ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: OXIPROPILAÇÃO DA PALHA DE MILHO PARA OBTENÇÃO DE POLIOL PARA APLICAÇÃO EM SÍNTESE DE POLÍMEROS E COMPÓSITOS
AUTORES: S.v.silva, I. (UFU) ; R. Rosa, J. (UFU) ; S.m.lima, C. (UFU) ; Pasquini, D. (UFU)
RESUMO: A palha de milho (PM) é um resíduo lignocelulósico, importante fonte de
polímeros naturais que podem ser explorados na utilização da reação de
oxipropilação com o objetivo de produzir poliol viscoso com características
adequadas para ser usado nas formulações de materiais poliméricos e compósitos.
Para a reação de oxipropilação, neste estudo, foram variados o volume de óxido
de propileno (OP) e a temperatura, seguindo um planejamento fatorial. A
eficiência do processo foi avaliada através da determinação dos rendimentos e
dos teores de resíduos sólidos resultantes sem reagir. Pelos gráficos de
superfície verificou-se maior rendimento de poliol, assim como menor teor de
resíduo sólido, em reações que utilizam maior volume de OP, independente da
temperatura.
PALAVRAS CHAVES: Biomassa vegetal; poliol; teor de resíduo sólido
INTRODUÇÃO: O esgotamento gradual e previsível das fontes fósseis e a necessidade de
desenvolvimento sustentável dos sistemas industriais de produção mundial estão
impulsionando tanto a comunidade científica e a indústria a procurar
alternativas para a substituição das fontes petrolíferas (PINTO et al ., 2009).
A PM é uma importante fonte em abundância de biomassa vegetal, resíduo
proveniente das atividades agroindustriais, não alimentício, o que o torna
interessante na sua aplicação como fonte renovável para a produção de energia,
materiais e produtos químicos.
Uma possível alternativa para a exploração desse resíduo é a utilização da
reação de oxipropilação, que tem como propósito a produção de poliol viscoso com
características adequadas para ser usado, por exemplo, nas formulações de
polímeros e compósitos (SERRANO et al., 2010). A oxipropilação total ou parcial
de polímeros naturais é um método que tem como objetivo aumentar a
funcionalidade dos grupos hidroxila do material de partida, movendo-se esses
grupos para o final da cadeia tornando-os mais acessíveis para a reação (GANDINI
e BELGACEM, 2008).
Este estudo objetivou a caracterização química da PM, a obtenção de polióis a
partir da reação de oxipropilação, bem como a caracterização dos polióis obtidos
a partir deste resíduo lignocelulósico.
MATERIAL E MÉTODOS: A PM foi caracterizada em termos de teor de umidade, teor de cinza, teores de
lignina Klason, teores de extrativos solúveis em ciclohexano/etanol e em água e
índice de cristalinidade(ICr)através da difração de raio-x realizada em um
difratômetro Shimadzu LabX XRD-6000, no intervalo de 5 a 40°. Além disso, as
amostras antes e após a reação de oxipropilação foram caracterizadas através das
análises FTIR, as quais foram realizadas com pastilhas KBr em espectrômetro IR-
PRESTIGE 21 Shimadzu. As análises de TGA foram realizadas a uma faixa de
temperatura de 25-600 ºC com um calorímetro Shimadzu DTG-60H, a uma taxa de
aquecimento de 10 ºC.min-1 em atmosfera de nitrogênio com fluxo de 30 mL.min-1.
As condições experimentais que foram utilizadas para a reação de oxipropilação
constam na Tabela 1. O procedimento para oxipropilação consistiu na impregnação
de 5 g da amostra com 0,5 g de KOH. Em seguida foi adicionado à amostra o volume
necessário de óxido de propileno (OP). A reação aconteceu em uma autoclave de
aço inoxidável de 100 mL, que foi então aquecida até a temperatura necessária
para cada experimento, enquanto o aumento de pressão correspondente foi
monitorado. A finalização da reação foi revelada pelo aumento de pressão e seu
subseqüente retorno à pressão atmosférica.
Após as reações de oxipropilação foram avaliados os rendimentos de OP, teor de
resíduo sólido e índice de hidroxila (IOH) dos polióis obtidos. A metodologia
usada na determinação do IOH foi feita de acordo com a ISO 14900:2001 E (CATETO
et al., 2008).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A composição da PM bruto foi de 11% de umidade, 0,9% de cinzas, 9% de lignina,
15% de extrativos em ciclohexano/etanol, 16% de extrativos em água e ICr de
46,3%. Nos espectros de FTIR (Figura 1b) foi possível comprovar características
relevantes do processo de oxipropilação tais como aumento da absorção na região
de estiramento do CH alifático (2800-3000 cm-1) e aparecimento de novos picos em
torno de 2970 cm-1 e 1375-1380 cm-1 (MENEZES et al., 2009), atribuído ao grupo
metila do poliol incorporado ao material. Pode-se verificar ainda o aumento e
mudança na região de absorção do estiramento C-O (1000-1100 cm-1) relacionado à
função éter proveniente da reação de polimerização do OP. Através das análises
de TGA (Figura 1c) verificou-se três estágios de degradação da PM antes e após
da reação de oxipropilação, o primeiro estágio referente à perda de água (~100
°C), o segundo relacionado à decomposição do material (230 °C p/ PM, 105 °C p/
polióis) e o terceiro referente à carbonização do material (348 °C p/ PM, 283 °C
p/ polióis). Pode-se concluir que os polióis têm menor estabilidade térmica que
a PM. Maiores rendimentos de poliol são obtidos em processos baseados na adição
de maiores volumes de OP, independente da temperatura (Tabela 1, Figura 1d). O
gráfico de superfície de teor de resíduo sólido (Figura 1e) demonstrou que
existe uma tendência de presença de maior quantidade de resíduo sólido, ou seja,
menor conversão do resíduo bruto em poliol, em condições de oxipropilação de
menor volume de OP e baixas temperaturas. Para IOH dos polióis obtidos (Figura
1f),houve uma tendência de maiores IOH em condições extremas de oxipropilação,
isto é, altas temperaturas associadas a maiores volumes de OP e baixas
temperaturas associadas ao menor volume de OP.
CONCLUSÕES: A caracterização química da PM foi realizada, e os espectros de FTIR mostraram que
o resíduo apresenta em sua composição química grupos hidroxilas necessários para a
realização da oxipropilação. Através do TGA verificou-se diminuição da
estabilidade térmica dos polióis obtidos. Em termos de rendimento na conversão da
PM em polióis e teor de resíduo sólido, foi favorecida em condições que utilizaram
de maiores volumes de OP independente da temperatura. O IOH encontrado foi maior
nas condições que utilizaram maior volume de OP e alta temperatura e menor volume
de OP e baixa temperatura.
AGRADECIMENTOS: CAPES e FAPEMIG.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CATETO, C. A. B.; BARREIRO M. F.; RODRIGUES A. E.; BROCHIER-SALON, M. C.; THIELEMANS, W.; BELGACEM, M. N. 2008. Lignin as Macromonomers for Polyurethane Synthesis: A Comparative Study on Hydroxyl Group Determination. Journal of Applied Polymer Science, 109: 3008-3017.
GANDINI, A. & BELGACEM, M. N. 2008. Partial or Total Oxypropylation of Natural Polymers and the Use of the Ensuing Materials as Composites or Polyol Macromonomers, in Monomers Polymers and Composities from Renewable Resources, eds (M.N. Belgacem e A. Gandini) Chapter 12, Elsevier, Amsterdam, 273-288.
MENEZES, A. J. de, PASQUINI, D., CURVELO, A. A. S., GANDINI, A. 2009. Self-reinforced composities obtained by the partial oxypropilation of celullose fibers. 1. Characterization of the materials obtained with different types of fibers. Carbohydrate Polimers, 76: 437-442.
PINTO, P, C, R, O; SOUSA, A, F; SILVESTRE, A, J, D; NETO, C; P; GANDINI, A; ECKERMAN, C; HOLMBOM, B; 2009. Quercus suber and Betula pendula outer barks as renewable sources of oleochemicals: a comparative study, Industrial Crops and Product. 29: 126–132.
SERRANO L.; ALRIOLS M. G.; BRIONES R.; MONDRAGÓN I.; LABIDI J. 2010. Oxypropilation of rapeseed cake residue generated in the biodiesel production process. Industrial Engineering Chemistry Research, 49: 1526-1529.
