Biorrevestimentos de poliuretano baseado em lignina kraft
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Cláudio Gouvêa dos Santos
Anderson Dias
Anderson Dias
Resumo
A crise climática gerou uma necessidade de substituir o uso de recursos petroquímicos por recursos renováveis. A indústria de polímeros, uma das mais importantes, consome sozinha cerca de 8% dos recursos fósseis globais. O poliuretano, o sexto polímero mais produzido no mundo, tem um destaque nessa indústria quando é aplicado como revestimento de proteção metálica em razão de suas propriedades anticorrosivas. No contexto de sustentabilidade, a produção de poliuretanos por meio de uso de recursos renováveis tem sido uma tendência nas pesquisas em todo o mundo. A lignina, o segundo biopolímero mais abundante no planeta é um resíduo produzido em larga escala na indústria do papel e celulose, tem o potencial para desempenhar o papel de poliol na síntese de poliuretanos. Neste trabalho, a lignina Kraft foi utilizada como poliol na síntese de uma resina de poliuretano empregada, posteriormente, como revestimento de proteção em aço carbono. A lignina foi caracterizada com técnicas de espectroscopia como IV e RMN, além de análise térmica (TG e DSC), análise elementar e testes de solubilidade. Um biopoliol de lignina foi produzido a partir da oxipropilação da lignina Kraft realizada com carbonato de propileno, um reagente verde. Esse biopoliol foi utilizado juntamente com óleo de mamona e isocianatos na síntese da resina de poliuretano. Os isocianatos utilizados foram: hexametileno di-isocianato (HDI) e metileno difenil di-isocianato (MDI). Os revestimentos produzidos foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho, teste de adesão, análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial e espectroscopia de impedância eletroquímica. Os revestimentos produzidos exibiram películas com muito brilho, homogeneidade, excelente adesão em aço carbono, estabilidade térmica até ~300 °C e boa flexibilidade em temperatura ambiente. Além disso, os testes de espectroscopia de impedância eletroquímica mostram módulos iniciais de impedância (após 24 horas em solução de NaCl 3,5% m/v) na faixa de 107 – 1010 Ω, indicando excelente barreira protetiva. A continuação do estudo de impedância eletroquímica foi feita com 4 revestimentos selecionados (PUHDI35, PUHDI65, PUMDI50 e PUMDI80) e mostrou que os módulos de impedância sofreram uma queda de apenas uma ordem de grandeza, provando assim sua capacidade de proteção anticorrosiva. Os revestimentos produzidos mostraram um grande potencial para se tornarem produtos comerciais, representam uma forma simples e relativamente barata para mitigar os problemas da corrosão, além de agregar valor a um resíduo da indústria do papel e celulose e contribuir para descarbonização do planeta.
Abstract
Climate crisis has created a need to replace the use of petrochemicals with renewable resources. The polymer industry, one of the most important, consumes approximately 8% of global fossil resources. Polyurethane, the sixth most produced polymer in the world, stands out in this industry when it is applied as a protective coating for metal due to its anti-corrosive properties. In the context of sustainability, the production of polyurethanes through the use of renewable resources has thus become a research trend. Lignin, the second most abundant biopolymer on the planet and a residue produced on a large scale in the pulp and paper industry, has the
potential to play the role of polyol in the synthesis of polyurethanes. In this work, Kraft lignin was used as a polyol in the synthesis of a polyurethane resin, which was later used as a protective coating for carbon steel. Lignin was characterized using spectroscopy techniques such as IR and NMR, in addition to thermal analysis (TG and DSC), elemental analysis and solubility tests. A lignin biopolyol was produced from the oxypropylation of Kraft lignin using propylene carbonate, a green reagent. This biopolyol was used together with castor oil and isocyanates in the synthesis of the polyurethane resin. Isocyanates used were hexamethylene
diisocyanate (HDI) and methylene diphenyl diisocyanate (MDI). The coatings produced were characterized by infrared spectroscopy, adhesion test, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry and electrochemical impedance spectroscopy. Coatings produced exhibited films with high gloss, homogeneity, excellent adhesion to carbon steel, high thermal stability and good flexibility at room temperature. In addition, electrochemical impedance spectroscopy tests showed initial impedance moduli (after 24 hours in 3.5% m/v NaCl solution) in the range of 107 – 1010 Ω, indicating excellent protective barrier. The continuation of the study carried out with 4 selected coatings (PUHDI35, PUHDI65, PUMDI50 and PUMDI80) showed that the impedance modules suffered a drop of only one order of magnitude, thus proving their anti-corrosive protection capacity. Therefore, the coatings produced have the potential to become a commercial product, representing a simple and relatively inexpensive way to mitigate corrosion problems, in addition to adding value to a waste product from the paper and pulp industry and contributing to the decarbonization of the planet.
Assunto
Físico-Química, Revestimentos, Corrosão e anticorrosivos, Lignina, Biopolímeros, Polióis, Termogravimetria, Biomassa, Espectroscopia de infravermelho, Calorimetria, Solventes, Ressonância magnética nuclear, Poliuretanas
Palavras-chave
Revestimento, Anticorrosivo, Biopoliol, Lignina, Poliuretano, Sustentável