Desenvolvimento de materiais poliméricos transparentes para fotobiorreatores

Abstract

Resumo: A avaliação de diferentes materiais para aplicações em fotobiorreatores, bem como o desenvolvimento de novos é fundamental para viabilizar o custo da produção de microalgas, principalmente para a finalidade de produção de biocombustíveis. Sabe-se que o PVC é um dos materiais mais comumente utilizados, apesar das controvérsias relacionadas à utilização do mesmo. Tendo em vista a necessidade do conhecimento do tempo de duração destes materiais quando expostos à intempéries, foi desenvolvido um modelo matemático simplificado para a predição do envelhecimento do PVC. O modelo foi baseado no processo de dehidrocloração em atmosfera inerte. Como diferencial, foi aplicado um modelo cooperativo com a introdução da equação de Hill para ajuste dos modelos atuais. Os resultados obtidos na simulação computacional foram comparados com publicações prévias na literatura e foram obtidas correlações quantitativas e qualitativas satisfatórias para um modelo simplificado. Como conclusão, o modelo avançou na questão do perfil obtido para as predições matemáticas atualmente apresentadas e a simulação mostrou-se como uma importante ferramenta no estudo de novas formulações. Também foram estudadas blendas de polipropileno copolímero randômico (RCP) com um elastômero oleofínico (EPR) como alternativa aos materiais atualmente utilizados. Foram estudadas amostras com adição de 10% de EPR (m/m) na matriz de RCP, sendo estas com ou sem adição de anti-UV. Os resultados obtidos demonstraram que após 15 semanas de exposição à intempéries naturais resultaram em uma amostra frágil para 100% de RCP, enquanto que a adição do elastômero oleofínico auxiliou na manutenção das propriedades térmicas e óticas do material. Ainda, foi observada uma tendência de formação de entrecruzamento nas amostras com adição do elastômero oleofínico anteriormente à cisão das cadeias, resultando em um retardamento do processo de terminação do envelhecimento. No caso das amostras com adição de anti-UV, foi observada a melhor resposta frente ao envelhecimento, sendo que as estas amostras não apresentaram alterações significativas em seu comportamento térmico, ótico e mecânico.

Abstract: The evaluation of different materials used in photobioreactors and the development of alternative ones is essential to enable the cost of microalgae production, mainly for the purpose of biofuel production. It is known that PVC is a commonly used material, despite the environmental controversy relating to its use thereof. In view of the need to assess the life cycle of these materials subjected to outdoor environmental conditions, a simplified mathematical model to predict the aging of PVC was developed. The model was based on the dehidrocloration process in an inert atmosphere. A cooperative equation was introduced in the formulation based on the Hill equation to fit the current models. Previously published experimental data were used to validate the numerical simulation results obtained with the model, with good quantitative and qualitative agreement. In conclusion, the model represents an advance in obtaining realistic PVC ageing predictions in comparison to the current available ones and is expected to be a useful tool for simulation, design, and optimization of PVC for minimum photodegradation. In addition, blends of polypropylene random copolymer (RCP) with an oleofinic elastomer (EPR) were studied as an alternative to currently used materials. Samples were studied by adding 10% EPR (w/w) in PCR matrix, which are with or without the addition of anti-UV. After 15 weeks of exposure to natural weathering the 100% RCP sample showed a fragile behavior while the addition of the oleofinic elastomer helped maintaining the thermal, mechanical and optical properties of the material. Furthermore, it was observed a crosslinking tendency in the samples with the addition of the oleofinic elastomer, resulting in a delay of the termination aging process. The samples with the anti-UV showed the best response against aging, without any significant changes in their thermal, optical and mechanical response.