UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SULCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

LABORATÓRIO DE POLÍMEROS - LPOL

SÍNTESE DE POLIURETANO TERMOPLÁSTICO (TPU) POR EXTRUSÃO REATIVA – CONTROLE DA SÍNTESE E

CARACTERIZAÇÃO VIA ESPECTROMETRIA NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO MÉDIO

Alexandre Sonaglio Bolner1, Vinicius Pistor1, Rudinei Fiorio1, Cesar Liberato Petzhold2, Ademir José Zattera1

1 Laboratório de Polímeros – UCS; 2 Departamento de Química Orgânica – UFRGS.

1. INTRODUÇÃO

2. OBJETIVOS

5. RESULTADOS

O poliuretano termoplástico (TPU) (Figura 1) é um material versátil que

abrange uma vasta gama de aplicações industriais. Suas aplicações variam de

artigos usuais a peças técnicas.

Realizar a síntese de novos poliuretanos termoplásticos, contendo materiais

híbridos orgânico-inorgânicos como extensores de cadeia, através do processo

4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750

Numero de onda (cm-1)

3050-3600

- OH

2090-2430-NCO

2850-2950

-CH2CH

3

Pré

-polí

mero

1,4

bu

tan

od

iol

TPU

O mecanismo de síntese que envolve a obtenção dos TPUs e é geralmente por

adição em etapas.

A extrusão reativa vem apresentando grande interesse comercial, pois

apresentam as características necessárias para um reator químico, principalmente

capacidade de mistura de materiais viscosos e troca adequada de calor.

No avanço da nanociência, os oligômeros poliédricos de silsesquioxano (POSS)

vêm sendo utilizados na modificação de polímeros, visando a obtenção de

propriedades diferentes daquelas encontradas para os polímeros convencionais.

Figura 1 – Estrutura química característica do poliuretano termoplástico

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

20

30

40

50

60

70

80

90

100Isooctil trisilanol-POSS

R-O

-R'

CH

3

CH

Tra

nsm

itân

cia

(%

)

Numero de onda (cm-1)

Si-O

H

CH

2

CH

-Si

Si-O

-SiC

H

(CH

)n

A Figura 3 apresenta as bandas

características de OH (3050-3600 cm-1) e

NCO (2090-2430 cm-1) [1,2]. Com a

síntese do TPU, estas bandas decrescem

consideravelmente.

Segundo Corish, a vibração de NH

≈3300 cm-1, a banda de amida I (def. axial

de C=O) na forma de ombro ≈ 1695 cm-1, e

a absorção de amida II (def. angular de

NH) ≈ 1540 cm-1 habilitam ao polímero ser

identificado como um poliuretano [3]

(Figura 4).

TPU/BDO

Pré-polímero

BDO

1377

1480

1400 - 14501330

1050

17001290 - 1340

16061220

Figura 3 – Espectros obtidos para reagentes e TPU sintetizado

Sínteses Vazão Pré-pol. (g/min) Vazão BDO (g/min) Indice de NCO (%)

TPU/ BDO 39,42 ± 0,25 7,62 ± 0,06 97,56

0,23 POSS 39,62 ± 0,22 7,64 ± 0,03 98,05

0,57 POSS 40,56 ± 0,24 7,72 ± 0,02 97,82

2,28 POSS 40,46 ± 0,47 7,70 ± 0,01 97,43

Tabela 1 – resultados obtidos a partir da calibraçãoA Tabela 1 indica que as

sínteses mantiveram a mesma

estequiometria esperada..

6. CONCLUSÕES

7. REFERÊNCIAS

8. AGRADECIMENTOS

híbridos orgânico-inorgânicos como extensores de cadeia, através do processo

de extrusão reativa.

Coleta

Analise FTIR Pós-tratamento (70°C; 24 horas)

Síntese

pré-polímero 1,4-BDO POSS Tempo resistência 1mim

Calibração e ajuste de maquina

Estequiometria Temperatura 70ºC Rotação 100RPM

Montagem

Rosca Bombas de dosagem

Os resultados obtidos em relação a dosagem dos reagentes foram

satisfatórios.

As curvas de calibração mantiveram a estequiometria para o índice de

NCO em aproximadamente 98 utilizado para todas as sínteses.

Os resultados obtidos a partir do FTIR nos fornecem bandas que

confirmaram a obtenção do poliuretano termoplástico pelas síntese .

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

TPU/ 2,28% POSS póscurado

TPU/ 1,14% POSS póscurado

TPU/ 0,57% POSS póscurado

TPU/ 0,23% POSS póscurado

TPU/BDO póscurado

Numero de onda (cm-')

TPU/BDO

TPU/ 0,23% POSS

TPU/ 0,57% POSS

TPU/ 1,14% POSS

TPU/ 2,28% POSS

3322 29542870

2266

1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700

poscurados

Numero de onda (cm-1)

1730 1700

1615

1595

1479

1412

1307

1250 1220

1178

1128

1070

1018

916

816770

750

850

a

b

c

d

e

4. EXPERIMENTAL

3.MATERIAIS�Pré-polímero com terminações isocianato (Urecon 185, Coim, com 18% de NCO

livre);

�1,4-butanodiol (BDO, M.Cassab) ;

�Oligômero poliédrico de silsesquioxano isooctil trisilanol-POSS (POSS, Hybrid

Plastics).

Os autores agradecem à empresa M.Cassab, pela doação de parte das matérias-primas, e à FAPERGS pela concessão da bolsa de iniciação científica.d

Figura 2 - Periféricos adaptados e configuração de rosca modificado para a síntese onde: (a) é a Bomba de engrenagens utilizada para a dosagem, (b) é a extrusora utilizada no experimento, (c) é a capela utilizada para

controle de atmosfera e (d) é a configuração de rosca utilizada no trabalho

�A incorporação de POSS foi de 0,23; 0,57; 1,14; 2,28 % em massa;

�A estequiometria foi mantida com índice de NCO de aproximadamente 98%;

�A modificação da rosca consistiu em adicionar elementos de mistura antes da

degasagem para aumentar o tempo de residência e favorecer na homogeneização

do sistema;

O espectro do POSS apresenta

bandas características de ligação Si-

OH, CH-Si e Si-O-Si [4] (Figura 5).

Nas Figura 6 (a) e (b) pode ser observado que a adição de POSS na

síntese por extrusão reativa, não alterou as bandas características do TPU.

Observou-se também que o pós-tratamento terminou a reação reduzindo a

banda entre 2090-2430 cm-1 referente ao NCO livre.

2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700

Numero de onda (cm-1)

1730

1606

1520

1220

11701077

Figura 4 – Espectros obtidos para reagentes e TPU sintetizado; aproximação da Figura 3 para

comprimento de onda de 2000-700 cm-1

Figura 5 – espectro do isooctil trisilanolPOSS

Figura 6 – Gráficos comparativos entre sínteses contendo POSS e com pós tratamento onde figura (a) comparativos entre TPU; 0%; 0,23%; 0,57%; 1,14%; 2,28% de POSS em massa e (b)

aproximação para 1500-700 cm-1

(a) (b)

[1] Clarke, M.G.B. Drew, W. Hayes, A. Slark, P. Woodward. Reactive and FunctionalPolymers. 2006, 66; 1284:1295.[2] G. Lu, D. M. Kaylon. Polymer Engennering and Science. 2003, 43; 1863:1877.[3] P. J. CORISH. Analytical Chemistry, 1959, 31; 1298:1306.[4] R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle. Identification of OrganicCompounds. Seventh Edition. John Wiley & Sons, INC. 2005.