reciclagem via polimerizacao em massa-1

Autor para correspondncia: Fabricio Machado, Instituto de Qumica, Universidade de Braslia UnB, Campus Universitrio Darcy Ribeiro, CP 04478, CEP 70910-900, Braslia, DF, Brasil, e-mail: [email protected]

Reciclagem de Poli(estireno-divinilbenzeno) via Processo de Polimerizao em Massa-Suspenso

Nathlia M. Campelo Universidade Catlica de Braslia, UCB

Instituto de Qumica, Universidade de Braslia, UnB

Fabricio Machado Instituto de Qumica, Universidade de Braslia, UnB

Resumo: O presente trabalho trata da reutilizao de resinas de troca inica a base de estireno-divinil benzeno (Sty-DVB) na sntese de materiais polimricos. Partculas micromtricas de poliestireno e poli(estireno-acrilato de etila) foram obtidas via processo de polimerizao sequencial do tipo massa-suspenso. A tcnica experimental proposta mostrou-se bastante apropriada para uma boa disperso da carga microparticulada de Sty-DVB na matriz polimrica termoplstica. O material final apresentou boa estabilidade trmica, e perfil de degradao similar ao do poliestireno puro. Observou-se tambm que partculas polimricas com morfologia esfrica podem ser obtidas. Alm disso, a incorporao de acrilato de etila cadeia polimrica do poliestireno minimiza o efeito indesejvel de fratura nas partculas polimricas, melhorando as propriedades mecnicas do material final.Palavras-chave: Reciclagem, estireno-divinilbenzeno, compsitos polimricos, poliestireno.

Recycling of Styrene-Divinylbenzene via Mass-Suspension Polymerization Process

Abstract: This work illustrates the reuse of ion exchange resins based on crosslinked styrene-divinyl benzene copolymer (Sty-DVB) for the production of polymeric materials. Micro-sized particles of polystyrene and poly(styrene-ethyl acrylate) were obtained by mass-suspension sequential polymerization process. With the proposed experimental technique it was possible to perform proper dispersion of the Sty-DVB in the thermoplastic matrix of polystyrene. The final material showed good thermal stability, and a degradation profile similar to that for pure polystyrene. It was also observed that polymer particles with spherical morphology can be obtained. In addition, the incorporation of ethyl acrylate into the polystyrene chains minimizes the undesirable effect of fracture in polymeric particles, improving the mechanical properties of the final material.Keywords: Recycling, styrene-divinylbenzene copolymer, polymeric composites, polystyrene.

Introduo

Com o avano industrial, um dos maiores desafios atualmente o desenvolvimento de tcnicas que sejam mais seguras e menos agressivas ao meio ambiente, de modo que os processos sejam eficientes em termos de energia e matria-prima, produzindo o mnimo de rejeitos possvel. O reaproveitamento de resduos surge como alternativa para a maioria das indstrias que buscam o desenvolvimento sustentvel e econmico.

Neste cenrio, a reciclagem mecnica, primria e secundria, so potencialmente atrativas, pois permitem que resduos polimricos (ps-industrial ou ps-consumo) sejam reaproveitados como fonte de matria-prima na cadeia produtiva atravs de mtodos tradicionais de processamento, de forma que os materiais finais apresentem caractersticas similares ou superiores quelas observadas nos materiais polimricos virgens, tidos como produtos de partida no processo de reuso dos plsticos[1-3].

O tratamento dado ao resduo polimrico depende sobretudo de sua natureza, como por exemplo, materiais termorrgidos (e seu grau de cura) ou termoplsticos, solubilidade em solventes orgnicos, suscetibilidade a hidrlise, a oxidao, e a degradao trmica e/ou qumica[4-10].

O uso das resinas de troca inica de estireno-divinilbenzeno (Sty-DVB) tem crescido muito em vrios processos qumicos, como por exemplo, na descolorao de solues orgnicas, sucos de frutas e como suportes catalticos devido seletividade, pureza do produto final e ao maior rendimento das reaes, podendo ser utilizadas tanto em meio aquoso como meio orgnico. Estas

resinas se equivalem com cidos minerais fortes, porm so menos oxidantes e corrosivas do que os mesmos[11-12]. intrnseco aos materiais a base de resinas de Sty-DVB que a capacidade de troca inica e a ao cataltica cessem com o tempo, transformando tais materiais polimricos em verdadeiros passivos ambientais.

Para a sntese de compsitos proposto neste trabalho o processo de polimerizao em massa-suspenso o mais indicado devido heterogeneidade do meio e, consequente dificuldade de disperso apropriada das micropartculas da resina de Sty-DVB no princpio da polimerizao. Esse processo conduzido em duas fases, na primeira ocorre a polimerizao em massa e, quando a converso alcana determinado valor, adiciona-se mistura altamente viscosa o estabilizante e o meio dispersante. Com essa tcnica pode-se obter curvas de distribuio de tamanho de partcula mais estreitas[13-14].

O objetivo principal do presente trabalho o desenvolvimento de grades de poliestireno, baseado na incorporao de resinas de poli(estireno-divinilbenzeno) via polimerizao radicalar de estireno e estireno/acrilato de etila usando um processo de polimerizao sequencial em massa-suspenso.

Experimental

O estireno e o acrilato de etila foram utilizados como monmeros nas reaes de polimerizao, sendo fornecidos pela Aldrich (Sigma-Aldrich Brasil Ltda, So Paulo, Brasil) com

Polmeros

Campelo, N. M.; Machado, F. - Reciclagem de Poli(estireno-divinilbenzeno) via processo de polimerizao em massa-suspenso

para monitoramento da temperatura do meio reacional. Um agitador mecnico IKA RW 20 digital (IKA Works, Inc., So Paulo, Brasil) equipado com impelidor do tipo hlice naval foi usado para garantir uma misturao apropriada do meio de reao.

Um estgio de acondicionamento entre o(s) monmero(s) de reao e as micropartculas de Sty-DVB foi realizado antes da polimerizao em massa-suspenso, para fins de compatibilizao (inchamento das micropartculas de Sty-DVB visando a expanso da matriz porosa) e garantia apropriada de difuso do(s) monmero(s) atravs da estrutura porosa da resina de Sty-DVB. caracterizado pelo contato ntimo entre os constituintes da reao de polimerizao (primeira etapa de reao, via processo de polimerizao em massa), garantido por agitao magntica vigorosa, a temperatura ambiente por aproximadamente 12 horas. Ressalta-se que a temperatura ambiente, a decomposio trmica do iniciador perxido de benzola desprezvel[13,15,16], no ocorrendo polimerizao de fato neste estgio do processo.

A polimerizao em massa caracterizada pelo uso de uma mistura reacional composta por cerca de 4.60 g de perxido de benzola e 14 g da resina de Sty-DVB, dispersos em 140 g de estireno, mantidos sob condies isotrmicas de temperatura e agitao mecnica constante igual a 500 rpm. A reao de polimerizao mantida a 85 C at que a converso de 40% seja alcanada (cerca de 1 hora de reao). A etapa de polimerizao em suspenso caracterizada pela adio ao meio reacional de 2,0 g de PVA previamente dispersos em 400 mL de gua destilada. O processo de polimerizao em suspenso foi conduzido por 4 horas, sob agitao mecnica de 700 rpm e aquecimento de 85 C constantes. Ao trmino da polimerizao, a mistura reacional foi resfriada temperatura ambiente e lavada com solues de dodecilsulfato de sdio e hidroquinona, com a finalidade de eliminar o monmero residual e inibir a continuidade da polimerizao, e em seguida seco em estufa mantida a 50 C.

A distribuio de tamanho de partculas do material polimrico foi caracterizada por anlise granulomtrica de acordo com a ASTM D 1921 com o auxlio de um agitador eletromagntico de peneiras (Bertel, So Paulo, Brasil). A estabilidade trmica dos materiais polimricos foi avaliada atravs de anlises termogravimtricas

pureza mnima de 99%. O iniciador perxido de benzola (BPO, LUPEROX 78), com pureza de 75 wt. (%) (contendo 25 wt. (%) de gua como estabilizante, com oxignio ativo equivalente a 5 wt. (%)) foi gentilmente doado pela Arkema Qumica Ltda, So Paulo, Brasil. O poli(lcool vinlico) (PVA, DENKA POVAL B-24 com grau de hidrlise na faixa de 86-89%), utilizado como agente de suspenso, foi gentilmente doado pela Denka (Tquio, Japo.) com 99% de pureza. A gua destilada foi utilizada como meio suspenso na fase contnua das reaes. A resina de estireno divinilbenzeno, Sty-DVB (funcionalizada com uma amina quaternria, apresentando densidade aparente de 680 kg/m3 e tamanho mdio de partcula de 610 m), resduo da indstria de refrigerantes, foi gentilmente doada pela Brasal Refrigerantes (Taguatinga - DF). O dodecilsulfato de sdio, fornecido pela Quimibrs (Quimibrs Indstrias Qumicas S/A, Rio de Janeiro, Brasil), foi utilizado remoo de monmero residual na etapa de lavagem e recuperao do polmero final, e a hidroquinona fornecida pela Merck (Rio de Janeiro, Brasil) foi utilizada para inibio da reao de polimerizao no final do processo. Os produtos qumicos foram utilizados como recebidos, sem a necessidade de nenhuma purificao adicional.

As reaes de polimerizao visando a incorporao da resina de Sty-DVB (resduo do processo de descolorao de xaropes e sucos de fruta concentrados nas indstrias de bebidas e refrigerantes) na matriz termoplstica do poliestireno ou do copolmero de estireno/acrilato de etila foram realizadas em reator de vidro borossilicato de capacidade de 1L (Quickfit, Staffordshire, Inglaterra), atravs do processo de polimerizao sequencial em massa-suspenso, conduzida em duas etapas: i) polimerizao em massa, caracterizada pela disperso de micropartculas de Sty-DVB (tamanho mdio de 25 m, ver Figura 1) em estireno ou estireno/acrilato de etila foi conduzida a 85 C sob agitao constante de 500 rpm; ii) polimerizao em suspenso, caracterizada pela adio ao meio reacional altamente viscoso de gua e agente de suspenso, PVA.

O reator de polimerizao foi equipado com equipado com condensador de refluxo, acoplado a uma corrente de gua fria (20 C T 25 C) e placa de aquecimento IKA C-MAG HS 7 (IKA Works, Inc., So Paulo, Brasil), com controle integrado de temperatura, incluindo uma sonda de temperatura Pt1000 usada

Figura 1. Micrografia do copolmero de estireno/divinilbenzeno. a) resduo industrial; b) material microparticulado com tamanho mdio de 25 m aps cominuio.

Polmeros


acrescentada ao sistema de polimerizao, sob forte cisalhamento (frequncia de agitao de 700 rpm), quando uma converso de reao em torno de 40% alcanada, o que corresponde a um tempo de reao de aproximadamente 65 minutos. A partir deste ponto, o meio de reao assume comportamento tpico de uma polimerizao em suspenso clssica[13].

A Tabela 1 apresenta o tamanho mdio de partcula, a converso e a temperatura de transio vtrea (Tg) observados para cada condio experimental avaliada. Como pode ser observado, o tamanho mdio de partcula (Dp) parece ser bastante influenciado pela agitao do meio reacional e pela concentrao de acrilato de etila. Uma comparao entre as condies experimentais 1 e 2 com 3 e 6 revela que a Dp final cerca de 35-60% inferior, provavelmente devido a um efeito estabilizante mais eficiente do agente de suspenso (PVA) em misturas contendo acrilato de etila. No caso particular da agitao, fica evidenciado que taxas de cisalhamento mais elevadas conduzem a obteno de material polimrico com menor tamanho mdio de partcula[17-20]. Uma comparao entre as condies experimentais 4-5 com 3, mostra que Dp sofre em mdia uma diminuio de aproximadamente 32%.

De acordo com a Tabela 1, converses na faixa de 85% a 98% so atingidas. Alm disso, observa-se que converses mais elevadas so obtidas quando as reaes so conduzidas na presena de acrilato de etila, como um resultado da elevada reatividade deste monmero. O efeito do acrilato de etila sobre a temperatura de transio vtrea tambm observado. Como mostra a Tabela 1, a Tg dos materiais polimricos significativamente influenciada pela presena do comonmero, diminuindo medida que a concentrao de acrilato de etila aumenta, representando uma diferena mxima em torno de 10 C a 16 C, em comparao com o valor determinado para o poliestireno puro, igual a 96 C.

A mobilidade das cadeias polimricas do copolmero de estireno/acrilato de etila facilitada pela incorporao de acrilato de etila, quando comparada a mobilidade das cadeias do homopolmero de estireno. O abaixamento da Tg reflete o efeito da concentrao de acrilato de etila no sistema, de forma que valores de Tg mais baixos so obtidos a medida que a concentrao de acrilato de etila no copolmero aumenta.

A Figura 3 mostra a distribuio de tamanho de partculas (DTP) caracterstica deste processo. Como pode ser observado, as DTPs dos polmeros obtidos em condies experimentais distintas so significativamente diferentes. Particularmente para as reaes conduzidas na presena de acrilato de etila, DTPs estreitas so observadas. Comparativamente, DTPs largas so obtidas, quando a velocidade (frequncia) de agitao reduzida para 500 rpm. Como informao adicional, a Figura 3 tambm mostra que as DTPs obtidas em condies de agitao semelhantes so bastante similares (ver entradas 1-2 e 4-5), indicando que o processo de polimerizao bastante reprodutivo, o que reflete em ltima instncia, o bom grau de misturao do meio reacional nas bateladas.

(TG/DTA) com o auxlio de uma termobalana Shimadzu modelo TA-60WS (Tquio, Japo), operada a uma taxa de aquecimento de 10 Cmin1, sob atmosfera de nitrognio mantido a uma vazo de 50 mLmin1. J a morfologia das partculas polimricas foi determinada atravs de microscopia eletrnica de varredura (Jeol, modelo JSM-7001F, Tquio, Japo). As transies trmicas dos materiais polimricos foram avaliadas via calorimetria diferencial de varredura (DSC) em um calormetro Shimadzu DSC-60 (Shimadzu Scientific Instruments, Maryland, USA) usando taxa de aquecimento de 10 Cmin1, em atmosfera de nitrognio mantido a uma vazo de 50 mLmin1.

Resultados e Discusso

Os compsitos polimricos, consistindo de micropartculas do copolmero de Sty-DVB com tamanho mdio de 25 m dispersas na matriz termoplstica de poliestireno, foram obtidos via processo de polimerizao sequencial do tipo massa-suspenso. A Figura 2 exemplifica o comportamento tpico da primeira etapa da polimerizao, caracterizada por um processo de polimerizao em massa. Este estgio inicial de polimerizao em massa tem um papel fundamental, pois assegura a homogeneidade do meio reacional e disperso satisfatria das micropartculas da resina de Sty-DVB no princpio da polimerizao, eliminando o efeito indesejvel de segregao entre o monmero e carga de Sty-DVB (o que normalmente ocorre quando o processo de polimerizao em suspenso clssico empregado, resultando em pobre incorporao do material microparticulado). importante enfatizar que o primeiro ponto experimental apresentado na Figura 2 corresponde converso medida imediatamente ao final da etapa de acondicionamento, o que evidencia uma formao desprezvel de radicais livres do iniciador BPO. Como ilustrado na Figura 2, a soluo aquosa de PVA

Figura 2. Perfil de converso da polimerizao de estireno/Sty-DVB em massa.

Tabela 1. Tamanho mdio de partcula, converso e temperatura de transio vtrea dos materiais polimricos.Entrada Amostra Estireno

(%)Acrilato de Etila

(%)Agitao

(rpm)Dp

(m)Converso

(%)Tg

(C)1 MS02: Sty/AE 93 7 700 139 98 80,12 MS01: Sty/AE 95 5 700 126 96 89,93 MS01 100 0 700 234 95 94,44 SUSP02 100 0 500 347 91 94,05 SUSP01 100 0 500 343 85 93,86 SUSP_PSty 100 0 700 194 93 96,2

Reao de polimerizao de estireno na ausncia de Sty-DVB. Em todas as outras reaes foi utilizado uma frao mssica de 10% de Sty-DVB, em relao a massa total de monmeros. Polimerizao em suspenso clssica (sem etapa de polimerizao em massa).

Polmeros


Figura 3. Distribuio de tamanho de partculas do compsito polimrico.

Figura 4. Microscopia eletrnica de varredura do copolmero de estireno/divinilbenzeno usado como carga microparticulada nos materiais polimricos.

A Figura 4 mostra a morfologia tpica de resinas de Sty-DVB (resduo de processo de descolorao de xaropes e sucos de fruta concentrados) empregada nas polimerizaes. O material particulado finamente dividido obtido atravs da cominuio das partculas de Sty-DVB apresenta morfologia bastante irregular,

multigranular e fragmentada. Sabe-se que materiais polimricos a base de estireno/divinil benzeno apresentam como caracterstica principal uma estrutura morfolgica porosa[21]. No caso particular do material usado neste trabalho, observa-se que as partculas podem apresentar poros em torno de 1 m.

A Figura 5 mostra a morfologia caracterstica de partculas polimricas de poliestireno puro obtidas via polimerizao em suspenso. A estratgia experimental adotada conduz a formao de partculas polimricas com boas caractersticas morfolgicas, apresentando morfologia esfrica e regular. As partculas de poliestireno apresentam dimetro mdio de partcula em torno de 194 m (ver Tabela 1) e distribuio de tamanho de partcula relativamente estreita (ver Figura 3).

As Figuras 6-7 mostram a morfologia das partculas polimricas obtidas atravs da incorporao de Sty-DVB na matriz termoplstica do poliestireno. Embora a resina de Sty-DVB seja distribuda uniformemente, no incomum a obteno de partculas polimricas fraturadas (seccionadas na forma de semi-esfera e quarto de esfera) e/ou partculas esfricas apresentando diversos pontos potenciais de clivagem. Como podem ser observados, estes pontos de ruptura ao longo das partculas de polmero podem apresentar uma espessura relativamente regular em torno de 100-300 nm (ver Figuras 6 e 7).

Polmeros


Figura 5. Microscopia eletrnica de varredura de partculas de poliestireno puro.

Figura 6. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base de poliestireno/sty-dvb. (a) partcula seccionada na forma de quarto de esfera; (b) partcula esfrica com pontos de clivagem; (c, d) zoom da partcula esfrica.

Polmeros


O aparecimento de fissuras na superfcie das partculas pode refletir a capacidade da partcula polimrica dissipar de forma apropriada a energia acumulada no interior dos poros das partculas de Sty-DVB, medida que o estireno vai sendo transformado em polmero. Contudo, parece razovel considerar que devido converso lenta da massa reacional (caracterizada por uma fase monomrica na forma de microgotas encapsulando uma ou mais partculas de Sty-DVB, que passa de um estado lquido, a um meio de elevada viscosidade, culminando numa partcula polimrica slida rgida[13], o estresse mximo que conduz a fratura das partculas ocorra principalmente quando o ponto de identificao de partcula (PIP) alcanado (normalmente em converses na faixa de 65 a 80%, dependendo das condies de reao).

importante considerar que as partculas de Sty-DVB no so simplesmente encapsuladas pelo poliestireno, formando assim estruturas polimricas bem distintas (estrutura termorrgida originria de Sty-DVB e matriz termoplstica de poliestireno). Graas natureza porosa do Sty-DVB, esperado que as cadeias polimricas de poliestireno cresam na estrutura porosa, ocupando o espao disponvel. Espera-se tambm que esta estrutura porosa inicial no seja preservada, e que fragmente devido ao aparecimento de forcas hidrulicas geradas pela massa de poliestireno em formao, fenmeno similar ao observado na fragmentao da estrutura multigranular de suportes catalticos a base de MgCl2 comumente usados em catalisadores Ziegler-Natta heterogneos[22].

Figura 7. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base de poliestireno/Sty-DVB. (a) partcula seccionada na forma de semi-esfera; (b, c) zoom da partcula semi-esfrica.

Polmeros


Resultados apresentados nas Figuras 8 a 10 indicam que existe um limite mnimo de composio de acrilato de etila na cadeia do copolmero necessrio para eliminar de forma significativa a formao de fissuras na superfcie das partculas do compsito polimrico. Embora a incorporao de acrilato de etila apresente um efeito benfico, observa-se que partculas polimricas contendo estireno/acrilato de etila, com 5 wt. (%) de acrilato de etila em sua composio (ver Figura 8) apresenta como caracterstica principal a formao de fendas distribudas ao longo da partcula. Como mostrado nas Figuras 8b, c as partculas polimricas apresentam textura significativamente diferente daquela observada nas partculas dos compsitos de poliestireno/Sty-DVB, mostrando a formao de cadeias polimricas do copolmero de estireno/acrilato de etila em regies prximas as fissuras. No caso particular da Figura 8, a concentrao de acrilato de etila incorporada no foi capaz de inibir a fratura da partcula polimrica.

A Figura 9 exemplifica a formao de partculas polimricas totalmente fraturadas, na forma de semi-esfera e de quarto de esfera. A despeito deste comportamento, a textura das partculas relativamente distinta, em morfologia do homopolmero de estireno.

O Poliestireno considerado um material duro e quebradio por natureza, o que em comunho com a carga de Sty-DVB usada, pode conferir ao material compsito pouca resistncia e capacidade limitada de liberar energia acumulada nos poros das partculas de Sty-DVB. Uma alternativa atrativa que visa minimizar esta caracterstica indesejvel consiste basicamente em incorporar um comonmero a cadeia polimrica do poliestireno, originando um material com propriedades mecnicas superiores a do poliestireno puro. Tal caracterstica indesejvel tende a ser minimizada pela incorporao de um comonmero responsvel pelo melhoramento das propriedades mecnicas

Devido natureza elastomrica do homopolmero de acrilato de etila,[23] espera-se que o encapsulamento das micropartculas de Sty-DVB, por uma matriz de um copolmero de estireno/acrilato de etila melhore a capacidade das partculas do material compsito em liberar a energia acumulada no interior dos poros das partculas de Sty-DVB, e consequentemente conduza a uma reduo da incidncia de partculas fraturadas, como efeito benfico das foras adesivas das molculas poli(estireno-acrilato de etila).

Figura 8. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 5 wt. (%) de acrilato de etila. (a) partcula do compsito; (b-d) zoom da partcula exemplificando a formao de fissuras.

Polmeros


A Figura 11 mostra que para uma concentrao de acrilato de etila na faixa de 7 wt. (%), a incidncia de fendas na superfcie das partculas desaparece completamente, provavelmente devido a funo de elastmero do acrilato de etila, que pode favorecer as propriedades mecnicas do material final, tornando-o menos quebradio. Vale salientar que para as condies experimentais avaliadas neste trabalho, concentraes de acrilato de etila em torno de 10 wt. (%) so desfavorveis para a obteno de partculas polimricas esfricas, conduzindo a um pobre encapsulamento, a formao de incrustao e material aglomerado no reator.

A estabilidade trmica dos materiais polimricos foi observada atravs de anlises termogravimtricas. Os perfis de decomposio trmica so apresentados comparativamente

A Figura 10 tambm mostra a morfologia caracterstica das partculas polimricas. Neste caso, o efeito do encapsulamento inadequado das micropartculas de Sty-DVB fica evidenciado, mostrando parte da partcula de Sty-DVB fica exposta. Apesar disto, este tipo de problema pode ser eliminado significativamente, j que o tamanho de gotas de monmero, que sero convertidas a polmero, pode ser facilmente controlado pela manipulao de variveis de processo, como por exemplo, a velocidade (frequncia) de agitao do meio reacional e/ou a concentrao de agente de suspenso, bem como o tamanho caracterstico da carga microparticulada de Sty-DVB. Neste sentido, evidente que as partculas de Sty-DVB devem a princpio possuir dimetro mdio inferior ao das microgotas de monmero.

Figura 9. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 5 wt. (%) de acrilato de etila. (a) partcula seccionada na forma de quarto de esfera; (b) partcula seccionada na forma de semi-esfera; (c) zoom da partcula semi-esfrica.

Polmeros


Figura 10. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 5 wt. (%) de acrilato de etila. (a) partcula do compsito; (b) zoom da partcula exemplificando a formao de fissuras; (c) resina de Sty-DVB no encapsulada; (d) zoom da fissura em torno do fragmento de Sty-DVB no encapsulado.

na Figura 12. Inicialmente, importante observar o perfil de decomposio apresentado na Figura 12a. De acordo com os perfis de degradao trmica dos materiais, resinas polimricas com diferentes faixas de tamanho de partcula apresentam o mesmo comportamento. Este dado deve ser levado em considerao, principalmente porque valida a estratgia experimental utilizada, mostrando que as micropartculas de Sty-DVB foram distribudas uniformemente na matriz termoplstica de poliestireno e do copolmero de estireno/acrilato de etila. Em particular, deve-se atentar para o fato de que a realizao de uma etapa de polimerizao em massa no princpio da polimerizao bastante apropriada principalmente devido heterogeneidade do meio reacional (monmero lquido e micropartculas de Sty-DVB), caracterizada por diferenas de densidade significativa entre o monmero e o Sty-DVB.

A Figura 12b mostra os perfis de degradao trmica do material final obtido em diferentes condies experimentais. Observa-se que o material compsito apresenta perfis de decomposio similares aquele observado para o poliestireno puro, apresentando degradao completa na faixa de temperatura entre 280 a 600 C, mostrando que o compsito apresenta boa estabilidade trmica.

Adicionalmente, a estabilidade trmica do compsito no final do processo de degradao trmica aumentada em aproximadamente 50 C, quando comparada ao poliestireno.

interessante considerar ainda que, uma comparao entre os perfis de degradao trmica do poliestireno puro e do compsito de poliestireno/Sty-DVB, ambos obtidos via polimerizao em suspenso clssica, mostra que as amostras apresentam estabilidade trmica bem similar. Este comportamento est intimamente ligado a disperso inapropriada de Sty-DVB na matriz termoplstica de poliestireno, quando o procedimento de polimerizao em suspenso clssico adotado. Neste caso, as micropartculas de Sty-DVB no so encapsuladas pela massa polimrica de poliestireno, de forma que no final da reao so obtidos poliestireno e Sty-DVB em fases distintas.

A Figura 13 mostra os perfis trmicos obtidos via caracterizao por DSC. Observa-se que a temperatura de transio vtrea dos compsitos polimricos similar quela observada para o poliestireno puro. No caso particular dos materiais polimricos que apresentam acrilato de etila em sua composio, a Tg bastante afetada, o que reflete o carter elastomrico das cadeias polimricas contendo acrilato de etila.

Polmeros


Figura 12. Anlise Termogravimtrica dos materiais polimricos. (a) compsito poliestireno/Sty-DVB obtido em massa-suspenso; (b) perfil de estabilidade trmica dos compsitos polimricos.

Template de Figuras - Polmeros* Fontes Times (Roman) Tamanho 8.* "Cenrio" - linhas com 0.5 de Stroke.* Linhas pertencente a "Dados grficos" com 0.6 de Stroke.* Preencimento de barras pb devem ter 10% de preto quando houver texto e 50% quando no.* Dados na tabela ou figura devem estar no mesmo idioma do artigo.* Legendas devem estar dentro de caixas de texto com 2 mm de distncia nas extremidades.* Texto da figura ou grfico deve estar em "Sentence case".* Setas devem ter 0.6 ponto de Stroke.* Letras que representam figuras ex: a,b,c, devem estar abaixo da figura no artigo conforme padro.* Retirar eixos sem valores de grficos.* Retirar efeito 3D dos grficos, e deixar somente em grfico de pizza.* Padro de cor Grayscale.OBS: DELETAR ESTA CAIXA APS O TRMINO DAS FIGURAS.

Figura 11. Microscopia eletrnica de varredura do compsito a base de poli(estireno-acrilato de etila)/Sty-DVB, contendo 7 wt. (%) de acrilato de etila.

Polmeros


3. Dubey, A.; Tewari, A. & Chaturvedi, M. K. - VSRD-TNTJ, 1, p.30 (2010).

4. Kalyon, D. M. & Fares, N. - Plast. Rubber Process. Appl., 5, p.369 (1985).

5. Grigoryeva, O., Fainleib, A.; Stepanenko, L.; Sergeeva, L. & Pissis, P. - Polym. Eng. Sci., 45, p.801 (2005). http://dx.doi.org/10.1002/pen.20343

6. Ferreira, C. T.; Fonseca, J. B. D. & Saron, C. - Polmeros, 21, p.118 (2011). http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282011005000029

7. Krawczak, P. - Express Polym. Lett., 5, p.838 (2011). http://dx.doi.org/10.3144/expresspolymlett.2011.82

8. Dweik, H. S.; Ziara, M. M. & Hadidoun, M. S. - Int. J. Polym. Mater., 57, p.635 (2008). http://dx.doi.org/10.1080/00914030701551089

9. Steenkamer, D. A. & Sullivan, J. L. - Compos.: Part B, 29, p.745 (1998). http://dx.doi.org/10.1016/S1359-8368(98)00016-X

10. Aizpurua, B.; Franco, M.; Corcuera, M. A.; Riccardi, C. C. & Mondragon, I. - J. Appl. Polym. Sci., 76, p.1269 (2000). http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(20000523)76:83.0.CO;2-Q

11. Coutinho, F. M. B.; Aponte, M. L.; Barbosa, C. C. R.; Costa, V. G.; Lachter, E. R. & Tabak, D. - Polmeros, 13, p.141 (2003). http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282003000300003

12. De Rezende, S. M.; De Castro Reis, M.; Reid, M. G.; Lcio Silva Junior, P.; Coutinho, F. M. B.; Da Silva San Gil, R. A. & Lachter, E. R. - Appl. Catal., A, 349, p.198 (2008).

13. Machado, F.; Lima, E. L. & Pinto, J. C. - Polmeros, 17, p.166 (2007).14. Yuan, H. G.; Kalfas, G. & Ray, W. R. - J. Macromol. Sci., Rev.

Macromol. Chem. Phys., C31, p.215 (1991). http://dx.doi.org/10.1080/15321799108021924

15. Kresser, T. O. J. - Polyolefin Plastics, New York: Van Nostrand Reinhold Company (1969).

16. Odian, G. - Principles of Polymerization, 4. ed., Wiley-Interscience, New York (2004).

17. Abu-Ayana, Y. & Mohsen, R. - Polym. Plast. Technol. Eng., 44, p.1503 (2005). http://dx.doi.org/10.1080/03602550500207709

18. Jahanzad, F.; Sajjadi, S. & Brooks, B. W. - Ind. Eng. Chem. Res., 44, p.4112 (2005). http://dx.doi.org/10.1021/ie048827f

19. Machado, R. A. F.; Pinto, J. C.; Arajo, P. H. H. & Bolzan, A. - Braz. J. Chem. Eng., 17, p.395 (2000). http://dx.doi.org/10.1590/S0104-66322000000400004

20. Tsouris, C. & Tavlarides, L. L. - AIChE J., 40, p.395 (1994). http://dx.doi.org/10.1002/aic.690400303

21. Neves, M. A. F. S.; Dias, M. L. & Coutinho, F. M. B. - Polmeros, 7, p.71 (1997). http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14281997000300011

22. Machado, F. & Pinto, J. C. - Polmeros, 21, p.321 (2011). http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282011005000058

23. Wen, J. - Poly(ethyl acrylate), in: Polymer Data Handbook, J.E.Mark, p.483, Oxford University Press, New York (1999).

Enviado: 12/08/11 Reenviado: 25/03/12

Aceito: 14/04/12

Concluses

Compsitos polimricos foram obtidos com sucesso, apresentando uma boa disperso da carga microparticulada (resina de Sty-DVB, resduo da indstria de bebidas e refrigerantes, utilizada para descolorao de sucos e xaropes) na matriz polimrica termoplstica. O material final apresentou boa estabilidade trmica, apresentando perfil de degradao similar ao obtido para o poliestireno puro.

Partculas polimricas com morfologia esfrica so obtidas. A incorporao de acrilato de etila a cadeia polimrica do poliestireno desejvel, pois elimina o efeito indesejvel de fratura nas partculas polimricas e melhora as propriedades mecnicas do material final, aumentando o escopo de aplicao do material polimrico.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio pesquisa. FM agradece a Arkema, a DENKA e a Brasal Refrigerantes pela doao de reagentes e aditivos, ao Laboratrio de Materiais e Combustveis/Instituto de Qumica - UnB e ao Laboratrio Microscopia Eletrnica e Virologia/Instituto de Biologia - UnB pelo suporte pesquisa.

Referncias Bibliogrficas

1. Spinac, M. A. D. S. & Paoli, M. A. D. - Quim. Nova, 28, p.65 (2005). http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422005000100014

2. Melo, C. K. - Reciclagem de materiais polimricos por incorporao in situ na polimerizao em suspenso do estireno, Dissertao de Mestrado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil (2009).

Figura 13. Temperatura de transio vtrea dos materiais polimricos.

Template de Figuras - Polmeros* Fontes Times (Roman) Tamanho 8.* "Cenrio" - linhas com 0.5 de Stroke.* Linhas pertencente a "Dados grficos" com 0.6 de Stroke.* Preencimento de barras pb devem ter 10% de preto quando houver texto e 50% quando no.* Dados na tabela ou figura devem estar no mesmo idioma do artigo.* Legendas devem estar dentro de caixas de texto com 2 mm de distncia nas extremidades.* Texto da figura ou grfico deve estar em "Sentence case".* Setas devem ter 0.6 ponto de Stroke.* Letras que representam figuras ex: a,b,c, devem estar abaixo da figura no artigo conforme padro.* Retirar eixos sem valores de grficos.* Retirar efeito 3D dos grficos, e deixar somente em grfico de pizza.* Padro de cor Grayscale.OBS: DELETAR ESTA CAIXA APS O TRMINO DAS FIGURAS.

Polmeros

reciclagem via polimerizacao em massa-1

Documents