 3066,82 3026,31 2922,16 2852,72 2372,44 2335,80 1946,18 1872,88 1805,37 1734,01 1660,71 1593,20 1546,91 1490,97 1448,54 1373,32 1315,45 1184,29 1155,36 1072,42 1026,13 972,12 908,47 842,89 756,10 696,30 619,15 542,00 466,77
100% Estireno lata
Figura 2. Espectro de FTIR obtido para 100% resíduo de poliestireno.
Análise viscosimétrica:
A viscosidade intrínseca [η] das amostras foi determinada graficamente através da relação entre a variação da viscosidade reduzida e a concentração do polímero (c). Na tabela 1 apresentamos os resultados de viscosidade intrínsica residual em função da concentração do polímero em DMF como solvente para as diferentes composições preparadas.
Os valores de [η] foram obtidos pela extrapolação das retas à concentração zero
10.
Na figura 3 apresentamos a relação entre viscosidade reduzida e concentração para o
material resíduo utilizado neste trabalho. Nestes materiais a viscosidade reduzida
diminui exponencialmente com o aumento da concentração. Observa-se o
comportamento típico de um polímero polieletrolítico que, para este material em
específico, pode ser resultado da oxidação do polímero durante sucessivas etapas de
reprocessamento, o qual permite a formação de grupos carbonílicos. O comportamento
eletrolítico do polímero impede a utilização desta metodologia para determinação da massa molecular o que confirma os resultados obtidos por FTIR do resíduo utilizado.
Tabela 1. Viscosidade residual em função da concentração do polímero.
Resíduo industrial (%)
Estireno (%)
Concentração (g ⁄ cm
3)
Viscosidade intrínseca residual
(η sp⁄ c)
100,0 0,0 0,002 150,06
100,0 0,0 0,0035 115,00
100,0 0,0 0,005 98,51
100,0 0,0 0,007 83,44
100,0 0,0 0,0085 79,60
100,0 0,0 0,010 76,66
75 25 0,002 40,20
75 25 0,0035 41,64
75 25 0,005 42,27
75 25 0,007 44,13
75 25 0,0085 44,46
75 25 0,010 45,25
65 35 0,002 29,18
65 35 0,0035 31,32
65 35 0,005 34,45
65 35 0,007 36,15
65 35 0,0085 39,49
50 50 0,002 16,72
50 50 0,0035 17,68
50 50 0,005 18,16
50 50 0,007 21,18
50 50 0,0085 21,98
Figura 3. Relação concentração x Viscosidade reduzida para a composição em massa de Resíduo industrial (100%) – Estireno (0%).
As figuras 4, 5 e 6 apresentam os resultados da relação entre concentração e viscosidade reduzida para os diferentes materiais produzidos.
Figura 4
.
Relação concentração x Viscosidade reduzida para a composição em massa de Resíduo industrial (75%) – Estireno (25%).Figura 5
.
Relação concentração x Viscosidade reduzida para a composição em massa de Resíduo industrial (65%) – Estireno (35%).Figura 6
.
Relação concentração x Viscosidade reduzida para a composição em massa de Resíduo industrial (50%) – Estireno (50%).Por extrapolação gráfica obtém-se a viscosidade intrínseca e por meio desta o peso
molecular viscosimétrico médio. A tabela 2 apresenta os valores de Massa Molecular
Viscosimétrica obtida para cada composição avaliada.
Tabela 2. Massa Molar Viscosimétrica em relação a porcentagem de resíduo industrial e estireno.
Percentual em relação a matéria prima (%) Mv (Massa Molecular
Resíduo industrial Estireno viscosimétrica)
100 % 0 %
75 % 25 % 130000 g/mol
65 % 35 % 69000 g/mol
50 % 50 % 28000 g/mol
Conforme observamos na tabela 2, o peso molecular viscosimétrico está diretamente relacionado com composição de polimerização (resíduo-monômero). A possibilidade de haver produto de degradação no resíduo industrial, resultando em efeito de polieletrólitico, pode ter influência sobre a massa molecular viscosimétrica quando o percentual do resíduo industrial encontra-se em proporções maiores. No entanto, observamos que a adição de monômero diminui o efeito polieletrólito, conforme apresentado nas figuras 4, 5 e 6, o que possibilitou a determinação da massa molecular viscosimétrica média, via método tradicional.
A tabela 3 apresenta os resultados dos ensaios mecânicos de poliestireno (65% resíduo industrial 35% estireno).
Tabela 3. Resultados dos ensaios mecânicos.
Material
Módulo de Elasticidade(MPa)
Resistência a Tração (MPa)
Poliestireno Puro 1123 + (3,5) 30,01 + (67)
Poliestireno (65% - 35%) 1246 + (12,8) 20,55 + (94)
*valores entre parentes correspondem ao desvio padrão.
