Síntese de acrilatos de glicerina e aplicação como agente de reticulação para obtenção de copolímeros com metacrilato de metila

Abstract

Resumo: Em vista da realidade brasileira, a produção de biodiesel a partir de fontes vegetais está cada vez mais se tornando uma ótima alternativa como combustível. Para a produção deste tipo de combustível estão correlacionados fatores importantes, tais como, os econômicos, sociais, ambientais, entre outros. Um dos fatores ligado diretamente ao balanço econômico da produção do biodiesel é o consumo da glicerina produzida como co-produto. A transesterificação é o tipo de reação química para a produção do biodiesel, ao consumir os óleos vegetais, que são uma mistura de ésteres de ácidos graxos, produz cerca de 10% (v/v) do produto de glicerina. Muitos pesquisadores e empresários da área prevêem uma superoferta de glicerina no mercado devido às metas proposta pelo Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB). A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) estimou uma oferta no mercado de glicerina em um período de 30 anos de 25 milhões de toneladas. Contudo, muitos estudos científicos alinhados à necessidade do mercado industrial já tem mostrado sugestões para consumir toda essa glicerina. Uma das principais sugestões é a transformação da glicerina em insumos para fins industriais, por exemplo, como precursores na produção de polímeros, fármacos, aditivos para polímeros, etc. Nesse contexto, este trabalho teve como interesse modificar o glicerol pela reação de esterificação com o ácido acrílico para produzir um agente de reticulação para o poli(metacrilato de metila) (PMMA). O produto derivado da reação do glicerol e ácido acrílico (GA) foi caracterizado por espectroscopia na região do infravermelho e por espectrometria de ressonância nuclear magnética. Os métodos de caracterização revelaram uma mistura de produtos mono, di e tri esterificados. Para avaliar a possível aplicação do GA como agente de reticulação este foi polimerizado em massa via radical livre com metacrilato de metila. Foram preparadas diversas composições variando a concentração dos monômeros, além da homopolimerização do GA e do PMMA. Todos os polímeros apresentaram uma ótima aparência, sem segregação de fases, incolores e transparentes. Os polímeros foram avaliados frente ao teste de inchamento, grau de inchamento, calorimetria exploratória diferencial, análise termogravimétrica e propriedades mecânicas. Os resultados do teste e grau de inchamento apresentados pelos polímeros com a adição do agente GA mostraram evidência da formação das ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas, características similares apresentadas aos polímeros com o agente de reticulação usual na indústria, dimetacrilato de etileno glicol (DMEG).

Abstract: In view of the Brazilian reality, production of biodiesel from plant sources is increasily becoming a great alternate fuel. There are important factors correlated to the production of biodiesel fuel, such as the economic, social and environmental, among others. One of the factors directly linked to the economic balance of biodiesel production is the consumption of glycerin produced as byproduct of the process. Transesterification is the type of chemical reaction used to produce biodiesel, consumig vegetable oils, which are a mixture of fatty acid esters, yielding about 10% (v/v) of glycerin. Many researches and market specialists from the area foresee a drop of glycerin prices on the market due to the biodiesel production targets proposed by the National Biodiesel Production and Use (PNPB). The National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP) has estimated a market supply of glycerin in a period of 30 years of 25 million ton. However, many scientific studies aligned to the needs of the industrial market has already shown different possibilities for the consumption of this extra generated glycerin. One of the main suggestions is the transformation of glycerin in inputs for industrial processes, such as, for example, precursors for the production of polymers, pharmaceuticals, additives for polymers, etc… Following this trend, the objective of this study is to modify glycerol by esterification reaction with acrylic acid to produce a crosslinking agent for poly(methyl methacrylate) (PMMA). The obtained product from the reaction of glycerol and acrylic acid (GA) was characterized by infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance spectroscopy. These methods have revealed a mixture of mono, di and tri-esterified products. To assess the possibility of using GA as a crosslinking agent that was bulk polymerized via free radical with methyl methacrylate, various compositions were prepared varying the concentration of monomers. In addition, were prepared GA and PMMA homopolymers. All polymers obtained had good appearance (colorless and transparent), not showing any type of phase segregation. The polymers were evaluated in terms of swelling tests, swelling index, differential scanning calorimetry (DSC), thermal analysis (TGA) and mechanical properties. Test results and degree of swelling shown by polymers with the addition of GA agent evidenced of the formation of crosslinks between the polymer chains; the generated materials also presented similar characteristics of polymers with crosslinking agents which are commonly used by the industry, like ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA