reação de glicólise em espuma rígida de poliuretano

REAÇÃO DE GLICÓLISE EM ESPUMA RÍGIDA DE
POLIURETANO
Maristela S. da Silva1*, Carlos A. Ferreira1, Sandra Einloft 2, Rosane Ligabue2
1
Programa de Pós Graduação em Engenharia de Materiais - UFRGS – [email protected]; [email protected];
2
Faculdade de Química – PUCRS – [email protected]; [email protected]
Glycolysis of rigid polyurethane foam
In this work, the effect of the catalyst concentration on the glycolysis of rigid polyurethane (PU) foam was analyzed.
The reaction was performed in the glass reactor equipped with pneumatic stirrer, under atmospheric pressure and a
constant temperature (190±5°C). Ethylene glycol (EG) and potassium acetate (KAc) were used as the solvent and
catalyst, respectively. The proprieties of glycolysis products were determined by analyzing the conversion of functional
urethane group in PU (NHCOO) and of the viscosity. The results indicated that after 2h of reaction, more that 70% of
the rigid foam was depolymerized. When a higher quantity of catalyst is used higher perceptual of depolymerization is
observed.
1. Introdução
A reação de glicólise, que converte resíduos
de poliuretanos (PU) em novas matérias-primas, é um
dos principais métodos de reciclagem deste material.
Vários estudos indicam que a glicólise pode ser usada
para minimizar os problemas com a disposição de
resíduos de PU, obtendo-se polióis (matéria-prima
fundamental para fabricação de PU) de alta qualidade,
a partir destes resíduos [1-3].
Estudos recentes mostram que a reação de
glicólise depende de parâmetros reacionais tais como,
natureza do catalisador, temperatura, natureza do
solvente, proporção entre os reagentes, propriedades
das espumas obtidas a partir de polióis reciclados e
purificação dos produtos da glicólise [1-3].
O presente trabalho teve por objetivo estudar o
efeito da quantidade de catalisador na reação de
glicólise em espuma rígida de PU usada em isolamento
térmico. E a comparação destas condições com as
descritas na literatura [2,4].
2. Experimental
Neste estudo foram utilizadas amostras de
espuma rígida de PU comercial (cedidas pela Recrusul
S.A.). O solvente utilizado para a reação foi
etilenoglicol (EG) e o catalisador foi o acetato de
potássio (KAc). A espuma foi previamente moída em
moinho de facas e passada por peneira de 1mm.
A reação de glicólise foi feita em um reator de
1dm3 equipado com agitador pneumático, condensador e
controlador de temperatura.
Em uma reação típica de glicólise a mistura de
EG e KAc foi aquecida até a temperatura de 190±5°C, e
em seguida, adicionou-se a espuma rígida de PU. Após a
adição da espuma começou-se a contagem do tempo de
reação, sendo considerado o tempo 0 o momento da
dissolução completa da espuma. A reação foi mantida sob
agitação durante duas horas, sendo retiradas amostras de
30 em 30 minutos.
O produto da reação de glicólise foi analisado
através de algumas propriedades, tais como: conversão do
grupo funcional -NHCOO- do PU e viscosidade. A
conversão do grupo funcional -NHCOO- foi determinada
através de espectroscopia de infravermelho (IV) em um
equipamento Perkin Elmer Instruments Spectrum One FTIR Spectrometer com célula de seleneto de zinco. A
viscosidade foi determinada em viscosímetro Brookfield
modelo DV-II+ cp 50/60Hz .
3. Resultados e Discussão
A tabela 1 mostra as quantidades de solvente EG e de
catalisador KAc utilizadas nas reações de glicólise de
espuma PU.
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Tabela 1 – Proporções EG/ PU e KAc/PU utilizadas na reação de
glicólise de espuma PU a 190 °C e 1 atm.
1
2
EG/ PU
(%)
200
200
KAc/PU
(%)
2
5
Massa de
PU(g)
36,4
37,5
X(%)
Reação
As reações descritas na tabela 1 foram
acompanhadas por IV analisando-se a altura da banda
de absorbância referente ao grupo funcional (NHCOO-) da espuma e do produto da
despolimerização (figura 1).
Fig1. Espectros de absorbância no infravermelho dos produtos de
glicólise da espuma PU (razão de catalisador de KAc/PU=2).
Pode-se observar na figura 1, que a
intensidade de absorção da banda do grupo NHCOO (≈
1723 cm-1) varia inversamente com o tempo de reação.
Os dados de altura da banda de NHCOO
foram convertidos em percentual de despolimerização
(X %) e são mostrados na tabela 2.
Tabela 2 – Conversão de NHCOO (X%) em função tempo e da
quantidade de catalisador KAc.
KAc/PU
(%)
2
2
2
2
2
5
5
5
5
5
Tempo [NHCOO] [NHCOO]o
(h)
0
0,1925
0,4063
0,5
0,1913
0,4063
1
0,1369
0,4063
1,5
0,1085
0,4063
2
0,1118
0,4063
0
0,3966
0,4063
0,5
0,2316
0,4063
1
0,1390
0,4063
1,5
0,0981
0,4063
2
0,0845
0,4063
X (%)
52,6
52,9
66,3
73,3
72,5
2,4
43,0
65,8
75,8
79,2
100
80
60
40
20
0
KAc/PU=2
KAc/PU=5
0
1
2
3
tem po (h)
Fig2. Variação na conversão de NHCOO, X (%), com o
tempo de reação.
A partir do gráfico acima (figura 2) pode-se
observar que a reação de glicólise onde se utilizou a razão
KAc/PU=5 apresentou uma taxa de conversão mais
acentuada quando comparada com a reação de glicólise
onde usou-se a razão KAc/PU=2.
O resultado da conversão de despolimerização de
79,2% obtido na reação de glicólise em condições
reacionais de 190 °C, KAc/PU=5 com EG é comparável
aos resultados descritos na literatura para a reação de
glicólise feita a 220 °C, razão KAc/PU=5 e com
dietilenoglicol (X%= 94,2) [2].
A viscosidade do produto de despolimerização
não variou significativamente em função do tempo
mantendo-se entorno de 110 cP. Este valor é semelhante
ao encontrado na literatura (150 cP) nas mesmas
condições reacionais [2].
4. Conclusões
A reação de glicólise estudada mostrou-se uma
interessante rota de reciclagem química de resíduos de
espuma PU levando a produtos de despolimerização que
podem ser reutilizados na produção de novos materiais
poliuretânicos.
5. Agradecimentos
Os autores agradecem a empresa RECRUSUL
pelo material gentilmente cedido.
6. Referências Bibliográficas
[1] Vilar W.D., Quimica e Tecnologia dos Poliuretanos, 3ª
[NCOO]: altura da banda de absorção do grupo NHCOO no produto
da despolimerização; [NHCOO]o: altura da banda de absorção do
grupo NCOO da espuma PU; X (%):[1- ([NHCOO] /
[NHCOO]o)]x100.
ed, Vilar consultoria Ltda, 2002.
A conversão de NHCOO, X (%) varia com o
tempo de reação e com a quantidade de KAc. A partir
dos dados da tabela 2, observa-se que em duas horas de
reação de glicólise mais de 70% da espuma PU sofreu
despolimerização e uma maior quantidade de
catalisador (KAc/PU=5) conduz a um percentual de
despolimerização mais elevado (t= 2h, X%= 79,2).
O percentual de produto despolimerizado a partir
da glicólise de espuma PU pode ser melhor observado
através do gráfico mostrado na figura 2.
[3] Borda J., Pásztor G., Zsuga M., Polym. Degrad. Stab
[2] Wu C.H., Chang C.Y., Li J.K., Polym. Degrad. Stab.
2002; 75:413-21.
2000; 68:419-22.
[4] Wu C.H., Chang C.Y., Li J.K., Polym. Degrad. Stab.
2003; 80:103-111.
Anais do 8o Congresso Brasileiro de Polímeros
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