Relatório 10 Síntese de Poliuretano

Prévia do material em texto

Relatório de Atividades
Centro Universitário Fundação Santo André
SÍNTESE DO POLIURETANO (PU)
Júlia Borges Saran 729694
Ingrid Toledo 729767
Jonathas Cardoso Vieira 729753
Michael Silva de Oliveira 729673
Lucas Fernandez Caro 729705
Disciplina: 
Engenharia 
Turma: 
Experimento no 
Data da realização do experimento:07/06/2016 
Responsável:
4
Conteúdo 
Resumo	3
Introdução	3
Procedimento Experimental	5
Resultados e Discussão	6
Conclusão	6
Referências	6
Anexos	6
Resumo
Neste experimento foi possível observar e entender como ocorre a reação do polímero poliuretano com um dos reagentes o qual ele forma um tipo de PU, dos tipos que existem. O tipo de PU formado foi espuma rígida, que sofre uma reação de:
 Catalisador
Isocianato + poliol PU
Introdução
Apesar de a tecnologia do poliuretano ser recente, a química da uretana data de 1849, quando Wurtz e Hoffmann divulgaram reações envolvendo um isocianato e um composto hidroxílico. Essas reações ficaram por muito tempo limitadas a experiências de laboratório, até que em 1937, na Alemanha, Dr. Otto Bayer e colaboradores deu início à indústria de poliuretanos, explorando o uso comercial dos isocianatos e começando a trabalhar no desenvolvimento de polímeros à base de poliésteres, que se tornariam competitivos com o nylon.
Com o advento da II Guerra mundial e a consequente carência de materiais de borracha, incentivou-se o desenvolvimento de produtos a base de uretana, para aplicações como fibras, cerdas, adesivos, revestimentos, elastômeros e espumas. Trabalhos intensivos realizados nos Estados Unidos e Inglaterra fizeram com que a tecnologia da uretana tornasse mundialmente conhecida.
Utilizado em diversas aplicações e em diversas formas, o Poliuretano é hoje um dos materiais que mais proporcionam desenvolvimentos na área industrial por possuir uma gama de características físicas, mecânicas, químicas e térmicas. Podemos encontra-lo como espuma semi-flexível, espuma semi-rígida, termoplástico ou termofixo.
No Brasil, as primeiras fábricas de Poliuretano foram instaladas, na região sudeste, entre 1961 e 1965, atendendo principalmente a indústria automotiva.
Nos anos 80, o crescimento de importância comercial foi a moldagem por injeção e reação (RIM), dando ímpeto aos estudos das relações entre estrutura molecular e propriedades dos PU’s.
Atualmente o consumo brasileiro de Poliuretano se divide em diversos setores, estratégicos e importantes da economia, como: Mineração, Petróleo e Gás, Siderurgia, Ferrovia, Naval, Agronegócio, Automobilístico, Metal-Mecânica, Calçadista e Equipamentos.
Não há nenhuma dúvida de que nos últimos 35 anos o poliuretano avançou de simples curiosidade de laboratório até produtos comerciais de grande importância, saltando de uma produção total de meio milhão de toneladas nos Estados Unidos em 1970 para 4,1 milhões de toneladas em 2010. Novos produtos e novos processos continuarão a surgir devido ao trabalho incessante de pesquisa e desenvolvimento nesse campo.
Poliuretano é um polímero produzido pela reação de poliadição de um isocianato (di ou polifuncional) com um poliol e outros reagentes como: agentes de cura ou extensores de cadeia.
Neste polímero o uretano é a molécula que se repete, sendo que sua estrutura é composta por 4 tipo de átomos (2 oxigênios, 1 nitrogênio, 1 carbono e 1 hidrogênio) distribuídos de uma certa forma.
Na tecnologia dos PUs existem cinco reações principais dos isocianatos com:
polióis formando poliuretanos;
aminas dando poliuréias;
água originando poliuréia e liberando gás carbônico que é o principal agente de expansão nas espumas de PU;
grupos uretano;
uréia resultando na formação de ligações cruzadas alofanato e biureto, respectivamente:
Imagem 1- Reações do PU com os isocianatos
As aplicações e usos do PU estão relacionadas abaixo:
	Aplicação
	PU
	Maior exigência
	Rodas de skate e patins
	MDI Poliéster
	Alta Resiliência
	Rolos de Pintura
	TDI Poliéster
	Resistência a solvente, boas propriedades físicas a baixas durezas
	Molas
	TDI Poliéster
	Baixa deformação e Alta resiliência
	Roda para empilhadeira
	TDI Poliéter
	Baixa geração de calor
	Martelo
	TDI Poliéster
	Resistência ao rasgo e Baixa Resiliência
	Rolos para papel
	TDI Poliéter
	Resistência a Hidrólise, Propriedades Dinâmicas e Estabilidade de Dureza
	Tubulações para polpa de minério
	TDI Poliéter
	Resistência à abrasão e Resistência a Hidrólise
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Tabela 1- Aplicações do PU
	
	
Existem algumas aplicações específicas onde uma característica é dominante quando comparado com os outros tipos de poliuretano. Rodas de skate de alta qualidade todas são de MDI Poliéter, em função da resiliência. Alta resiliência proporciona velocidades elevadas e uma boa dirigibilidade.
Para pig’s de tubulação de óleo é importante que o material tenha resistência a abrasão e boa resistência a óleo para prevenir suas dimensões ao longo da tubulação. Em função disso, TDI Poliéster foi escolhido, pois combina estas duas características.
Para rodas de empilhadeiras, TDI poliéster foi escolhido, pois possuem baixo desenvolvimento de calor e alta resistência a rolamento com cargas elevadas.
Para martelos, TDI Poliéster é o material mais indicado pois combina resistência a corte e baixa resiliência. Resistência a corte é necessário para prevenir a deterioração da face do martelo e a baixa resiliência faz com que a energia do impacto seja absorvida pelo material evitando danos ao trabalhador.
TDI poliéster é desejável para rolos da indústria de papel em função da combinação entre resistência a hidrólise e estabilidade de dureza. Nesta aplicação é importante que a dureza e as propriedades dinâmicas do rolo sejam mantidas consistentes durante a operação em uma determinada faixa de temperatura, isso é importante para que a performance do rolo seja constante ao longo da utilização do mesmo.
TDI poliéster é o material indicado para o revestimento interno de tubulações que conduzem a polpa do minério em função da combinação da resistência à hidrolise e resistência à abrasão. Nesta aplicação é muito importante a resistência à abrasão porque a polpa de minério tem em sua composição minerais extremamente abrasivos que muitas vezes são bombeados a velocidades de até 12m/s. ¹
Os poliuretanos são extremamente versáteis e podem ser definidos em alguns tipos básicos:
Espumas rígidas: sistemas bi-componentes normalmente utilizados em isolamento térmico e acústico, para modelação, ou para proteção no transporte de peças e equipamentos.
Espumas flexíveis: utilizados em colchões, abafadores, peças automotivas (integral skin), isolamento acústico, proteção no transporte de equipamentos, almofadas, bonecos e esculturas, brinquedos etc.
Elastômeros: destinam-se a várias aplicações, como encapsulamentos eletrônicos, amortecedores, sapatas de equipamentos, revestimentos antiderrapantes e resistentes a abrasão, acabamento em produtos promocionais, tubos e dutos, revestimentos de etiquetas, blocos de modelação etc.
Tintas: normalmente são utilizados em aplicações onde existe a necessidade de bom acabamento, excelente brilho, resistência química, boa aderência e resistência aos raios UV. Podem ser bi-componentes ou mono-componentes. Os bi-componentes normalmente são os de melhor resistência em todos os sentidos. ²
Procedimento Experimental
No primeiro momento colocou-se em um copo plástico 10 mL de poliol, mais 3-5 gotas de corante, e com o auxílio da bagueta misturou-os por aproximadamente 30 segundos. Como mostra a imagem a seguir:
 Imagem 2 - Primeira mistura (Poliol e corante)
Em seguida, no mesmo copo acrescentou-se 10 mL de Tolueno Di Isocianato, mais 1 mL de catalisador, e misturou-os com a bagueta. Como pode-se observar na figura abaixo:
Imagem 3 - Segunda mistura (Acréscimo do Isocianato)
Embaixo do copo plástico foi apoiadooutro copo, pois só um copo, corre o risco de furar, e a substância se perder. Além disso, apoiou-se embaixo dos copos, uma folha de papel toalha. Como podemos ver a seguir:
Imagem 4 - Descanso da mistura esperando reação exotérmica
Após a mistura completa da substância, aguardar 10 minutos e observar se formou-se um pele por cima da substância (a bagueta não pode ficar grudando). Caso não tenha formado, aguardar mais e de 5 em 5 minutos observar se a pele já foi formada. 
Depois de um tempo, a substância deve crescer, e ficar com aspecto de uma espuma. 
Resultados e Discussão
No experimento realizado não houve o resultado esperado que era de crescimento da substância formando a espuma. Porém um mesmo experimento feito por um método semelhante apresentado em um vídeo³, mostra além do crescimento da espuma como visto na imagem 5, um teste de isolamento térmico, uma das principais aplicações do polímero. 
Imagem 5 - Espuma de Poliuretano em experimento pesquisado
Conclusão
Apesar do experimento não atingir o resultado esperado é conclusivo que é possível a formação de Poliuretano a partir da reação entre Isocianato e Poliol. A amostra permaneceu no laboratório para análise mais minuciosa sobre a falha de reação. Aguarda-se conclusões sobre o ocorrido. 
Referências
¹ O Poliuretano. Disponível em: <http://www.plastiprene.com.br/o-poliuretano/>. Acesso em: 14 de junho 2016
² Principais sistemas de obtenção de poliuretanos. Disponível em: <http://abiquim.org.br/poliuretanos/formulacoes.htm>. Acesso em: 14 de junho 2016
³Poliuretano - A espuma multiuso. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=31uP2IMwEQQ.> Acesso em: 15 de junho de 2016
Anexos
1) Na polimerização por condensação, o polímero é composto pela combinação de dois ou mais monômeros distintos entre si, ocorrendo a eliminação de moléculas mais simples, como, por exemplo, a água, nitrito (NH3), ou ácido clorídrico (HCl), o que pode ser chamado de subproduto. Nesse tipo de polimerização, os monômeros não apresentam necessariamente duplas ligações entre os carbonos, no entanto, é preciso apresentar dois tipos diferentes de grupos funcionais. 
 Já na  polimerização por adição, a macromolécula final é formada pela junção de monômeros todos idênticos entre si. Nesse grupo, o monômero apresenta obrigatoriamente uma ligação dupla entre carbonos, no mínimo, pois a polimerização acontece quando ocorre a quebra da dupla ligação dando origem a dois radicais livres. Os radicais livres combinam-se com o monômero e dão partida ao crescimento da cadeia polimérica. 
Na poliadição é de extrema importância que a polimerização seja feita na presença de um iniciador, isso é, uma substância que dá origem a radicais livres em condições suaves. Para isso, precisa ter uma ligação fraca. 
2) a.C9H6O2N2 (2,4-tolueno diisocianato (TDI)/ 2,4-diisocianato de 1-metil-benzeno)
b. C12H18O2N2 (Isoforona diisocianato (IPDI)/5-isocianato-1-(metilisocianato)-1,3,3’- trimetil ciclohexano)
c. C22H13O3N3 (Trifenilmetano-4,4’,4”-triisocianato/1,1’,1”-metilenotris (4 isocianato benzeno))
3)
	
4) Como a água atua como um iniciador difuncional, seu teor deve ser controlado e o excesso removido na hora de se obter o PU.
5)
1.3 Polióis. Disponível em: <http://www.poliuretanos.com.br/Cap1/14PPGs.htm>. Acesso em: 09 de junho 2016