Universidade Federal de UberlândiaFaculdade de Engenharia Química

Curso de Graduação em Engenharia Química

Plástico VerdeAluna: Noelle Palloma Batista dos Santos

Orientador : Adilson José de Assis

Uberlândia – MG – Brasil2010

Universidade Federal de Uberlândia

Faculdade de Engenharia Química

Curso de Graduação em Engenharia Química

Plástico Verde

Aluna: Noelle Palloma Batista dos Santos

Orientador: Prof. Dr. Adilson José de Assis

Uberlândia – MG – Brasil

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

O plástico verde recebe essa denominação por ser produzido a partir de cana-de-

açúcar, 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.

Definição:

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 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.

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.

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.

Plásticos

Definição:

Material que contém como ingrediente essencial uma substância orgânica

polimerizada de grande massa molecular, que é sólida no seu estágio

terminal e, numa certa etapa da sua fabricação ou de seu processamento,

pode ser moldada ou conformada no artigo acabado mediante um processo

de fluxo (Shreve, 1984).

A rota convencional na preparação do plástico utiliza matérias primas

obtidas do petróleo e são chamadas monômeros.

Definição:

“ Material que contém como ingrediente essencial uma substância orgânica

polimerizada de grande massa molecular, que é sólida no seu estágio terminal e,

numa certa etapa da sua fabricação ou de seu processamento, pode ser moldada ou

conformada no artigo acabado mediante um processo de fluxo.” (Shreve, 1984).

Classificação dos plásticos:

Os plásticos pertencem a uma classe de materiais de engenharia denominada

polímeros. Os polímeros são macromoléculas com massas moleculares da ordem de

103 a 106, cujas estruturas são formadas por muitas unidades simples e repetitivas,

denominadas monômeros.

Plásticos

Revisão Bibliográfica

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

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.

A rota convencional na preparação do plástico utiliza matérias primas

obtidas do petróleo e são chamadas monômeros.

Produção do plástico

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.

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.

Craqueamento - é um processo em que uma reação química “quebra”

moléculas muito grandes em moléculas menores, na presença de

catalisadores.

Petróleo cru Coluna de destilação

Gás combustívelGLP

NAFTASGasolina

QuerosenesETC

Petroquímicos básicos: ETENO,

buteno, butadieno

Petroquímicos finos:

POLIETILENO, polipropileno

Produtos de consumo: sacolas,

garrafas PET, brinquedos, etc.

ESQUEMA DA PRODUÇÃO DE PLÁTICOS POR VIA PETROQUÍMICA

NAFTA

CRAQUEAMENTO

TÉRMICO

Reações de polimerização Características Exemplos

- Excepcional resistência a

rupturas

- Boa resistência a impactos

- Boa resistência química

- Boas propriedades elétricas,

sendo muito utilizado na

fabricação de recipientes

- Recipientes, indústria de

autopeças

- Pode-se formar o chamado

PEAD, o polietileno de alta

densidade

- Canetas, brinquedos,

notebooks, etc

- Pode-se formar o PEBD,

polietileno de baixa

densidade, formado por

macromoléculas menores

produzindo um material mais

flexível.

- Sacolas, etc

Para adquirir características peculiares para o mercado, o plástico é

tratado com alguns aditivos:

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

Reduzir a inflamabilidade

Lubrificante Reduzir a viscosidade

Carga Aumentar a resistência ao desgaste por abrasão e reduzir o custo do

material

Antioxidante Minimizar a oxidação provocada por oxigênio e ozônio atmosféricos

Pigmentos Conferir a cor desejada

Antiestático Evitar eletrização por atrito

Aromatizante 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.

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.

Resina - termo atualmente empregado para designar qualquer matéria-prima

polimérica no estado termoplástico, sendo fusível, insolúvel em água, mas

solúvel em outros meios líquidos.

• 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.

Descrição dos processos mais comuns

• 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.

Continuação...

(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.

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.

1865 É descoberto o acetato de celulose.

1870 Irmãos Hyatt patenteiam a celulóide.

1884 Hilaire Chardonnet inventa a primeira fibra sintética, a rayon de viscose.

1905 Brandenburg inventa a celofane.

1909 Leo Baekeland descobre a baquelita.

1922 Hermann Staudinger sintetiza a borracha.

1928 Ziegler começa a estudar a química orgânica princípio da descoberta do PE e

PP.

1929 A empresa Dunlop cria a primeira borracha de espuma.

1931 J. A Hansbeke desenvolve o neoprene.

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.

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.

1865 É descoberto o acetato de celulose.

1870 Irmãos Hyatt patenteiam a celulóide.

1884 Hilaire Chardonnet inventa a primeira fibra sintética, a rayon de viscose.

1905 Brandenburg inventa a celofane.

1909 Leo Baekeland descobre a baquelita.

1922 Hermann Staudinger sintetiza a borracha.

1928 Ziegler começa a estudar a química orgânica princípio da descoberta do PE e

PP.

1929 A empresa Dunlop cria a primeira borracha de espuma.

1931 J. A Hansbeke desenvolve o neoprene.

Aspectos históricos – Linha do tempo

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.

Continuação...

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.

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

O plástico verde no contexto da química verde

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

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

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://www.braskem.com.br/plasticoverde/principal.html,

Consultado no dia 10/06/2010