Produção de ureia-formol

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IGOR OLIVEIRA DA SILVA 
 SÍNTESE DE UREIA-FORMALDEÍDO 
 Suzano, SP 
 2024 
 IGOR OLIVEIRA DA SILVA 
 SÍNTESE DE UREIA-FORMALDEÍDO 
 O presente trabalho trata-se de um relatório 
 elaborado a partir da execução de um 
 experimento de síntese do polímero 
 ureia-formaldeído em escala laboratorial, que 
 teve por finalidade estimular a discussão e o 
 senso crítico dos alunos da disciplina de 
 Química Orgânica II, associando teoria e 
 prática para auxílio no aprendizado acadêmico. 
 Professora orientadora: Dra. Mª Raquel Manhani 
 Professor orientador: Dr. Rodrigo Oliveira Marcon 
 Suzano, SP 
 2024 
 SUMÁRIO 
 1. INTRODUÇÃO……………………………………………………………………………3 
 2. OBJETIVOS………………………………………………………………………………4 
 2.1. GERAL…………………………………………………………………………………..4 
 2.2. ESPECÍFICOS………………………………………………………………………….5 
 3. MATERIAIS E MÉTODOS………………………………………..……………………..5 
 3.1. Materiais e reagentes….…………………………………………….……………….5 
 3.2. Método..……………………………………………………………………………..….5 
 3.2.1 Preparo………………………………………….....................................................5 
 3.2.2 Reação de polimerização………………...........................................................6 
 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO…………………………………………………………6 
 5. CONCLUSÃO……………………………………………..………………………...……9 
 REFERÊNCIAS……………………………………………………………..……………..10 
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 1. INTRODUÇÃO 
 As resinas ureia-formaldeído (UF) compõem uma classe de resinas 
 poliméricas adesivas mais utilizadas e importantes, formadas pela reação de 
 condensação entre aldeídos e compostos com grupo amina ou amida (PIZZI, 1998). 
 A figura 1 mostra a primeira etapa da reação que consiste em uma adição da 
 primeira ureia ao formaldeído. 
 Figura 1 Reação de adição da ureia ao formaldeído (FERRA et. al, 2010 apud PAIVA, 2010). 
 Na segunda etapa (Figura 2), as metilolureias formadas no meio alcalino são 
 catalisadas por ácido e iniciam uma fase de copolimerização e constituem redes 
 altamente ramificadas e curadas. 
 Figura 2 Condensação das metilolureias e da ureia para formar pontes éter de metileno e metileno 
 (FERRA et. al, 2010 apud PAIVA, 2010). 
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 Essa classe de resinas foi descoberta em 1907 por Baekeland, sendo as 
 primeiras verdadeiramente sintéticas a serem sintetizadas para uso comercial 
 (PARK, 1999 apud. RIBEIRO, 2019). Aqui no Brasil, inclusive, alguns móveis 
 produzidos com revestimento dessa resina, eram conhecidos usualmente como 
 sendo de baquelite, em referência ao nome do seu descobridor. 
 O Relatório Mordor Intelligence de 2024 aponta o principal uso das resinas UF 
 como aglutinante na produção de madeira aderente e painéis de compensado como 
 MDF e MDP, podendo oferecer propriedades aos materiais tais como alta 
 resistência à tração, baixa absorção de água, dureza superficial entre outras. 
 Segundo Contreras (2022) e Conner (1996) apud Paiva (2010), a produção de 
 resina UF no mundo foi estimada em cerca de 6 milhões de toneladas em 2019. O 
 setor de construção civil tem influenciado a cada ano a demanda pelo material, de 
 acordo com o Relatório Mordor Intelligence de 2024, para aplicação em fabricação 
 de painéis de partículas e de fibra de média densidade, e compensados de madeira. 
 2. OBJETIVOS 
 O seguinte experimento teve por objetivo a síntese do polímero 
 ureia-formaldeído em escala laboratorial e através da observação do 
 comportamento do método, e da pesquisa bibliográfica, unidos ao conhecimento 
 prévio adquirido na disciplina, discutir e apresentar as reações e mecanismos 
 ocorridos durante a síntese. 
 2.1. Geral 
 Aplicar por meio das técnicas e boas práticas de laboratório, a síntese do 
 polímero uréia-formaldeído, em escala laboratorial. 
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 2.2. Específicos 
 ➢ Observar o comportamento do método e as mudanças no decorrer das 
 etapas realizadas; 
 ➢ Apresentar as reações químicas envolvidas no experimento; 
 ➢ Estudar e sugerir os mecanismos envolvidos nas reações químicas ocorridas. 
 3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 3.1. Materiais e reagentes 
 Ácido sulfúrico 1 mol/L; água de torneira; bandeja plástica; bastão de vidro; 
 béquer 250 mL; blocos de gelo; chapa de aquecimento; hidróxido de sódio 40 %; 
 formol 20 %; pipeta Pasteur; solução indicadora fenolftaleína e termômetro 
 analógico. 
 3.2. Método 
 3.2.1. Preparo 
 Inicialmente misturaram-se em um béquer de 250 mL, 10 g de ureia, 20 mL de 
 formol e 20 mL de hidróxido de sódio. Para efetivar a mistura, foi promovida a 
 homogeneização com um bastão de vidro. 
 O béquer foi levado ao aquecimento em banho maria sob chapa de 
 aquecimento, e a solução controlada com termômetro até alcançar 
 aproximadamente 70 ºC, no intervalo de 5 a 7 minutos. Ao mesmo tempo 
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 manteve-se a homogeneização com bastão de vidro, de modo a garantir a 
 dissolução completa da ureia. 
 Após o aquecimento, o béquer foi posto em uma bandeja com água e gelo 
 para resfriar a solução até a temperatura de 25 ºC, e mantido sob agitação até o 
 aparecimento de uma tonalidade opaca. 
 Deixou-se a solução em repouso por 5 minutos, e em seguida foram 
 adicionadas 5 gotas de solução indicadora fenolftaleína, observando-se o 
 aparecimento de uma coloração rósea. 
 3.2.2. Reação de polimerização 
 A solução foi levada ao aquecimento novamente, controlada com termômetro 
 até alcançar a temperatura de 70 ºC, sob agitação com bastão de vidro. 
 Em capela, gotejou-se ácido sulfúrico 1 mol/L lentamente com pipeta Pasteur, 
 sob agitação, até a neutralização com o desaparecimento da coloração rósea, e 
 continuou-se para garantir a remoção completa do hidróxido de sódio presente no 
 meio reacional. 
 Com a adição do ácido e homogeneização com bastão de vidro, observou-se a 
 solidificação da solução, sendo ela então vertida em um copinho plástico 
 descartável, para obtenção de forma. 
 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 Na primeira etapa da reação com a mistura da ureia, o formol e o hidróxido de 
 sódio, observou-se uma homogeneização tranquila mesmo antes do aquecimento 
 em banho maria. Porém esta etapa mostrou-se essencial para promover a reação 
 inicial entre a ureia e o hidróxido de sódio. 
 A reação de iniciação é dada pelo ataque nucleofílico da hidroxila do hidróxido 
 de sódio a um dos grupos amina da ureia, conforme mostra a figura 3, a seguir: 
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 Figura 3 Reação completa da síntese de UF com mecanismos (PIZZI, 2003). 
 Com esse primeiro ataque, um par de elétrons desemparelhado ataca o 
 carbono do formol, com carga formal positiva por ação do oxigênio ligado a ele. 
 Assim forma a primeira ligação, com o rompimento da dupla do C-O do aldeído, e a 
 interação do oxigênio agora com um par de elétrons sobrando, com um próton da 
 água regenerando a hidroxila. A partir daí ocorrem novos ataques pela hidroxila 
 para formação de mono, di e trimetilolureias. 
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 Na sequência, a etapa de condensação é catalisada por um ácido, no caso, o 
 sulfúrico. Aí são formadas ligações de metileno e metileno-éter entre as unidades de 
 ureia. Conforme mostra a última parte da figura 3 e a reação da figura 4, a seguir. 
 Figura 4 Reação de condensação da metilolureia e ureia para formar pontes de metileno-éter e 
 metileno. 
 O ácido, como catalisador, é atacado pelo oxigênio da ligação C=O, formando 
 um intermediário instável em que o oxigênio fica com 3ligações, fazendo 
 ressonância com o nitrogênio vizinho ligado a um carbono, que por sua vez também 
 sofre ressonância formando um carbocátion pri formando uma ligação extra com o 
 oxigênio, que fica com carga formal positiva. 
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 5. CONCLUSÃO 
 Dada a simplicidade do procedimento de conversão dos reagentes para 
 síntese do polímero, dentro das condições controladas necessárias de temperatura, 
 proporções e tempo de reação, é compreensível a sua larga aplicação em diversas 
 áreas e principalmente o seu volume de produção anual, como citado por Contreras 
 (2022) e Paiva (2010), estimado em 6 milhões de toneladas, no ano de 2019. 
 Uma observação cabível é apenas a dificuldade que pode ser encontrada para 
 quem possa desejar atuar na fabricação dessa resina, porque embora seja simples 
 a sua produção, os reagentes aplicados no processo são todos fiscalizados pelas 
 polícias civil e federal, exigindo assim, licenças emitidas anualmente, para que seu 
 uso esteja de acordo, visto que são produtos perigosos e que podem ser usados 
 para fins indevidos. 
 No mais, conclui-se que para a finalidade proposta, que foi a da observação 
 das etapas de transformação no proceder da mistura entre os reagentes para a 
 síntese da resina, os objetivos do experimento foram atingidos. Nele foi possível 
 observar as características de cada componente. 
 Inicialmente, a mistura entre a ureia, o hidróxido de sódio e o formol, para a 
 etapa de iniciação e propagação da reação. O relevante papel do indicador 
 fenolftaleína, que inicialmente evidenciou a presença do hidróxido de sódio pela 
 coloração rósea adquirida pela solução, e o posterior consumo desse reagente após 
 a reação com o ácido sulfúrico adicionado na segunda etapa da reação, 
 caracterizada pela polimerização da mistura, na qual o ácido precisou estar em 
 excesso para agir como catalisador do processo. 
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 REFERÊNCIAS 
 CONTRERAS, E. A. M. Resinas amino-aldehído modificadas, sintesis, 
 caracterizacion y potenciales propiedades de remocion de metales 
 contaminantes . Disponível em 
 <chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/http://repositorio.udec.cl/bitst 
 ream/11594/10129/1/Tesis%20Esteban%20Martinez.pdf> Acesso em: 11 de junho 
 de 2024, 20:05h. 
 PAIVA, N. T. N. Desenvolvimento de uma resina de ureia-formaldeído de baixa 
 emissão de formaldeído fortificada com melanina . Disponível em 
 <chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://repositorio-aberto.up. 
 pt/bitstream/10216/69251/1/000148577.pdf> Acesso em: 11 de junho de 2024, 
 19:40h. 
 PIZZI, A. Phenolic and tannin adhesives for panel products. Forest Products 
 Society, Madison, WI, n. 7267, p. 13-30, 1998. 
 PIZZI, A. Urea-formaldehyde adhesives . Disponível em 
 <chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.researchgate.ne 
 t/profile/Apizzi-Pizzi/publication/266266974_Urea-Formaldehyde_Adhesives/links/54 
 8d72b40cf214269f20fd2f/Urea-Formaldehyde-Adhesives.pdf> Acesso em: 11 de 
 junho de 2024, 20:15h. 
 RIBEIRO, J. F. L. C. Aumento da reatividade de resinas de fenol-formaldeído 
 para aplicação em abrasivos . Disponível em 
 <chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://repositorio-aberto.up. 
 pt/bitstream/10216/122899/2/358494.pdf> Acesso em: 11 de junho de 2024, 20:00h.