Estudo da cinética de cura de resina epoxídica baseada em óleo de linhaça com endurecedores do tipo anidrido e amina

Abstract

O óleo de linhaça extraído da semente de linhaça é um excelente candidato para substituir os precursores de fontes petroquímicas na fabricação de resinas epóxi. Isso se deve à sua composição rica em ácidos graxos, que contêm um alto grau de insaturações em suas moléculas. Essas insaturações são sítios ativos que podem ser quimicamente modificados em grupos epóxi por uma reação de epoxidação. O processo de reação de cura dos óleos vegetais epoxidados é influenciado por parâmetros como temperatura, tempo de cura, e agente de cura utilizado. A variação desses parâmetros afeta também as propriedades finais do material obtido. Este trabalho apresenta uma análise cinética detalhada da reação de cura de duas formulações de uma resina bioepóxi sintetizada a partir de óleo de linhaça epoxidado. O óleo de linhaça foi epoxidado utilizando Oxone® e caracterizado por técnicas de ressonância magnética nuclear e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. A cura da resina foi conduzida com anidrido metiltetrahidroftálico como agente endurecedor, em presença de cloreto de benziltrietilamônio como accelerador e com um endurecedor do tipo amina, Priamine™ 1071. A cinética de cura foi investigada por calorimetria exploratória diferencial e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier em condições não-isotérmicas, aplicando os modelos isoconversionais de Friedman, Flynn-Wall-Ozawa e Kissinger-Akahira-Sunose. Os resultados mostraram que o aumento da taxa de aquecimento aumenta a temperatura de pico exotérmico e diminui a temperatura de transição vítrea, atribuída a uma menor conversão pela restrição na mobilidade das cadeias poliméricas. As energias de ativação, determinadas por modelos isoconversionais, variaram entre 50 e 94 kJ.mol-1 para a formulação com anidrido e de 45-55 kJ.mol-1 para a formulação com amina, com o modelo de Friedman apresentando maior sensibilidade aos dados experimentais. Este estudo traz dados para a otimização do processo de cura de resinas bioepóxi, destacando seu potencial como alternativa sustentável às resinas epoxídicas convencionais derivadas de fontes petroquímicas.

Linseed oil extracted from flaxseed is an excellent candidate to replace petrochemical-based precursors in the manufacture of epoxy resins. This is due to its composition rich in fatty acids, which contain a high degree of unsaturation in their molecules. These unsaturations serve as active sites that can be chemically modified into epoxy groups through an epoxidation reaction. The curing reaction process of epoxidized vegetable oils is influenced by parameters such as temperature, curing time, and the curing agent used. The variation of these parameters also affects the final properties of the obtained material. This study presents a detailed kinetic analysis of the curing reaction of two formulations of a bio-based epoxy resin synthesized from epoxidized linseed oil. The linseed oil was epoxidized using Oxone® and characterized by nuclear magnetic resonance spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. The resin curing was carried out using methyl tetrahydrophthalic anhydride as a hardener, in the presence of benzyltriethylammonium chloride as an initiator, and an amine type hardener, Priamine™ 1071. The curing kinetics were investigated by differential scanning calorimetry and Fourier transform infrared spectroscopy under non-isothermal conditions, applying the isoconversional models of Friedman, Flynn-Wall-Ozawa, and Kissinger Akahira-Sunose. The results showed that increasing the heating rate raises the exothermic peak temperature and decreases the glass transition temperature, which is attributed to lower conversion due to restricted polymer chain mobility. The activation energies, determined by isoconversional models, ranged from 50 to 94 kJ·mol⁻¹ for the anhydride formulation and from 45 to 55 kJ·mol⁻¹ for the amine formulation, with the Friedman model showing greater sensitivity to the experimental data. This study provides data for optimizing the curing process of bio-based epoxy resins, highlighting their potential as a sustainable alternative to conventional petrochemical-derived epoxy resins.