ISBN 978-85-85905-15-6
Área
Físico-Química
Autores
Pessôa, K.F. (CETEM) ; Correia, J.C.G. (CETEM) ; Carauta, A.N.M. (FTESM) ; Pires, P.F.B. (CETEM)
Resumo
A resinagem de rochas ornamentais é um processo de beneficiamento de extrema importância. O cardanol presente no líquido da casca da castanha de caju (LCC) possui características físico-químicas diferenciadas que lhe permitem grandes combinações químicas podendo ser utilizadas nas mais diversas indústrias e é uma opção viável e de baixo custo para realizações de pesquisas de produtos poliméricos para a produção de resinas, já que ele possui propriedade de resistência à água e a produtos químicos. A modelagem molecular que se baseia em métodos computacionais para a simulação de sistemas o mais próximo possível do real, pode estudar antes da fabricação, se a resina derivada do líquido poderá ser favorável ao processo de resinagem.
Palavras chaves
Resinagem; Cardanol; Modelagem Molecular
Introdução
O processo de resinagem em rochas ornamentais é de suma importância, através do mesmo, ocorre à estruturação do material ocasionando melhora na qualidade na superfície da chapa removendo uma eventual imperfeição e ainda preservando a rocha contra ação de intempéries causadas por agentes do meio externo (LOPES, 2003). Atualmente, o principal produto usado para esta finalidade é a resina epóxi, que apresenta como inconvenientes a toxicidade e não biodegradabilidade. O líquido da casca da castanha de caju é uma substância biodegradável e menos tóxica e que pode ser encontrada com abundância em terras brasileiras. Seu principal componente o cardanol, possui em sua estrutura grupos funcionais bastante reativos que podem interagir com minerais possibilitando o seu uso para esta finalidade (MAZZETTO et al 2009). A Teoria do Funcional de Densidade (Density Functional Theory – DFT) é bem estabelecida e não sofre influência de frequentes e injustificáveis aproximações no procedimento computacional. Não há a necessidade de seus parâmetros serem ajustados e determinados empiricamente e por isso pode ser caracterizada como uma teoria derivada do método ab initio (MORGON, 1995; CUSTODIO, 1995). Ela inclui os efeitos da correlação eletrônica, isto é, os elétrons reagem ao movimento de outros no sistema molecular. Por ser um método que não trata os elétrons de cada orbital individualmente, mas como densidades eletrônicas, ele tem um custo computacional menor e isso favorece o uso da DFT para se estudar grandes sistemas moleculares representando de forma real sistemas orgânicos, inorgânicos metálicos e semi-condutores. Além do ganho em velocidade computacional e espaço em memória.
Material e métodos
A estrutura do cardanol foi montada com o software Materials Visualizer. A mesma foi submetida a uma otimização de geometria através do método de mecânica molecular, com o uso do campo de força Dreiding, no módulo do programa Forcite, presentes no pacote de programas Materials Studio 4.3.0.0.Após a otimização de geometria por mecânica molecular, foi realizada uma dinâmica molecular para realizar uma análise conformacional a fim de se obter a conformação mais estável, para isso utilizou-se o campo de força Dreiding, nas seguintes condições: temperatura fixa em 298 K, e tempo de dinâmica de 1 ns. Uma análise da trajetória foi realizada e três estruturas foram selecionadas e as três estruturas selecionadas foram novamente submetidas a uma segunda otimização de geometria. A frequência de cada estrutura foi calculada pelo método semiempírico AM1 no software Gaussian 03W 6.0. A estrutura do mineral albita foi obtida pelo banco de dados cristalográficos do software Materials Studio e com a estrutura mais estável do cardanol já selecionada na etapa anterior, foram montadas estruturas em condições periódicas de contorno (PBC) para a simulação da interação do sistema albita-cardanol. A mesma foi otimizada utilizando os parâmetros já estipulados anteriormente isto é, o campo de força Dreiding.A partir da estrutura mais estável da interação cardanol-albita calculado pelos métodos de mecânica e dinâmica molecular, foi adequada uma estrutura deste sistema para a realização de cálculo por DFT no software Gaussian 03W 6.0. O funcional B3LYP foi utilizado com a base LANL2DZ para a albita e a base 6.311G+ (d,p) para o cardanol. A fim de estudar as interações entre o mineral e a resina em um nível de cálculo mais aprofundado onde as interações eletrônicas são consideradas.
Resultado e discussão
Os resultados obtidos com a otimização por mecânica molecular do sistema
cardanol-albita mostraram que a interação ocorre de fato, sendo favorável
energeticamente. A energia de estabilização pôde ser calculada através da
difrença de potencial entre o sistema não ligado e ligado da interação. Onde
o ΔE negativo será favorável para a interação. O valor de ΔE obtido
após a otimização foi de -20830.83 kcal/mol.
Sistema ligado antes da otimização de geometria
Sistema ligado depois da otimização de geometria
Conclusões
A observação do sistema utilizando os métodos de mecânica e dinâmica, molecular possibilitou analisar o processo de interação do cardanol, principal constituinte do líquido da casca da castanha de caju com a albita, presente em maior quantidade nos granitos, no que se diz respeito aos sítios e energias responsáveis para acontecer a interação. A interação intermolecular do tipo eletrostática é a que mais contribui para o processo de adesão, nos mostrando que a distribuição das cargas tanto na superfície do mineral quanto no cardanol são importantes no processo de quimissorção.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CETEM pela infraestrutura oferecida, aos integrantes do laboratório de modelagem molecular (LabMol), e ao CNPq pela bolsa de iniciação.
Referências
LOPES, L. Resinagem em Chapas de Granito, CE. 2003.Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2003.
MAZZETTO, S. E.; LOMONACO, D.; MELE, G. Óleo da castanha de caju: oportunidades e desafios no contexto do desenvolvimento e sustentabilidade industrial. Química Nova, vol. 32, n.3, 732-741p, 2009.
MORGON, N.H.; CUSTODIO, R.; Teoria do funcional de densidade. Química Nova, vol. 18, n.1, 44-55p, 1995.
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