Obtenção de misturas poliméricas de poliestireno e ligninas recuperadas

Abstract

Os resíduos das indústrias transformadoras de celulose tem sido motivo de pesquisas há décadas, em especial, as ligninas oriundas do processo de polpação Kraft. As ligninas contidas no licor negro residual são incineradas nas caldeiras das fábricas, promovendo assim, a obtenção de energia que mantêm o sistema produtivo. Entretanto, as ligninas contidas neste licor residual podem ser candidatas promissoras a substituição parcial ou total de monômeros provenientes de fontes petroquímicas, uma vez que são o segundo biopolímero mais abundante do planeta, e seu uso pode contribuir para a redução do uso dos combustíveis. Outro uso seria na obtenção de misturas (blendas) poliméricas produzidas in situ. No entanto, as principais dificuldades podem estar relacionadas ao fato de que suas estruturas não se encontram completamente elucidadas, e da presença de contaminantes inorgânicos oriundos dos processos de polpação. Neste estudo, polimerizações ?in situ? das ligninas residuais Kraft com e sem modificação química foram realizadas com estireno com objetivo de verificar a possibilidade de uso destas duas rotas na obtenção de misturas (blendas) poliméricas. Para alcançar tais objetivos uma metodologia para a remoção dos principais contaminantes inorgânicos foi necessária e adaptada a partir de simplificações de estudos disponíveis na literatura. O método de polimerização utilizado foi via massa-suspensão e formulações com diversos teores de ligninas residuais Kraft foram testados para ambos os sistemas (modificadas via esterificação e não modificadas). Os resultados de caracterização por FTIR indicaram êxito na recuperação das ligninas ao estabelecer comparação com um padrão comercial, constatou-se que seus principais sinais são preservados, e que após a sua esterificação são observados a diminuição da banda referente aos grupos hidroxilas e o aumento da intensidade referente a região dos grupos carbonilas, indicando também o triunfo de sua modificação química, corroborando com os dados obtidos pela técnica de RMN. A obtenção das misturas poliméricas contendo ligninas residuais por ambas as rotas (modificadas via esterificação e não modificadas) nas proporções de 2,5%, 5%, 10%, 15% e 30% (em massa) de ligninas foram produzidas com sucesso. Entretanto, uma etapa de acondicionamento junto ao tributilfosfato (TBP) anterior a fase de polimerização foi estabelecida para o sistema que continha as ligninas modificadas, visando melhorar a homogeneidade entre os constituintes da mistura em relação as misturas obtidas com estireno e ligninas residuais Kraft não modificadas. Os resultados das caracterizações realizadas nas misturas (blendas) obtidas são sastifatórios para ambos os sistemas neste primeiro trabalho, uma vez que os objetivos estabelecidos são alcançados.

Abstract : Waste from pulp mills has been the subject of research for many years, especially lignins from the Kraft pulping process. The lignins contained in the residuary black liquor are incinerated in the factory boilers, thus promoting the obtaining of energy that maintains the productive system. However, the lignins contained in this residuary liquor may be promising candidates for partial or total replacement of monomers from petrochemical sources, since they are the second most abundant biopolymer on the planet, and their use may contribute to the reduction of fuel use. Another use would be in obtaining polymer mixtures (blends) produced in situ. However, the main difficulties may be related to the fact that their structures are not fully elucidated, and the presence of inorganic contaminants from pulping processes. In this study, in situ polymerizations of the Kraft residuary lignins with and without chemical modification were carried out with styrene to verify the possibility of using these two routes to obtain polymer blends. To achieve these objectives a methodology for the removal of the main inorganic contaminants was necessary and adapted from the simplifications of studies available in the literature. The polymerization method used was via mass-suspension and formulations with various levels of residuary Kraft lignins were tested for both systems (modified via esterification and unmodified). The results of FTIR characterization indicated a successful recovery of the lignins when establishing a comparison with a commercial standard, it was verified that their main signals are preserved, and that after their esterification the band reduction relative to the hydroxyl groups and the increase of the intensity related to the region of the carbonyl groups, also indicating the triumph of its chemical modification, corroborating with the data obtained by the NMR technique. The polymer mixtures containing residuary lignins from both the (modified by esterification and non-modified) routes in the proportions of 2.5%, 5%, 10%, 15% and 30% (by mass) of lignins were successfully produced. However, a tributylphosphate (TBP) packing step prior to the polymerization phase was established for the system containing the modified lignins to improve the homogeneity between the constituents of the mixture over the mixtures obtained with styrene and unmodified Kraft residuary lignins. The results of the characterizations performed on the blends obtained are blending for both systems in this first work, since the established objectives are achieved.