Estudo de alternativas de solvente para o poli (tereftalato de etileno) através do modelo termodinâmico COSMO-SAC

Abstract

No presente estudo, foi avaliada a solubilidade do poli (tereftalato de etileno) (PET) em cerca de 120 solventes através do modelo termodinâmico preditivo COSMO-SAC (Conductorlike Screening Model for Real Solvent Segment Activity Coefficient). Procurou-se encontrar alternativas aos atuais solventes halogenados utilizados para solubilizar o polímero. Nesse contexto, avaliou-se primeiramente a compatibilidade do modelo COSMO-SAC a dados empíricos de solubilidade do PET da literatura, propondo-se ajustes nos parâmetros do modelo para sua adequação aos resultados experimentais. Posteriormente, foram analisadas as principais características dos bons solventes halogenados para solubilização do polímero, destacando-se a alta densidade de cargas superficiais induzidas negativas. Sendo assim, os candidatos a solvente não halogenados selecionados para o teste foram moléculas com os grupos funcionais cetona, nitrila, ácido carboxílico, álcool, amina, amida, fenil, éter e éster. Apesar da maior parte dos solventes apenas conseguir solubilizar o PET próximos à temperatura de fusão do polímero, foram obtidos resultados promissores para m-cresol, fenol e anilina, que apresentaram alta solubilização do PET em baixas temperaturas de processamento. Além desses, ácido 3-hidroxibenzoico, ácido fenilacético, ácido 4- aminobenzoico, ácido decanoico e ciclohexanol também foram capazes de solubilizar o PET satisfatoriamente, no entanto requerem temperaturas mais elevadas. A análise foi feita de forma semi-quantitativa para seleção preliminar de candidatos a solvente para posteriores testes empíricos.

In the present work, the solubility of poli (ethylene terephthalate) in around 120 solvents was evaluated through the thermodynamic model COSMO-SAC (Conductor-like Screening Model for Real Solvent Segment Activity Coefficient). It was aimed to find alternative solvents for the current halogenated solvents used to dissolve the polymer. In this context, it was first evaluated the compatibility of the COSMO-SAC model with empirical data for PET solubility in the literature, adjustments in the parameters from the model were suggested in order to fit the experimental data. Posteriorly, the main characteristics of the good halogenated solvents for the polymer solubilization were analysed, being highlighted the presence of highly negative superficial charges. Therefore, the selected candidates for not halogenated solvents for the test were molecules with the functional groups ketone, nitrile, carboxylic acid, alcohol, amine, amide, phenyl, ether and ester. Despite the fact that most of the solvents were only able to dissolve PET when close the polymer melting temperature, promising results were obtained for m-cresol, phenol and aniline, which presented high solubility of PET in low processing temperature. Besides these solvents, 3-hidroxybenzoic acid, 4-aminobenzoic acid, decanoic acid and cyclohexanol were also able to dissolve PET satisfactorily, however, they require higher processing temperatures. The analysis was performed in a semi-quantitative way for preliminary selection of solvent candidates for posterior empirical tests.