ÁREA: IC-Iniciação Científica
TÍTULO: ESTUDO DO ENVELHECIMENTO DA POLIAMIDA 11 MONITORADO POR MEDIDAS DE VISCOSIDADE
AUTORES: ROMAO, W. - UFES
FILHO, E.A.S. - UFES
CASTRO, E.V.R. - UFES
SENA, G.L. - UFES
RESUMO: Devido a recente necessidade de se ampliar o transporte dutoviário, um estudo detalhado tem sido feito sobre a durabilidade de materiais termoplásticos aplicados à exploração de petróleo. A poliamida 11 é um polímero muito utilizado no revestimento interno de dutos flexíveis. O envelhecimento da poliamida 11 (PA-11) foi realizado a elevadas temperaturas (120 e 140ºC) em água de formação proveniente do petróleo pH = 5,5 e água ultrapura pH = 7,0. Medidas de viscosidade mostram que a hidrólise do polímero aumenta com a temperatura e do pH da solução, levando a formação de monômeros e oligômeros dispersos na matrix. A presença desses compostos de baixo peso molecular foi confirmada por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e DRX onde um aumento da cristalinidade pode ser observado.
PALAVRAS CHAVES: envelhecimento, poliamida 11, hidrólise.
INTRODUÇÃO: Dentro do sistema de produção de petróleo offshore, o desenvolvimento de tecnologias aplicado a dutos flexíveis tem ganhado importância como uma conveniente e eficaz maneira de conectar poços de exploração à plataforma de petróleo. As excelentes propriedades mecânicas e de barreira concederam a função da poliamida 11, de ser um dos primeiros polímeros escolhidos para revestirem internamente essas linhas flexíveis (JACQUES et al., 2002). A PETROBRÁS que atualmente perfura poços sob lâminas d’água de 1.877 metros se prepara para atingir reservas de até 3 mil metros de profundidade (SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL, 2003). Logo, estudos sobre o processo de envelhecimento desse termoplástico acompanhando a mudança de suas propriedades físico-químicas, vem ganhando bastante importância (SERPE et. al., 1997). A hidrólise pode ser considerada o principal mecanismo responsável pela degradação do material polimérico. Esse mecanismo pode ser influenciado pela variação da temperatura e da acidez do meio (CO2, H2S, ácidos orgânicos, ácidos inorgânicos). Medidas de viscosidade inerente corrigida, VIC, são amplamente usadas a fim de monitorar este processo de degradação hidrolítica (API 17TR2, 2003).
MATERIAL E MÉTODOS: O ensaio de envelhecimento da poliamida 11 foi realizado em reatores tipo Parr com fornos de aquecimento e controladores de temperatura. As amostras foram envelhecidas em água de formação (pH ≈ 5,5) e água ultrapura (pH ≈ 7,0) a 120º C e 140 ºC. Antes da realização do ensaio a solução foi desaerada e pressurizada durante 2 horas. Após o envelhecimento, medidas da VIC e teor de plastificantes foram realizados segundo as normas estabelecidas pela API TECHNICAL REPORT 17TR2 utilizando um sistema de banho semi-automático D15KP-LAUDA e uma estufa a vácuo, respectivamente. Análises térmicas das amostras foram feitas através de um calorímetro DSC-50 Shimadzu de acordo com as normas ASTM D-3418-82. Medidas de difração de raio X foram realizadas a temperatura ambiente usando um DRX Rigaku, CuKalfa, radiação L = 1,54148nm.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A dependência da hidrólise em função da temperatura é claramente expressa através da Figura 1. As curvas mostram que a viscosidade inerente varia exponencialmente com o tempo. A queda inicial da VIC com o tempo para água destilada e água de formação a 140 ºC são semelhantes. Isso sugere que o efeito do pH afeta principalmente a posição de equilíbrio do sistema, levando a uma maior degradação da PA-11. Em água de formação a 120ºC, a degradação da PA-11 é mais lenta, entretanto os valores atingidos pela VIC são próximos daqueles obtidos para a água de formação a 140ºC. A perda de plastificantes durante o envelhecimento é mostrada na Figura 2.Nota-se que a PA-11 perde menos material extraível na água de formação do que na água destilada. No entanto, a viscosidade inerente atinge valores menores quando a amostra é envelhecida na água de formação.As análises de DSC mostraram a formação de um pequeno pico próximo ao ponto de fusão (Figura 3) como resultado da elevada taxa de hidrólise (SERPE et. al., 1997).Esse fenômeno proporciona um pequeno deslocamento no ponto de fusão devido ao aumento, na porcentagem de cristalinidade. Medidas de DRX também confirmam esse aumento de cristalinidade.
CONCLUSÕES: : A hidrólise da PA-11 é catalisada tanto pelo aumento da temperatura quanto pela diminuição do pH, visto que o último afeta principalmente a posição de equilíbrio do sistema correspondendo a uma maior degradação da PA-11. Uma peculiaridade desse material, é que os compostos de baixo peso molecular resultante da degradação hidrolítica não migram para fora da amostra, o que não é comum para maioria dos polímeros industriais. Como conseqüências desse fenômeno mudanças em suas propriedades físicas foram comprovadas a partir dos dados obtidos pelo DSC e DRX.
AGRADECIMENTOS:Laboratório de Materiais Carbonosos, Laboratório de Difração de Raio X, UFES e CENPES – PETROBRAS.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:API TECHNICAL REPORT 17TR2. Ageing of PA-11 in flexible pipes – redaction under progress. FIRST EDITION, JUNE 2003.
JACQUES, B.; WERTH, M.; MERDAS, I.; THOMINETTE, F.; VERDU, J. 2002. Hydrolytic ageing of polyamide 11. 1. hydrolysis kinetics in water. Polymer, 43: 6439-6447.
SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL. Petróleo: A ciência e extrair energia da terra, Edição Especial Nº 3 - Dezembro de 2003.
SERPE, G.; CHAUPART, N.; VERDU, J. 1997. Ageing of polamide 11 in acid solutions.