Desenvolvimento e aplicação de plastificantes alternativos para pvc obtidos a partir de modificações do óleo de soja

Abstract

Resumo: O poli(cloreto de vinila) (PVC) é um dos plásticos mais consumidos em todo o mundo e aliado ao consumo deste polímero está o de seus aditivos, dentre os quais pode ser destacada a classe dos plastificantes. Por definição, plastificantes são materiais adicionados à matriz polimérica com o objetivo de aumentar sua flexibilidade, processabilidade ou capacidade de alongamento. Para o PVC, a classe dos ftalatos é a mais utilizada sendo que, destes, o ftalato de dioctila (DOP) é considerado o plastificante padrão para o PVC. Apesar de todos os aspectos positivos que o DOP apresenta, esse e toda a classe dos ftalatos estão, nas últimas décadas, sendo alvo de muitos estudos científicos devido a sua toxicidade. Em alguns casos, foram confirmados dados sobre a retirada, por extração, do ftalato da matriz polimérica, inviabilizando a aplicação deste em algumas situações, principalmente quando em contato direto com alimentos. Outros estudos indicaram maior poder de toxicidade do DOP em diversas situações. Em vista desta problemática, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de alguns plastificantes a partir do óleo de soja. Neste estudo, primeiramente, o óleo foi epoxidado com perácido fórmico. Então ocorreu a abertura do anel do grupo epóxido pelo ácido fórmico e acético, obtendo assim dois plastificantes. Em paralelo o óleo de soja foi transesterificado na presença de NaOH (0,5 %), dando origem aos ésteres etílicos do óleo de soja. Após a etapa de purificação, este último foi submetido as mesmas reações descritas para o óleo de soja puro, sendo que nesse caso o grupo epóxido reagiu também com o ácido benzóico, obtendo três produtos. Por fim o óleo de soja foi transesterificado com o álcool alílico na presença de NaOH (0,5 %). Em seguida os ésteres alílicos foram epoxidados utilizando um perácido fórmico (in situ). Os produtos, bem como os intermediários de reação, foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear (1H e 13C RMN) e cromatografia gasosa. Também foram medidos outros parâmetros como densidade, viscosidade (40 oC e 100 oC), índice de acidez e avaliação do comportamento térmico. Considerando a obtenção eficiente dos produtos de reação, estes foram empregados na composição com PVC. As primeiras composições foram produzidas por ?casting? e com exceção de dois plastificantes os resultados visuais foram excelentes, pois os filmes se mostraram transparentes, com uma flexibilidade boa e não foi observado qualquer sinal de exsudação dos materiais, demonstrando sua boa compatibilidade com a matriz polimérica. Na seqüência, foram preparadas placas, por calandragem com o PVC e os plastificantes sintetizados. Para efeito comparativo, foi usado também o plastificante padrão DOP. Para conhecer o comportamento dos plastificantes na composição estes materiais foram testados em diferentes ensaios, como DSC e ensaio mecânico de tração. De maneira geral, os resultados obtidos foram bastante positivos, pois demonstraram ser possível substituir o DOP de forma total, ou mesmo parcial, com a utilização de alguns produtos sintetizados nesse trabalho.

Abstract: Poly (vinyl chloride) (PVC) is one of the most consumed types of plastics worldwide. PVC additives, such as plasticizers, are hence also used in high amounts. By definition, plasticizers are materials added to the polymer matrix in order to increase its flexibility, workability or elongation. The most common plasticizers used for PVC are phthalates. Dioctylphthalate (DOP) is considered the standard plasticizer for PVC. In the past decades, despite all the positive aspects that DOP presents, DOP itself, as well as all other phthalates, are being targets of lots of scientific studies owe to their toxicity. Some studies show that phthalates can be extracted from the polymeric matrix, what restricts their usage in some cases, especially in direct contact with food. Some other studies specifically indicate the high toxicity of DOP when used in various situations. In view of this problem, the aim of this work was the development of some plasticizers from soybean oil. The first step of this study was the epoxidation of soybean oil using formic peracid, followed by the addition of formic and acetic acids to open the peroxide ring. Two different plasticizers were thus obtained. In a second experiment, the soybean oil was transesterified using NaOH (0.5%), originating the ethyl esters of the oil. After purification, these esters were submitted to the same epoxidation reactions as described for the pure soybean oil, but benzoic acid was also used to open the peroxide ring. Three new different products were thus obtained. In the last experiment the soybean oil was transesterified with allyl alcohol in the presence of NaOH (0.5%). The allyl esters formed were epoxidized using formic peracid (in situ). The products obtained, as well as all reaction intermediates, were characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance (1H NMR and 13C NMR ) and gas chromatography. Other parameters such as density, viscosity, acidic index and thermal behavior evaluation were also measure. The products obtained were used in the PVC compositions. The first compositions were produced by "casting", and with the exception of two plasticizers, excellent visual results were obtained, since the films were transparent, with good flexibility and with no sign of exudation of the materials synthesized, demonstrating good compatibility with the matrix polymer. Samples of de composites with PVC and the synthesized plasticizers were prepared by calendaring. For comparison, we also used the standard DOP plasticizer. To understand the behavior of these new plasticizers in the compositions with PVC, these materials were tested using different techniques, such as DSC and mechanical traction tests. In general, the results obtained were very positive, demonstrating the possibility of totally or at least partially substitution of DOP, for some of the new plasticizers synthesized in this work.