Síntese e caracterização de poliestireno modificado com óleo vegetal e derivados de ácidos graxos

Abstract

Resumo: O poliestireno (PS) é um dos polímeros mais utilizados no mundo, possuindo alta aplicabilidade em diversos ramos da indústria. A versatilidade pode ser atribuída às várias formas com que o poliestireno pode ser preparado, desde sua forma como cristal (standard) ou na forma expandida (EPS) além daquela na forma de copolímero como o poliestireno de alto impacto (PSAI). Muitos dos materiais utilizados para a modificação dessas classes de PS são de origem não renovável e de alto custo, portanto, seria de extremo interesse encontrar uma componente de origem renovável, mais acessível economicamente e que modificasse as propriedades do PS. Nesse contexto, esta dissertação visa desenvolver um polímero a partir do estireno com óleo vegetal e derivados, estudando sua viabilidade de aplicação e caracterizando-o. Assim, são apresentadas duas propostas de poliestireno modificado, sendo a primeira a reação entre o estireno e óleo de milho e a segunda uma reação entre estireno e óleo de milho modificado com álcool alílico. Para a obtenção do óleo modificado foi realizada uma transesterificação como catalisador básico para proporcionar a reação entre óleo de milho e o álcool alílico. Também foi realizada uma esterificação do ácido oléico com álcool alílico utilizando o catalisador ácido Ambertyst-15. A reação ocorreu em duas etapas, uma a 80ºC por 7h e outra ocorrendo a 90 ºC por 5h com intervalo de 24 h entre as etapas. A reação de transesterificação teve um rendimento de 42%, enquanto que a esterificação chegou a 89%. O éster de alila, assim como o óleo de milho in natura, foram empregados em reações de polimerização com estireno. O polímero a partir da reação entre estireno e oleato de alila nas condições de 2%, 5%, 10% e 15% de éster e os produtos foram caraterizados por FTIR, RMN de 1H e DSC, além de realizados ensaios de extração e solubilidade. Através dessas análises foi determinado que ocorreu a formação de um copolímero através da ligação dupla terminal. Observou-se que, para as maiores concentrações, há oleato de alila livre na matriz do copolímero. Os ensaios de extração e solubilidade mostraram que não houve reticulação nas condições utilizadas. Assim, conclui-se que existe uma forma de compatibilizar o estireno com uma matriz renovável, fácil de ser sintetizada e de custo acessível como o oleato de alila, para formação de novos compostos de poliestireno. Palavras-chave: Poliestireno, óleo de milho, oleato de alila, esterificação, transesterificação, copolímero.

Abstract: Polystyrene (PS) is one of the most widely used polymers in the world, having a high applicability in various industries. Versatility can be attributed to the various ways in which polystyrene can be prepared, from its crystal form (standard) or expanded form (EPS) in addition to that in the form of copolymer such as high impact polystyrene (HIPS). Many of the materials used to modify these PS classes are non-renewable and costly in origin, so it would be of extreme interest to find a renewable source that is more economically accessible and that modifies the properties of PS. In this context, this dissertation aims to develop a polymer from styrene with vegetable oil and derivatives, studying its feasibility of application and characterizing it. Thus, two proposals of modified polystyrene are presented, the first being the reaction between styrene and corn oil and the second a reaction between styrene and allyl alcohol modified corn oil. To obtain the modified oil, a transesterification was performed as a basic catalyst to provide the reaction between corn oil and allyl alcohol. An esterification of the oleic acid with allylic alcohol was also carried out using the Ambertyst-15 acid catalyst. The reaction occurred in two stages, one at 80ºC for 7h and another occurring at 90ºC for 5h with a 24h interval between stages. The transesterification reaction had a yield of 42%, while the esterification reached 89%. The allyl ester, as well as the in natura corn oil, were used in polymerization reactions with styrene. The polymer from the reaction between styrene and allyl oleate under the conditions of 2%, 5%, 10% and 15% of ester and the products were characterized by FTIR, 1H NMR and DSC, in addition to extraction and solubility tests. Through these analyzes it was determined that the formation of a copolymer occurred through the terminal double bond. It has been observed that for the higher concentrations, there is free allyl oleate in the copolymer matrix. Extraction and solubility assays showed no crosslinking under the conditions used. Thus, it is concluded that there is a way of making styrene compatible with a renewable matrix, easy to synthesize and affordable as allyl oleate, for the formation of new polystyrene compounds. Key-words: Polystyrene, corn oil, allyl oleate, esterification, transesterification, copolymer.