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Síntese do Poliestireno (PS) por polimerização via radicais livres - Parte 1

 

Esse artigo apresenta uma experiência bem legal que eu fiz por conta própria na época da faculdade. Se você já se perguntou como é feito o plástico ou de onde vem o plástico, vai ter uma parte da resposta aqui.

Neste caso, vamos aprender como pode ser feito em escala de laboratório o poliestireno, aquele plástico de pratos e talheres de festa, caixas de CD, embalagens em forma de coração daquele iogurte famoso... A síntese desse material pode ser conduzida por polimerização via radicais livres, mesmo método de produção dos plásticos mais conhecidos, como o PE e o PP por exemplo.

A matéria-prima básica do poliestireno é o monômero de estireno, um produto que tem sua origem no petróleo. Ele é um líquido com um odor idêntico ao thinner, aquele solvente usado em tintas.

Para que entenda de forma bem simples o que vai acontecer nessa experiência, digo-lhe que o monômero de estireno é como se fosse vários elos de corrente, enquanto o poliestireno seria a corrente propriamente dita, com os elos unidos.

Bom, vamos aos materiais e equipamentos necessários para a experiência:

  • Monômero de estireno
  • Sulfato de magnésio (MgSO4) – Usado para secar o monômero após lavagem
  • Hidróxido de sódio (NaOH) – Usado para fazer a purificação do monômero
  • Enxofre – Usado para inibir a polimerização durante a destilação
  • Peróxido de Metil Etil Cetona (P-MEK) – Usado para iniciar a reação
  • Funil de decantação com capacidade de 1 litro – Usado para filtrar o monômero durante a purificação
  • Manta de aquecimento com controle de temperatura – Adivinha pra que serve?
  • Balão de fundo redondo com capacidade para 1 litro
  • Coluna de Vigreaux
  • Cabeça de destilação
  • Termômetro com escala até 300°C
  • Condensador Liebig (reto)
  • Suporte para o equipamento montado

A vidraria em geral (balão, condensador, coluna de vigreaux e etc) assim como a manta de aquecimento, você encontra em lojas especializadas em equipamentos para laboratório.  O hidróxido de sódio é mais conhecido como soda caústica (usada pra fazer sabão), e é facilmente encontrado em casas de produtos químicos junto com o sulfato de magnésio e o enxofre.

Monômero de Estireno Sulfato de Magnésio Hidróxido de Sódio (Soda Caústica) Enxofre Peróxido de metil-etil-cetona Manta de Aquecimento Equipamento para destilação

Passe o mouse por cima de cada figura para saber o que é

Nos livros, usam o peróxido de benzoíla como iniciador da reação, porém ele é muito caro – na época custava mais de R$300 cerca de 100 gramas, se não me engano. Então o substituí pelo peróxido de metil-etil-cetona, que é o catalisador da massa plástica usada por funileiros e muito mais barato.

O monômero de estireno pode ser encontrado em casas de artesanato e plastimodelismo, não é caro.

Obs.: ao comprar o estireno é bem provável oferecerem o poliéster também, mas não vamos precisar disso aqui, certo?

Posso usar outra forma de aquecimento sem ser através da manta?

O estireno é inflamável, então não é recomendável utilizar outras formas de aquecimento que utilizem fogo. Principalmente nesse caso onde você precisará aquecer o material por um período de várias horas e provavelmente não acompanhará o processo durante todo esse tempo.

 

Iniciando a experiência

1. Purificação do monômero

É comum o monômero de estireno ser comercializado com uma pequena quantidade de inibidor de polimerização para que não se transforme em poliestireno durante seu armazenamento ou transporte, devido ao calor. Por isso realizamos uma etapa de purificação para a retirada desse inibidor.

Essa prática não costuma ser realizada na indústria já que os equipamentos utilizados favorecem altos rendimentos mesmo com pequenas contaminações e o tempo gasto a torna economicamente inviável, porém é comumente realizada em laboratório para o aprendizado e obtenção de polímeros com alto grau de pureza para análise de suas constantes físicas. A purificação do monômero de estireno é descrita a seguir.

Foram colocados no funil de decantação 250 ml de monômero de estireno com 50 ml de uma solução aquosa a 5% de NaOH (95% de água e 5% de soda caústica, em peso; para os leigos). A camada de solução era retirada através da torneira e a operação repetida por mais 5 vezes, apenas com água, para eliminar vestígios da solução alcalina.

Funil de decantação

A solução de NaOH se separa facilmente do monômero, podemos ver pela foto a solução embaixo e o monômero em cima

Mesmo após lavar o monômero e retirar a água através da torneira, ainda podem existir vestígios de umidade que podem ser retirados através do contato do monômero com MgSO4 durante algumas horas. Então foram colocados fragmentos de MgSO4 no próprio funil de decantação. Depois de seco, o monômero foi filtrado através de uma camada fina de algodão para a retirada do desidratante.

A destilação foi realizada através de uma manta de aquecimento na qual foi colocada um balão de fundo redondo. Adaptou-se ao balão uma coluna de Vigreaux com carca de 20 cm de comprimento, na qual foi colocada em seu interior um fio de cobre comercial do qual foi previamente retirado o verniz de revestimento com o objetivo de inibir a polimerização durante a destilação. Sobre a coluna, foi conectada uma cabeça de destilação de Claisen com conexões para o termômetro e o condensador, a outra conexão não utilizada foi vedada com uma rolha de borracha.

Balão de fundo redondo Coluna de Vigreaux Cabeça de Claisen

Passe o mouse por cima de cada figura para saber o que é

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Artigo postado em 01/05/2011

Sobre o autor:
Daniel Tietz Roda é Tecnólogo em Produção de Plásticos formado pela FATEC/ZL e Técnico em Projetos de Mecânica pela ETEC Aprígio Gonzaga. Trabalha na área de assistência técnica e desenvolvimento de plásticos desde 2008 e atualmente coordena o depto. técnico da Ambiental Recicladora.

   
   
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