Baixe aqui a 1ª Apresentação do Projeto de

Universidade Federal
Federal de
Universidade
deUberlândia
Uberlândia
Faculdade de
de Engenharia
Faculdade
EngenhariaQuímica
Química
Cursode
deGraduação
Graduação em
em Engenharia
Curso
EngenhariaQuímica
Química
Plástico
Plástico Verde
Verde
Aluna: Noelle Palloma Batista dos Santos
Aluna: Noelle Palloma
Batista dos: Adilson
Santos José de Assis
Orientador
Orientador: Prof. Dr. Adilson José de Assis
Uberlândia – MG –– Brasil
Uberlândia
Brasil
2010
2010
Sumário
 Introdução


O que é o plástico verde
Justificativa
 Revisão Bibliográfica





Plásticos
Produção de plástico por via petroquímica
Petroquímicos do eteno
História do plástico
Química Verde
 Conclusão
 Bibliografia
Introdução
Plástico Verde
Definição:
 O plástico verde recebe essa denominação por ser produzido a partir de cana-deaçúcar, que é uma matéria prima renovável.
 O processo de obtenção de eteno a partir de etanol proveniente de fonte renovável
ocorre através da desidratação do álcool na presença de catalisadores.
 O biopolietileno possui características equivalentes às do polietileno convencional,
podendo ser empregado em diversas aplicações.
Justificativa
 Apesar do processo convencional (o que utiliza petróleo como matéria prima
principal) ainda ser dominante na produção dos plásticos, faz-se cada vez mais
necessária a substituição de fontes não renováveis, como o petróleo, por fontes
alternativas, que utilizam fontes renováveis.
 Essa necessidade ocorre, principalmente, devido ao agravamento dos problemas
ambientais, sobretudo, no que diz respeito ao problema da emissão de gases de
efeito estufa (GEE).
 A cadeia na qual o polietileno verde é produzido permite uma maior redução dos
níveis de dióxido de carbono na atmosfera em comparação a outros polímeros,
 A reação do plástico verde, é um exemplo de reação em que o equilíbrio e a
taxa influenciam na economia do processo, através das variações nas
condições experimentais como temperatura, pressão e catalisador, o que
pode favorecer a produção de diversos produtos e/ou subprodutos, sendo,
portanto necessária uma análise de viabilidade termodinâmica e cinética das
reações envolvidas.
 A termodinâmica indica as condições mais favoráveis para que determinada
reação ocorra e qual será a composição do sistema no estado de equilíbrio, já
a cinética química trata das mudanças químicas associadas com o tempo.
 As condições operacionais de um processo podem ser influenciadas pelas
considerações sobre o equilíbrio, sendo de primordial importância a
determinação dos efeitos destas condições na conversão da reação.
 A conversão no equilíbrio pode
servir como referência para
melhoramentos em um processo,
determinando se uma investigação
experimental pode ser viável ou
não.
 Esta figura nos mostra a
conversão de equilíbrio do etileno
em álcool na fase vapor em
função da temperatura, pressão e
da razão vapor d’água/ etileno na
alimentação.
 Percebemos que o aumento da
temperatura diminui a conversão
e que o aumento da pressão
aumenta a conversão.
Revisão Bibliográfica
Plásticos
Plásticos
Definição:
 Definição:
“ Material que contém como ingrediente essencial uma substância orgânica
Material que
comomolecular,
ingrediente
uma
orgânica
polimerizada
de contém
grande massa
queessencial
é sólida no
seusubstância
estágio terminal
e,
numa
certa etapa de
da sua
fabricação
ou molecular,
de seu processamento,
pode no
ser moldada
ou
polimerizada
grande
massa
que é sólida
seu estágio
conformada
nonuma
artigo acabado
mediante
um fabricação
processo de ou
fluxo.”
(Shreve,
1984).
terminal e,
certa etapa
da sua
de seu
processamento,
pode ser moldada ou conformada no artigo acabado mediante um processo
 Classificação dos plásticos:
de fluxo (Shreve, 1984).
Os plásticos pertencem a uma classe de materiais de engenharia denominada
polímeros. Os polímeros são macromoléculas com massas moleculares da ordem de
 A3 rota6convencional na preparação do plástico utiliza matérias primas
10 a 10 , cujas estruturas são formadas por muitas unidades simples e repetitivas,
obtidas do monômeros.
petróleo e são chamadas monômeros.
denominadas
 Os plásticos podem ser classificados em termoplásticos e
termofixos.
Termoplásticos:
 Apresentam estrutura linear;
Amolecem com aquecimento, permitindo a moldagem;
São formados por polimerização por adição.
Exemplos: polietileno, polipropileno, PVC, PVA.
Termofixos
 Têm estrutura tridimensional;
 Não amolecem com o aquecimento;
 Se decompõem caso o aquecimento seja contínuo;
 Devem ser moldados a forma desejada no momento da síntese, pois depois
dela a moldagem torna-se impossível;
 São produzidos através de reações de polimerização por condensação ;
Exemplos: borracha dura, baquelita
Produção do plástico
 A rota convencional na preparação do plástico utiliza matérias primas
obtidas do petróleo e são chamadas monômeros.
 Os constituintes do petróleo cru podem ser separados através do processo de
destilação. Neste processo, as frações do petróleo serão separadas em função da
diferença das diversas faixas dos pontos de ebulição.
 Alguns desses produtos são gasolina, GLP, querosene, óleo diesel, NAFTA,
etc.
Figura 1: Frações da Destilação do Petróleo
 Através do nafta, obtém-se os monômeros, que posteriormente, são
submetidos a um craqueamento térmico dando origem a diversas substâncias
como etileno, propileno, butadieno, buteno, isobutileno, denominados
petroquímicos básicos.
Craqueamento - é um processo em que uma reação química “quebra”
moléculas muito grandes em moléculas menores, na presença de
catalisadores.
 Estes, por sua vez, são transformados nos chamados petroquímicos finos,
tais como polietileno, polipropileno, policloreto de vinila etc. Na etapa
subseqüente, os petroquímicos finos são modificados quimicamente ou
transformados em produtos de consumo.
 ESQUEMA DA PRODUÇÃO DE PLÁTICOS POR VIA PETROQUÍMICA
Petróleo cru
Coluna de
destilação
Gás combustível
GLP
NAFTAS
Gasolina
Querosenes
ETC
NAFTA
CRAQUEAMENTO
TÉRMICO
Produtos de
consumo: sacolas,
garrafas PET,
brinquedos, etc.
Petroquímicos
finos:
POLIETILENO,
polipropileno
Petroquímicos
básicos: ETENO,
buteno, butadieno
Reações de polimerização
Características
Exemplos
- Excepcional resistência a
- Recipientes, indústria de
rupturas
autopeças
- Boa resistência a impactos
- Boa resistência química
- Boas propriedades elétricas,
sendo muito utilizado na
fabricação de recipientes
- Canetas, brinquedos,
notebooks, etc
- Pode-se formar o chamado
PEAD, o polietileno de alta
densidade
- Pode-se formar o PEBD,
polietileno de baixa
densidade, formado por
macromoléculas menores
produzindo um material mais
flexível.
- Sacolas, etc
Aditivos
 Para adquirir características peculiares para o mercado, o plástico é
tratado com alguns aditivos:
Principais aditivos usados na fabricação de plásticos e sua função.
Aditivo
Função
Plastificante
Aumentar a flexibilidade
Estabilizante térmico Evitar a decomposição por aquecimento
Estabilizante UV
Evitar a decomposição causada por raios UV solares
Retardador de
chamas
Lubrificante
Carga
Reduzir a inflamabilidade
Antioxidante
Reduzir a viscosidade
Aumentar a resistência ao desgaste por abrasão e reduzir o custo do
material
Minimizar a oxidação provocada por oxigênio e ozônio atmosféricos
Pigmentos
Antiestático
Aromatizante
Conferir a cor desejada
Evitar eletrização por atrito
Conferir odores desejados. Mascarar odores indesejados
Biocida
Inibir a degradação por microorganismos
Processos de fabricação de resinas
 Antes de chegar no consumidor final, o material plástico deve passar por
diversas etapas de produção. Uma destas etapas é a moldagem, onde a resina
polimérica, juntamente com os aditivos devem ser moldados no objeto
desejado.
Resina - termo atualmente empregado para designar qualquer matéria-prima
polimérica no estado termoplástico, sendo fusível, insolúvel em água, mas
solúvel em outros meios líquidos.
 Alguns destes processos são vazamento, fiação por fusão, compressão,
calandragem, injeção, extrusão, sopro etc. Na grande maioria dos casos, a
mistura passa por um estado fluido, pela ação do calor, com ou sem pressão,
ou pela adição de um veículo líquido.
Descrição dos processos mais comuns
•
Processo de vazamento: é um processo simples pelo qual a mistura é vertida ou
vazada em um molde, sob a forma de uma solução viscosa.
•
Processo de fiação por fusão: a mistura fundida passa através de orifícios de uma
placa (fieira), formando filamentos viscosos que se solidificam e são enrolados em
bobinas. É indicado para obtenção de fios.
•
Processo de compressão: consiste em comprimir a mistura aquecida dentro da
cavidade de um molde. Este processo é muito usado para termorrígidos.
•
Processo de calandragem: consiste basicamente na passagem da mistura entre
rolos sucessivos e interligados em rotação. É indicado na produção de lâminas,
folhas e filmes de espessura regular.
•
Processo de injeção: a mistura fundida é introduzida no molde por intermédio de
pressão exercida por um êmbolo.
Continuação...
•
Processo de extrusão: a mistura polimérica passa através de uma matriz com o
perfil do objeto desejado e é resfriada tornando-se sólida. Processo bastante
comum na fabricação de tubos de poli(cloreto de vinila) e polietileno, tão
utilizados em encanamento de água, esgotos etc.
•
Processo de sopro: ideal para obtenção de peças ocas pela insuflação de ar no
interior do molde. É muito usado na fabricação de frascos a partir de resinas
termoplásticas.
(a) extrusora
(b) calandra
(c) injetora
(d) sopradora
Produção de resinas polietilênicas a alta pressão:
 A fabricação do polietileno exige o eteno de alta pureza, e o primeiro passo,
envolve o desmetanizador, onde de 99,8 a 99,9 % do eteno são retirados entre
o volátil, e o resíduo (etano) é reciclado para a fábrica de eteno.
 Adiciona-se ao eteno de alta pureza um catalisador fornecendo radicais livres,
como o oxigênio; a mistura é comprimida a pressão de operação (1500 atm) e
introduzida no reator, que é mantido a 375°F (191°C).
 O efluente do reator passa para um vaso de separação, em que o eteno que não
reagiu é removido e novamente recirculado. O liquido do separador é o
polietileno incolor, que pode ser extrudado, resfriado e solidificado, cortado e
armazenado.
Fluxograma de produção de resinas polietilênicas a alta
pressão
Shreve,1984
Fluxograma 2: Petroquímicos do eteno
Shreve,1984
História do plástico
Origem
 Foram desenvolvidos no inicio do século XX.
 O primeiro plástico de significado industrial foi o nitrato de celulose,
descoberto em 1838.
 Só em 1909, a indústria do plástico se estabeleceu quando Beakeland
desenvolveu o controle científico das resinas fenólicas, fabricando-as
comercialmente.
 Essa resina, chamada de baquelita, feita a partir de uma mistura de fenol e
formaldeído, representa o primeiro polímero realmente sintético.
 A invenção da baquelita desencadeou uma classe completa de plásticos com
propriedades semelhantes, conhecidos como resinas de fenol.
Figura 2: Telefone de baquelite em "100 Anos do
Plástico" no Museu de Ciência de Londres em 2007. A
exposição foi uma comemoração dos plásticos feita
para coincidir com o centésimo aniversário da
invenção da baquelite por Leo Baekeland.
Plexiglas ou polimetacrilato de metila- sintetizado em 1935, este plástico tem
propriedades interessantes: transparência, resistência a choques, estabilidade e pode substituir
o vidro em várias aplicações. Este material especial foi utilizado pelos oftalmologistas para
substituição do cristalino opaco dos olhos por uma lente artificial em pessoas que sofrem
de uma doença chamada de catarata. Foi o primeiro plástico implantado em seres humanos.
Aspectos históricos – Linha do tempo
1835
Regnault apresenta o monômero de cloreto de vinil.
1838
É descoberto o nitrato de celulose.
1839
Charles Goodyear descobre o processo de vulcanização da borracha.
1835
1838
Regnault apresenta o monômero de cloreto de vinil.
1865
É descoberto o acetato de celulose.
1865
É descoberto o nitrato de celulose.
É descoberto
o acetato de celulose.
1839
Charles Goodyear descobre o processo de vulcanização da borracha.
1870
Irmãos
Hyatt patenteiamaacelulóide.
celulóide.
Irmãos1870Hyatt
patenteiam
1884
1884
Hilaire Chardonnet inventa a primeira fibra sintética, a rayon de viscose.
1905
1909
Brandenburg inventa a celofane.
1922
Hermann Staudinger sintetiza a borracha.
Ziegler começa a estudar a química orgânica princípio da descoberta do PE e
PP.
A empresa Dunlop cria a primeira borracha de espuma.
J. A Hansbeke desenvolve o neoprene.
Primeiros produtos injetados com Poliestireno.
Começa produção comercial de Poliestireno
Roy Plunkett descobre o PTFE.
ICI patenteia a cloração do Polietileno.
O PMMA começa a ser utilizado na aviação.
Hilaire Chardonnet
a primeira fibra sintética, a rayon de viscose.
Leo Baekelandinventa
descobre a baquelita.
1905
Brandenburg inventa a celofane.
1909
Leo Baekeland
descobre a baquelita.
1931
1928
1929
1933
1922
1938
Hermann
Staudinger sintetiza a borracha.
1928
Ziegler1940começa a estudar a química orgânica princípio da descoberta do PE e
George deMestral inventa o Velcro.
1948
PP. 1950 O Poliestireno de alto impacto começa a ser produzido comercialmente.
1952
Começa aparecer os primeiros produzidos fabricados em PVC.
A empresa
Dunlop
cria a primeira borracha de espuma.
1953
O Polietileno de alta densidade começa a ser produzido comercialmente.
1929
1931
1938
1939
1954
O Polipropileno começa a ser desenvolvido com o uso de catalisadores de Ziegler-
1963
Ziegler e Natta ganham o Prêmio Nobel de Química.
Natta.desenvolve o neoprene.
J. A Hansbeke
O Policarbonato começa a ser produzido.
1958
 Continuação...
1933
Primeiros produtos injetados com Poliestireno.
1938
Começa produção comercial de Poliestireno
1938
Roy Plunkett descobre o PTFE.
1939
ICI patenteia a cloração do Polietileno.
1940
O PMMA começa a ser utilizado na aviação.
1948
George deMestral inventa o Velcro.
1950
O Poliestireno de alto impacto começa a ser produzido comercialmente.
1952
Começa aparecer os primeiros produzidos fabricados em PVC.
1953
O Polietileno de alta densidade começa a ser produzido comercialmente.
1954
O Polipropileno começa a ser desenvolvido com o uso de catalisadores de
Ziegler-Natta.
1958
O Policarbonato começa a ser produzido.
1963
Ziegler e Natta ganham o Prêmio Nobel de Química.
 1960 em diante - Surgem os plásticos de engenharia, materiais de alto
desempenho com diversas aplicações. Também são desenvolvidos, a partir da
engenharia de macromoléculas, os elastômeros termoplásticos, além de tanques de
combustível e sacos de supermercado feitos em polietileno de alta densidade
(PEAD), lentes de contato flexíveis e garrafas de polietileno tereftalato (PET).
Figura 3: Este quadro publicado pela revista Veja (abril, 2005) mostra alguns produtos tradicionais que
permaneceram os mesmos, apesar do longo tempo que estão no mercado. Podemos observar que as únicas
mudanças ocorridas foram nas embalagens: em todos eles materiais como madeira, metal e vidro foram
substituídos por plástico.
Química Verde
 A questão ambiental nunca teve uma importância tão grande como nos dias de
hoje, devido aos inúmeros desastres que vem ocorrendo, principalmente devido à
formação de resíduos.
 O tratamento adequado destes resíduos é um processo caro e muitas vezes
desvantajoso no sentido de eficiência, neste sentido, os apelos ambientais
levaram á necessidade de novas alternativas que pudessem evitar ou minimizar a
produção dos mesmos.
Esta corrente de pensamento é conhecida como química verde e pode ser
definida como “o desenho, desenvolvimento e implementação de produtos
químicos e processos para reduzir ou eliminar o uso ou geração de substâncias
nocivas à saúde humana a ao ambiente.” A química verde possui 12 princípios
que são a base para sua implementação.
12 princípios da química verde
“A química verde não é a química do meio ambiente.
E sim a química para o meio ambiente”.
1. Prevenção
2. Economia de átomos
3. Sínteses menos perigosas
4. Produtos químicos menos tóxicos
5. Alternativas aos solventes poluentes
 Continuação...
6. Limitação dos gastos energéticos
7. Utilização de recursos renováveis
8. Redução do número de derivados
9. Utilização de processos catalíticos
10. Degradação final
11. Análise em tempo real para prevenir a poluição
12. Química fundamentalmente mais segura
Exemplos de rotas reacionais alternativas que atendam os princípios da química
verde
 Biodiesel: combustível biodegradável derivado de fontes renováveis (princípio 7),
que pode ser obtido por diferentes processos tais como o craqueamento, a
esterificação ou pela trasesterificação.
 Isocianato de metila: fertilizante com alto poder de destruição e ao mesmo
tempo um gás mortal passa a ter uma alternativa
de processo de
deshidrogenação oxidativa catalítica que produz isocianato de metila sem uso de
fosgênio, implementado pela DuPont atendendo assim o principio 12,
desenvolvendo um processo mais seguro, evitando-se assim os acidentes, como o
que aconteceu em Bhopal.
O plástico verde no contexto da química verde
 A partir de fontes renováveis, como a biomassa da cana-de-açúcar, obtém-se o
polietileno, matéria prima indispensável na produção de plásticos, rota que
atende o principio 7, minimizando os impactos ambientais que seriam
ocasionados no processo convencional.
 Como a desidratação do álcool ocorre na presença de catalisadores, e estes tem
forte influencia na conversão, seletividade, temperatura e pressão de operação, a
reação de formação do plástico verde também atende o princípio 9, em que a
escolha do melhor catalisador permite um processo mais eficiente e com menos
toxidez.
Verde: a cor do respeito à natureza
Conclusão
 Devido as suas características tão especiais e a ampla aplicabilidade, o uso de
plásticos tem sido cada vez maior, sendo, portanto, o mais importante dos
materiais de engenharia.
 O processo convencional de produção do polietileno é feito, principalmente por
via petroquímica, um processo caro, desvantajoso do ponto de vista ambiental,
já que gera CO2 no seu processo sem absorvê-lo, além de utilizar uma matéria
prima não renovável, finita e oscilante no mercado.
 Diante deste panorama, surge a alternativa da produção de plástico verde,
utilizando matéria prima renovável, permitindo a redução dos níveis de CO2 na
atmosfera.
Bibliografia
 SMITH,J.M.; VAN NESS,H.C.; ABOTT,M.M. Introdução a
Termodinâmica da Engenharia Química. 5.ed. Rio de Janeiro:LTC,2000.
 SHREVE,R.N. ; BRINK Jr. J.A. Indústria de Processos Químicos, 5.ed. Rio
de Janeiro,1984
 http://ciencia.hsw.uol.com.br/plastico1.htm, Consultado no dia 10/06/2010
 http://www.nossofuturoroubado.com.br/arquivos/julho_09/historia_plastico.html,
Consultado no dia 10/06/2010
 http://www.braskem.com.br/plasticoverde/principal.html,
Consultado no dia 10/06/2010