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Universidade Federal de UberlândiaFaculdade de Engenharia Química
Curso de Graduação em Engenharia Química
Plástico VerdeAluna: Noelle Palloma Batista dos Santos
Orientador : Adilson José de Assis
Uberlândia – MG – Brasil2010
Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Química
Curso de Graduação em Engenharia Química
Plástico Verde
Aluna: Noelle Palloma Batista dos Santos
Orientador: Prof. Dr. Adilson José de Assis
Uberlândia – MG – Brasil
2010
Sumário
Introdução O que é o plástico verde
Justificativa
Revisão Bibliográfica Plásticos
Produção de plástico por via petroquímica
Petroquímicos do eteno
História do plástico
Química Verde
Conclusão
Bibliografia
Introdução
Plástico Verde
O plástico verde recebe essa denominação por ser produzido a partir de cana-de-
açúcar, que é uma matéria prima renovável.
O processo de obtenção de eteno a partir de etanol proveniente de fonte renovável
ocorre através da desidratação do álcool na presença de catalisadores.
O biopolietileno possui características equivalentes às do polietileno convencional,
podendo ser empregado em diversas aplicações.
Definição:
Justificativa
Apesar do processo convencional (o que utiliza petróleo como matéria prima
principal) ainda ser dominante na produção dos plásticos, faz-se cada vez mais
necessária a substituição de fontes não renováveis, como o petróleo, por fontes
alternativas, que utilizam fontes renováveis.
Essa necessidade ocorre, principalmente, devido ao agravamento dos problemas
ambientais, sobretudo, no que diz respeito ao problema da emissão de gases de
efeito estufa (GEE).
A cadeia na qual o polietileno verde é produzido permite uma maior redução dos
níveis de dióxido de carbono na atmosfera em comparação a outros polímeros,
A termodinâmica indica as condições mais favoráveis para que determinada
reação ocorra e qual será a composição do sistema no estado de equilíbrio, já
a cinética química trata das mudanças químicas associadas com o tempo.
A reação do plástico verde, é um exemplo de reação em que o equilíbrio e a
taxa influenciam na economia do processo, através das variações nas
condições experimentais como temperatura, pressão e catalisador, o que
pode favorecer a produção de diversos produtos e/ou subprodutos, sendo,
portanto necessária uma análise de viabilidade termodinâmica e cinética das
reações envolvidas.
As condições operacionais de um processo podem ser influenciadas pelas
considerações sobre o equilíbrio, sendo de primordial importância a
determinação dos efeitos destas condições na conversão da reação.
A conversão no equilíbrio pode
servir como referência para
melhoramentos em um processo,
determinando se uma investigação
experimental pode ser viável ou
não.
Esta figura nos mostra a
conversão de equilíbrio do etileno
em álcool na fase vapor em
função da temperatura, pressão e
da razão vapor d’água/ etileno na
alimentação.
Percebemos que o aumento da
temperatura diminui a conversão
e que o aumento da pressão
aumenta a conversão.
Plásticos
Definição:
Material que contém como ingrediente essencial uma substância orgânica
polimerizada de grande massa molecular, que é sólida no seu estágio
terminal e, numa certa etapa da sua fabricação ou de seu processamento,
pode ser moldada ou conformada no artigo acabado mediante um processo
de fluxo (Shreve, 1984).
A rota convencional na preparação do plástico utiliza matérias primas
obtidas do petróleo e são chamadas monômeros.
Definição:
“ Material que contém como ingrediente essencial uma substância orgânica
polimerizada de grande massa molecular, que é sólida no seu estágio terminal e,
numa certa etapa da sua fabricação ou de seu processamento, pode ser moldada ou
conformada no artigo acabado mediante um processo de fluxo.” (Shreve, 1984).
Classificação dos plásticos:
Os plásticos pertencem a uma classe de materiais de engenharia denominada
polímeros. Os polímeros são macromoléculas com massas moleculares da ordem de
103 a 106, cujas estruturas são formadas por muitas unidades simples e repetitivas,
denominadas monômeros.
Plásticos
Revisão Bibliográfica
Os plásticos podem ser classificados em termoplásticos e
termofixos.
Termoplásticos:
Apresentam estrutura linear;
Amolecem com aquecimento, permitindo a moldagem;
São formados por polimerização por adição.
Exemplos: polietileno, polipropileno, PVC, PVA.
Termofixos
Têm estrutura tridimensional;
Não amolecem com o aquecimento;
Se decompõem caso o aquecimento seja contínuo;
Devem ser moldados a forma desejada no momento da síntese, pois depois
dela a moldagem torna-se impossível;
São produzidos através de reações de polimerização por condensação ;
Exemplos: borracha dura, baquelita
Os constituintes do petróleo cru podem ser separados através do processo de
destilação. Neste processo, as frações do petróleo serão separadas em função da
diferença das diversas faixas dos pontos de ebulição.
Alguns desses produtos são gasolina, GLP, querosene, óleo diesel, NAFTA,
etc.
A rota convencional na preparação do plástico utiliza matérias primas
obtidas do petróleo e são chamadas monômeros.
Produção do plástico
Figura 1: Frações da Destilação do Petróleo
Através do nafta, obtém-se os monômeros, que posteriormente, são
submetidos a um craqueamento térmico dando origem a diversas substâncias
como etileno, propileno, butadieno, buteno, isobutileno, denominados
petroquímicos básicos.
Estes, por sua vez, são transformados nos chamados petroquímicos finos,
tais como polietileno, polipropileno, policloreto de vinila etc. Na etapa
subseqüente, os petroquímicos finos são modificados quimicamente ou
transformados em produtos de consumo.
Craqueamento - é um processo em que uma reação química “quebra”
moléculas muito grandes em moléculas menores, na presença de
catalisadores.
Petróleo cru Coluna de destilação
Gás combustívelGLP
NAFTASGasolina
QuerosenesETC
Petroquímicos básicos: ETENO,
buteno, butadieno
Petroquímicos finos:
POLIETILENO, polipropileno
Produtos de consumo: sacolas,
garrafas PET, brinquedos, etc.
ESQUEMA DA PRODUÇÃO DE PLÁTICOS POR VIA PETROQUÍMICA
NAFTA
CRAQUEAMENTO
TÉRMICO
Reações de polimerização Características Exemplos
- Excepcional resistência a
rupturas
- Boa resistência a impactos
- Boa resistência química
- Boas propriedades elétricas,
sendo muito utilizado na
fabricação de recipientes
- Recipientes, indústria de
autopeças
- Pode-se formar o chamado
PEAD, o polietileno de alta
densidade
- Canetas, brinquedos,
notebooks, etc
- Pode-se formar o PEBD,
polietileno de baixa
densidade, formado por
macromoléculas menores
produzindo um material mais
flexível.
- Sacolas, etc
Para adquirir características peculiares para o mercado, o plástico é
tratado com alguns aditivos:
Aditivos
Principais aditivos usados na fabricação de plásticos e sua função.
Aditivo Função
Plastificante Aumentar a flexibilidade
Estabilizante térmico Evitar a decomposição por aquecimento
Estabilizante UV Evitar a decomposição causada por raios UV solares
Retardador de
chamas
Reduzir a inflamabilidade
Lubrificante Reduzir a viscosidade
Carga Aumentar a resistência ao desgaste por abrasão e reduzir o custo do
material
Antioxidante Minimizar a oxidação provocada por oxigênio e ozônio atmosféricos
Pigmentos Conferir a cor desejada
Antiestático Evitar eletrização por atrito
Aromatizante Conferir odores desejados. Mascarar odores indesejados
Biocida Inibir a degradação por microorganismos
Processos de fabricação de resinas
Antes de chegar no consumidor final, o material plástico deve passar por
diversas etapas de produção. Uma destas etapas é a moldagem, onde a resina
polimérica, juntamente com os aditivos devem ser moldados no objeto
desejado.
Alguns destes processos são vazamento, fiação por fusão, compressão,
calandragem, injeção, extrusão, sopro etc. Na grande maioria dos casos, a
mistura passa por um estado fluido, pela ação do calor, com ou sem pressão,
ou pela adição de um veículo líquido.
Resina - termo atualmente empregado para designar qualquer matéria-prima
polimérica no estado termoplástico, sendo fusível, insolúvel em água, mas
solúvel em outros meios líquidos.
• Processo de vazamento: é um processo simples pelo qual a mistura é vertida ou
vazada em um molde, sob a forma de uma solução viscosa.
• Processo de fiação por fusão: a mistura fundida passa através de orifícios de uma
placa (fieira), formando filamentos viscosos que se solidificam e são enrolados em
bobinas. É indicado para obtenção de fios.
• Processo de compressão: consiste em comprimir a mistura aquecida dentro da
cavidade de um molde. Este processo é muito usado para termorrígidos.
• Processo de calandragem: consiste basicamente na passagem da mistura entre
rolos sucessivos e interligados em rotação. É indicado na produção de lâminas,
folhas e filmes de espessura regular.
• Processo de injeção: a mistura fundida é introduzida no molde por intermédio de
pressão exercida por um êmbolo.
Descrição dos processos mais comuns
• Processo de extrusão: a mistura polimérica passa através de uma matriz com o
perfil do objeto desejado e é resfriada tornando-se sólida. Processo bastante
comum na fabricação de tubos de poli(cloreto de vinila) e polietileno, tão
utilizados em encanamento de água, esgotos etc.
• Processo de sopro: ideal para obtenção de peças ocas pela insuflação de ar no
interior do molde. É muito usado na fabricação de frascos a partir de resinas
termoplásticas.
Continuação...
(a) extrusora (b) calandra (c) injetora (d) sopradora
Produção de resinas polietilênicas a alta pressão:
A fabricação do polietileno exige o eteno de alta pureza, e o primeiro passo,
envolve o desmetanizador, onde de 99,8 a 99,9 % do eteno são retirados entre
o volátil, e o resíduo (etano) é reciclado para a fábrica de eteno.
Adiciona-se ao eteno de alta pureza um catalisador fornecendo radicais livres,
como o oxigênio; a mistura é comprimida a pressão de operação (1500 atm) e
introduzida no reator, que é mantido a 375°F (191°C).
O efluente do reator passa para um vaso de separação, em que o eteno que não
reagiu é removido e novamente recirculado. O liquido do separador é o
polietileno incolor, que pode ser extrudado, resfriado e solidificado, cortado e
armazenado.
Fluxograma de produção de resinas polietilênicas a alta
pressão
Shreve,1984
Fluxograma 2: Petroquímicos do eteno
Shreve,1984
História do plástico
Origem
Foram desenvolvidos no inicio do século XX.
O primeiro plástico de significado industrial foi o nitrato de celulose,
descoberto em 1838.
Só em 1909, a indústria do plástico se estabeleceu quando Beakeland
desenvolveu o controle científico das resinas fenólicas, fabricando-as
comercialmente.
Essa resina, chamada de baquelita, feita a partir de uma mistura de fenol e
formaldeído, representa o primeiro polímero realmente sintético.
A invenção da baquelita desencadeou uma classe completa de plásticos com
propriedades semelhantes, conhecidos como resinas de fenol.
Figura 2: Telefone de baquelite em "100 Anos do
Plástico" no Museu de Ciência de Londres em 2007. A
exposição foi uma comemoração dos plásticos feita
para coincidir com o centésimo aniversário da
invenção da baquelite por Leo Baekeland.
Plexiglas ou polimetacrilato de metila- sintetizado em 1935, este plástico tem
propriedades interessantes: transparência, resistência a choques, estabilidade e pode substituir
o vidro em várias aplicações. Este material especial foi utilizado pelos oftalmologistas para
substituição do cristalino opaco dos olhos por uma lente artificial em pessoas que sofrem
de uma doença chamada de catarata. Foi o primeiro plástico implantado em seres humanos.
1835 Regnault apresenta o monômero de cloreto de vinil.
1838 É descoberto o nitrato de celulose.
1839 Charles Goodyear descobre o processo de vulcanização da borracha.
1865 É descoberto o acetato de celulose.
1870 Irmãos Hyatt patenteiam a celulóide.
1884 Hilaire Chardonnet inventa a primeira fibra sintética, a rayon de viscose.
1905 Brandenburg inventa a celofane.
1909 Leo Baekeland descobre a baquelita.
1922 Hermann Staudinger sintetiza a borracha.
1928 Ziegler começa a estudar a química orgânica princípio da descoberta do PE e
PP.
1929 A empresa Dunlop cria a primeira borracha de espuma.
1931 J. A Hansbeke desenvolve o neoprene.
1933 Primeiros produtos injetados com Poliestireno.
1938 Começa produção comercial de Poliestireno
1938 Roy Plunkett descobre o PTFE.
1939 ICI patenteia a cloração do Polietileno.
1940 O PMMA começa a ser utilizado na aviação.
1948 George deMestral inventa o Velcro.
1950 O Poliestireno de alto impacto começa a ser produzido comercialmente.
1952 Começa aparecer os primeiros produzidos fabricados em PVC.
1953 O Polietileno de alta densidade começa a ser produzido comercialmente.
1954 O Polipropileno começa a ser desenvolvido com o uso de catalisadores de Ziegler-Natta.
1958 O Policarbonato começa a ser produzido.
1963 Ziegler e Natta ganham o Prêmio Nobel de Química.
1835 Regnault apresenta o monômero de cloreto de vinil.
1838 É descoberto o nitrato de celulose.
1839 Charles Goodyear descobre o processo de vulcanização da borracha.
1865 É descoberto o acetato de celulose.
1870 Irmãos Hyatt patenteiam a celulóide.
1884 Hilaire Chardonnet inventa a primeira fibra sintética, a rayon de viscose.
1905 Brandenburg inventa a celofane.
1909 Leo Baekeland descobre a baquelita.
1922 Hermann Staudinger sintetiza a borracha.
1928 Ziegler começa a estudar a química orgânica princípio da descoberta do PE e
PP.
1929 A empresa Dunlop cria a primeira borracha de espuma.
1931 J. A Hansbeke desenvolve o neoprene.
Aspectos históricos – Linha do tempo
1933 Primeiros produtos injetados com Poliestireno.
1938 Começa produção comercial de Poliestireno
1938 Roy Plunkett descobre o PTFE.
1939 ICI patenteia a cloração do Polietileno.
1940 O PMMA começa a ser utilizado na aviação.
1948 George deMestral inventa o Velcro.
1950 O Poliestireno de alto impacto começa a ser produzido comercialmente.
1952 Começa aparecer os primeiros produzidos fabricados em PVC.
1953 O Polietileno de alta densidade começa a ser produzido comercialmente.
1954 O Polipropileno começa a ser desenvolvido com o uso de catalisadores de
Ziegler-Natta.
1958 O Policarbonato começa a ser produzido.
1963 Ziegler e Natta ganham o Prêmio Nobel de Química.
Continuação...
1960 em diante - Surgem os plásticos de engenharia, materiais de alto
desempenho com diversas aplicações. Também são desenvolvidos, a partir da
engenharia de macromoléculas, os elastômeros termoplásticos, além de tanques de
combustível e sacos de supermercado feitos em polietileno de alta densidade
(PEAD), lentes de contato flexíveis e garrafas de polietileno tereftalato (PET).
Figura 3: Este quadro publicado pela revista Veja (abril, 2005) mostra alguns produtos tradicionais que
permaneceram os mesmos, apesar do longo tempo que estão no mercado. Podemos observar que as únicas
mudanças ocorridas foram nas embalagens: em todos eles materiais como madeira, metal e vidro foram
substituídos por plástico.
Química Verde
A questão ambiental nunca teve uma importância tão grande como nos dias de
hoje, devido aos inúmeros desastres que vem ocorrendo, principalmente devido à
formação de resíduos.
O tratamento adequado destes resíduos é um processo caro e muitas vezes
desvantajoso no sentido de eficiência, neste sentido, os apelos ambientais
levaram á necessidade de novas alternativas que pudessem evitar ou minimizar a
produção dos mesmos.
Esta corrente de pensamento é conhecida como química verde e pode ser
definida como “o desenho, desenvolvimento e implementação de produtos
químicos e processos para reduzir ou eliminar o uso ou geração de substâncias
nocivas à saúde humana a ao ambiente.” A química verde possui 12 princípios
que são a base para sua implementação.
12 princípios da química verde
“A química verde não é a química do meio ambiente.
E sim a química para o meio ambiente”.
1. Prevenção
2. Economia de átomos
3. Sínteses menos perigosas
4. Produtos químicos menos tóxicos
5. Alternativas aos solventes poluentes
Continuação...
6. Limitação dos gastos energéticos
7. Utilização de recursos renováveis
8. Redução do número de derivados
9. Utilização de processos catalíticos
10. Degradação final
11. Análise em tempo real para prevenir a poluição
12. Química fundamentalmente mais segura
Exemplos de rotas reacionais alternativas que atendam os princípios da química
verde
Biodiesel: combustível biodegradável derivado de fontes renováveis (princípio 7),
que pode ser obtido por diferentes processos tais como o craqueamento, a
esterificação ou pela trasesterificação.
Isocianato de metila: fertilizante com alto poder de destruição e ao mesmo
tempo um gás mortal passa a ter uma alternativa de processo de
deshidrogenação oxidativa catalítica que produz isocianato de metila sem uso de
fosgênio, implementado pela DuPont atendendo assim o principio 12,
desenvolvendo um processo mais seguro, evitando-se assim os acidentes, como o
que aconteceu em Bhopal.
A partir de fontes renováveis, como a biomassa da cana-de-açúcar, obtém-se o
polietileno, matéria prima indispensável na produção de plásticos, rota que
atende o principio 7, minimizando os impactos ambientais que seriam
ocasionados no processo convencional.
Como a desidratação do álcool ocorre na presença de catalisadores, e estes tem
forte influencia na conversão, seletividade, temperatura e pressão de operação, a
reação de formação do plástico verde também atende o princípio 9, em que a
escolha do melhor catalisador permite um processo mais eficiente e com menos
toxidez.
Verde: a cor do respeito à natureza
O plástico verde no contexto da química verde
Conclusão
Devido as suas características tão especiais e a ampla aplicabilidade, o uso de
plásticos tem sido cada vez maior, sendo, portanto, o mais importante dos
materiais de engenharia.
O processo convencional de produção do polietileno é feito, principalmente por
via petroquímica, um processo caro, desvantajoso do ponto de vista ambiental,
já que gera CO2 no seu processo sem absorvê-lo, além de utilizar uma matéria
prima não renovável, finita e oscilante no mercado.
Diante deste panorama, surge a alternativa da produção de plástico verde,
utilizando matéria prima renovável, permitindo a redução dos níveis de CO2 na
atmosfera.
Bibliografia
http://ciencia.hsw.uol.com.br/plastico1.htm, Consultado no dia 10/06/2010
http://www.nossofuturoroubado.com.br/arquivos/julho_09/historia_plastico.html,
Consultado no dia 10/06/2010
SMITH,J.M.; VAN NESS,H.C.; ABOTT,M.M. Introdução a
Termodinâmica da Engenharia Química. 5.ed. Rio de Janeiro:LTC,2000.
SHREVE,R.N. ; BRINK Jr. J.A. Indústria de Processos Químicos, 5.ed. Rio
de Janeiro,1984
http://www.braskem.com.br/plasticoverde/principal.html,
Consultado no dia 10/06/2010