Relatório Poliuretano

Prévia do material em texto

Escola de Química – Departamento de Processos Orgânicos
Introdução aos processos químicos e bioquímicos (EQW-112)
Professora: Michelle Gonçalves
Prática realizada em 31/05/12
Produção de Poliuretano
Alunos:
Amanda Hupsel
Camila Martins
Laís Kaori Laburu
Rayra Cavallero
Reila Amaral 
Renan Hilário
Patrícia Vaz
Placide Lubua
Victor Gurgel Sapienza Manno
�
Índice
1-Introdução.............................................................................3
2-Objetivo.................................................................................3
3-Caracterização........................................................................4
4- Processos Existentes..............................................................6
5-Tecnologia limpa....................................................................7
6-Reações químicas...................................................................8
7-Aparelhagem utilizada............................................................9
8-Aplicações.............................................................................10
9-Conclusão..............................................................................11
10-Referências Bibliográficas....................................................11
11-Assinaturas..........................................................................11
Produção de Poliuretano
Introdução:
O  poliuretano,  também conhecido por Uretano Sólido, é um  material de engenharia, altamente  sofisticado, que substitui com  grande  vantagem  a borracha e outros plásticos estruturais, graças às suas propriedades físicas:
alta resistência ao desgaste por abrasão. 
baixo coeficiente de atrito. 
boa elasticidade. 
ótima resistência ao rasgo (corte) e a sua propagação. 
excelente capacidade de suportar grandes cargas (tração e compressão) sem deformações permanentes. 
resistência a impactos. 
boa resiliência.
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.
 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 3,8 milhões de toneladas em 2005, com 4,1 milhões de toneladas previstos para 2010. Novos produtos e novos processos continuarão a surgir devido ao trabalho incessante de pesquisa e desenvolvimento nesse campo.
Objetivo:
Aprendizagem sobre polímeros, especialmente sobre o polímero poliuretano, e obtenção de espuma flexível de poliuretano a fim de conhecer uma das aplicações do polímero e algumas de suas propriedades. 
Caracterização:
A espuma de poliuretano que produzimos foi feita misturando dois tipos de monômeros, um poliol e um diisocianato. Não foram colocados aditivos. Quando misturados os reagentes, eles liberavam o gás CO2 e assim formou-se o poliuretano, que aprisionou o gás em seu interior, formando a espuma. É essencial que o poliol e o diisocianato sejam misturados em proporção estequiométrica de 1:1; caso isso não aconteça, a espuma sofrerá alterações de textura, cor, entre outros. Misturamos os dois reagentes em um copo de café, procurando colocar os reagentes na proporção estequiométrica adequada: 
Mexemos durante certo tempo, com o cuidado de manter na mesma direção de movimento e mesma velocidade:
Observamos que depois de um tempo mexendo, a mistura começou a crescer, ou seja, naquele momento deveríamos parar de mexer. A espuma cresceu para até um pouco fora do copo de café, e enquanto isso acontecia, o copo estava quente – isso porque a reação é exotérmica:
Depois de aproximadamente 20 minutos, a espuma estava sólida o suficiente para ser retirada do copo de plástico. Retiramos e observamos que esta era flexível e conseguia se deformar e voltar à forma original:
Processos Existentes
A principal reação de produção de poliuretanos tem como reagentes um diisocianato, disponível nas formas alifáticas ou aromáticas, e um diol ou um poliol poliéster, na presença de catalisador e de materiais para o controle da estrutura das células (surfactantes), no caso de espumas e tintas. O poliuretano pode ter uma variedade de densidades e de durezas, que mudam de acordo com o tipo de monômero usado e de acordo com a adição ou não de substâncias modificadoras de propriedades. 
Na produção de espuma, são utilizadas duas matérias-primas básicas, ambas derivadas do petróleo: o TDI (Tolueno Diisocianato de Metila), cristalino como água, e o Poliol, também cristalino, porém mais viscoso. São acrescentados estabilizadores tais como silicone, estanho e corantes. Com aprimoradas técnicas, muitos fabricantes incluem na formulação antiácaros e antifungos.
Nos PUs moldados, normalmente as matérias-primas são formuladas em sistemas de dois componentes, fornecidos pelos fabricantes: o isocianato pode ser MDI puro, MDI modificado, MDI polimérico , TDI puro, TDI modificado ou ainda, prepolímeros de MDI, como no caso dos calçados; o componente poliol pode conter uma mistura de polióis, extensores ou reticuladores, agente de expansão, catalisadores, surfactantes, corantes, retardante de chama, agentes antienvelhecimento, e, em alguns casos, desmoldante interno.
Os estágios do processamento dos PUs moldados normalmente são: 1) Pré-condicionamento dos dois componentes líquidos, isto é, ajuste da temperatura, remoção do ar ou gás dissolvido e ajuste do nível do gás nucleante; 2) Dosagem dos componentes nas proporções desejadas através de bombas dosadoras; 3) Mistura, das quantidades dosadas dos componentes, em uma cabeça misturadora para formar a mistura reagente; 4) Distribuição ou injeção da mistura reagente num molde preparado e condicionado termicamente, através de entrada desenhada para prevenir turbulência e evitar a retenção de ar; 5) Um período de tempo para permitir a polimerização da mistura reagente e cura suficientemente para permitir a desmoldagem; 6) Desmoldagem da peça acabada; 7) Acabamento se necessário. 
Tecnologia Limpa
Uma das maiores preocupações do mundo de hoje é com a intensidade de poluentes lançados na atmosfera e na superfície terrestre. Os polímeros sintéticos, que foram responsáveis por muitos avanços que temos hoje como a obtenção de materiais plásticos, e a infinidade de itens que constituem o nosso cotidiano, também são responsáveis por grandes problemas com o meio ambiente. Muitos polímeros não são recicláveis e os sintéticos derivados de petróleo não sofrem biodegradação. 
Além disso, os que são recicláveis muitas vezes não são reciclados, causando problemas imensuráveis como enchentes, que por sua vez causam problemas ambientais e sociais. Polímeros biodegradáveis são considerados alternativas para reduzir esse impacto ambiental, mas, apesar de já estarem disponíveis no mercado a mais de 20 anos,não possuem preços competitivos em relação aos polímeros derivados de petróleo.Hoje em dia, mesmo com os preços reduzidos em mais da, os polímeros biodegradáveisainda custam muito, mas a estimativa é que os preços continuem diminuindo com o aumento da demanda e da produção. 
Existe um tipo de poliuretano, que é o poliuretano derivado do óleo da mamona, que é um polímero biodegradável. Testes feitos com espumas desses PU’s comprovaram a boa biodegradação desse material na presença de microorganismos oriundos de agentes biológicos degradantes de gorduras, por ser um material preparado a partir de óleo vegetal, seu processo de biodegradação se semelha à degradação de dessas. É uma tecnologia limpa e barata, portanto, muito importante.
Além dessa forma de produção de poliuretano, a maioria das outras formas de produção de PU é feita da forma menos agressiva possível. Além disso, polióis com base em matérias-primas renováveis vêm sendo desenvolvidos (como foi o caso do PU com óleo de mamona) e utilizados, e impulsionam investimentos em pesquisas. Hoje, a principal matéria-rima utilizada é a soja. Também há muitas pesquisas em curso para outras fontes renováveis, como o girassol e a canola. Outro problema dos PU’s é a enorme quantidade de resíduos produzidos na sua fabricação. Para isso, muitas empresas têm melhorado sua produção a fim de evitar resíduos, e existem empresas que realizam o trabalho de coleta de resíduos, reciclagem, comercialização ou mesmo o licenciamento e desenvolvimento de projetos de reciclagem junto às indústrias. O PU feito de poliol reciclado é 20% mais barato. 
Reações Químicas
Formação do Uretano ou Polimerização 
(Ocorre quando se reage uma substância, com dois os mais isocianatos, com um álcool polifuncional (poliol).
(Para a produção de espuma rígida de poliuretano, usa-se poliol de baixo peso molecular e grande número de grupos hidroxilas por molécula. O polímero possui grande numero de ligações cruzadas, fechadas, criando células finas e rígidas. 
(Para a produção de espuma flexível de poliuretano, o poliol possui cadeia longa onde as ligações cruzadas formadas são em menor número e distantes, umas das outras. O polímero possui cadeia emaranhada com pouca restrição em seu movimento. 
Reações Secundárias
(A reação entre moléculas com o isocia​nato e a água, formando ácido carbâmico.
(O ácido carbâmico se decompõe formando amina primária e dióxido de carbono (CO2), podendo provocar a expansão do polímero. 
(A reação de formação de uréia e do gás carbônico tem duas funções importantes que são: a formação de pequenas bolhas na massa reativa pelo gás carbônico, que gera a estrutura celular da espuma, e a formação de grupos uréticos que produzem ligações cruzadas adicionais que aumentam a resistência do material.
Catalisadores:
( Catalisadores apropriados e surfactantes são utilizados com o objetivo de controlar a velocidade da reação de polimerização e o tamanho das células. Diferentes tipos de catalisadores são usados. Para a reação do isocianato com água e com polióis, podem ser usadas aminas alifáticas terciárias ou aromáticas e compostos organometálicos. Já os surfactantes são materiais essenciais na manufatura da maioria dos PUs, pois promovem a mistura de reagentes pouco miscíveis, dentre os quais se podem citar os ácidos graxos e os surfactantes a base de silicone.
Aparelhagem utilizada
(instalações dedicadas para produção contínua de poliuretanos flexíveis e rígidos.)
(laminadores de espuma- utilizados na fabricação dos painéis sanduíches que são usados para paredes e tetos de edifícios isolados termicamente, para espaços de armazenamento a frio, e contêiners isolados para transporte de mercadoria perecível.
(desenho da aparelhagem utilizada no processo descontínuo de produção de espumas flexíveis. a)Tanques de matérias-primas; b) Sistema de dosagem; c) Misturador; 
d) Painel de controle; e) Caixote; f) Tampa flutuante; g) Bloco de espuma )
Aplicações:
Verniz : forma-se uma camada dura e inflexível sobre a peca envernizada. Carece de brilho. 
Cola: principalmente para madeiras, resistente a água, montagem para painéis de isolamento térmico.
Pneus de bicicletas, automóveis, etc.
Mobílias (mesa, cadeira, etc): proporciona cantos macios, acolchoados
Colchões : espuma.
Preservativo
Pecas Técnicas: coxinas, gaxetas, molas, buchas, etc.
Siderúrgica: utilizado em cilindros da laminação a frio.
Papel e celulose: revestimento de cilindro prensa e rolos guias.
Metalúrgica: revestimento de cilindros, tamboreadores. Também utilizado em anéis separadores para maquina slitter.
Mineração: revestimento interno de tubulação proporcionando maior proteção anti–abrasiva que o aço.
Petróleo: este é o mercado onde os maiores volumes de poliuretano são utilizados, competindo de igual para igual com o mercado de mineração, sendo utilizado em restritores de curvatura, enrijecedores de curvatura, proteções anti-abrasivas, entre outros protetores.
Solados: couro sintético
Imitação de madeira
Aplicações ortopédicas e medicas como, por exemplo, o cateter.
Pranchas de surf.
Conclusão:
A experiência laboratorial sobre a fabricação do poliuretano foi importante na medida em que permitiu-nos o contato direto com suas propriedades, como a textura, a coloração, e a possibilidade de se ver como ocorre sua formação a partir da reação do diisocianato com o poliól. Foi possível a ampliação de nosso conhecimento sobre esse polímero de grande importância industrial, já que atualmente sua atuação nas mais diversificadas áreas do mercado é crescente.
 Referências bibliográficas:
[1] http://www.utechpu.com.br/quimica.php
[2] http://www.abiquim.org.br/poliuretanos/girohistorico.htm
[3] http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc31_3/02-QS-3608.pdf
[4] http://www.explicatorium.com/quimica/Polimero_Poliuretano.php
[5] http://poliuretano.wordpress.com/category/poliuretano-ecologico/
[6] http://poliuretano.wordpress.com/historia-do-poliuretano/
 
 Assinaturas:
� PAGE \* MERGEFORMAT �4�