Síntese de resinas alquídicas via catálise enzimática

Abstract

Esta dissertação de mestrado apresenta um estudo da aplicação da biotecnologia na fabricação de resinas alquídicas, através do uso de catálise enzimática na transesterificação de diversos óleos (principalmente óleo de soja) com glicerol. O objetivo principal foi estudar a viabilidade técnica da substituição do processo de alcóolise alcalina atualmente utilizado em uma das etapas do processo de síntese/fabricação de resinas alquídicas por um processo enzimático com hidrolases tipo EC 3.1.1.3, mais comumente chamadas de lipases, alcançando menor consumo de energia e sustentabilidade ambiental no processo. Os melhores resultados foram obtidos com as enzimas dos organismos Pseudomonas sp e Candida antarctica. A temperatura de processo utilizada foi de 40ºC, em comparação aos 220ºC utilizados no processo alcalino. Alta conversão do óleo e alto teor de monoacilgliceróis foram alcançados. Em razão disso, a resina obtida apresentou menor tempo de processamento na etapa da policondensação, devido à maior funcionalidade na polimerização, levando a uma diminuição do consumo global de energia. Algumas propriedades da resina foram melhoradas, como dureza e resistência química do filme. A reutilização das enzimas sem perda de atividade foi demonstrada, o que viabiliza seu uso comercialmente, além de gerar menos resíduo. Um processo produtivo contínuo foi proposto e avaliado. A condição mais amena de reação garantiu um maior controle do produto gerado, devido a uma diminuição de reações paralelas, além de maior versatilidade da formulação, abrindo novas possibilidades no design destas resinas. Portanto, através da catálise enzimática, melhor desempenho e adequação aos padrões internacionais podem ser alcançados para as resinas alquídicas, agregando valor para esta classe de polímeros, favorecendo o uso de óleos vegetais e maximizando a utilização de recursos renováveis (eco eficiência).

This work presents a biotechnology application in the manufacturing of alkyd resin, through the use of enzymatic catalysis in the transesterification reaction of some oils (mainly soybean oil) with glycerol. The main objective was to study the technical feasibility to substitute the current alkaline process that has been used in a step of the resin synthesis by a enzymatic process with hydrolases class EC 3.1.1.3, most called lipases, achieving lower energy consumption and environmental process sustainability. The best results were obtained with the enzymes Pseudomonas sp and Candida antarctica. The process temperature was 40ºC, lower than the current temperature (220ºC). It was found higher oil conversion and higher monoacylglycerol amounts. For that reason, the resin synthesis showed lower polymerization time in the polycondensation step, leading to lower overall energy consumption. Some resin properties were improved, as hardness and chemical resistance. The reuse of the enzymes without high activity loss was demonstrated, which enable its use commercially, and generate less waste. A continuous process has been proposed and evaluated. The mild reaction conditions ensured greater control of the generated product due to a decrease in parallel reactions, thus it resulted in greater formulation versatility, opening new possibilities in the design of these resins. Therefore, by enzymatic catalysis, better performance and suitability to international standards can be achieve for alkyd resins, adding value to this class of polymers, favoring the use of vegetable oils and maximizing use of renewable resources (eco-efficiency).