Influência da Temperatura e da Natureza do Catalisador na Polimerização do Glicerol
Influence of Temperature and Nature of the Catalyst on Glycerol Polymerization
Medeiros, Miguel de A.; Rezende, Jeob de C.; Araújo, Maria H.; Lago, Rochel M.
http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282010005000033
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.20, n3, p.188-193, 2010
Resumo
Neste trabalho, a polimerização do glicerol na presença de catalisador ácido (H2SO4 ou H3PO4) e básico (NaOH), para produzir resinas termofixas foi investigada. Os resultados mostraram que as variáveis como a temperatura de reação, o tipo e a concentração do catalisador são críticas para a obtenção de bons rendimentos e seletividade para materiais poliméricos. Em condições otimizadas, i.e. H2SO4 como catalisador, 140 °C por 24 horas, foi possível obter polímeros com 98% de seletividade. Após polimerização, os materiais obtidos foram submetidos a extrações com diferentes solventes, i.e. água, THF e hexano. Os extratos foram caracterizados por ESI(+)-MS e por espectroscopia na região do infravermelho, que permitiram verificar a presença de oligômeros de até seis unidades monoméricas. Para menores tempos de reação, e.g. 4 horas, foi possível obter elevada seletividade (100%) para oligômeros, mas com baixa conversão de glicerol (25%). Além disso, verificou-se que os outros catalisadores (H3PO4 e NaOH) apresentam baixa atividade para promover a polimerização do glicerol, e.g. rendimento de 25% após 24 horas.
Palavras-chave
Glicerol, polimerização, resina termofixa, poliglicerol.
Abstract
In this work, an investigation was made of the glycerol polymerization in the presence of acid (H2SO4 or H3PO4) and base (NaOH) catalysts to produce thermosetting resins. The results showed that the reaction temperature and catalyst concentration are critical to obtain good yield and selectivity. Under optimum condition, i.e. H2SO4 catalyst, 140 °C for 24 hours it was possible to obtain polymers with 98% selectivity. After the polymerization the materials were submitted to extractions with different solvents, i.e. water, THF and hexane. The extracts were characterized by ESI(+)-MS (Electro-Spray Ionization Mass Spectrometry) and by FTIR, showing the presence of short-chain oligomers (up to six units). For shorter reaction times, e.g. 4 hours, it was possible to obtain high selectivity (100%) for oligomers, but with low glycerol conversion (25%). It was also observed that the other catalysts (H3PO4 and NaOH) showed low activity to promote glycerol polymerization, e.g. yields of 25% after 24 hours.
Keywords
Glycerol, polymerization, thermosetting resin, polyglycerol.
References
1. Rinaldi, R.; Garcia, C.; Marciniuk, L. L.; Rossi, A. V. & Schuchardt,
U. - Quim. Nova, 30, p.1374 (2007).
2. Geris, R.; Santos, N. A. C. dos; Amaral, B. A.; Maia, I. S.; Castro, V. D. & Carvalho, R. M. - Quim. Nova, 30, p.1369 (2007).
3. Suarez, P. A. Z. & Meneguetti, S. M. P. - Quim. Nova, 30, p.2068 (2007).
4. Pagliaro, M. & Rossi, M. - “The Future of Glycerol: New uses of a versatile raw material”, RSC Publishing, Cambridge (2008).
5. Karinen, R. S. & Krause, A. O. I. - Appl. Catal. A: Gen., 306, p.128 (2006).
6. Dasari, M. A.; Kiatsimkul, P. P.; Sutterlin, W. R. & Suppes, G. J. - Appl. Catal. A: Gen., 281, p.225 (2005).
7. Behr, A.; Eilting, J.; Irawadi, K.; Leschinski, J. & Lindner, F. - Green Chem., 10, p.13 (2008).
8. Jornal Valor Econômico, http://www.valoronline.com.br/ valoreconomico/285/empresasetecnologia/empresas/Glicerina+de+bi odiesel+inunda+mercado+no+pais+e+derruba+precos+,,,51,4289003. html, acessado em: 14 de fevereiro de 2008.
9. Klepacova, K.; Mravec, D.; Hajekova, E. & Bajus, M. - Petroleum and Coal, 45, p.54 (2003).
10. Lemke, D. W. U.S. Patent 6 620 904, 2003. - Chem. Abstr., 136, p.370466 (2003).
11. Mota, C. J. A.; da Silva, C. X. A. & Gonçalves, V. L. C. - Quim. Nova, 32, p.639 (2009).
12. Werpy, T. & Petersen, G. Top Value Added Chemicals From biomass, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Richland, (2004).
13. Kimura, H. - Appl. Catal. A: Gen., 105, p.147 (1993).
14. Kumar, T. N.; Sastry, Y. S. R. & Lakshminarayama, G. - J. Am. Oil Chem. Soc., 66 (1989).
15. Medeiros, M. A.; Oliveira, D. L.; Sansiviero, M. T. C.; Araujo, M. H. & Lago, R. M. - J Chem Technol Biotechnol (in press, DOI 10.1002/ jctb.2309).
16. Silva, C. X. A. da; Gonçalves, V. L. C. & Mota, C. J. A. - Green Chem, 11, p.38 (2009).
17. Silva, C. R. B. da; Gonçalves, V. L. C.; Lachter, E. R. & Mota, C. J. A. - J. Braz. Chem. Soc., 20, p.201 (2009).
18. Cho, G. H. P.; Yeong, S. K.; Ool, T. L. & Chuah, C. H. - J. Surf. Deter., 9, p.147 (2006).
19. Diaz, I.; Marquez-Alvarez, C.; Mohino, F.; Pérez-Pariente, J. & Sastre, E. - J. Catal., 193, p.295 (2000).
20. Ramaya, S.; Brittain, A.; de Almeida, C.; Mok, W. & Antal, M. J. - Fuel, 66, p.1363 (1987).
21. Atia, H.; Armbruster, U. & Martin, A. - J. Catal., 258, p.71 (2008).
22. Luna, F. J. & Schuchardt, U. - Quim. Nova, 24, p.885 (2001).
23. Huber, G. W.; Shabaker, J. W. & Dumesic, J. A. – Science, 300, p.2075 (2003).
24. Stein, Y. S.; Antal, M. J. J. & Jones, M. - J. Anal. and Appl. Pyrolysis, 4, p.283 (1983).
25. Medeiros, M. A.; Sansiviero, M. T. C.; Araujo, M. H. & Lago, R. M. - Appl. Clay Sci., 45, p.213 (2009).
26. Medeiros, M. A.; Oliveira, L. C. A.; Gonçalves, M.; Araújo, M. H. & Lago, R. M. Anais do 21° Simposio Iberoamericano de Catálisis, Málaga – ES (2008).
27. Barrault, J.; Jerome, F. & Pouilloux, Y. Lipid Technol., 17, p.131 (2005).
28. Moorer, H. H. & Anderegg, C. M. US Patent US4204877 (1980).
29. Kraft, A. U.S. Patent 6 649 690, 2003. Chem. Abstr., 139, p.7661 (2005).
30. Eshuis, J. I.; Laan, J. A. & Potman, R. P. U.S. Patent 5 635 588 (1997).
31. Jeromin, L.; Gutsche, B.; Bunte, R. & Jordan, V. U.S. Patent 5 710 350,
1998. Chem Abstr., 121,p.230325 (1998).
32. Klepácová, K.; Miravec, E. & Bajus, M. - Chem. Pap., 60, p.224 (2006).
33. Lemke, D. W. U.S. Patent 2 002 058 781, 2002; Chem. Abstr., 136, p.370466 (2002).
34. Barrault, J.; Clacens, Y. & Pouilloux, Y. Topics Catal., 27, p.137 (2004).
35. Márquez-Alvarez, C.; Sastre, E. & Pérez-Pariente, J. Topics Catal., 27, p.105 (2004).
36. Medeiros, M. A.; Araújo, M. H.; Augusti, R.; Oliveira, L. C. A. & Lago, R. M. - J. Braz. Chem. Soc., 20, p.1667 (2009).
37. Medeiros, M. A.; Rezende, J. C.; Araújo, M. H. & Lago, R. M. Anais do 10° Congresso Brasileiro de Polímeros, Foz do Iguaçu- BR (2009).
38. Watanabe, T.; Iida, Y.; Aizawa, T.; Ainda, M. & Inomata, H. - Bioresour. Technol., 98, p.1285 (2007).
39. Solomons, T. W. G. – “Química Orgânica”, LTC, Rio de Janeiro (1996).
40. Smith, M. & March, J. – “Advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure”, John Wiley & Sons, New York (2001).
2. Geris, R.; Santos, N. A. C. dos; Amaral, B. A.; Maia, I. S.; Castro, V. D. & Carvalho, R. M. - Quim. Nova, 30, p.1369 (2007).
3. Suarez, P. A. Z. & Meneguetti, S. M. P. - Quim. Nova, 30, p.2068 (2007).
4. Pagliaro, M. & Rossi, M. - “The Future of Glycerol: New uses of a versatile raw material”, RSC Publishing, Cambridge (2008).
5. Karinen, R. S. & Krause, A. O. I. - Appl. Catal. A: Gen., 306, p.128 (2006).
6. Dasari, M. A.; Kiatsimkul, P. P.; Sutterlin, W. R. & Suppes, G. J. - Appl. Catal. A: Gen., 281, p.225 (2005).
7. Behr, A.; Eilting, J.; Irawadi, K.; Leschinski, J. & Lindner, F. - Green Chem., 10, p.13 (2008).
8. Jornal Valor Econômico, http://www.valoronline.com.br/ valoreconomico/285/empresasetecnologia/empresas/Glicerina+de+bi odiesel+inunda+mercado+no+pais+e+derruba+precos+,,,51,4289003. html, acessado em: 14 de fevereiro de 2008.
9. Klepacova, K.; Mravec, D.; Hajekova, E. & Bajus, M. - Petroleum and Coal, 45, p.54 (2003).
10. Lemke, D. W. U.S. Patent 6 620 904, 2003. - Chem. Abstr., 136, p.370466 (2003).
11. Mota, C. J. A.; da Silva, C. X. A. & Gonçalves, V. L. C. - Quim. Nova, 32, p.639 (2009).
12. Werpy, T. & Petersen, G. Top Value Added Chemicals From biomass, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Richland, (2004).
13. Kimura, H. - Appl. Catal. A: Gen., 105, p.147 (1993).
14. Kumar, T. N.; Sastry, Y. S. R. & Lakshminarayama, G. - J. Am. Oil Chem. Soc., 66 (1989).
15. Medeiros, M. A.; Oliveira, D. L.; Sansiviero, M. T. C.; Araujo, M. H. & Lago, R. M. - J Chem Technol Biotechnol (in press, DOI 10.1002/ jctb.2309).
16. Silva, C. X. A. da; Gonçalves, V. L. C. & Mota, C. J. A. - Green Chem, 11, p.38 (2009).
17. Silva, C. R. B. da; Gonçalves, V. L. C.; Lachter, E. R. & Mota, C. J. A. - J. Braz. Chem. Soc., 20, p.201 (2009).
18. Cho, G. H. P.; Yeong, S. K.; Ool, T. L. & Chuah, C. H. - J. Surf. Deter., 9, p.147 (2006).
19. Diaz, I.; Marquez-Alvarez, C.; Mohino, F.; Pérez-Pariente, J. & Sastre, E. - J. Catal., 193, p.295 (2000).
20. Ramaya, S.; Brittain, A.; de Almeida, C.; Mok, W. & Antal, M. J. - Fuel, 66, p.1363 (1987).
21. Atia, H.; Armbruster, U. & Martin, A. - J. Catal., 258, p.71 (2008).
22. Luna, F. J. & Schuchardt, U. - Quim. Nova, 24, p.885 (2001).
23. Huber, G. W.; Shabaker, J. W. & Dumesic, J. A. – Science, 300, p.2075 (2003).
24. Stein, Y. S.; Antal, M. J. J. & Jones, M. - J. Anal. and Appl. Pyrolysis, 4, p.283 (1983).
25. Medeiros, M. A.; Sansiviero, M. T. C.; Araujo, M. H. & Lago, R. M. - Appl. Clay Sci., 45, p.213 (2009).
26. Medeiros, M. A.; Oliveira, L. C. A.; Gonçalves, M.; Araújo, M. H. & Lago, R. M. Anais do 21° Simposio Iberoamericano de Catálisis, Málaga – ES (2008).
27. Barrault, J.; Jerome, F. & Pouilloux, Y. Lipid Technol., 17, p.131 (2005).
28. Moorer, H. H. & Anderegg, C. M. US Patent US4204877 (1980).
29. Kraft, A. U.S. Patent 6 649 690, 2003. Chem. Abstr., 139, p.7661 (2005).
30. Eshuis, J. I.; Laan, J. A. & Potman, R. P. U.S. Patent 5 635 588 (1997).
31. Jeromin, L.; Gutsche, B.; Bunte, R. & Jordan, V. U.S. Patent 5 710 350,
1998. Chem Abstr., 121,p.230325 (1998).
32. Klepácová, K.; Miravec, E. & Bajus, M. - Chem. Pap., 60, p.224 (2006).
33. Lemke, D. W. U.S. Patent 2 002 058 781, 2002; Chem. Abstr., 136, p.370466 (2002).
34. Barrault, J.; Clacens, Y. & Pouilloux, Y. Topics Catal., 27, p.137 (2004).
35. Márquez-Alvarez, C.; Sastre, E. & Pérez-Pariente, J. Topics Catal., 27, p.105 (2004).
36. Medeiros, M. A.; Araújo, M. H.; Augusti, R.; Oliveira, L. C. A. & Lago, R. M. - J. Braz. Chem. Soc., 20, p.1667 (2009).
37. Medeiros, M. A.; Rezende, J. C.; Araújo, M. H. & Lago, R. M. Anais do 10° Congresso Brasileiro de Polímeros, Foz do Iguaçu- BR (2009).
38. Watanabe, T.; Iida, Y.; Aizawa, T.; Ainda, M. & Inomata, H. - Bioresour. Technol., 98, p.1285 (2007).
39. Solomons, T. W. G. – “Química Orgânica”, LTC, Rio de Janeiro (1996).
40. Smith, M. & March, J. – “Advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure”, John Wiley & Sons, New York (2001).
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