Aproveitamento integral de óleos vegetais na síntese de novos materiais poliméricos : copolímeros baseados em monômeros vinílicos e derivados acrílicos de óleos vegetais e aplicação em reações de esterificação de ácido oleico a oleato de metila

Abstract

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2018.Neste trabalho vários estudos foram realizados com foco na utilização integral de derivados de óleos vegetais na síntese de novos materiais poliméricos à base de: i) látices de pivalato de vinila (PVi) e oleato de metila metacrilado (MAMO) via polimerização em emulsão; ii) copolímeros de n-acilglicerol (n-ACG) e estireno por meio de processo de polimerização em suspensão; e iii) catalisadores heterogêneos baseados em micropartículas de poli(estireno-co-n-ACG) sulfonado para uso em reações de esterificação de ácido oleico. Os látices poliméricos foram obtidos com uma elevada estabilidade coloidal e elevadas taxas de polimerização, com conversões entre 90 e 100%. O efeito de MAMO sobre a estabilidade térmica, a temperatura de transição vítrea (Tg), as massas molares médias (Mw e Mn ), e a distribuição de massa molar dos copolímeros foi avaliado, cujos resultados experimentais indicam que a incorporação de MAMO às cadeias poliméricas resulta em reduções significativas nos valores de Tg, Mw , Mn , e na dispersão de massa molar (ÐM) dos copolímeros. Observou-se uma redução de cerca de 40 °C no valor da Tg em comparação ao poli(pivalato de vinila) – PPVi (80,5 °C), quando a fração molar de MAMO é de 9%. Os copolímeros - poli(estireno-co-n-acilglicerol) - apresentam propriedades finais que variam drasticamente com o aumento da fração de n-ACG. O efeito de n-ACG sobre as propriedades dos copolímeros foi avaliado e o aumento na sua fração conduz a grandes reduções de estabilidade térmica e nos valores de Tg (93 °C no poliestireno para -22 °C em copolímeros com 20% de n-ACG). As variações nas propriedades térmicas são acompanhadas de mudanças morfológicas dos materiais que se apresentam na forma de partículas esféricas porosas (copolímeros contendo 5, 10 e 15% de fração mássica de n-ACG) ou se comportam como filmes adesivos, dependendo essencialmente da composição, de tal forma que frações de n-ACG superiores a 15% conferem aderência (“tack”) ao material polimérico. Ensaios mecânicos indicaram que os materiais adesivos possuem potencial para uso na indústria de adesivos sensíveis a pressão (PSA). Por outro lado, as micropartículas porosas de poli(estireno-co-n-acilglicerol), após sulfonação, foram utilizadas com sucesso como catalisadores heterogêneos em reações de esterificação do ácido oleico, apresentando rendimentos de esterificação de até 93%.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa).In this work several studies were carried out focusing on the full use of raw-materials derived from vegetable oils in the synthesis of new polymeric materials based on: i) lattices of vinyl pivalate (PVi) and methacrylated methyl oleate (MAMO) through emulsion polymerization; ii) n-acylglycerol (n-ACG) / styrene copolymers via and suspension polymerization process; and iii) heterogeneous catalysts based on sulfonated poly(styrene-co-n-ACG) microparticles intended for oleic acid esterification reactions. Polymeric lattices were obtained with high colloidal stability at high polymerization rates with conversions between 90% and 100%. The effect of MAMO on the thermal stability, glass transition temperature (Tg), average molar masses (and ) and the molar mass distribution of the copolymers was evaluated, and experimental results indicated that the incorporation of MAMO into the polymer chains resulted in significant reductions in the values of Tg, ,and the molar mass dispersion (ÐM) of the copolymers. A reduction about 40 °C in the Tg value compared to poly(vinyl pivalate) – PPVi (~ 80,5 °C) was observed when the molar fraction of MAMO was approximately 9%. The copolymers – poly(styrene-co-n-acylglycerol) – exhibited final properties that vary strongly as the n-ACG fraction was increased. The effect of n-ACG on the copolymer properties was evaluated and huge reductions in thermal stability and Tg values (93 °C in the polystyrene to -22°C in copolymers with 20% of n-ACG) were observed when its fraction was increased. The variations in the thermal properties were accompanied by morphological changes in the materials, which were formed depending essentially on the n-ACG composition as: i) porous spherical particles (copolymers containing 5, 10 and 15 wt% of n-ACG) or; ii) adhesive films containing n-ACG fractions higher than 15 wt%, conferring "tack" features. Mechanical tests showed that the polymer adhesives have potential for use in the pressure sensitive adhesives (PSA) industry. On the other hand, poly(styrene-co-n-acylglycerol) porous microparticles were successfully used as heterogeneous catalysts in esterification reactions of oleic acid, leading to reaction yields up to 93%