Utilização de glicerol na reciclagem química de PET visando a produção de poliésteres sulfonados

Abstract

Resumo: O recente interesse por fontes de energia alternativas, renováveis, de duração ilimitada e baixo impacto ambiental tem levado ao aumento da utilização e produção de biodiesel, o que implica em crescente disponibilidade de glicerina no mercado. Isto exige o estudo de novas aplicações para aumentar o consumo desta matéria prima, o que pode ser associado à solução de um grave problema ambiental como é o caso do descarte inapropriado de embalagens PET pós-consumo. Paralelamente, a tecnologia de células a combustível vem se mostrando bastante promissora, principalmente aquela que utiliza eletrólito polimérico. Células a combustível são dispositivos que geram eletricidade de maneira limpa, eficiente e versátil, possuindo enorme potencial de aplicação tanto em plantas estacionárias quanto veiculares e portáteis. A membrana polimérica trocadora de prótons mais utilizada atualmente é a Nafion®, por causa de suas excelentes propriedades e por estar disponível comercialmente. Entretanto, seu custo é muito elevado e por isso ainda restringe a disponibilidade das células bem como a sua aplicação comercial. Unindo estas duas importantes demandas do setor de energia, este trabalho demonstra o desenvolvimento de poliésteres aromáticos sulfonados obtidos a partir da reciclagem química de PET - poli(tereftalato de etileno) - pós-consumo e um derivado aromático do glicerol, visando a formação de membranas para utilização como eletrólitos sólidos para Células a Combustível de Membrana Trocadora de Prótons (PEMFC). O monômero, 1-fenoxi-2,3-propanodiol, foi sintetizado a partir do glicerol, através de uma rota sintética que passa pelo cloreto de glicerila, de forma rápida e eficiente, com rendimento de 83%. Este monômero foi utilizado nas reações de polimerização em etapas, com o PET, investigadas nas temperaturas de 220, 250, 270 e 290ºC. Os poliésteres obtidos foram submetidos às reações de sulfonação em condições mais brandas do que as utilizadas comumente, nas quais se investigou o tempo de reação. Os resultados obtidos demonstraram a formação de quatro poliésteres aromáticos inéditos, estruturalmente diferentes. A Análise Termogravimétrica evidenciou que os mesmos apresentam elevada estabilidade térmica, em torno de 120ºC. Através da Calorimetria Exploratória Diferencial pode-se verificar valores de Tg mais elevados que o valor da Tg do PET, indício da incorporação do monômero na estrutura, uma vez que a presença do grupo fenóxi na estrutura do polímero reduz a liberdade rotacional da macromolécula. Os poliésteres sulfonados, também inéditos, foram obtidos com diferentes índices de acidez e estes apresentaram perfis de perda de massa semelhantes. Além disso, a Tg diminuiu após a sulfonação, devido às alterações estruturais que ocorrem por conta desta reação. Os polímeros obtidos apresentaram propriedades variadas e podem ser utilizados para diversas aplicações, inclusive como precursores na síntese de outros polímeros. Os poliésteres sulfonados sintetizados possuem estruturas que permitem sua utilização como eletrólitos sólidos na composição de células a combustível.