ÁREA: Química dos Materiais
TÍTULO: DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS CINETICOS DE DECOMPOSIÇÃO E TEMPO DE MEIA-VIDA DA RESINA CARDANOL-FORMALDEIDO POR TERMOGRAVIMETRIA
AUTORES: SANTOS, R.S.-UFPI; SOUZA, C.M.L.-UFPI (REGINALDO2005@UFPI.BR)
RESUMO: A indústria de plásticos nos últimos anos tem investido em pesquisas na busca de substituintes do fenol derivado do petróleo. O líquido da castanha do caju (LCC), um subproduto da indústria de processamento da amêndoa, apresenta compostos de constituição fenólica, sendo o cardanol um composto fenólico m-substituído usado na obtenção de resinas termofixas. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a cinética de decomposição da resina cardanol-formaldeído (CF) por meio da termogravimetria (TG). Para o estudo cinético utilizou-se o método de Flynn-Wall-Ozawa (FWO). Foram cálculos energia de ativação (Ea) e fator pré-exponencial (A). A energia de ativação encontrada para a decomposição do material foi de 171,90 kJ/mol. Os dados cinéticos permitiram avaliar o tempo de meia-vida da resina.
PALAVRAS CHAVES: resina cardanol-formaldeído. cinética de decomposição, flynn-wall-ozawa
INTRODUÇÃO: Na indústria do caju o principal produto é a amêndoa. O processamento desta amêndoa libera um líquido (LCC) que apresenta em sua constituição compostos fenólicos, sendo o de maior teor o cardanol. A indústria de plásticos tem investido em pesquisas na busca de substituintes do fenol derivado do petróleo e neste aspecto o LCC se tornado uma fonte viável.
Resinas termorrígidas a partir do cardanol são obtidas na presença de formaldeído, em meio ácido ou básico. A resina obtida pode ser empregada na produção de materiais que exijam grande esforço térmico e mecânico. (MWAIKAMBO et al., 2001). Devido a possibilidade de aplicabilidade desta resina, é de interesse o conhecimento do comportamento cinético de decomposição em condições extremas de uso.
O estudo cinético de decomposição térmica de materiais por termogravimetria (TG) tem sido uma ferramenta útil para estimar o tempo de meia-vida de polímeros (LAGE et. al., 1999; DOBKOWSKI et al., 2002). Os dados cinéticos são calculados a partir de simples curvas com diferentes razões de aquecimento (BARRAL et al. 2005). Considerando que a reação de decomposição obedece à equação de Arrhenius, os parâmetros cinéticos podem ser determinados.
MATERIAL E MÉTODOS: Na obtenção da resina Foram utilizados: p-formaldeído da Synth e NaOH 2,0 mol/L como catalisador.
A resina foi obtida pela mistura de 11,5 g de cardanol com 2,3 g de p-formaldeído, sendo mantida sob agitação mecânica constante e em banho-maria por 10 min. a 90 °C. Em seguida foi adicionado 2 mL do catalisador deixando-se misturar por mais 60 min.
As curvas termogravimétricas foram obtidas no equipamento da TA instruments, modelo TGA 2050. Os experimentos foram realizados em cadinho de platina, com massa de 3,6-4,0 mg, sob atmosfera de nitrogênio gasoso, a uma vazão de 150 mL/min e razões de aquecimento (q) de 5, 7, 10, 12 e 15 °C/min.
Em cada curva TG formam tomados 8 graus de conversão (α) espaçados em 2,5%. De posse dos α e das temperaturas referentes a cada uma delas, foi possível encontrar os parâmetros da cinética de decomposição por meio do gráfico: log q vs 1/T. A inclinação da reta é proporcional a Ea e a intersecção com o eixo y, representa o valor de log A. O método descrito por Dobkowski e Rudnik (D&R) possibilitou a obtenção do tempo de meia-vida da resina CF (DOBKOWSKI et al., 1997)
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Fig. 1 apresenta as curvas TG da resina CF. A decomposição térmica da resina inicia por volta de 200 °C até cerca de 440 °C. Na fig. 2 temos uma série de retas, criadas por regressão linear, para a resina CF nas cinco razões de aquecimentos e em diferentes α.
A metologia empregada para se obter Ea de decomposição, recomenda que não se devam utilizar graus de conversão próximos do início da reação. Isso pode ser confirmado na Fig. 2 quando se observa a reta obtida para α=2,5%, onde a inclinação é visualmente diferente.
A Tab. 1 fornece os valores de Ea e fator pré-exponencial da cinética de decomposição da resina CF. Uma média dos valores mais significativos, de 5,0 a 20%, nos dá um valor de energia de ativação médio de aproximadamente 171,90 kJ/mol. Os resultados estão compatíveis com valores encontrados para outras resinas termofixas (MORANCHO et al., 2004).
O método D&R foi aplicado para estimar o tempo de meia-vida da resina CF. O tempo de falha é encontrado pela equação: tf = (1/A) exp(Ea/RT) (DOBKOWSKI, 2006).
Uma extrapolação da curva, na Fig. 3, em temperaturas próximas da temperatura ambiente nos dá um período de meia-vida de aproximadamente 2300 anos
CONCLUSÕES: Os parâmetros cinéticos de decomposição térmica podem ser aplicados para estudos da estabilidade de materiais poliméricos, bem como para a predição do tempo de meia-vida. Pelo método Flynn-Wall-Ozawa foram encontradas diferentes Ea para a decomposição da resina CF. A Ea média para a decomposição da resina foi de 171,90kJ/mol.
O tempo de meia-vida estimado foi de aproximadamente 2300 anos, indicando que a resina CF pode ser usada em temperatura ambiente por um longo tempo sem apresentar falha. Essa estabilidade garante a aplicação da resina em materiais expostos ambiente de elevada temperatura
AGRADECIMENTOS:Os autores agradecem a CAPES pelo apoio financeiro
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:BARRAL, L.; DÍEZ, F. J.; GARCIA-GARABAL, S.; LÓPEZ, J.; MONTEIRO, B.; MONTES, R.; RAMÍREZ, C.; RICO, M. 2005. Thermodegradtion kinetics of a hybrid inorganic-organic epoxy system. European Polymer Journal, 41: 1662-1666.
DOBKOWSKI, Z. 2006. Thermal analysis techniques for characterization of polymer materials. Polymer Degradation and Stability, 91: 488-493.
DOBKOWSKI, Z.; RUDNIK, E. 1997. Lifetime prediction for polymer via the temperature of initial decomposition. Journal of Thermal Analysis, 48: 1393-1400.
DOBKOWSKI, Z.; RUDNIK, E. 2002. Lifetime prediction for polymer via the temperature of initial decomposition Part 2. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 69: 693-697.
LAGE, L. G.; KAWANO, Y. 1999. Estudos sobre cinética de decomposição térmica de poli(sulfeto de fenileno). Polímeros: Ciências e Tecnologia, 9: 82-85.
MORANCHO, J. M.; SALLA, J. M.; RAMIS, X.; CADENATO, A. 2004. Comparative study of the degradation kinetics of three powder thermoset coatings. Thermochimica Acta, 419: 181-187.
MWAIKAMBO, L. Y.; ANSELL, M. P. 2001. Cure characteristics of alkali catalysed cashew nut shell liquid-formaldehyde resin. Journal of Materials Science, 36: 3693-3698.