| B. Engenharias - 1. Engenharia - 12. Engenharia Química |
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ESTUDO CINÉTICO DA POLIMERIZAÇÃO DO ESTIRENO ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE INICADORES MULTIFUNCIONAIS. |
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| Tatiane Regina dos Santos 1 |
| Rafael Arioli 1 |
| Ricardo Antônio Francisco Machado 1 |
| Ariovaldo Bolzan 1 |
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| (1. Universidade Federal de Santa Catarina / UFSC) |
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| INTRODUÇÃO: |
Os materiais poliméricos são largamente utilizados industrialmente. Dentre eles pode-se destacar o poliestireno, com aplicações em diversas áreas. Há um grande número de trabalhos científicos tratando deste polímero, porém muitos fatores, desde a obtenção até o processamento, ainda precisam de estudos mais detalhados. Pesquisas sobre as reações de polimerização via radicais livres vêm obtendo grande atenção e crescimento nos últimos anos. Isto se deve, além do enorme desenvolvimento da indústria polimérica, às limitações dos iniciadores monofuncionais utilizados. A natureza da polimerização via radicais livres não permite obter simultaneamente altas taxas de polimerização e elevados pesos moleculares. Os ciclos de polimerização industrial levam até 16 horas e reduções nos tempos reacionais podem resultar em significativos aumentos de produção e economia de energia.
O objetivo deste trabalho é o estudo de diferentes iniciadores multifuncionais. Através de um estudo comparativo entre iniciadores monofuncionais já utilizados e iniciadores multifuncionais. Com a determinação da curva cinética e das propriedades finais, busca-se verificar se há redução do tempo reacional, conforme descrito na literatura, e também garantir que as propriedades finais do polímero sejam mantidas. Também a modelagem matemática para validação por meio de experimentos foi realizada, com o objetivo de implementar uma ferramenta computacional visando ganho de tempo e economia de reagentes nos estudos. |
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| METODOLOGIA: |
Industrialmente o poliestireno é geralmente obtido via polimerização em suspensão. Porém, para fins de estudos cinéticos foram feitas reações de polimerização em massa, sabendo-se que as cinéticas de polimerização em massa e suspensão são idênticas. As reações foram realizadas em ampolas, utilizando para manter constante a temperatura, um banho termostático.
Os iniciadores foram selecionados levando em conta questões de segurança. Também a disponibilidade de aquisição foi fator determinante. Os iniciadores utilizados foram os seguintes: BPO, L256, L-531 80B, TR_101 e TR_22-E50. O BPO foi fornecido pela Elf Atochem Chemicals e os demais pela Akzo-Nobel Química, em qualidade p.a. O estireno foi utilizado com um grau de pureza superior a 99,6%, obtido da Innova S.A.
A conversão das reações realizadas foi determinada através de método gravimétrico. Uma determinada massa de amostra foi medida, adicionou-se aproximadamente 0,01g de inibidor (p-benzoquinona), para evitar que a reação continuasse. As amostras foram diluídas em tolueno e em seguida colocadas em uma estufa a vácuo, com temperatura de 100 ºC e vácuo de 400mmHg controlados para evaporação do solvente e monômero residual. Existem técnicas avançadas para determinação do peso molecular médio dos polímeros obtido, como GPC, porém devido ao elevado custo, estes foram de determinados por método viscosimétrico utilizando-se um viscosímetro do tipo Ubbelohde nº 1. Este método apresenta resultados confiáveis e baixo custo. |
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| RESULTADOS: |
Foram realizadas reações em diferentes temperaturas, variando-se a temperatura entre 80ºC 120ºC, e também com diferentes concentrações iniciais de iniciador. Comparando-se os resultados obtidos para todos os casos o iniciador multifuncional apresentou um melhor desempenho. Por exemplo, usando uma concentração de iniciador de 0,015 mol/L à temperatura de 90ºC, o tempo de reação para atingir uma conversão de monômero de 100% para o iniciador monofuncional foi de 400 min e para o iniciador multifuncional foi de 200 min. Sendo importante ressaltar que em ambos os casos o peso molecular, uma propriedade de fundamental importância na caracterização do polímero, manteve seu valor numa mesma faixa (em torno de 200000 g/gmol). Outro resultado que merece destaque é quanto à validação no modelo matemático utilizado. Comparando-se as simulações com os resultados obtidos experimentalmente, obteve-se uma boa concordância entre os dados experimentais e simulados. |
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| CONCLUSÕES: |
Com os resultados obtidos verificou-se que ocorreu uma diminuição significativa nos tempos reacionais das reações conduzidas com iniciadores multifuncionais quando comparadas com reações conduzidas com os iniciadores monofuncionais tradicionalmente utilizados. Também se pôde observar que as propriedades finais dos polímeros obtidos apresentaram pequenas variações. Sendo assim a utilização de iniciadores multifuncionais mostrou-se como uma boa alternativa para a redução de ciclos de polimerização, e conseqüente aumento na produção, sem alteração significativa nas propriedades do polímero resultante. É importante destacar que a implementação dos iniciadores multifuncionais pode ocorrer em equipamentos tradicionalmente utilizados com iniciadores monofuncionais, com poucas ou até mesmo nenhuma modificação nas instalações atualmente em operação. Outro resultado importante deste estudo são os modelos matemáticos desenvolvidos e a boa concordância destes com os resultados experimentais. São notáveis os ganhos que podem ser obtidos por meio das ferramentas computacionais, através da economia de tempo e reagentes, uma vez que diferentes condições experimentais podem ser rapidamente testadas através dos modelos matemáticos. |
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Instituição de fomento: CNPq
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Trabalho de Iniciação Científica
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Palavras-chave: polimerização em suspensão; iniciadores multifuncionais; modelagem matemática. |
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| Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006 |
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