Síntese e caracterização de compósito de poliuretano utilizando resíduos de madeira para a sorção de óleo mineral.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Moraes Góes, M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Maria de Carvalho, G. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA)

Resumo

Foram sintetizadas espumas de poliuretano (PU) para sorção de óleo mineral. Na composição das PU’s foi utilizado celulose, proveniente de descarte de indústrias moveleiras, quimicamente modificada. Foram sintetizadas quatro tipos de espumas: sem celulose, (EPU), com celulose macerada (EPUCEL), com celulose modificada com 4,4´-Difenilmetano Diisocianato (MDI) com razão molar OH/NCO 1:1 (EPUCEL1:1) e 3:1 (EPUCEL3:1). Por analise de RMN C13 verificou-se que a maceração e a reação com MDI da celulose foi efetiva. Pelos testes de sorção constatou-se que a maior sorção acontece para a EPUCEL1:1 em ambas condições. Para a avaliação da capacidade de reutilização das espumas constatou-se que o valor máximo de recuperação é de 82% para a EPU no sistema estático- óleo.

Palavras chaves

celulose; adsorção; óleo mineral

Introdução

Os Derramamentos de petróleo e seus derivados em águas ou em terras constituem uma grande preocupação. Tais derramamentos não só representam uma ampla perda de material, mas também um grande impacto ambiental e social. Os combustíveis fósseis e seus subprodutos, prejudicam a aeração e a iluminação natural de cursos d’água, devido à formação de um filme insolúvel na superfície, o qual produz efeitos nocivos à fauna e flora. Fora isso, o derrame de poucos gramas de óleo acarreta na inutilização de centenas, de metros cúbicos de água para consumo. (RIBEIRO e RUBIO, 2000)(ROSA e RUBIO, 2003; CORSEUIL e MARINS, 1997) Em casos de acidentes ambientais de derramamentos, alguns processos são indicados, tais como, os processos de dispersão, evaporação e emulsificação. Os Polímeros orgânicos porosos são largamente utilizados nas tecnologias de sorção modernas, entre esses polímeros utilizados como materiais sorventes as espumas de poliuretano PU têm se destacado. Estas espumas são constituídas de uma matriz polimérica porosa e hidrofóbica, que possui vários grupos funcionais polares (uretano, amida, éster, éter, grupos uréia, entre outros). Devido a essas propriedades, estes materiais são utilizados na sorção efetiva de moléculas polares e não-polares (Braun et al., 1985). Neste trabalho é proposto o aproveitamento dos resíduos gerados pelos setores moveleiros para tratar problemas ambientais causados pelo derramamento de petróleo e seus derivados em efluentes: utilização da madeira proveniente do descarte de indústrias moveleiras para a produção de espumas de poliuretano (PU) a fim de serem usadas como adsorventes no tratamento dos efluentes contaminados com óleos.

Material e métodos

A madeira moída foi imersa em solução de ácido peracético por 24h com agitação continua a 60ºC. O produto obtido, designado por CEL, foi lavado em água até pH 7 e seco à 60ºC por 24h. A reação da celulose com MDI foi realizada nas proporções de OH/NCO 3:1 (CEL3:1) e 1:1 (CEL1:1) em mol, em acetato de etila a 75ºC por 3 h com agitação. O produto obtido foi lavado com acetato de etila em refluxo por 3h e seco à 105oC. Foram sintetizadas espumas sem celulose (EPU), com celulose macerada (EPUCEL) e com as celuloses CEL 1:1(EPUCEL1:1) e CEL 3:1(EPUCEL3:1) . Para avaliação da capacidade de sorção do óleo nos três meios utilizados: Sistema estático – seco (SES), Sistema Estático – água + óleo (SEM) e Sistema Dinâmico – água + óleo (SDM), foi utilizado 0,5g de espuma para as diferentes formulações e foram imersas em 25 ml de óleo mineral comercial (SES) e 10 ml de óleo + 20 ml de água, formando um filme de óleo de 5,0mm na superfície (SEM e SDM) nos tempos de 0, 20, 40, 60, 80, 100 e 120 min. Em seguida o excesso de óleo das amostras foi retirado e a massa de óleo sorvida pela espuma foi determinada. Os ensaios foram realizados em temperatura ambiente e em triplicata. No ensaio dinâmico as espumas foram mantidas em agitação a 120 RMP. Para avaliação da capacidade de recuperação do óleo adsorvido prensou-se as espumas após o processo de sorção e determinou-se a massa de óleo recuperado. Ressonância magnética nuclear (RMN): espectrômetro de RMN VARIAN, modelo Mercury plus 300BB com frequência de ressonância para o núcleo 13C de 75,458 MHz acoplado com sonda de sólidos CP/MAS e MAS de 7mm. Microscopia eletrônica de Varredura (MEV): microscópio FEI modelo Quanta 200. A tensão de aceleração de 15,0 kV.

Resultado e discussão

O espectro de RMN 13C obtido para a amostra madeira macerada está de acordo com a literatura para a estrutura da celulose (JAISANKAR, et al). Observou-se os sinais em 66 ppm, 73-75 ppm e entre 84-89 ppm, referente aos carbonos glicosídicos. Devido à ausência de sinais em 56 ppm e 110-160 ppm, relacionados a grupos aromáticos da lignina, é possível afirmar que o processo de maceração foi realizado com sucesso, extraindo da superfície das fibras graxas, ceras, parte da hemicelulose e da lignina, expondo os grupos hidroxilas. Para as CEL3:1 e CEL1:1 observa-se os sinais dos anéis aromáticos referentes ao MDI entre 131-135 ppm e entre 160-184 ppm observa sinais referentes às carbonilas da uréia e da uretana, confirmando a reação da celulose com o MDI. Em todos os ensaios de sorção de óleo (Figura 1) a espuma EPUCEL1:1 apresenta maiores valores de sorção (4 a 6 g óleo/g espuma). Este resultado é um indício de que a modificação da celulose com MDI em proporções estequiométricas contribui significativamente para o processo de sorção do óleo já que os grupos hidroxilas da celulose estão ligados, diminuindo a hidrofilicidade do material. A recuperação do óleo sorvido após compressão das espumas está apresentada na tabela 1. Os maiores valores foram obtidos para a EPU em todas as condições, o que pode ser um indício da seletividade destas espumas (não absorção de água) devido ao seu caráter mais hidrofílico. Tabela 1. Recuperação do material após a sorção de óleo. Espuma SES SEM SDM EPU 82% 81% 81% EPUCEL 81% 49% 80% EPUCEL 1:1 72% 74% 70% EPUCEL 3:1 75% 71% 70% Na Figura 2 está apresentado a micrografias das espumas. Pode-se observar que a espuma EPUCEL1:1 apresenta maior densidade de poros o que pode estar influenciando na maior capacidade de sorção desta amostra.

Curvas de sorção de óleo: a) SDM. b) SEM. c) SES.


Micrografia obtida por MEV das espumas sintetizadas

Conclusões

A análise de RMN indica que a maceração em ácido peracético possibilitou a exposição dos grupos hidroxilas da madeira para reação com o isocianato. Assim como confirmam a reação com MDI. Foram sintetizada quatro formulações diferentes de espumas de PU com boa capacidade de sorção de óleo, apresentando maiores valores de sorção para a espuma EPUCEL1:1, que é a espuma com maior densidade de poros. A recuperação do óleo sorvido foi máxima, 82%, no SES, para a espuma EPU. Estes resultados preliminares demonstram que o material sintetizado é altamente promissor para o uso como sorvente de óleos.

Agradecimentos

Ao CNPq pelo apoio financeiro e ao CETEC de Arapongas pelos resíduos de madeira doados.

Referências

RIBEIRO, Tânia H.; SMITH, Ross W.; RUBIO, Jorge . Sorption of Oils by the
Nonlinving Biomass of a Salvínia sp. Environmental and Science
Technology. v. 34, n. 24 ,p. 5201-5205, 2000.

CORESUIL, H. X.; MARINS, M. D. Contaminação de águas subterrâneas por
derramamentos de gasolina: O problema é grave? Engenharia Sanitária e
Ambiental, v.2., n.2, p.50-54, 1997.

ROSA, J. J.; RUBIO, J. Desenvolvimento de um novo processo de tratamento
de águas oleosas - Processo FF. In: XIX Prêmio Jovem Cientista – 2003 –
Água – Fonte da Vida.

BRAUN, T.; NAVRATIL, J.D. ; FARAG, A.B. Polyurethane foam sorbents in separation science, CRS Press, Boca Raton, Flórida, 1985.

JAISANKAR, S.N.; NELSON, D.J.; BAMMER C.N. N. Nova síntese e caracterização dos cristais iónicos líquidos de poliuretano-ureia. Polymer 2009; 50, 4775–4780.