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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SULCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
LABORATÓRIO DE POLÍMEROS - LPOL
SÍNTESE DE POLIURETANO TERMOPLÁSTICO (TPU) POR EXTRUSÃO REATIVA – CONTROLE DA SÍNTESE E
CARACTERIZAÇÃO VIA ESPECTROMETRIA NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO MÉDIO
Alexandre Sonaglio Bolner1, Vinicius Pistor1, Rudinei Fiorio1, Cesar Liberato Petzhold2, Ademir José Zattera1
1 Laboratório de Polímeros – UCS; 2 Departamento de Química Orgânica – UFRGS.
1. INTRODUÇÃO
2. OBJETIVOS
5. RESULTADOS
O poliuretano termoplástico (TPU) (Figura 1) é um material versátil que
abrange uma vasta gama de aplicações industriais. Suas aplicações variam de
artigos usuais a peças técnicas.
Realizar a síntese de novos poliuretanos termoplásticos, contendo materiais
híbridos orgânico-inorgânicos como extensores de cadeia, através do processo
4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750
Numero de onda (cm-1)
3050-3600
- OH
2090-2430-NCO
2850-2950
-CH2CH
3
Pré
-polí
mero
1,4
bu
tan
od
iol
TPU
O mecanismo de síntese que envolve a obtenção dos TPUs e é geralmente por
adição em etapas.
A extrusão reativa vem apresentando grande interesse comercial, pois
apresentam as características necessárias para um reator químico, principalmente
capacidade de mistura de materiais viscosos e troca adequada de calor.
No avanço da nanociência, os oligômeros poliédricos de silsesquioxano (POSS)
vêm sendo utilizados na modificação de polímeros, visando a obtenção de
propriedades diferentes daquelas encontradas para os polímeros convencionais.
Figura 1 – Estrutura química característica do poliuretano termoplástico
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
20
30
40
50
60
70
80
90
100Isooctil trisilanol-POSS
R-O
-R'
CH
3
CH
Tra
nsm
itân
cia
(%
)
Numero de onda (cm-1)
Si-O
H
CH
2
CH
-Si
Si-O
-SiC
H
(CH
)n
A Figura 3 apresenta as bandas
características de OH (3050-3600 cm-1) e
NCO (2090-2430 cm-1) [1,2]. Com a
síntese do TPU, estas bandas decrescem
consideravelmente.
Segundo Corish, a vibração de NH
≈3300 cm-1, a banda de amida I (def. axial
de C=O) na forma de ombro ≈ 1695 cm-1, e
a absorção de amida II (def. angular de
NH) ≈ 1540 cm-1 habilitam ao polímero ser
identificado como um poliuretano [3]
(Figura 4).
TPU/BDO
Pré-polímero
BDO
1377
1480
1400 - 14501330
1050
17001290 - 1340
16061220
Figura 3 – Espectros obtidos para reagentes e TPU sintetizado
Sínteses Vazão Pré-pol. (g/min) Vazão BDO (g/min) Indice de NCO (%)
TPU/ BDO 39,42 ± 0,25 7,62 ± 0,06 97,56
0,23 POSS 39,62 ± 0,22 7,64 ± 0,03 98,05
0,57 POSS 40,56 ± 0,24 7,72 ± 0,02 97,82
2,28 POSS 40,46 ± 0,47 7,70 ± 0,01 97,43
Tabela 1 – resultados obtidos a partir da calibraçãoA Tabela 1 indica que as
sínteses mantiveram a mesma
estequiometria esperada..
6. CONCLUSÕES
7. REFERÊNCIAS
8. AGRADECIMENTOS
híbridos orgânico-inorgânicos como extensores de cadeia, através do processo
de extrusão reativa.
Coleta
Analise FTIR Pós-tratamento (70°C; 24 horas)
Síntese
pré-polímero 1,4-BDO POSS Tempo resistência 1mim
Calibração e ajuste de maquina
Estequiometria Temperatura 70ºC Rotação 100RPM
Montagem
Rosca Bombas de dosagem
Os resultados obtidos em relação a dosagem dos reagentes foram
satisfatórios.
As curvas de calibração mantiveram a estequiometria para o índice de
NCO em aproximadamente 98 utilizado para todas as sínteses.
Os resultados obtidos a partir do FTIR nos fornecem bandas que
confirmaram a obtenção do poliuretano termoplástico pelas síntese .
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
TPU/ 2,28% POSS póscurado
TPU/ 1,14% POSS póscurado
TPU/ 0,57% POSS póscurado
TPU/ 0,23% POSS póscurado
TPU/BDO póscurado
Numero de onda (cm-')
TPU/BDO
TPU/ 0,23% POSS
TPU/ 0,57% POSS
TPU/ 1,14% POSS
TPU/ 2,28% POSS
3322 29542870
2266
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700
poscurados
Numero de onda (cm-1)
1730 1700
1615
1595
1479
1412
1307
1250 1220
1178
1128
1070
1018
916
816770
750
850
a
b
c
d
e
4. EXPERIMENTAL
3.MATERIAIS�Pré-polímero com terminações isocianato (Urecon 185, Coim, com 18% de NCO
livre);
�1,4-butanodiol (BDO, M.Cassab) ;
�Oligômero poliédrico de silsesquioxano isooctil trisilanol-POSS (POSS, Hybrid
Plastics).
Os autores agradecem à empresa M.Cassab, pela doação de parte das matérias-primas, e à FAPERGS pela concessão da bolsa de iniciação científica.d
Figura 2 - Periféricos adaptados e configuração de rosca modificado para a síntese onde: (a) é a Bomba de engrenagens utilizada para a dosagem, (b) é a extrusora utilizada no experimento, (c) é a capela utilizada para
controle de atmosfera e (d) é a configuração de rosca utilizada no trabalho
�A incorporação de POSS foi de 0,23; 0,57; 1,14; 2,28 % em massa;
�A estequiometria foi mantida com índice de NCO de aproximadamente 98%;
�A modificação da rosca consistiu em adicionar elementos de mistura antes da
degasagem para aumentar o tempo de residência e favorecer na homogeneização
do sistema;
O espectro do POSS apresenta
bandas características de ligação Si-
OH, CH-Si e Si-O-Si [4] (Figura 5).
Nas Figura 6 (a) e (b) pode ser observado que a adição de POSS na
síntese por extrusão reativa, não alterou as bandas características do TPU.
Observou-se também que o pós-tratamento terminou a reação reduzindo a
banda entre 2090-2430 cm-1 referente ao NCO livre.
2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700
Numero de onda (cm-1)
1730
1606
1520
1220
11701077
Figura 4 – Espectros obtidos para reagentes e TPU sintetizado; aproximação da Figura 3 para
comprimento de onda de 2000-700 cm-1
Figura 5 – espectro do isooctil trisilanolPOSS
Figura 6 – Gráficos comparativos entre sínteses contendo POSS e com pós tratamento onde figura (a) comparativos entre TPU; 0%; 0,23%; 0,57%; 1,14%; 2,28% de POSS em massa e (b)
aproximação para 1500-700 cm-1
(a) (b)
[1] Clarke, M.G.B. Drew, W. Hayes, A. Slark, P. Woodward. Reactive and FunctionalPolymers. 2006, 66; 1284:1295.[2] G. Lu, D. M. Kaylon. Polymer Engennering and Science. 2003, 43; 1863:1877.[3] P. J. CORISH. Analytical Chemistry, 1959, 31; 1298:1306.[4] R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle. Identification of OrganicCompounds. Seventh Edition. John Wiley & Sons, INC. 2005.