Usuário(a):Polimerização em emulsão/Testes
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BREVE HISTÓRICO SOBRE A POLIMERIZAÇÃO EM EMULSÃO[editar | editar código-fonte]
Os primeiros trabalhos sobre polimerização em emulsão surgiram durante a Primeira Guerra Mundial na tentativa de substituir a borracha natural pela borracha sintética. Comercialmente, o uso da polimerização em emulsão em larga escala teve início nos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial com a produção da borracha sintética de estireno butadieno, devido à falta de borracha natural. Em 1947, a teoria qualitativa mais importante sobre o mecanismo de polimerização em emulsão de monômeros hidrofóbicos (estireno), em sistema batelada foi proposta por Harkins (1947). Os primeiros trabalhos relatando a utilização de monômeros hidrofóbicos foram realizados em 1948 (SMITH; EWART, 1948)[1]. Uma solução geral da equação teórica proposta por Smith e Ewart foi obtida em 1957 e 1965 (STOCKMAYER, 1957; O'TOOLE, 1965)[2]. Diversos autores contribuíram para o melhor entendimento da teoria proposta por Smith e Ewart (GARDON, 1968a; GARDON, 1968b; GARDON, 1968c; GILBERT, 1974; UGELSTAD; HANSEN, 1979; GILBERT, 1995)[3]. Estes trabalhos permitiram melhorar os processos de polimerização em emulsão, a morfologia das partículas e a estabilidade dos látices. Nos últimos anos, diversos trabalhos foram publicados relatando a evolução da polimerização em emulsão (GILBERT, 1995; LOVEL, 1997; FITCH, 1997; GAO; PENLIDIS, 2002; ASUA, 2002; CHERN, 2006)[4].
POLIMERIZAÇÃO EM EMULSÃO[editar | editar código-fonte]
A polimerização[[1]] em emulsão é um processo de grande relevância por permitir a fabricação de polímeros com propriedades específicas, que não são encontradas em outros processos. Trata-se de uma polimerização em cadeia, na qual o monômero é polimerizado em uma solução aquosa que contém surfactantes, originando uma dispersão de partículas denominada de látex.São reações que ocorre em meio liquido na forma de dispersão coloidal que pode ser caracterizada por ocorrer em um meio heterogêneo, ocorre na maioria das vezes composto por água como agente de dispersão, monômero, emulsificante e iniciador, em que o monômero pode ter pouca ou nenhuma solubilidade em água. Esse processo pode ser similar em alguns aspectos á polimerização em suspensão, diferindo-se em alguns aspectos de mecanismo como a dependencia do peso molecular para com os parâmetros de reação, entre outros aspectos reacionais. Uma das vantagens deste processo que o torna muito utilizado, quando o monômero é liquido em condições ambientes , por apresentar inúmeros fatores positivos.
- O estado coloidal do meio reaccional torna de fácil controle dos parâmetros de ração.
- Variações de temperatura e viscosidade são menos impactantes.
- O produto de reação (látex) pode ser usar sem demandar purificação.
- Permite aumentar a taxa de polimerização ao mesmo tempo que o grau de polimerização é médio.
A grande versatilidade de propriedades que podem ser averiguadas ao produto final, aliada às vantagens do ponto de vista ambiental devido à utilização de água como meio contínuo, faz da mesma o processo em excelência para muitas aplicações e, em especial, para os segmentos de tintas e adesivos, onde, ainda hoje, se utilizam como veículos solventes derivados do petróleo. Formulação típica de um meio emulsificador
| Componentes | Partes por peso | Função |
|---|---|---|
| Estireno | 25 | Co-monômero |
| Butadieno | 75 | Co-monômero |
| Água | 180 | dispersante |
| Emulsificador | 5 | emulsificante |
| n-dodecil mercapitana | 0,5 | agente de transferência de cadeia |
| NaOH | 0,061 | alcalinizante |
| Hidroperóxido de cumeno | 0,17 | iniciador |
| FeSO4 | 0,017 | iniciador |
| Na4P2O7.10H2O | 1,5 | solubilizante |
| Frutose | 0,5 | agente edutor |
Formação de micelas[editar | editar código-fonte]
A formação de micelas ocorre quando a concentração de surfactante excede um valor critico,que depende do surfactante, do solvente, temperatura, pressão,força iônica, e da presença de outros componentes de impurezas. Assim, este se organizam na forma de estruturas denominadas micelas. A concentração na qual a primeira micela é formada se denomina concentração micela crítica. Quando o monômero é adicionado à mistura de água + surfactante, uma pequena parcela se dispersa no solvente, e o restante adentra as micelas. A participação entre as duas fases depende da solubilidade da monômero em água.
Mecanismo da Polimerização em Emulsão[editar | editar código-fonte]
O mecanismo clássico da polimerização em emulsão foi descrito primeiramente por HARKINS (1945, 1945, 1947)[5]. Poucas modificações foram propostas para esse mecanismo desde então,o emulsificante é fundamental para a ocorrência da polimerização em emulsão. Ele forma micelas no meio aquoso e fica adsorvido nas gotas de monômero e partículas de polímero que estão sendo formadas, estabilizando-as em que estas À medida que as partículas de polímero crescem, elas consomem o emulsificante do meio, que fica adsorvido na sua superfície. A quantidade de emulsificante empregado determina a quantidade e o tamanho das partículas poliméricas, bem como a taxa da reação de polimerização. O processo de polimerização ocorre nas micelas, que capturam os radicais gerados na fase aquosa. A principal função das gotas de monômero é servir de reservatório de matéria-prima para a polimerização. O monômero se difunde das gotas dispersas para o interior das micelas, inchando-as e mantendo a continuidade da polimerização;Após a nucleação, as micelas passam a ser partículas de polímero, que se mantêm inchadas com monômero, dando continuidade à polimerização e ao crescimento da partícula.O processo de polimerização em emulsão pode ser dividido em três etapas.
A primeira etapa[editar | editar código-fonte]
A polimerização se inicia quando o iniciador é colocado na fase aquosa. Os radicais livres formados iniciam a nucleação de partículas. Existem dois tipos principais de nucleação: a micelar e a homogênea.
- A nucleação micelar ou heterogênea: formados na soluçao penetram as micelas e induzem a ploimerização do monômero.
- A nucleação homogênea: ocorre quando radicais livres se propagam na água e, após atingirem certo tamanho crítico de cadeia, precipitam.
A ocorrência de cada uma dessas nucleações depende balanço entre teor do monômero, a solubilidade deste em água e o teor de dispersante . Após a nucleação, as partículas de polímero continuam adsorvendo monômero e aumentando de tamanho. Ao final dessa etapa, praticamente todo o surfactante presente no meio está adsorvido nas moléculas de polímero.
A segunda etapa[editar | editar código-fonte]
É caracterizada pelo crescimento das cadeias de polímero, na presença das gotas de monômero. As cadeias de polímero se propagam a taxas muito elevadas, e isso faz com que as partículas cresçam muito de tamanho. Na maioria dos casos, a polimerização é rápida porque o sistema é compartimentalizado e não há mais do que um radical em cada partícula. Contudo, outras cinéticas de reação podem ocorrer. As partículas de polímero crescem cada vez mais e as gotas de monômero vão sendo consumidas. A etapa II termina quando as gotas de monômeros desaparecem. Tanto a formação de partículas quanto o crescimento de cadeias dependem, principalmente, da transferência de radicais livres e da partição de monômero existente entre gota e micela.
A terceira etapa[editar | editar código-fonte]
É caracterizada pelo consumo de todo o monômero que está presente nas partículas de polímero, enquanto o número de partículas permanece constante. As conversões alcançadas podem, em muitos casos, chegar a 100%. Como a viscosidade no interior dessas partículas é muito elevada, uma vez que há pouco monômero, o efeito gel torna-se bastante pronunciado e dificulta o controlo da temperatura. O tamanho final das partículas fica entre os tamanhos das micelas (2-10 nm) e das gotas de monômero (1-10 μm).
TÉCNICAS DE POLIMERIZAÇÃO EM EMULSÃO[editar | editar código-fonte]
Atualmente são conhecidas pelo menos três diferentes técnicas de polimerização em emulsão, são elas: macroemulsão, miniemulsão e microemulsão. Como os nomes implicam, a principal distinção entre estas três categorias reside no tamanho das gotas. A segunda maior distinção entre estas três categorias é a estabilidade da emulsão (EL AASSER e SUDOL, 199) de forma geral a relação entre o tamanho da gota e a estabilidade da emulsão nas três categorias: macroemulsão, miniemulsão e microemulsão.
No que tange a elaboração da polimerização em emulsão nota-se é uma técnica que permite a obtenção de polímeros com ampla taxa de aplicação, seja na área medica com aplicação como membrana em comprimidos ou na purificação de águas industriais ou em até mesmo tintas. A polimerização em emulsão foi desenvolvida para ampliar o processo produtivo do látex (sintético) em escala industrial. Todos os dias milhões de toneladas de látex sintético são preparados através do processo de polimerização em emulsão dando origem a vários derivados, resultando numa intensa ligação entre a academia, indústrias e laboratórios, assim fica nítido também que a utilização de monómeros, iniciadores, solventes e emulsificantes permite a polarização em emulsão apresentar menor toxidade e perigo ao meio ambiente.