52º CBQ - Reciclagem do policloreto de vinila (PVC) através da modificação química, visando à aplicação em processos de separação

ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: Reciclagem do policloreto de vinila (PVC) através da modificação química, visando à aplicação em processos de separação

AUTORES: Silva, A.C.G. (UFU) ; Assunção, R.M.N. (UFU) ; Vieira, J.G. (UFU) ; Rodrigues Filho, G. (UFU) ; Ribeiro, S.D. (UFU)

RESUMO: Tubos de policloreto de vinila (PVC) descartados da construção civil foram desidroclorados e sulfonados para a produção de filmes. A desidrocloração foi evidenciada pela presença das bandas em 1644 e 1558 cm-1 (ligação C=C), 1003 cm- 1 (grupo C=C-H) e 3380 cm-1 (ligação O–H). A sulfonação foi evidenciada pela presença das bandas em 1191 cm-1 (grupo –SO2), 3400 cm-1 (grupo S–O–H) e 1632 cm-1 (ligação C=C). O fluxo de vapor de água foi superior para as amostras sulfonadas, o que está relacionado ao melhor transporte da água em sistemas mais hidrofílicos e a mudança da morfologia das membranas. A capacidade de troca iônica aumentou para as amostras sulfonadas mostrando que a sulfonação parcial tem influencia na morfologia das membranas e nas propriedades de transporte.

PALAVRAS CHAVES: policloreto de vinila ; reciclagem química; transporte de íons

INTRODUÇÃO: O policloreto de vinila (PVC) é um dos termoplásticos mais usados em relação aos polímeros consumidos no mundo, a demanda por PVC excede 35 milhões toneladas por ano. Devido às suas propriedades (baixo custo e alto desempenho) combinadas com a vasta gama de produtos que podem ser obtidos por diferentes condições de processamento e técnicas, o PVC tornou-se um polímero universal (SADAT-SHOJAI et al., 2011). A sua grande versatilidade é responsável pelo seu elevado consumo e pela geração de grande quantidade de resíduos. A reciclagem do PVC oferece alguns problemas principalmente relacionados à presença de elevada quantidade de átomos de cloro ligados à estrutura do polímero. Este fato mostra a necessidade de reaproveitar estes resíduos, onde a disposição em lixões deve ser o último recurso (KEANE, 2007). A modificação química de polímeros descartados permite a produção de materiais com novas características que podem ser utilizados em processos distintos daqueles do polímero original. O PVC pode ser modificado por substituição nucleofílica e por reações de eliminação, levando a desidrocloração e a formação de ligações duplas conjugadas (WU et al., 2009). Essa transformação é interessante tanto pelo fato de ampliar a possibilidade do uso do PVC, como também por reduzir a toxicidade atribuída à presença do cloro (MACHADO, 2009). Visando à modificação química do PVC, membranas foram produzidas a partir do PVC original, PVC desidroclorado (DPVC) e PVC desidroclorado e sulfonado (SDPVC), e foram caracterizadas por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), fluxo de vapor de água e capacidade de troca iônica, para avaliar as propriedades de transporte do material modificado visando à aplicação em processos de separação.

MATERIAL E MÉTODOS: Os tubos de PVC descartados da construção civil foram lavados com água destilada, secos à temperatura ambiente (25ºC) e triturados. A desidrocloração do PVC foi realizada usando polietileno glicol (PEG) 400 g/mol, Tetraidrofurano (THF) e soluções alcoólicas de hidróxido de potássio (KOH). A fase orgânica foi produzida empregando-se THF, PVC e PEG em uma proporção de 20:1:2 (m/m), conforme adaptação dos trabalhos de GUO et al. e MACHADO et al., e foi adicionada a uma solução alcoólica de KOH. Para produção do PVC desidroclorado-amostra 1 (DPVC-1) e PVC Desidroclorado-amostra 2 (DPVC-2), a concentração das soluções de KOH foram respectivamente de 20 e 25% (m/m). Os sistemas foram mantidos sob agitação por 15 min. Após este período, os produtos foram filtrados, lavados com água destilada e etanol e secos à temperatura ambiente. As membranas do PVC, DPVC-1 e DPVC-2 foram preparadas dissolvendo-se esses materiais em THF e as soluções com concentrações de 12, 10 e 8% (m/m), respectivamente, foram espalhadas em placas de vidro para evaporação do solvente e destacadas das placas em banho de água. As membranas das amostras desidrocloradas foram tratadas com ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado por 24h. Após isto, foram lavadas com água destilada e etanol, e identificadas como PVC desidroclorado e sulfonado-amostra 1(SDPVC-1) e PVC desidroclorado e sulfonado- amostra 2(SDPVC-2). As membranas foram caracterizadas por FTIR usando um equipamento IR Prestige-21 da Shimadzu. Os espectros foram registrados com 32 varreduras e resolução de 4 cm-1. O fluxo de vapor de água através das membranas foi medido usando a técnica do copo de Payne de acordo com SILVA et al. E a capacidade de troca iônica (CTI) foi realizada de acordo com BRANDÃO et al.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: De acordo com os espectros de FTIR, a ocorrência da reação de eliminação durante o processo de desidrocloração é evidenciada pelas bandas em 1644 e 1568 cm-1 (estiramento da ligação C=C) devido à formação das seqüências poliênicas e 1003 cm-1 (deformação fora do plano do grupo C=C-H) (MACHADO et al., 2010). Pode ocorrer também a reação de substituição nucleofílica, sendo a presença da banda em 3380 cm-1 (estiramento da ligação O-H) um indício deste fato. O processo de sulfonação foi confirmado pela presença da banda em 1191 cm-1 (estiramento do grupo –SO2) e o aparecimento das bandas em torno de 3400 cm-1 (estiramento do grupo S–O–H) e 1632 cm-1 (estiramento da ligação C=C). Isto evidencia uma competitividade entre o processo de sulfonação e um novo processo de polienização do PVC modificado. Os resultados de fluxo de vapor de água e capacidade de troca iônica encontram- se na Tabela 1. Comparando-se os valores do fluxo de vapor de água das membranas DPVC-1 e DPVC- 2, verificou-se um aumento de cerca de 3 e 13 vezes em relação ao PVC, respectivamente. Esta mudança pode ser atribuída à modificação química do PVC principalmente com a presença de grupos hidrofílicos O-H. Para as amostras sulfonadas, a possível mudança na morfologia associada à sulfonação parcial das membranas leva a um aumento na permeação de água de cerca de 9 e 25 vezes para as amostras SDPVC-1 e SDPVC-2, respectivamente, em relação ao PVC. Em relação à capacidade de troca iônica (CTI), embora os resultados das amostras desidrocloradas sejam inferiores ao da resina comercial, ambas apresentaram propriedades de troca iônica mesmo sem o processo de sulfonação. Já para as amostras sulfonadas, os valores aumentaram pouco em relação às amostras desidrocloradas e ainda são inferiores ao da resina comercial.

Figura 1

Espectros de FTIR para PVC não modificado, DPVC-1, DPVC-2, SDPVC-1 e SDPVC-2, região de 4000 a 400 cm- 1(a) e (c) e região de 1800 a 400 cm-1(b) e (d).

Tabela 1

Valores de fluxo de vapor de água obtidos por Copo de Payne e de capacidade de troca iônica para as amostras analisadas e para a resina comercial.

CONCLUSÕES: A modificação química do PVC foi efetiva devido às modificações observadas nos espectros de FTIR. O aumento nos valores de fluxo de vapor de água para as amostras desidrocloradas e sulfonadas em relação ao PVC mostrou que as propriedades de transporte podem ser modificadas pela presença dos grupos hidroxilas e grupos sulfato na cadeia polimérica do PVC. A CTI aumentou para as amostras sulfonadas em relação ao PVC original e desidroclorado, mostrando que a sulfonação parcial das amostras ocorre e que tem influência na morfologia das membranas e nas suas propriedades de transporte.

AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem à CAPES, à FAPEMIG pelo projeto APQ 02269-09 e Silva e Vieira pelas bolsas de Iniciação Científica e de Doutorado, respectivamente.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BRANDÃO, L.R.; MEIRELES, C. da S.; DE ASSUNÇÃO, R.M.N.; RODRIGUES FILHO, G. 2005. Diffusion of Water through Poly(styrenesulfonate) membranes produced from the sulfonation of wasted PS plastic cups. Polymer Bulletin, 55: 269-275.
GUO, L.; SHI, G.; LIANG, Y. 1999. High-quality polyene films prepared by poly (ethylene glycol)s catalyzed dehydrochlorination of poly (vinyl chloride) with potassium hydroxide. European Polymer Journal, 35: 215-220.
GUO, L.; SHI, G.; LIANG, Y. 2001. Poly(ethylene glycol)s Catalyzed Homogeneous Dehydrochlorination of Poly(vinyl chloride) with Potassium Hydroxide. Polymer, 42: 5581- 5587.
KEANE, M.A. 2007. Catalytic conversion of waste plastics: focus on waste PVC. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 82: 787-795.
MACHADO, H. M. A. M. M. S. Reciclagem química do PVC: aplicação do PVC parcialmente desidroclorado para a produção de um trocador iônico. 2009. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Uberlândia (UFU).
MACHADO, H. M. de A. M. M. S.; RODRIGUES FILHO, G.; DE ASSUNÇÃO, R. M. N.; SOARES, H. M.; CANGANI, A. P.; CERQUEIRA, D. A.; MEIRELES, C. da S. 2010. Chemical Recycling of Poly(vinyl chloride): Application of Partially Dehydrochlorinated Poly(vinyl chloride) for Producing a Chemically Modified Polymer. Journal of Applied Polymer Science, 115: 1474-1479.
SADAT – SHOJAI, M.; BAKHSHANDEH, G.-R. , 2011. Recycling of PVC wastes. Polymer Degradation and Stability, 96: 404-415.
WU, Y. H.; ZHOU, Q.; ZHAO, T.; DENG, M.L.; ZHANG, J.; WANG, Y.Z. 2009. Poly(ethylene glycol) enhanced dehydrochlorination of poly(vinyl chloride). Journal of Hazardous Materials, 163: 1408-1411.