Estudo do processo e dos produtos da polimerização de biodiesel de óleo de soja com anidrido ftálico e 2-metil-imidazol utilizando biodiesel como solvente

Abstract

Este trabalho apresenta o estudo da polimerização de metil-ésteres epoxidados do óleo de soja (MEE), com anidrido ftálico (AF) e 2-metil-imidazol (2MI) utilizando biodiesel (BD) do óleo de soja como solvente, assim como a caracterização dos produtos obtidos. A região de gelificação para o sistema MEE/AF/2MI, na ausência de BD como solvente, foi determinada pela teoria de Flory, estando compreendida entre as frações molares de MEE (XMEE) 0,33 a 0,54. A composição estequiométrica experimental do sistema MEE/AF/2MI na ausência de BD como solvente foi determinada através da avaliação da entalpia de polimerização (H), estando próxima a XMEE=XAF=0,5. H superiores a 76 J/g foram observados para as amostras compreendidas na região de gelificação teórica. Posteriormente, a composição estequiométrica foi mantida fixa e foram produzidos diversos polímeros variando apenas a quantidade BD como solvente. Os parâmetros cinéticos e termodinâmicos da polimerização em meio de solvente foram avaliados via DSC. Os resultados mostram que BD atua como solvente na reação de polimerização e que há um efeito de compensação entre a Energia de Ativação e o logaritmo do fator pré-exponencial. O aspecto físico e a solubilidade dos polímeros produzidos estão de acordo com o previsto pela teoria de Flory. Os testes de inchamento sugerem que o grau de reticulação é propriedade intrínseca do sistema reacional, pouco afetado pela presença do solvente. O comportamento térmico foi investigado utilizando as técnicas de DSC e TGA. O sistema apresenta duas transições térmicas na faixa de -13 a 20°C. As amostras apresentam duas faixas de degradação, sendo a primeira correspondente a inclusão do BD no retículo, o qual foi eliminado via o processamento térmico aqui proposto. O efeito da compensação foi novamente observado no estudo da cinética de degradação térmica. Ensaios de tensão-deformação por compressão-plana demonstram que os polímeros possuem características de materiais dúcteis. A morfologia das amostras foi investigada pela técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura e indicam que o aumento da percentagem de BD na amostra aumenta a rugosidade e presença de domínios vazios na matriz polimérica.

This work present the polymerization study of the epoxidized methyl esters (MEE) obtained from soybean oil, with phthalic anhydride (AF) and 2-methyl-imidazole (2MI) using soybean oil biodiesel (BD) as solvent, as well as the products characterization. The gelation region for the system MEE/AF/2MI without BD was determined using the Flory’s theory and it occurs for MEE molar fraction (XMEE) between 0.33 to 0.54. The evaluation of the polymerization enthalpy (H) indicates that the experimental stoichiometric composition of the system MEE/AF/2MI without solvent is near to XMEE=XAF=0.5. H values higher than 76 J/g were observed for samples located in the theoretical gelation region. After, the stoichiometric composition was fixed and different polymers were produced varying only the amount of BD as a solvent. Kinetics and thermodynamics parameters of the polymerization using solvent were evaluated by DSC technique. The results show that BD acts as solvent in the polymerization reaction and a compensation effect between activation energy and pre-exponential factor logarithm was observed. The physical aspects and solubility experiments demonstrated the validity of the predictions by Flory’s theory. The swelling tests suggest that the crosslink degree is an intrinsic property of the system and it is practically unaffected by the solvent. The thermal behavior was investigated using DSC and TGA techniques. The system presents two thermal transitions in the range between -13 to 20°C. The samples demonstrated two degradations; the first is related to the BD in the network, which was eliminated by the thermal treatment. The compensation effect was observed in the thermal degradation kinetics. Stress-strain curves evaluated by plane strain compression show that the polymers behave as ductile materials. The morphology of the samples was investigated by scanning electron microscopy and indicates that the increase in %BD increases the roughness and the presence of voids in the polymeric matrix.