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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36117
Tipo: | TCC |
Título: | RECUPERAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA RESIDUAL PARA DESENVOLVIMENTO DE REDE EPÓXI/ÁCIDO CATALISADA POR Al(OTf)3 |
Autor(es): | Barreto, José Vinícius Melo. |
Primeiro Orientador: | Wellen, Renate Maria Ramos |
Resumo: | Em virtude da crescente demanda por materiais que reúnam alta performance e responsabilidade ambiental, este estudo propõe a criação de uma nova geração de sistemas poliméricos inovadores. Para isso, foram sintetizados termofixos reticulados a partir de óleo de soja virgem epoxidado (ESO) e óleo de soja residual epoxidado (RESO), que reagiram com ácido fumárico (FMA) na presença de triflato de alumínio (Al(OTf)3) como catalisador. A influência do teor de Al(OTf)3, variando de 0 a 1,5% em massa, foi avaliada, evidenciando uma redução significativa nas temperaturas de cura—de até 100 °C a menos que as formulações sem catalisador—por meio da determinação da entalpia de cura via DSC sob condições não isotérmicas em atmosfera inerte. Adicionalmente, a modelagem cinética dos sistemas, efetuada por regressão dos dados obtidos a partir de quatro taxas de aquecimento utilizando os modelos de Friedman e Flynn-Wall-Ozawa (com R2 > 0,96) e o modelo de Borchardt-Daniels (com R2 > 0,99), possibilitou a estimação de parâmetros fundamentais como energia de ativação, fator de frequência, meia-vida da reação e ordem de reação. Em particular, a formulação contendo 0,5% de Al(OTf)3 demonstrou o pico de desempenho, evidenciado pelos maiores valores de dα/dt e pela cura completa abaixo de 120 °C, com entalpias de cura de 280 J/g para o sistema à base de ESO e 190 J/g para o sistema à base de RESO. Os perfis não lineares observados nas entalpias de reação dos sistemas sem catalisador foram atribuídos à precipitação do FMA não reagido, agravada por condições como taxas de aquecimento elevadas, gradientes térmicos e atrasos na transferência de calor, que comprometem a uniformidade da cura. Quanto aos mecanismos de reação, os resultados indicaram que, para teores de catalisador até 0,5%, os modelos correspondentes a mecanismos consecutivos (Cnm→An) se adequam melhor, enquanto formulações com 1,0% e 1,5% de Al(OTf)3 se ajustam com mecanismos consecutivos sob controle simultâneo de difusão e autocatálise (An→Cnm), sendo que as composições com 0,5% de catalisador apresentaram a maior estabilidade térmica decorrente da maior densidade de reticulação. Por fim, apesar da inclusão de Al(OTf)3, a degradação das amostras resulta predominantemente na formação de CO2—acompanhada de hidrocarbonetos, ésteres e éteres— sem apresentar traços de enxofre, o que evidencia a segurança ambiental do processo; essa investigação minuciosa da cinética, dos mecanismos de cura, da estabilidade térmica e da formação de voláteis consolida a viabilidade técnico-científica das formulações para aplicações industriais. |
Abstract: | Due to the growing demand for materials that combine high performance with environmental responsibility, this study proposes creating a new generation of innovative polymeric systems. For this purpose, cross-linked thermosets were synthesized from epoxidized virgin soybean oil (ESO) and epoxidized residual soybean oil (RESO) by reacting them with fumaric acid (FMA) in the presence of aluminum triflate (Al(OTf)3) as a catalyst. The influence of Al(OTf)3 content, ranging from 0 to 1.5% by weight, was evaluated, evidencing a significant reduction in curing temperatures—up to 100 °C lower than formulations without catalyst—through the determination of curing enthalpy via DSC under non-isothermal conditions in an inert atmosphere. Additionally, kinetic modeling of the systems was performed by regressing data obtained from four heating rates using the Friedman and Flynn-Wall-Ozawa models (with R2 > 0.96) and the Borchardt-Daniels model (with R2 > 0.99), which allowed for the estimation of key parameters such as activation energy, frequency factor, reaction half-life, and reaction order. In particular, the formulation containing 0.5% Al(OTf)3 demonstrated peak performance, as evidenced by the highest dα/dt values and complete curing below 120 °C, with curing enthalpies of 280 J/g for the ESO-based system and 190 J/g for the RESO-based system. The nonlinear profiles observed in the reaction enthalpies of the systems without catalyst were attributed to the precipitation of unreacted FMA, exacerbated by high heating rates, thermal gradients, and delays in heat transfer, which compromise the uniformity of the cure. Regarding the reaction mechanisms, the results indicated that for catalyst contents up to 0.5%, the models corresponding to consecutive mechanisms (Cnm→An) provided a better fit, while formulations with 1.0% and 1.5% Al(OTf)3 were better described by consecutive mechanisms under simultaneous control of diffusion and autocatalysis (An→Cnm); notably, the compositions with 0.5% catalyst exhibited the greatest thermal stability due to enhanced crosslinking density. Finally, despite the inclusion of Al(OTf)3, degradation of the samples results predominantly in the formation of CO2—accompanied by hydrocarbons, esters, and ethers—without any traces of sulfur, thereby highlighting the environmental safety of the process. This detailed investigation into the kinetics, curing mechanisms, thermal stability, and volatile formation consolidates the technical and scientific viability of these formulations for industrial applications. |
Palavras-chave: | catálise termofixos degradação cinética de cura |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia Química |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36117 |
Data do documento: | 31-Jul-2025 |
Aparece nas coleções: | TCC - Engenharia Química |
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