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Título: Preparação e caracterização de espuma rígida de poliuretano com casca de laranja visando à remoção de bisfenol A em meio aquoso
Título(s) alternativo(s): Preparation and characterization of rigid foam polyurethane with orange peel for removal of bisfenol A in aqueous medium
Autor(es): Negrão, Tobias Cabral
Orientador(es): Bittencourt, Paulo Rodrigo Stival
Palavras-chave: Polímeros
Resíduos agrícolas
Adsorção
Economia circular
Bisfenol A - Aspectos ambientais
Poliuretanas
Polymers
Agricultural wastes
Adsorption
Circular economy
Bisphenol A - Environmental aspects
Polyurethanes
Data do documento: 24-Mai-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: NEGRÃO, Tobias Cabral. Preparação e caracterização de espuma rígida de poliuretano com casca de laranja visando à remoção de bisfenol A em meio aquoso. 2023. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: Dentre os diversos materiais poliméricos produzidos atualmente, as espumas de poliuretano (PU) compõem uma parcela significativa no mundo, assim como os de composição lignocelulósica na forma de resíduos agrícolas, os quais podem representar uma quantidade maciça de subprodutos de operações da indústria alimentícia. Pesquisas indicam que espumas de poliuretano e resíduos agrícolas podem ser combinados no intuito de melhorar a capacidade de remoção de contaminantes em meio aquoso e/ou promover a economia de reagentes petroquímicos. Este trabalho teve como objetivo preparar e caracterizar composições de espumas rígidas de poliuretano com cascas de laranja e avaliar a capacidade do material na remoção do contaminante Bisfenol A (BPA) em meio aquoso. Para a síntese das espumas foi utilizado o diisocianato de difenilmetano (MDI) e poliol formulado do tipo poliéster. Foram produzidas amostras contendo cascas de laranja (CL) nas proporções de 7% (PUCS7), 10% (PUCS10) e 14% (PUCS14), em substituição (m/m) ao poliol. A caracterização das amostras dos reagentes precursores, da casca de laranja e das espumas de PU foi realizada através das técnicas de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), e difração de raios-X (DRX). No espectro de infravermelho das amostras de CL foram identificadas bandas características de materiais lignocelulósicos em 3285 cm-1 (grupos O–H), 2919 cm-1 (ligações C–H nos grupos CH2) e 1733 cm-1 (C=O). Para o PU e composições, foram verificadas bandas características em 3278 cm-1 (NH), 1710 cm-1 (C=O) e 1593 cm-1 (NH2), bandas também presentes na amostra de PUCS7. Análises de MEV demonstraram que a morfologia da espuma foi alterada mediante a adição progressiva da carga de CL. A análise de TGA revelou que a decomposição das espumas ocorre em uma etapa após a perda de água e que a adição de CL às espumas aumentou a temperatura em que ocorre perda de massa de 85% (T85), ocorrendo alteração na estabilidade térmica mediante a adição de CL. A respeito da remoção do contaminante BPA, verificou-se que a capacidade adsortiva no equilíbrio das espumas com 7% de cascas (PUCS7) foi igual à das amostras de PU puro. Para a composição com 10% de casca (PUCS10), a capacidade adsortiva foi menor do que para o PU puro e o PUCS7. Para asamostras de PU e PUCS7 o equilíbrio do processo adsortivo foi atingido após 48 horas de tempo de contato, e para as amostras de PUCS10 o equilíbrio foi alcançado após 36 horas de ensaio. Quanto aos modelos de cinética de adsorção aplicados, o de pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais. A adição de CL não potencializou a remoção do contaminante, entretanto, pode ser usada para substituir parte do poliol petroquímico necessário na formulação, sem comprometer a capacidade de remoção do contaminante, o que pode significar uma economia de matéria-prima na produção de poliuretanos e representar um impacto positivo para a indústria, visto que a produção de espumas rígidas de poliuretano no mundo é da ordem de toneladas, logo são consumidos reagentes da mesma ordem de grandeza; promover uma economia de 7% de poliol representa um avanço na área da economia circular e da Química Verde.
Abstract: Polyurethane (PU) foams comprise a significant portion of the synthetic polymers produced worldwide. Likewise, agricultural waste can represent massive by-products from food industry operations. Research indicates that polyurethane foams and agricultural residues can be combined to improve the ability to remove contaminants in aqueous media and promote the economy of petrochemical reagents. This work aimed to prepare and characterize pieces of rigid polyurethane foams with orange peels and assess the material’s capacity to remove the contaminant Bisphenol-A (BPA) in an aqueous medium. For the synthesis of the foams, diphenylmethane diisocyanate (MDI) and polyester-type formulated polyol were used. Samples containing orange peel (CL) were produced in the proportions of 7% (PUCS7), 10% (PUCS10), and 14% (PUCS14), replacing (m/m) the polyol. The characterization of samples of precursor reagents, orange peel, and PU foams was performed using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TGA) and scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD). In the infrared spectrum of CL samples, characteristic bands of lignocellulosic materials were identified at 3285 cm-1 (O–H groups), 2919 cm-1 (C–H bonds in CH2 groups) and 1733 cm-1 (C=O). For PU and compositions, characteristic bands were found at 3278 cm-1 (NH), 1710 (C=O) and 1593 cm-1 (NH2), bands also present in the PUCS7 sample. MEV analyzes demonstrated that the progressive addition of CL load altered the foam morphology. The TGA analysis revealed that the decomposition of the foams occurs in one step after the loss of water and that the addition of CL to the foams increased the temperature at which mass loss occurs by 85% (T85), with an alteration in the thermal stability upon the addition of CL. Regarding the BPA removal, it was verified that the adsorption capacity in the equilibrium of the foams with 7% of peels (PUCS7) was equal to that of the pure PU samples. The adsorptive capacity for the composition with 10% bark (PUCS10) was lower than for pure PU and PUCS7. The PU and PUCS7 samples reached equilibrium after 48 hours of contact and the PUCS10 samples reached equilibrium after 36 hours of testing. As for the adsorption kinetics models applied, the pseudo-second order was the one that best fitted the graph. In contrast, the pseudo-first order demonstrated the calculated adsorptive capacity closer to that obtained experimentally. The addition of CL did not enhance the removal of the contaminant; however, it can be used to replace part of the petrochemical polyol needed in the formulation without compromising the capacity to remove the pollutant, which can mean savings in raw materials in the production of polyurethanes and representing a positive impact for the industry, since the production of rigid polyurethane foams in the world is in the order of tons; therefore reagents of the same order of magnitude are consumed; promoting a 7% economy of polyol represents a breakthrough in the area of circular economy and Green Chemistry.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32924
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