universidade de sÃo paulo escola de engenharia...

49
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA LUCAS FIORELLI SERAPHIM Estudo do efeito do N-Butoxi Metil Acrilamida na copolimerização em miniemulsão do Acetato de Vinila com o VEOVA-9 para colagem de madeira Lorena 2011

Upload: buitu

Post on 10-Feb-2019

221 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA

LUCAS FIORELLI SERAPHIM

Estudo do efeito do N-Butoxi Metil Acrilamida na copolimerização em miniemulsão do Acetato de Vinila com o VEOVA-9 para colagem de madeira

Lorena

2011

Page 2: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

2

LUCAS FIORELLI SERAPHIM

Estudo do efeito do N-Butoxi Metil Acrilamida na copolimerização em miniemulsão do Acetato de Vinila com o

VEOVA-9 para colagem de madeira

Lorena

2011

Trabalho de conclusão de curso de Engenharia

Química da Universidade de São Paulo para

obtenção do título de Graduado em Engenharia

Química

Área de Concentração: Engenharia Química

Orientador: Prof. Dr. Domingos Sávio Giordani

Co-Orientador: Dr. Maurício Pinheiro de Oliveira

Page 3: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

3

Dedico este trabalho aos meus pais, Fernando e Damaris, e ao meu irmão Felipe por toda paciência, apoio e compreensão durante estes cinco anos de graduação.

Page 4: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

4

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus.

Ao Prof. Dr. Domingos, que demonstrou grande empenho em meu

desenvolvimento científico e intelectual.

Ao Dr. Maurício, disponibilidade de ensinar e orientar, pela postura

profissional, pelo respeito, pelos conselhos e pela amizade.

Ao Prof. Dr. Amilton, por colocar à disposição a área experimental e o

laboratório

À Escola de Engenharia de Lorena, pela oportunidade de realização do

curso de graduação.

Page 5: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

5

RESUMO

Devido ao forte apelo ecológico e a diminuição da demanda de madeiras provenientes de

florestas naturais, os estudos de diferentes técnicas de colagem para a reutilização desta

matéria prima tornou-se atraente e desafiador. Dentro deste contexto, alternativas para a

melhoria da resistência de colagem de adesivos vinílicos quando expostos à umidade e a

temperatura vem sendo estudadas. Uma das aternativas para aumentar a resistência de

colagem dos adesivos vinílicos para colagem de madeira é a introdução de monômeros

funcionas na cadeia do polímero. Neste trabalho o efeito do monômero funcional N-butoxi

metil acrilamida (NBMA) na copolimerização em miniemulsão do acetato de vinila (VAc)

com o neo-nonanoato de vinila (VEOVA-9) para colagem de madeira foi avaliado. Foi

estudado o efeito dos estabilizantes poliméricos (PVA e PVA-VV) na etapa de

emulsificação (diâmetro médio das gotas, polidispersão, estabilidade das miniemulsões).

O efeito do tipo de iniciador (persulfato de amônio/APS e hidroperóxido de tércio

butila/TBHP juntamente com o formaldeído sulfoxilato de sódio/SFS) na cinética da

polimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9 foi estudado. Com todos os látex

obtidos neste trabalho foram formulados adesivos e tensão de cisalhamento em colagem

de madeira foi avaliada.

Palavras-Chave: N-butoxi metil acrilamida, Miniemulsão, Poli (álcool vinílico), Acetato de

vinila e VEOVA-9

Page 6: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

6

ABSTRACT

Due to the strong ecological appeal and reduced demand for wood from natural forests,

studies of different bonding techniques for the reuse of raw materials has become

attractive and challenging. Within this context, alternatives to improve the shear strength

of vinyl adhesive when exposed to moisture and temperature have been studied.

Aternetives to increase the shear bond strength of vinyl adhesive for bonding wood is the

introduction of functional monomers in the works of the polymer chain. In this work the

effect of functional monomer N-butoxy methyl acrylamide (NBMA) in miniemulsion

copolymerization of vinyl acetate (VAc) with the vinyl neo-nonanoate (VEOVA-9) for

bonding wood was evaluated. The effect of the type of the polymeric stabilizer (PVA and

PVAVV), in the emulsification step (average diameter of drops, stability of miniemulsions)

was investigated. The effect of different initiators (ammonium persulfate/APS or tert-butyl

hydro peroxide/TBHP in the presence of sodium formaldehyde sulfoxylate/SFS) in the

polymerization kinetic was evaluated. With all the latex obtained in this work adhesives

were formulated and shear stress in bonding wood was evaluated.

Keywords: N-butoxy methyl acrylamide, Miniemulsion, Poly (vinyl alcohol), Vinyl acetate e

VEOVA-9.

Page 7: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

7

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 8

2. OBJETIVO ........................................................................................................ 10

3. BREVE REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.............................................................. 11 3.1. Polimerização em Emulsão .......................................................................... 11

3.2. Polimerização em Miniemulsão ................................................................... 12 3.3. Homogeneizadores de Alta Pressão.............................................................. 15 3.4. Surfatantes e Estabilizantes Poliméricos ...................................................... 16 3.5. Poli (Álcool Vinílico) .................................................................................. 17 3.6. Monômeros Hidrofóbicos ............................................................................ 19 3.7. Colagem de Madeira.................................................................................... 20

4. METODOLOGIA .............................................................................................. 22 4.1.Reagentes ..................................................................................................... 22 4.2.Preparação das soluções de PVA e PVAVV94.............................................. 22 4.3.Preparação das Minemulsões ........................................................................ 22 4.4.Polimerizações.............................................................................................. 24 4.5.Análise Gravimétrica .................................................................................... 24 4.6.Análise do diâmetro médio das gotas/partículas……………………………...24 4.7.Estabilidade das Minemulsões………………………………………………..25 4.8.Formulação de Adesivos……………………………………………………...25 4.9.Preparação dos corpos de prova para o teste de resistência da madeira……... 26 4.10.Testes de resistência de colagem………………………………………….....27

5. CRONOGRAMA DE EXECUSSÃO ................................................................. 28 6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................ 29

6.1.Efeito do PVA e do PVA-VV na etapa de emulsificação........................…….29 6.2. Efeito do tipo de iniciador na cinética de copolimerização em miniemulsãodo VAc com o VEOVA-9 ....................................................................................... 33 6.3. Efeito do monômero funcional NBMA na cinética de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9.............................................................. 36 6.4. Análise da resistência de colagem de madeira utilizando adesivos formulados com os láticesobtidos neste trabalho ................................................................... 39

7. CONCLUSÕES.................................................................................................. 44

REFERÊNCIAS..................................................................................................... 45

Page 8: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

8

1. INTRODUÇÃO

O Brasil apresenta um grande mercado em potencial de consumo de

adesivos aquosos e correlatos visto que existem grandes possibilidades de

crescimento no seu consumo per capita. A rápida industrialização, urbanização e

o aumento das exportações exigiram que os fabricantes de adesivos evoluíssem

para acompanhar o rítmo do crescimento e as exigências do mercado brasileiro e

internacional [1]. O forte apelo ecológico e o fornecimento de produtos mais

inovadores, com propriedades diferenciadas frente aos produtos tradicionalmente

utilizados tem sido um dos fatores determinantes para o aumento da demanda de

adesivos aquosos em diversos setores da cadeia produtiva.

Somente no setor madeireiro e/ou moveleiro, as exportações de móveis e

correlatos cresceram de US$ 2,0 bilhões em 2002 para US$ 3,3 bilhões em 2008,

com participação expressiva do segmento de portas, janelas e pisos destinados a

construção civíl (EXPORTAÇÕES, 2008; REFERÊNCIA, 2008). Por esta razão,

muitos fabricantes de adesivos estão gradativamente utilizando novas tecnologias

para substituir os adesivos à base de solventes por adesivos aquosos.

Atualmente, as indústrias de produtos de madeira estão sendo obrigadas a

maximizar a utilização da madeira através do aproveitamento mais racional da

madeira e do aperfeiçoamento das técnicas de colagem, devido ao crescente

aumento do desmatamento e a pressão sobre as florestas tropicais. Em outras

palavras, com a diminuição da demanda de madeiras provenientes de florestas

naturais, a produção de madeira passou a ocorrer em ciclos curtos, sendo que

sua reutilização através de diferentes técnicas de colagem tornou-se necessária.

Dentro deste contexto, os adesivos sintéticos para colagem de madeiras

maciça têm sido muito utilizados em diversas aplicações estruturais e não

estruturais na indústria moveleira e madeireira, como por exemplo, para colagem

de emendas dentadas (“finger-joint”), laminação, fabricação de vigas laminadas

coladas, colagem de painéis, dentre outras aplicações industriais [2-6]. Sendo

assim, estudos com o objetivo de melhorar a resistência de colagem dos

adesivos vinílicos quando expostos à umidade e a temperatura na tentativa de

obter adesivos nono-componentes para colagem de madeira tornam-se

atraentes. A utilização de adesivos nono-compomentes apresenta algumas

Page 9: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

9

vantagens em relação aos adesivos bi-componentes como, por exemplo, não

necessita da mistura do agente de cura pelo aplicador, não apresenta

deficiências de colagem por falta de homogeneização do adesivo com o agente

de cura e não requer investimentos em equipamentos para misturar o agente de

cura com o adesivo[7].

Uma das aternativas para aumentar a resistência de colagem dos adesivos

vinílicos para colagem de madeira é a introdução de monômeros funcionas na

cadeia do copolímero. Recentemente Brown e Frazier[8], (2007) estudaram o

efeito da adição da N-metilol acrilamida (NMA) na polimerização em emulsão do

acetato de vinila estabilizado com poli(álcool vinílico) para posterior colagem de

madeira. Os autores manipularam a adição da NMA e observaram mudanças

significativas na microestrutura do polímero, na distribuição da NMA nas

diferentes fases do sistema (fase orgânica e na fase aquosa) e

conseqüentemente no desempenho do adesivo.

Outro monômero funcional que pode ser utilizado em formulações de

adesivos para aumentar a resistência de colagem quando exposto a diferentes

condições climáticas de temperatura e umidade é o N-butoxi metil acrilamida

(NBMA), o qual foi utilizado neste trabalho.

Page 10: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

10

2. OBJETIVO

Assim, o principal objetivo deste trabalho foi verificar a influência do N-

butoxi metil acrilamida na copolimerização em miniemulsão do acetato de vinila

(VAc) com o versatato de vinila (VEOVA-9) estabilizada com um poli (álcool

vinílico) modificado (PVA-VV94). Em conjunto, a influência do tipo de estabilizante

polimérico e do tipo de iniciador das reações de polimerização também foram

estudados. Foram avaliados os parâmetros relacionados às reações de

polimerização. Com as resinas sintetizadas foram formulados adesivos, dos

quais a resistência a colagem de madeira foi avaliada.

Page 11: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

11

3.BREVE REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1 Polimerização em Emulsão

A polimerização em emulsão é o processo de polimerização muito utilizado

na indústria para a obtenção de polímeros via radicais livres, por possuir diversas

vantagens sendo a principal delas a utilização da água como fase dispersa. O

produto obtido no final da polimerização é uma dispersão estável de um polímero

em um meio essencialmente aquoso, a qual recebe o nome de látex. Esta técnica

permite a síntese de látices com diferentes propriedades coloidais bem como a

síntese de polímeros com diferentes composições estruturais.

Na polimerização em emulsão os monômeros encontram-se dispersos em

uma fase contínua pela adição de um surfatante e são polimerizados via radicais

livres provenientes da decomposição de um iniciador solúvel na fase continua. As

moléculas de surfatante se associam em água, formam as micelas e inicia a

polimerização. Considerando-se a solubilidade em água de alguns monômeros e

a concentração de surfatante no meio reacional, é possível afirmar que a maioria

das partículas se forma pela nucleação micelar ou homogênea. Os monômeros

utilizados na polimerização se difundem para o interior das partículas.

Porém, quando se deseja polimerizar monômeros muito hidrofóbicos, por

exemplo, acrilato de octadecila, versatato de vinila (VEOVA- 9), esta técnica

apresenta algumas desvantagens devido à baixa capacidade de difusão desses

monômeros das grandes gotas para as micelas. Este problema difusional pode

ser minimizado se a nucleação ocorrer predominantemente nas gotas de

monômero. Este mecanismo de nucleação ocorre na polimerização em

miniemulsão, que não requer o transporte de monômeros das gotas para as

micelas, além de garantir uma maior uniformidade em termos de tamanho final

das partículas de látices [9,10].

Page 12: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

12

3.2 Polimerização em Miniemulsão

Um conceito idealizado existente para polimerização heterogênea propõe a

geração de gotas pequenas, homogêneas e estáveis de monômero ou precursoras

de polímeros, as quais são transferidas para um reator, onde ocorre a

polimerização, resultando na formação de látices poliméricos com tamanhos de

partículas teoricamente idênticos ao diâmetro das gotas de monômero. Isto

significa que a gota de monômero é o local primário de iniciação da reação

polimérica. Neste novo sistema de polimerização, as reações ocorrem de maneira

isolada (sistema compartimentalizado), ou seja, no interior das gotas de

monômero, que são comumente chamadas de “nanoreatores”. A fase contínua

(água) continua sendo o veículo de transporte do iniciador e de outros aditivos ou

sub-produtos que possam estar presentes no meio reacional [11]. A polimerização

acontece de tal forma como se a síntese fosse executada em aproximadamente

1018 a 1020 nanocompartimentos por litro, separados um do outro pela fase

contínua. Esta situação proposta pode ser estendida para a polimerização em

miniemulsão, como ilustrado na Figura 1 [9].

Figura 1: O princípio da polimerização em miniemulsão.

Monômero

Água

Emulsificante

Monômero

Monômero

Água

Polímero

Miniemulsificação Polimerização

Monômero

Água

Emulsificante

Monômero

Monômero

Água

Polímero

Monômero

Água

Emulsificante

Monômero

MonômeroMonômeroMonômero

Água

Polímero

Miniemulsificação Polimerização

Page 13: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

13

Dessa forma, a preservação do número de gotas estabilizadas/partículas e

a característica inicial das gotas são, portanto o principal desafio desta técnica.

Para que isso ocorra, a área de superfície das gotas de monômero deve ser muito

maior do que das micelas, para evitar a nucleação micelar, sendo assim as gotas

de monômeros seriam os locais de nucleação. O transporte de iniciadores,

subprodutos e calor é realizado pela fase dispersa (água). Para garantir a

homogeneização do sistema, ou seja, garantir que o tamanho das gotas se

mantenha na ordem de 30-500nm são utilizados equipamentos mecânicos (ultra-

som ou homogeneizadores de alta pressão) num processo conhecido como

emulsificação. Na miniemulsão ideal, é possível produzir látices com baixa

polidispersidade e excelente estabilidade, além de que a energia gerada no

sistema é inferior àquela produzida numa polimerização em emulsão

convencional.

Produtos obtidos através da técnica em miniemulsão são usualmente

estabilizados eletrostaticamente por surfatantes de baixa massa molar, para

emulsificação, um co-estabilizante, normalmente moléculas hidrofóbicas de baixa

massa molar. Esses agentes hidrofóbicos são necessários e tem como função

impedir a degradação das gotas menores. No entanto, uma quantidade

relativamente grande de surfatantes e co-estabilizante pode comprometer a

aplicação dos látices. Diferentes co-estabilizantes podem ser utilizados para

estabilizar as miniemulsões, como por exemplo, alcanos de cadeias longas como

o hexadecano [12-14] e álcoois graxos como o álcool cetílico [15, 16]. Também foram

utilizados polímeros pré-formados, monômeros hidrofóbicos [17-19], agentes de

transferência de cadeia [20-22] e iniciadores hidrofóbico [23,24].

Em um estudo pioneiro de polimerização em miniemulsão do estireno,

Ugelstad et al [15] mostraram que pela dispersão do monômero no meio reacional,

na forma de pequenas gotas estáveis (< 1m), a área superficial destas gotas

aumentava drasticamente e com isto, podiam competir efetivamente para a

captura de radicais livres. Baseado nestas observações, os autores verificaram

que as gotas de monômero foram o ponto principal para a nucleação das

partículas. De acordo com Asua et al. [10], as miniemulsões são sistemas

altamente estáveis, obtidos através de uma mistura de surfatantes com agentes

hidrofóbicos, como por exemplo, álcoois graxos e alcanos de cadeias longas. A

Page 14: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

14

principal função do agente hidrofóbico, principalmente no caso daqueles formados

por longas cadeias de alcanos (tal como o hexadecano) é controlar a difusão do

monômero, garantindo assim, a estabilidade do sistema.

Em princípio, existem dois mecanismos que podem alterar o número e o

tamanho das partículas após a dispersão: a degradação difusional (Ostwald

ripening) e a coalescência entre as gotas [25,26]. A Figura 2 mostra os mecanismos

de desaparecimento das gotas, onde a principal função do agente hidrofóbico é

limitar a difusão do monômero, formando uma barreira na superfície das gotas

através da combinação com o surfatante, prevenindo a difusão das gotas

menores para as maiores, gerando assim uma pressão osmótica dentro das gotas

de monômero [27].

Figura 2: Representação dos mecanismos de degradação das emulsões.

Quando uma emulsão de gotas de monômero é criada por agitação

mecânica de um fluído heterogêneo que contém surfatantes, obtêm-se uma

distribuição de tamanho de gotas homogênea. Mesmo quando o surfatante

garante uma estabilidade coloidal suficiente para o sistema, a distribuição dos

tamanhos das gotas formadas é determinada pelo fluxo de massa líquida por

difusão. Se as gotas não são estabilizadas contra degradação por processo de

difusão, as gotas menores desaparecerão, formando outras gotas de maior

Page 15: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

15

tamanho. Foi mostrado que este desaparecimento das gotas pequenas pode ser

muito rápido.

Higushi e Misra [28] estudaram quantitativamente os aspectos relacionados

ao crescimento das gotas maiores bem como o desaparecimento das gotas

menores para os casos em que o processo de difusão é controlado na fase

contínua. Foi proposto pelos autores, que emulsões instáveis podem ser

estabilizadas contra o processo de difusão de “Ostwald ripening” pela adição de

pequenas quantidades de um agente hidrofóbico, o qual deve distribuir-se

preferencialmente na fase dispersa devido a sua baixa solubilidade em água.

Hansen e Ugelstad [29] estudaram a polimerização em miniemulsão,

utilizando hexadecano como co-estabilizante e baixa intensidade de agitação. Os

autores observaram a formação de grandes gotas de monômero e micelas

oriundas da presença de surfatante livre na fase aquosa, ocorrendo à formação

de partículas através do mecanismo de nucleação micelar. Aumentando a

velocidade de agitação e mantendo constante a concentração de surfatante, foi

observada a formação de gotas pequenas, sem a presença de micelas no meio.

3.3 Homogeneizadores de Alta Pressão

Os homogeneizadores de alta pressão consistem basicamente em uma

bomba com deslocamento positivo, onde a pressão do sistema é controlada por

uma válvula que restringe a passagem do líquido (pré-emulsão) através de um

orifício pressurizado. A principal diferença entre os homogeneizadores de alta

pressão existentes no mercado é a geometria do equipamento, o volume de

homogeneização e a tecnologia envolvida no sistema de válvulas [30]. A Figura 3

ilustra o funcionamento de um homogeneizador de alta pressão.

Page 16: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

16

Figura 3: Esquema ilustrativo da válvula do homogeneizador de alta pressão

durante a preparação da miniemulsão.

Nos homogeneizadores de alta pressão, o líquido (pré-emulsão) é

adicionado em um recipiente de alimentação e bombeado com baixa velocidade.

Através do fechamento da válvula, há uma redução da área de passagem do

líquido, aumentando desta forma a pressão do sistema. O produto passa por um

orifício com uma velocidade extremamente elevada, chocando-se com o

dispositivo de impacto em volta da válvula. Através da queda brusca da pressão e

do impacto do líquido, as partículas maiores fracionam-se em partículas menores.

A uniformidade e o diâmetro das gotas podem ser ajustadas através das

variáveis: pressão, número de ciclos (passagem do líquido ou da pré-emulsão

pela bomba) e concentração de surfatante. No primeiro ciclo é possível observar

uma redução do diâmetro das gotas, porém com o aumento do número de ciclos

é possível obter diâmetros menores até um certo número de ciclos e baixos

valores de polidispersão [31].

3.4 Surfatantes e Estabilizantes Poliméricos

A utilização de surfatantes na polimerização em miniemulsão, além de

diminuir a difusão molecular da fase dispersa, é responsável pela estabilidade

coloidal que normalmente é controlada pelo tipo e quantidade de surfatante

utilizado. No processo de polimerização em miniemulsão, o tamanho das gotas

após o processo de homogeneização, depende diretamente da quantidade de

surfatante utilizado [32]. Uma parte da área superficial das gotas deve ser

recoberta por moléculas de surfatante para que se tenha uma eficiente

Page 17: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

17

estabilização contra processos de coalescência, sem que ocorra formação de

micelas. Neste caso, a cobertura superficial crítica (CSC) depende do tamanho da

partícula, sendo que quanto menor o tamanho das partículas, maior a CSC

requerida para estabilização [27]. Isto ocorre em função da grande área superficial

das gotas, fazendo com que grande parte do surfatante fique adsorvida nas gotas,

restando pouco surfatante livre disponível para formar micelas ou estabilizar a

polimerização.

Dessa forma, a utilização de estabilizante polimérico, como por exemplo, o

poli(álcool vinílico) em substituição aos surfatantes tradicionais utilizados na

polimerização em miniemulsão se torna muito atraente.

3.5 Poli (álcool vinílico)

Atualmente, são produzidos industrialmente diversos tipos de PVA,

possuindo diferentes graus de hidrólise (DH) e diferentes graus de polimerização

(DP).

( ( ))n m

O

O

CH3

OHO

n)(

CH3O

NaOH+ CH3OH + CH3COONa

Figura 4: Esquema da síntese de PVA via hidrólise alcalina do

poli(acetato de vinila).

O poli(álcool vinílico) (PVOH ou PVA) é muito utilizado em diversas

aplicações industriais e cientificas, como por exemplo, na fabricação de fibras [33],

membranas [34, 35], mantas [36], filmes para embalagens, revestimento de papéis [37]

e como estabilizantes para reações de polimerização.

Em geral, o PVA utilizado nas reações de polimerização possui forte

influência não somente nas propriedades coloidais, mas também nas

propriedades de aplicação do polímero, como por exemplo, estabilidade

Page 18: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

18

mecânica, resistência do filme formado, molhabilidade, adesão sobre diferentes

substratos, características reológicas diferenciadas.[38, 39]. Uma emulsão

polimérica estabilizada com um PVA possuindo alto grau de hidrólise (94-99 %)

confere ao produto final elevada resistência à umidade e a temperatura, quando

comparada com uma emulsão estabilizada com um PVA de 88 % de grau de

hidrólise. No entanto, a resistência à água é desfavorecida quando comparada

com polímeros estabilizados com surfatantes [40]. Neste caso, a síntese de PVA’s

modificados, os quais são caracterizados pela presença de grupos laterais

hidrofóbicos na molécula se tornam muito atraentes em diversas aplicações

industriais e científicas.

O poli(álcool vinílico) contendo grupos hidrofóbicos pode ser obtido através

da copolimerização do acetato de vinila com monômeros hidrofóbicos, via

modificação química de um PVA ou por ambos os métodos [41, 42]. A introdução de

diferentes monômeros funcionais e/ou monômeros hidrofóbicos durante a

polimerização é muito atrativa industrialmente.

A síntese de PVA’s com alto grau de hidrólise (> 94 %) pela técnica de

copolimerização, geralmente leva a obtenção de produtos possuindo baixa

solubilidade em água, porém com alta resistência do filme formado. Neste caso, a

escolha correta do monômero e a quantidade a ser utilizada na copolimerização

com o acetato de vinila são fundamentais principalmente para PVA’s que serão

utilizados como estabilizante em reações de polimerização em emulsão ou

miniemulsão.

Neste trabalho, foi escolhido utilizar o PVA modificado com o monômero

versatato de vinila (VEOVA-10) por apresentar excelente característica

hidrofóbica, possuir alta resistência à hidrólise alcalina, resistência a raios

ultravioleta e possuir valores próximos da razão de reatividade quando

copolimerizado com o acetato de vinila (rVAc= 0,99 ; rVEOVA-10 = 0,92) [43-47].

Figura 6: Estrutura de um PVA obtido via copolimerização em solução do

VAc com o VEOVA -10, seguida de hidrólise alcalina.

Page 19: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

19

3.6 Monômeros Hidrofóbicos

Na polimerização em emulsão envolvendo monômeros extremamente

insolúveis em água se faz necessária à utilização de uma maior concentração de

surfatante para estabilizar o sistema, além de um tempo maior de polimerização

para obter altas conversões [48]. Isto ocorre devido à baixa capacidade de difusão

do monômero, o qual é transportado das gotas de monômero para o interior das

partículas de polímero em crescimento [49, 50]. Nas reações em que se deseja incorporar monômeros extremamente

hidrofóbicos à cadeia polimérica para obter propriedades diferenciadas, além de

um maior controle da distribuição de tamanhos de partículas, se faz necessário o

uso da técnica de polimerização em miniemulsão. Através desta técnica de

polimerização, o transporte de monômero via difusão das grandes gotas para as

partículas de polímero não ocorre, uma vez que as gotas obtidas na

polimerização em miniemulsão são muito menores e a nucleação das gotas é o

mecanismo predominante.

A copolimerização em miniemulsão do VAc com o versatato de vinila

(VEOVA-10) em processo batelada foi estudada por Wu et al., [51]. Foi utilizado

como surfatante o SLS e como agente hidrofóbico o hexadecano. Os autores

trabalharam com duas situações diferentes: os monômeros homogeneizados

juntos e o VAc homogeneizado, com o VEOVA-10 adicionado após a

homogeneização. Os autores observaram a formação de uma dispersão com

baixa estabilidade com a adição do VEOVA-10 ao VAc homogeneizado,

ocorrendo a formação de pequenas partículas, baixa velocidade de polimerização

e diferentes composições do polímero formado quando comparado com os

resultados obtidos para o sistema VAc/VEOVA-10 homogeneizados juntos.

Neste trabalho, esta sendo estudada a copolimerização em miniemulsão do

VAc com o VEOVA-9. O VEOVA-9 é um monômero que possui baixa solubilidade

em água e similar ao VEOVA-10. A principal vantagem do monômero VEOVA-9 é

a Tg do homopolímero obtido (70ºC) em relação ao homopolímero obtido com o

VEOVA-10 (Tg= -3ºC) [52, 53, 54]. Neste caso, esta característica proporciona a

obtenção de adesivos com maior resistência de colagem.

Page 20: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

20

3.8 Colagem de Madeira

A junção perfeita de dois substratos de madeira utilizando adesivos é

freqüentemente exigida tanto a nível estrutural quanto a nível não estrutural e

depende de diversos fatores, como por exemplo, o tipo e as propriedades físico-

químicas de adesivo, a preparação do substrato, a geometria peças a serem

coladas, dentre outros fatores [55]. Neste caso, a seleção e a utilização correta do

adesivo para colagem de madeira são de fundamental importância para o bom

desempenho da junta adesiva. No processo de colagem envolvendo substratos

de madeira, alguns mecanismos de adesão estão presentes através de ligações

primárias e secundárias, como por exemplo, ligações covalentes, interações por

pontes de hidrogênio, forças de Van der Waals, interações dipolo-dipolo, dipolo-

dipolo induzido e forças de dispersão ou de London, além do travamento

mecânico[56]. Para substratos de madeira, o travamento mecânico e a adsorção

são mais evidentes, porém a combinação com os outros mecanismos se

aproxima mais da realidade. Para adesivos em emulsão aquosa, as forças

secundárias são predominantes nas juntas adesivas envolvendo substratos de

madeira ou substratos polares. Nos testes de cisalhamento a seco, a união

formada por estas ligações é equivalente ou superior à própria resistência do

substrato. Na maioria dos casos, quando há rompimento da junta adesiva, este

rompimento ocorre no substrato ou na interface substrato/adesivo. Por outro lado,

estas ligações adesivas são enfraquecidas na presença de água e em

temperaturas elevadas (>60oC). Desta forma, os adesivos com resistência a

temperatura e a umidade são reativos, parcialmente reticulados ou apresentam

ligações químicas com a madeira, resultando em uma alta resistência de colagem

e durabilidade da junta adesiva[5, 56] .

Nos testes de colagem envolvendo substratos de madeira, dois parâmetros

são considerados para avaliar o desempenho da junta adesiva: a tensão de

cisalhamento e a percentagem de falha na madeira (desfibramento). Alta

percentagem de desfibramento, associada ao alto valor da tensão de

cisalhamento indica que o adesivo possui boa adesão e coesão. Por outro lado,

se a percentagem de desfibramento for baixa indica o rompimento da junta

adesiva na interface do substrato, apresentando baixa adesão ou baixa coesão na

Page 21: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

21

interface com o substrato ou ambas em função de fatores externos relacionados

com substrato e com o adesivo. A maioria dos fatores externos que tem influência

no processo de colagem está diretamente relacionada com a aplicação do

adesivo e as condições de processo utilizada. Um dos principais questionamentos

na colagem de madeiras, principalmente na produção de emendas dentadas está

na utilização correta do adesivo, do processo de colagem e principalmente a

classificação do adesivo, ou seja, a resistência do adesivo quando exposto a

diferentes condições de temperatura e umidade. Os adesivos para colagem de

madeiras são classificados de acordo com a resistência de colagem em diferentes

condições de temperatura e umidade. As normas mais utilizadas na classificação

dos adesivos para colagens não estruturais são as normas DIN-EN-204/2002 e

ASTM D-4317/98. A norma DIN-EN 204 classifica os adesivos em quatro

categorias (D1, D2, D3 e D4), utilizando exclusivamente a madeira Fagus

sylvatica nos testes de colagem. Os adesivos classificados como D2 possuem

baixa resistência a umidade e a temperatura, enquanto os adesivos classificados

como D3 possuem resistência a umidade e podem ser utilizados para colagem de

peças que ficam em ambientes internos e que freqüentemente entram em contato

com umidade. Já os adesivos classificados como D4 apresentam resistência a

umidade e a temperatura, os quais podem ser utilizados em peças de interiores e

exteriores, que ficam expostos à umidade e a temperatura durante longos

períodos de tempo.

Page 22: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

22

4. METODOLOGIA

4.1 Reagentes

Os monômeros, acetato de vinila (VAc) e versatato de vinila (VEOVA-9)

foram obtidos junto à Hexion Química. O acetato de vinila foi destilado sob vácuo

à temperatura ambiente. O monômero VEOVA-9 foi purificado através da

passagem por uma coluna composta por alumina (Sigma-Aldrich). Como iniciador

de polimerização foram utilizados dois tipos de iniciadores: o persulfato de amônio

(APS) e um sistema redox composto por hidroperóxido de terc-butila (TBHP)

juntamente com o sulfoxilato de sódio (SFS), ambos obtidos junto a Acron. Como

estabilizante para as reações de polimerização foram utilizados quatro tipos de

poli(álcool vinílico) com diferentes grau de hidrólise e sendo dois deles

modificados. O agente hidrofóbico utilizado foi o hexadecano (HD). Como agente

tampão foi utilizado o acetato de sódio. Em todas as reações de polimerização foi

utilizada água deionizada com condutividade igual a 1,2 μS cm-1.

4.2 Preparação das soluções de PVA e PVAVV94

As soluções de PVA’s (10 % m/v) utilizadas neste trabalho foram

preparadas através da dissolução dos PVA’s em água deionizada na temperatura

de 85ºC por um período de 2 horas.

4.3 Preparação das Miniemulsões

As miniemulsões foram preparadas em quatro etapas:

Preparação da fase Aquosa A fase aquosa foi preparada sob agitação mecânica através da mistura da

solução de PVA (10 % de sólidos) com água deionizada, acetato de sódio.

Page 23: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

23

Preparação da fase Orgânica Em paralelo a preparação da fase aquosa, a fase orgânica foi preparada

separadamente, misturando-se o agente hidrofóbico (HD) com os monômeros

VAc e VEOVA-9.

Preparação da pré-emulsão A fase orgânica foi transferida lentamente para o recipiente contendo a fase

aquosa e ficou sob agitação mecânica de 300 rpm por um período de 10 minutos.

Durante a agitação, o recipiente contendo a mistura foi fechado e resfriado em

banho de gelo para evitar a evaporação dos monômeros.

Homogeneização A pré-emulsão foi transferida para um homogeneizador de alta pressão do tipo

Manton Gaulin (Art Peças, modelo Aplab-10), onde a pressão manométrica foi

ajustada para 1000 bar. O recipiente onde é colocada a pré-emulsão foi resfriado

com água gelada, para evitar a polimerização via iniciação térmica, devido à

liberação de calor provocada durante a homogeneização. Foram realizados 5

ciclos de homogeneização. A Figura 7 mostra um esquema do procedimento.

Figura 7: Esquema do processo utilizado na preparação das miniemulsões.

Page 24: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

24

4.4 Polimerizações

Em todas as reações foi utilizado um reator encamisado de vidro (tampa e

jaqueta) com capacidade para 3,5 litros, equipado com termorresistências do tipo

PT 100, um sistema de agitação mecânica e um condensador de refluxo. O

aquecimento do reator foi realizado com auxílio de um banho termostático, marca

Haake, modelo C25. Para maior controle da polimerização e evitar perda de

monômero, as reações foram conduzidas com circulação de água a 2°C na tampa

do reator e no condensador de refluxo. Neste sistema de polimerização foi

utilizado um agitador mecânico tipo âncora trabalhando com velocidade de 150

rpm. As reações foram conduzidas em processo semi-contínuo. As miniemulsões

foram adicionadas no reator através de uma bomba dosadora da marca

ProMinent®, modelo Gamma G/4b, com vazão controlada de 5,0 g/min. Os

iniciadores foram adicionados no reator através de uma bomba dosadora do tipo

seringa, da marca Genie Kent, modelo YA-12, com vazão controlada de 0,11

g/min . As amostras foram coletadas em frascos pré-pesados com hidroquinona e

imediatamente colocadas em banho de gelo para o término total da reação. As

formulações e as condições experimentais utilizadas nos estudos estão descritas

juntamente com os resultados. Todas as reações foram realizadas sob atmosfera

de nitrogênio.

4.5 Análise gravimétrica A cinética de reação foi acompanhada através de análises de conversão.

Cada amostra foi retirada em tempos pré-determinados durante o período de

reação, utilizando frascos de vidro, que foram imediatamente imersos em água

com gelo, para interromper a reação. Por fim, a conversão foi determinada por

análise gravimétrica em estufa com circulação de ar a 110ºC por 2 horas.

4.6 Análise de diâmetro médio das gotas/partículas

O diâmetro médio das gotas foi determinado em duplicata através da

técnica de espalhamento de luz (Light Scattering), utilizando o equipamento

Page 25: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

25

Malvern, modelo Zetasizer 1000. Uma alíquota da miniemulsão foi colocada em

uma cubeta de vidro e a concentrção ajustada com água. O diâmetro médio das

gotas foram analisados.

4.7 Estabilidade das miniemulsões

A estabilidade das miniemulsões foi determinada através das análises do

diâmetro médio das gotas após 12 horas de preparação (estocagem), utilizando o

mesmo procedimento de espalhamento de luz, descritos no item anterior (4.6).

4.8 Formulação dos adesivos

Com os látices obtidos neste trabalho foram formulados adesivos, dois

quais a formulação segue descrita na Tabela 1:

Tabela 1- Formulações e condições experimentais que serão utilizadas para preparação dos adesivos para colagem de madeira.

Adesivos

Reagentes Quantidade (%)

Látex 69

Resina fenólica& 25,5

Ácido p-tolueno sulfônico# 1

Cloreto de Alumínio* 4

H2O 0,5

Agitação =300 rpm; Tempo de agitação = 1,0 hora; &Cascophen® PA-433 (teor de sólidos=55%,

Viscosidade 1200 mPa.s; pH 8,5);

* Solução aquosa 45 % m/v; #Solução aquosa 60 % v/v

Page 26: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

26

4.9 Preparação dos corpos de prova para o teste de resistência a colagem de madeira

Na preparação dos corpos de prova foi utilizada a madeira Fagus silvatica L

(Faia) nas dimensões e exigências descritas pela Norma DIN EN-205 (1991). As

lâminas de madeira foram climatizados por sete dias na temperatura de 23,0

2oC e umidade relativa do ar de 50,0 5%. As colagens foram realizadas com a

umidade da madeira estabilizada em 12 %. Os adesivos foram aplicados

manualmente nas duas faces da madeira, com gramatura de 200 g m-2 e tempo

em aberto inferior a 4 minutos. Os corpos de prova foram prensados utilizando-se

uma prensa hidráulica (Maiola, modelo M1) na temperatura de 30oC por quatro

horas. Após, os corpos de prova foram climatizados por sete dias (23,0 2oC e

umidade relativa de 50,0 5%) e cortados nas dimensões descritas na Figura 8.

Figura 8 - Corpos de prova utilizados nos testes de resistência ao cisalhamento

(Norma DIN EN-205 (1991)).

Foram preparados vinte corpos de prova para cada série testes realizados,

onde: C é o comprimento do corpo de prova (150 ± 1 mm); L é a largura do corpo

de prova (20 ± 0,1 mm); E é a espessura da lâmina da madeira (5 ± 0,1 mm); E1

é a espessura do corpo de prova após colagem (5 ± 0,1 mm) e A é o

comprimento da seção cisalhada (10 ± 0,1 mm)

A=10 mm

C =150 mm

E=5 mm

L=20 mm

E1=10 mm

Page 27: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

27

4.10 Testes de resistência de colagem

Os testes de resistência de colagem foram realizados de acordo com as

exigências da norma DIN EN-204 (2001), utilizando um dinamômetro da marca Emic,

modelo DL-3000. A tensão de cisalhamento na linha de colagem foi calculada de

acordo com a equação 4.

AF T max

iC Equação (4)

Onde, iCT é a tensão de cisalhamento para o adesivo i (N mm-2); maxF é a força máxima

de ruptura (N) e A é a área de colagem (mm2).

Os testes de resistência de colagem foram realizados para as diferentes

condições exigidas pela Norma DIN EN-204 (2001). A tabela 2 mostra as etapas

envolvidas na preparação dos corpos de prova e a resistência de colagem exigida pela

Norma DIN EN-204 (2001) para cada teste realizado.

Tabela 2 - Resistência mínia de colagem exigida pela Norma DIN EN-204(2001) para a classificação D4 dos adesivos.

Testes Adequação dos corpos-de-prova

Resistência de colagem (N mm-2)

A 7 dias de climatização# ≥ 10,0

7 dias de climatização#

4 dias em H2O fria (20 5oC) ≥ 8,0 B

7 dias de climatização#

7 dias de climatização# C

4 dias em H2O fria (20 5oC) ≥ 4,0

7 dias de climatização#

6 h em H2O quente (95 1oC) ≥ 4,0 D

2 h em água fria (20,0 5oC)

# 23,0 2oC e umidade relativa do ar de 50,0 5 %

Page 28: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

28

5. Cronograma de Execução

2011

Meses ETAPAS DO PROJETO

Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro

1 - Revisão Bibliográfica

2 - Redação do Projeto de Monografia

3 - Síntese e Caracterização das

Resinas

4 - Formulação e Teste de Colagem dos

Adesivos

5 - Redação da Monografia

Etapas à cumprir

Etapas Concluídas

Page 29: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

29

6. Resultados e Discussões 6.1 Efeito do PVA e do PVA-VV na etapa de emulsificação

Nesta etapa foram realizadas quatro miniemulsões para verificar a

influência do tipo de estabilizante polimérico no diâmetro das gostas e na

estabilidade das miniemulsões. Foram utilizados PVA`s convencionais com 88 e

98% de grau de hidrólise (ME-88 e ME-98) e PVA’s modificados com 94 e 98% de

grau de hidrólise. A Tabela 3 apresenta as formulações e condições

experimentais empregadas neste estudo.

Tabela 3 – Formulações e condições experimentais empregadas neste estudo.

Miniemulsões Reagentes (g)

ME-88 ME-98 ME-V94 ME-V98

H2O 635,85 635,85 635,85 635,85

AcNa 1,0 1,0 1,0 1,0

PVA88 30,0 ** ** **

PVA98 ** 30,0 ** **

PVA-VV94 ** ** 30,0 **

PVA-VV98 ** ** ** 30,0

VEOVA-9 96,0 96,0 96,0 96,0

HD 11,65 11,65 11,65 11,65

VAc 224,0 224,0 224,0 224,0

5 ciclos de homogeneização; pressão=1000 bar; teor de sólidos=35%

A Figura 9 mostra o efeito do tipo de estabilizante polimérico (PVA e PVA-

VV) no diâmetro médio das gotas das miniemulsões preparadas em função do

número de ciclos de homogeneização. De acordo com esta figura, é possível

verificar uma queda exponencial mais acentuada do diâmetro das gotas para as

miniemulsões ME-88, ME-V94 e ME-V98 até o terceiro ciclo de homogeneização.

Após o terceiro ciclo de homogeneização, o diâmetro médio das gotas

Page 30: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

30

permaneceu praticamente constante. Por outro lado, o diâmetro médio da

miniemulsão obtida com o PVA-98 teve um decréscimo menos acentuado em

função do número de ciclos de homogeneização. Isto mostra que o diâmetro

médio das gotas é influenciado não só pelo grau de hidrólise do PVA e do PVA-

VV, mas também pela presença de grupos hidrofóbicos na cadeia do PVA-VV.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1 2 3 4 5

Número de Ciclos

Diâm

etro

da

Got

a (n

m) ME-88 ME-98 ME-V94 ME-V98

Figura 9 – Efeito do tipo de estabilizante polimérico no diâmetro médio das gotas.

De acordo com os resultados apresentados na Figura 9 é possível afirmar

que independente do número de ciclos de homogeneização utilizado, o PVA98

não foi eficiente para estabilizar e reduzir o diâmetro médio das gotas. A

miniemulsão obtida com este estabilizante (PVA98) apresentou maiores

diâmetros e maior polidispersão (Figura 10.B) quando comparada com a

miniemulsão (ME-88) obtida com o PVA88. Isto mostra que a utilização de PVA

possuindo alto grau de hidrólise (98-99%) como estabilizante é dificultada devido

à baixa adsorção do PVA na superfície das gotas [58]. Por outro lado, para a

miniemulsão preparada com o PVA-VV98 (ME-V98) foi obtido diâmetros de gota

menores (Figura 9) e menor polidispersão (Figura 10.D), apresentando um

comportamento diferente do obtido na presença do PVA-98 (ME-98). Isto só pode

ser explicado em função da presença do grupo alquil (VEOVA-10) na cadeia do

polímero, resultando em uma maior interação do PVA-VV98 com os monômeros

(VAc/VEOVA-9). Neste caso, a presença do grupo alquil, mesmo em pequena

concentração na cadeia do PVA-VV deve ter ficado adsorvido nas gotas de

monômero, formado uma barreira na superfície, diminuindo a degradação via

Page 31: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

31

coalescencia e difusão dos monômeros para a fase aquosa. A maior afinidade do

PVA-VV98 com as gotas de monômero resultaria em uma maior absorção do

PVA-VV98 na interface (gotas/água), aumentando o número de gotas e reduzindo

o diâmetro.

50 100 500 1000 5000Diameter (nm)

5

10

15

% in

cla

ss

45

50 100 500 1000 5000

5

10

15

% in

cla

ss

Diâmetro das gotas (nm)

Dis

tribu

ição

de

freq

üênc

ia (%

) 12345

Ciclos

Dis

tribu

ição

de

freq

üênc

ia (%

)

Ciclos

123

Diâmetro das gotas (nm)

(A) (B)

50 100 500 1000 5000

5

10

15 12345

Diâmetro das gotas (nm)

Dis

tribu

ição

de

freqü

ênci

a (%

)

Ciclos(C)

50 100 500 1000 5000

5

10

15 12345

Diâmetro das gotas (nm)

Dis

tribu

ição

de

freq

üênc

ia (%

)

Ciclos(D)

Figura 10 – Efeito do número de ciclos de homogeneização na

polidispersão das miniemulsões

(A) ME-88, (B) ME-98, (C) ME-V94 e (D) ME-V98

De acordo com a Figura 10 é possível verificar um decréscimo mais

acentuado da polidispersão com o aumento do número de ciclos de

homogeneização para as miniemulsões ME-88, ME-V94 e ME-V98

Page 32: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

32

respectivamente. Para a miniemulsão preparada com o PVA-VV94 (ME-V94)

ocorreu um decréscimo mais significativo da polidispersão e do diâmetro após o

terceiro ciclo de homogeneização. Isto mostra que a presença de grupos

hidrofóbicos na cadeia do PVA e grau de hidrólise dos memos causa influência

não só no diâmetro das gotas, mas também na polidispersão das miniemulsões.

A estabilidade das miniemulsões foi estudada através das análises do

diâmetro médio das gotas em função do tempo de estocagem. A estabilidade da

miniemulsão obtida com o PVA98 (ME-V98) não foi analisada devido à separação

de fases durante e após a etapa de homogeneização, indicando baixa

estabilidade. A Tabela 4 mostra o efeito do tipo de estabilizante polimérico no

diâmetro médio da miniemulsões após 5 ciclos de homogeneização e doze horas

de estocagem, na temperatura de 25oC. De acordo com os resultados

apresentados nesta tabela é possível verificar que as miniemulsões preparadas

com o PVA88 (ME-88) e o PVA-VV94 (ME-V94) apresentaram diâmetros estáveis,

sugerindo uma estabilidade superior a 12 horas de estocagem, quando

comparada com a estabilidade da miniemulsão produzida com o PVA-VV98 (ME-

V98), que apresentou um aumento do diâmetro médio das gotas de 585,0 nm

após 5 ciclos de homogeneização para 722,0 nm após 12 horas de estocagem.

Este aumento do diâmetro indica que o PVA-VV98 é pouco eficiente para

estabilizar as gotas de monômero formadas, porém, mais eficiente que o PVA-98.

Tabela 4 – Efeito do tipo de estabilizante no diâmetro médio das miniemulsões após 5

ciclos de homogeneização e 12 horas de estocagem a 25oC.

Diâmetro das gotas (nm)

Estabilidade ME-88 ME-98 ME-V94 ME-V98

Inicial (após homogeneização) 390,7 ±7,0 1457,0 ±47 410,8 ±9,0 585,0 ±42

12 horas (estocagem) 395,0 ±10 *** 417,0 ±21 722,0 ±57

Page 33: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

33

A maior estabilidade das miniemulsões (ME-88 e ME-V94) pode ser

explicada em função do menor grau de hidrólise do PVA88 e do PVA-VV94 os

quais apresentam maior concentração grupos acetila (COOCH3), tendo assim

maior afinidade com a fase orgânica, reduzindo o processo de degradação

difusional e aumentando a estabilidade das miniemulsões [58].

Dessa forma, o PVA88 e o PVA-VV94 foram selecionados para a

continuação deste trabalho.

6.2. Efeito do tipo de iniciador na cinética de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9

Para verificar o efeito do tipo de iniciador na copolimerização em

miniemulsão do VAc com o VEOVA-9 em processo semi-contínuo, foram

utilizados dois diferentes tipos de iniciadores, sendo um solúvel em água, o

persulfato de amônio (APS), e um parcialmente solúvel em água, o hidroperóxido

de tércio butila (TBHP), sendo este último em combinação com o formaldeído

sulfoxilato de sódio (SFS) (sistema de oxi-redução). A Tabela 5 apresenta as

formulações e as condições experimentais empregadas neste estudo.

Page 34: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

34

Tabela 5 – Polimerizações e condições experimentais utizadas neste estudo.

Polimerizações Reagentes (g) LFS-1 LFS-2

Carga do Reator H2O 80,0 80,0

Minielmulsão& H2O 582,73 582,74

AcNa 0,70 0,70 PVA-VV94 30,00 30,00 VEOVA-9 82,30 82,30

HD 9,96 9,96 VAc 192,00 192,00

Iniciadores# TBHP# 0,51 *** APS# *** 1,30 SFS 1,10 *** H2O 20,00 20,00

Temperatura de reação=70oC; Tempo de reação=3,5 h &adição de 5,0 g min.-1 durante 180 minutos# adição de 0,11 mL min.-1 durante 180 minutos

De acordo com os resultados apresentados na Figura 11, verifica-se que a

polimerização conduzida na presença do TBHP/SFS (LFS-1) apresentou uma

velocidade de reação mais alta quando comparada com a polimerização

conduzida com APS (LFS-2). Na presença de TBHP/SFS ocorre um grande

aumento de conversão nos primeiros 45 minutos de polimerização, seguido de

pequenas variações da mesma até o final da reação. Já na presença de APS a

polimerização foi lenta no inicio, tendo um grande aumento de conversão após 60

minutos de polimerização. Após as 3,5 horas de reação os dois látices

apresentaram conversões semelhantes, em torno de 93%. Este resultado já éra

esperado uma vez que o fluxo de radicais é muito maior para sistemas de

iniciação do tipo oxi-redução.

Page 35: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

35

Figura 11 – Conversão global em função do tempo para as reações de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9

na presença de diferentes iniciadores.

As diferenças observadas com relação à velocidade de consumo dos

monômeros pode ser explicada analisando a evolução do diâmetro das

gotas/partículas de polímero (Figura 12).

Figura 12 – Variação do diâmetro médio das partículas em função do tempo para as

reações de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9, na presença de diferentes iniciadores.

No caso da polimerização conduzida na presença do TBHP/SFS (LFS-1) a

maior velocidade de polimerização pode ser atribuída ao maior fluxo de radicais

que estariam divididos entre as gotas de monômero e a fase aquosa, devido à

solubilidade parcial em água deste iniciador, resultando em um curto período de

nucleação das gotas. A Figura 12 evidencia que, na presença de TBHP/SFS o

mecanismo de nucleação foi preferencialmente o das gotas de monômero,

mantendo o diâmetro médio das partículas estável e não havendo, dessa forma, a

formação de novas partículas.

A menor velocidade de polimerização na presença do APS já era esperada

e é explicada em função da diferença na cinética de decomposição do APS em

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250

Tempo (min.)C

onve

rsão

(%)

LFS-1 (TBHP/SFS)LFS-2 (APS)

200

250

300

350

400

450

500

0 50 100 150 200 250

Tempo (min.)

Diâm

etro

de

part

ícul

a (n

m)

LFS-1 (TBHP/SFS)LFS-2 (APS)

Page 36: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

36

comparação com os sistemas de oxi-redução. Além disso, os radicais formados

na decomposição do APS podem transferir cadeia ao PVA-VV94 presente na fase

aquosa, formando micelas e com isso, novas partículas via nucleação micelar.

Dessa forma, para a polimerização conduzida com o APS (LFS-2) é possível

observar uma diminuiçao no diâmetro médio das partículas até a primeira hora de

polimerização (Figura 12). Após este período, o diâmetro permaneceu constante

até o final da polimerização. Esta variação no diâmetro das gotas/partículas de

polímero poderia ser uma indicação de que as partículas foram formadas por

diferentes mecanimos de nucleação (gotas, micelar).

6.3. Efeito do monômero funcional NBMA na cinética de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9.

Para verificar o efeito do monômero funcional N-Butoxi metil acrilamida

(NBMA) na cinética de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9

em processo semi-contínuo, foram realizadas duas polimerizações. A Tabela 6

apresenta as formulações e as condições experimentais empregadas neste

estudo.

Page 37: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

37

Tabela 6 – Polimerizações e condições experimentais utizadas neste estudo.

Polimerizações Reagentes (g) LFS-1 LFS-3

Carga do Reator H2O 80,0 80,0

Minielmulsão& H2O 582,73 573,04

AcNa 0,70 0,70 PVA-VV94 30,00 30,00 VEOVA-9 82,30 82,30

HD 9,96 9,96 VAc 192,00 192,00

NBMA *** 9,70 Iniciadores#

TBHP# 0,51 *** SFS 1,10 *** H2O 20,00 20,00

Temperatura de reação=70oC; Tempo de reação=3,5 h; &adição de 5,0 g min.-1 durante 180 minutos

# adição de 0,11 mL min.-1 durante 180 minutos

De acordo com os resultados apresentados na Figura 13, nota-se que o

monômero funcional (NBMA) reduz a velocidade de copolimerização do VAc com

o VEOVA-9. Na ausência deste monômero (LFS-1) ocorre um grande aumento de

conversão nos primeiros 45 minutos de polimerização, seguido de pequenas

variações da mesma até o final da reação. Já na polimerização conduzida com

NBMA (LFS-3) nota-se que a conversão global em função do tempo foi um pouco

mais lenta no inicio da reação, quando comparada com a polimerização

conduzida na ausência deste monômero funcional (LFS-1). Entretanto, devemos

salientar, que a conversão final das duas polimerizações, apresentaram valores

muito próximos, em torno de 90%.

Page 38: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

38

Figura 13 – Efeito do NBMA na conversão global em função do tempo para as reações de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9

Estes resultados podem ser explicados com os resultados obtidos de

diâmetro médio das partículas ao longo das polimerizações (Figura 14). Nota-se

que inicialmente, a polimerização conduzida com NBMA (LFS-3) apresentou um

diâmetro médio de partículas maior, quando comparada com a polimerezição

conduzida na ausência deste monômero funcional. Isto significa que na presença

do NBMA havia um menor número de partículas (que trabalham como

nanoreatores), o que levou uma conversão mais lenta no início da polimerização

(Figura 13).

Figura 14 – Efeito do NBMA no diâmetro médio das partículas em função do tempo para

as reações de copolimerização em miniemulsão do VAc com o VEOVA-9.

Esta queda no diâmetro médio das partículas nos primeiros 30 minutos de

polimerização seguida de um aumento do mesmo, na reação conduzida com

NBMA (LFS-3), evidencia a ocorrência de renucleação, que possívelmente

resultou na formação de diferentes populações de partículas. Já na ausência do

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250

Tempo (min.)

Con

vers

ão (%

)LFS-1 (s/ NBMA)

LFS-3 (c/ NBMA)

100

200

300

400

500

600

0 50 100 150 200 250

Tempo (min.)

Diâ

met

ro d

e pa

rtíc

ula

(nm

)

LFS-1 (s/ NBMA)

LFS-3 (c/ NBMA)

Page 39: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

39

monômero funcional (LFS-1) observa-se uma grande estabilidade nos diâmetros

das partículas, indicando que o mecanismo de nucleação que predomina neste

sistema é o da nucleação de gotas.

Estes resultados podem evidenciar que não foi possível introduzir o

monômero funcional NBMA na cadeia do copolímero VAc/VEOVA-9 com grande

eficiência utilizando as condições experimentais escolhidas neste trabalho.

6.4. Análise da resistência de colagem de madeira utilizando adesivos formulados com os látices obtidos neste trabalho. Nesta etapa, com os látices obtidos neste trabalho, foram formulados

adesivos conforme descrito no item 4.8. O único látex até então não apresentado,

LFS-4, foi obtido nas mesmas condições experimentais que o látex LFS-3,

alterando apenas o tipo de estabilizante polimérico utilizado. O item 6.1 deste

trabalho mostrou resultados satisfatórios na etapa de emulsificação quando

utilizado o PVA88 como estabilizante polimérico. Dessa forma foi realizada uma

polimerização idêntica a LFS-3, trocando apenas o estabilizante polimérico. As

condições utilizadas na preparação dos adesivos estão descritas na Tabela 7.

Page 40: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

40

Tabela 7 – Formulações e condições experimentais utilizadas na preparação dos

adesivos para colagem de madeira.

Adesivos Reagentes (g) AD-1 AD-2 AD-3 AD-4 Látex LFS-1 240 -- -- -- Látex LFS-2 -- 240 -- -- Látex LFS-3 -- -- 240 --

Látex LFS-4 -- -- -- 240 Resina fenólica& 90 90 90 90 Ácido p-tolueno

sulfônico# 3 3 3 3

Cloreto de Alumínio* 15 15 15 15 H2O 2 2 2 2

Agitação =300 rpm; Tempo de agitação = 1,0 hora; &Cascophen® PA-433 (teor de sólidos=55%, Viscosidade 1200 mPa.s; pH 8,5);

* Solução aquosa 45 % m/v; #Solução aquosa 60 % v/v

Os testes de resistência de colagem foram realizados para as diferentes

condições exigidas pela Norma DIN EN-204 (2001), conforme descrito no item

4.10 deste trabalho.

A Figura 15 mostra os resultados obtidos nos teste de resistência ao

cisalhamento para os adesivos formulados com os látices LFS-1, LFS-2, LFS-3 e

LFS-4 (Tabela 6) e submetidos sob diferentes condições de temperatura e

umidade (item 4.10; Tabela 2). De acordo com esta Figura verifica-se que os

corpos-de-prova submetidos ao cisalhamento a seco (Teste A) apresentaram

resistência ao cisalhamento superior a 10 N mm2 , atendendo as exigências da

Norma DIN EN 2004, com exceção ao corpo-de-prova preparado com AD-4. Já

nos Testes B e D, nota-se que os adesivos formulados na presença dos látices

que contém o monômero funcional NBMA (AD-3 e AD-4), não foi possível atender

as exigências da Norma DIN EN 2004. Já os adesivos AD-1 e AD-2 atenderam a

norma em todos os testes.

Page 41: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

41

Figura 15 - Resultados obtidos nos testes de resistência ao cisalhamento para diferentes tipos de adesivos formulados neste trabalho.

Estes resultados evidenciam que o monômero funcional NBMA realmente

não foi introduzido de forma satisfatória na cadeia do copolímero VAc/VEOVA-9,

não aumentando assim o desempenho dos adesivos formulados. Entretanto,

nota-se que um adesivo formulado com um látex de copolímero VAc/VEOVA-9

obtido através da técnica de polimerização em miniemulsão, mesmo sem a

presença de um monômero funcional, é possível atender a Norma DIN EN 2004

para colagem de madeira. Devemos salientar que o tipo de estabilizante

polimérico influencia na resistência de colagem quando expostos sob diferentes

condições de temperatura e umidade, sendo este um fator muito importante para

esta aplicação.

As Tabelas 8 e 9 mostram detalhadamente os todos os valores de tensão

de cisalhamento obtidos neste estudo.

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

AD-1 (PVA-VV94/TBHP)

AD-2 (PVA-VV94/APS)

AD-3 (PVA-VV94/NBMA)

AD-4 (PVA88/NBMA)

Tens

ão d

e ci

salh

amen

to (N

/mm

2 )

Teste A Teste B Teste C Teste D

Page 42: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

42

Tabela 8 – Valores de tensão de cisalhamento obtidos para os adesivos AD-1 e AD-2

Adesivo AD-1 Adesivo AD-2 Teste A Teste B Teste C Teste D Teste A Teste B Teste C Teste D 10,95 8,66 3,85 3,97 10,27 8,19 4,80 4,34 11,90 9,34 3,98 4,20 11,20 9,83 5,20 3,88 10,72 8,99 4,50 4,44 10,21 9,20 5,10 4,23 11,25 8,25 4,41 3,92 9,63 8,57 4,84 4,10 12,22 9,51 4,25 4,14 11,40 8,94 4,75 4,11 10,76 8,10 4,12 4,33 11,10 8,60 4,52 3,98 10,51 10,61 4,23 3,98 10,90 8,66 4,89 4,23 12,61 8,88 4,52 4,04 10,58 8,80 4,21 3,85 10,37 9,62 4,30 4,08 10,70 9,02 4,35 4,08 12,82 8,65 4,74 3,92 9,78 9,52 3,98 4,05 11,20 9,30 3,98 3,85 10,60 9,40 4,10 3,92 11,40 9,20 4,20 4,31 12,20 10,20 4,21 4,18 10,20 8,70 4,71 4,00 11,70 10,10 4,78 4,21 9,98 8,83 4,10 4,23 10,34 9,90 4,95 3,95 11,30 8,95 4,74 3,97 11,50 9,80 4,23 3,97 10,40 9,20 4,11 4,15 11,60 8,90 4,74 4,31 10,70 9,00 4,62 3,82 10,80 7,95 4,50 3,98 12,10 8,90 4,31 4,04 11,70 8,90 4,62 4,06 10,30 9,30 4,62 3,81 12,30 9,80 4,40 4,02 10,15 9,14 4,42 4,23 10,10 9,10 4,70 3,83 Média 11,09 9,06 4,33 4,07 10,93 9,17 4,60 4,06

Page 43: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

43

Tabela 9 – Valores de tensão de cisalhamento obtidos para os adesivos AD-3 e AD-4

Adesivo AD-3 Adesivo AD-4 Teste A Teste B Teste C Teste D Teste A Teste B Teste C Teste D 10,21 7,56 3,82 3,21 10,12 7,32 1,96 1,96 10,16 7,44 3,14 2,98 10,25 7,14 1,75 1,56 11,12 8,29 4,23 3,67 10,04 8,04 2,12 2,15 10,10 7,78 4,11 3,92 9,25 7,88 2,23 2,34 10,22 7,54 4,39 3,97 10,12 7,57 2,34 2,12 9,78 7,35 3,88 4,12 10,06 8,11 2,78 1,78 10,13 8,06 4,89 4,32 9,43 7,98 2,98 1,88 9,87 8,34 4,29 4,05 9,45 7,48 3,05 2,13 9,91 8,23 4,16 3,96 10,17 8,12 2,89 2,05 10,12 7,53 3,01 4,05 9,32 8,05 2,56 2,04 10,32 7,97 4,31 4,33 9,67 8,13 2,14 2,11 10,25 8,12 4,37 4,12 9,78 8,34 2,20 1,78 11,13 7,93 4,12 3,68 10,12 7,67 2,71 1,94 10,22 8,04 4,45 2,98 9,88 7,98 2,67 1,88 10,11 8,31 4,43 3,76 9,56 8,15 2,73 2,14 9,98 8,76 4,78 4,00 10,14 8,12 3,12 1,87 10,17 8,03 4,76 3,56 10,03 7,89 2,61 1,85 10,41 7,88 3,23 4,00 10,11 7,56 2,54 1,79 10,46 7,34 3,91 3,98 10,54 8,12 2,52 2,08 9,54 7,05 4,32 3,97 10,19 8,21 2,12 2,10 Média 10,21 7,877 4,13 3,831 9,911 7,893 2,501 1,977

Page 44: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

44

7. CONCLUSÕES

Neste trabalho, foi avaliado o efeito do monômero funcional NBMA na

copolimerização do VAc com o VEOVA-9 para colagem de madeira, utilizando

diferentes tipos de estabilizantes poliméricos. Também foram avaliados dois tipos

de iniciadores de polimerização e seus respectivos efeitos no sistema

VAc/VEOVA-9.

Quanto ao tipo de estabilizante polimérico, notou-se que a melhor

estabilidade para o sistema utilizado neste trabalho é atingida quando se utiliza

PVA’s com baixo grau de hidrólise (88% a 94%) e modificados com grupos

hidrofóbicos (PVAVV). Entretanto, na aplicação final em colagem de madeira, o

PVA modificado foi que obteve melhores resultados, sendo assim, mais eficiente

sob condições críticas de temperatura e úmidade. Dessa forma, a utilização de

PVA’s com estas duas características (baixo grau de hidrólise e modificado com

grupos hidrofóbicos), torna-se muito atraente para tal aplicação.

Já quanto ao tipo de iniciador de polimerização, notou-se que trabalhar

com um iniciador parcialmente solúvel em água e em sistema de oxi-redução

(TBHP/SFS) trouxe benefícios consideráveis quanto à cinética de reação do

sistema utilizado, quando comparado com iniciadores solúveis em água.

Entretanto, não pudemos perceber melhorias no sistema utilizado neste

trabalho quando adicionado o monômero funcional NBMA. Como já comentado,

não foi possível introduzi-lo de forma satisfatória na cadeia do copolímero

VAc/VEOVA-9, o que levou a resultados inferiores de tensão de cisalhamento

quando utilizado este monômero funcional. Além disso, pelo mesmo motivo, o

NBMA prejudicou de forma considerável a cinética de polimerização do VAc com

o VEOVA-9.

Todavia, foi possível observar que com um adesivo formulado com um

látex de copolímero VAc/VEOVA-9 obtido através da técnica de polimerização em

miniemulsão, mesmo sem a presença de um monômero funcional, é possível

atender a Norma DIN EN 2004 para colagem de madeira, desde de que se utilize

um estabilizante polimérico adequado.

Page 45: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

45

REFERÊNCIAS

[1] - Revista da Madeira, “Exportações” 67, (2002).

[2] - JAFFE, H. L. ROSENBLUM, F. M., DANIELS, W. Polyvinyl acetate emulsions

for adhesives. In: SKEIST, I. Handbook of Adhesives. 3a ed. New York : Van

Nostrand Reinhold, 1989. p. 387-391.

[3] - YANG, B. Composition and properties of polyvinyl acetate emulsion, China Adhesives, v.6, p. 46-50, 1996.

[4] - WANG, B. Study on improving properties of poly(vinyl acetate) emulsion. Zhanjie. v.20, p. 16-19, 1999.

[5] - QIAO, L., EASTEAL, A. J. Aspects of the performance of PVAc adhesives in wood joints. Pigment & Resin Technology. v.30, p. 79-87, 2001.

[6] - PEREIRA, C. M. C., BLANCHARD, C., CARVALHO, L. M. H., COSTA, C. A. V. High frequency heating of medium density fiberboard (MDF): Theory and experiment. Chemical Engineering Science. v.59, p. 735- 745, 2004.

[7] - OLIVEIRA, M. P., DANTAS, W.C. V. Evolução dos adesivos ecologicamente corretos para o setor madereiro. In: II SEMINÁRIO DE PRODUTOS SÓLIDOS DE MADEIRA E EUCALIPTO. 2003, Belo Horizonte, Anais II seminário de produtos sólidos de madeira e eucalipto - II MADETEC. p. 96-104.

[8] - BROWN, N. R., FRAZIER, C. E. Cross-linking poly[(vinyl acetate)-co-N-methylolacrylamide] latex adhesive performance part I: N-methylolacrylamide (NMA) distribution. International Journal of Adhesion & Adhesives. v.27, p.547-553, 2007.

[9] - LANDFESTER, K.; ANTONIETTI, M. Prog. Polym. Sci. 2001, 27, 689-757.

[10] - ASUA, J. M. Prog. Polym. Sci. 2002, 27, 1283-1346.

[11] - YANG, L.; LUO,Y.; LI, B. Polymer 2006, 47, 751-762.

[12] - DELGADO, J., EL-AASER, M. S., VANDERHOFF, J. W. (1986). Journal of

Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry, 24, 861-874.

[13] - WU, X. Q., SCHORK, F. J. (2000) Ind. Eng. Chem. Res, 39, 2855-2865.

[14] - JENG, J., DAI, C. A., CHIU, W. Y., CHERN, C. S., LIN, K. F., YOUNG, P. Y.

(2006).Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry, 44, 4603-4610.

Page 46: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

46

[15] - UGELSTAD, J., EL-AASSER, M. S., VANDEERHOFF, J. W. (1973) Journal

of Polymer Science Part C - Polymer Letters, 11, 503-513.

[16] - BROUWER, W. M., EL-AASSER, M. S., VANDERHOFF, J. W. (1986).

Colloids and Surfaces, 21.

[17] - WANG, S., SCHORK, F. J. (1994) Journal of Applied Polymer Science, 54,

2157-2164.

[18] - AIZPURUA, I., AMALVY, J. I., BRANDIARAN, M. J. (2000). Journal Colloid

and Surfaces. A: Physiochemical and Engineering Aspects, 166, 59-66.

[19] - PARK, S. J., KIM, K. S. (2005). Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 46,

52-56.

[20] - MOURAN, D., REIMERS, J., SCHORK, F.J. (1996). Journal Polymer

Science: Polymer Chemistry, 34, 1073-1081.

[21] - WANG, S., POEHLEIN, G. W., SCHORK, F. J. (1997).Journal Polymer

Science, Part A: Polymer Chemistry, 35, 595-603.

[22] - SCHORK, F. J., POEHLEIN, G.W., WANG, S., REIMERS, J., RODRIGUES,

J.SAMER, C. (1999). Colloids and Surfaces A: Physiochemical and Engineering

Aspects, 153, 39-45.

[23] - ALDUNCIN, J. A., FORCADA, J, ASUA, J. M. (1994). Macromolecules. 1994,

27, 2256-2261.

[24] - REIMERS, J. L., SCHORK, F. J. (1997) 36,1085-1087.

[25] - MUSYANOVYCH A.; ROSSMANITH R.; TONTSCH, C.; LANDFESTER, K.

LANGMUIR, 2007, 23, 5367-5376.

[26] - QI, G.; SCHORK, F.J. LANGMUIR 2006, 22 (22), 9075-9078.

[27] - LANDFESTER, K., BECHTHOLD, N., TIARKS, F., ANTONIETTI, M. (1999).

Macromolecules, 32, 2679-2683.

[28] - HIGUCHI, W. I.; MISRA, J. (1962) Journal Pham. Sci. 51, 459-466.

Page 47: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

47

[29] - UGELSTAD, J., HANSEN, F. K. (19790 Journal Polymer Science : Polymer

Chemistry, 17, 3033-3045.

[30] - FLOURY, J., BELLETTRE, J., LEGRAND, J., DESRUMAUX, A. (2004).

Chemical Engineering Science, 59, 843 - 853.

[31]- DO AMARAL, M. (2003). San Sebastian, PhD Thesis, University of the

Basque Country.

[32] - MORAES, R. P. (PLSN) (2007), Dissertação de Mestrado, Escola de

Engenharia de Lorena- USP, Lorena-SP, 2007.

[33] - SAKURADA, I. 1985. Poly(vinyl alcohol) fibers. New York : Marcel Dekker,

1985.

[34] - HASSAN, C.M., PEPPAS, N.A. (2000) Advances in Polymer Science, 53,

37-64.

[35] - SHANG, Y., PENG, Y. (2007) .Desalination, 204, 322-327.

[36] - ZENG, J., AIGNER, A., CZUBAYKO, F., KISSEL,T., WENDORFF, J. H.,

GREINER, A. (2005). Biomacromolecules, 6, 1484-1488.

[37] - FINCH, C. A. 1992. Poly(vinyl alcohol). 2ed. New York : Wiley, 1992.

[38] - FARMER, D. B. 1992. Poly In: Poly(vinyl alcohol) . [ed.] C. A. Finch. 2a ed.

New York : Wiley, 1992.

[39] - NAKAMAE, M., YUKI, K., SATO, T., MARUYAMA, H. (1999). Colloids and

Surfaces A: Physiochemical and Engineering Aspects, 153, 367-372.

[40] - YUKI, K., NAKAMAE, M., SATO, T., MARUYAMA, H., OKAYA, T.

(2000)Polymer International, 49, 1629.

[41] - ARANHA, I. B., LUCAS, E. F. (2001) Polímeros Ciência e Tecnologia, 11,

174-181.

[42] - QIAO, L., COVENY, P. K., EASTEAL, A. J. (2002). Pigment & Resin

Technology, 31,88-95.

Page 48: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

48

[43] - BRANDRUB, J., IMMERGUT, E. H., McDOWELL, W. (1989). In Polymer

Handbook. 3ed. New York Wiley Interscience.

[44] - CHAI, X. S., SCHORK, F. J., DeCINQUE, A., WILSON, K. (2005)Ind. ng.

Chem.Res., 44, 5256-5258.

[45] - De BRUYN, H., MILLER, C. M., BASSETT, D. R., GILBERT, R. G. (2002).

Macromolecules, 35, 8371-8377.

[46] - DECOCQ, F., Hilde HENDRICKX, H., VANAKEN, D., VERWEE,

A.,NOOTENS,C. In: ANAIS DO X CONGRESSO INTERNACIONAL DE TINTAS,

2007.

[47] - Oliveira, Maurício Pinheiro de (2010) – Tese de Doutorado - Escola de

Engenharia de Lorena- USP, Lorena-SP

[48] - BUNKER, S., STALLER, C.,Willenbacher, N., WOOL, R. (2003) International

Journal of Adhesion & Adhesives, 23, 29-38.

[49] - BRITTON, D., HEATLY, F., LOVELL, P. (1998) “ Macromolecules, 31, 2828.

[50] - SCHORK, F. J., BACK, A. (2004) Journal of Applied Polymer Science, 94,

2555-2557.

[51] - WU, J., LI, H., WINNIK, M. A., FARWAHA, R., RADEMACHER, J. (2004).

Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry. 2004, 42, 5005-5020.

[52] - BRANDRUB, J., IMMERGUT, E. H., McDOWELL, W. (1989). In Polymer

Handbook. 3ed. New York Wiley Interscience.

[53] - De BRUYN, H., MILLER, C. M., BASSETT, D. R., GILBERT, R. G. (2002).

Macromolecules, 35, 8371-8377.

[54] - DECOCQ, F., Hilde HENDRICKX, H., VANAKEN, D., VERWEE,

A.,NOOTENS,C. In: ANAIS DO X CONGRESSO INTERNACIONAL DE TINTAS,

2007.

[55] - MARRA, A. A. Technology of wood bonding: Principles in practice. New York: Van Nostrand Reinhold, 1992.

Page 49: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2011/MEQ11008.pdf · Química da Universidade de São Paulo para Lorena 2011 Trabalho

49

[56] - PIZZI, A. Advanced wood adhesive technology. New York : Marcel Dekker, 1994a

[57] - BOHÓRQUEZ, J.S., ASUA, J.M. (2008) Journal of Polymer Science: Part A:

Polymer Chemistry, 46, 6407-6415.

[58] - KIM N., SUDOL E. D., DIMONIE V. L., EL-AASSER M. S. Macromolecules,

36, 5573-5573, (2003).