UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS ...· Resumo submetido ao Departamento de Química

Embed Size (px)

Text of UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS ...· Resumo submetido ao Departamento de...

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR

    DEPARTAMENTO DE QUMICA ORGNICA E INORGNICA

    PROGRAMA DE PS

    JOS ROBERTO MOREIRA DE ANDRADE

    O EFEITO DA MODIFICAO DE LIGANTE ASFLTICO COM UMA

    RESINA FENLICA: CARDANOL

    ORIENTADORA: Prof. Dra. Sandra de Aguiar Soares

    UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR

    CENTRO DE CINCIAS

    DEPARTAMENTO DE QUMICA ORGNICA E INORGNICA

    PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM QUMICA

    JOS ROBERTO MOREIRA DE ANDRADE

    O EFEITO DA MODIFICAO DE LIGANTE ASFLTICO COM UMA

    RESINA FENLICA: CARDANOL-FORMALDEDO

    ORIENTADORA: Prof. Dra. Sandra de Aguiar Soares

    Fortaleza

    2013

    DEPARTAMENTO DE QUMICA ORGNICA E INORGNICA

    GRADUAO EM QUMICA

    O EFEITO DA MODIFICAO DE LIGANTE ASFLTICO COM UMA

    DEDO

    ORIENTADORA: Prof. Dra. Sandra de Aguiar Soares

  • I

    JOS ROBERTO MOREIRA DE ANDRADE

    O EFEITO DA MODIFICAO DE LIGANTE ASFLTICO COM UMA RESINA

    FENLICA: CARDANOL-FORMALDEDO

    Esta dissertao foi submetida ao Departamento de Qumica Orgnica e Inorgnica, da Universidade Federal do Cear, como requisito para obteno do ttulo de Mestre em Qumica.

    .

    FORTALEZA CEAR

    2013

    Orientador: Profa. Dra. Sandra de Aguiar Soares.

  • II

  • III

    JOS ROBERTO MOREIRA DE ANDRADE

    O EFEITO DA MODIFICAO DE LIGANTE ASFLTICO COM UMA RESINA

    FENLICA: CARDANOL-FORMALDEDOBANCA EXAMINADORA

    Esta dissertao foi aprovada como parte dos requisitos necessrios obteno do Grau de Mestre em Qumica, rea de concentrao Qumica, outorgada pela Universidade Federal do Cear, em cuja Biblioteca de Cincias e Tecnologia/ UFC encontra-se disposio dos interessados.

  • IV

    Agradecimentos

    A DEUS por est sempre presente em minha vida.

    A minha famlia, em especial a minha me, Maria de Ftima que a fonte na

    qual eu busco foras para dar continuidade aos meus estudos.

    A minha companheira, Maria da Glria, que est comigo desde a graduao

    sempre me apoiando e deixando claro, que esta uma grande conquista, mas apenas um

    simples passo quando levantamos a cabea e olhamos pro futuro.

    prof. Dra., Sandra de Aguiar Soares pela orientao.

    Aos professores que foram de fundamental importncia para minha formao

    acadmica, em especial, Prof. Dra., Otlia Deusdnica Loiola Pessoa, que foi quem

    me colocou na pesquisa, e me mostrou que a cincia vive se modificando e, portanto,

    nunca devemos parar de buscar o conhecimento.

    Aos professores do grupo de polmeros, em especial, a professora Ngila

    Ricardo e o professor Luiz Constantino.

    Aos amigos do grupo de polmeros, em especial Carolina Moura, pela ateno

    e amizade dentro e fora do laboratrio.

    Aos colegas do Laboratrio de Mecnica dos Pavimentos: Aurlios, Ana Alice,

    Annie, Helen, Jailson, Jone e Rodolfo.

    Tereza pelo auxlio tcnico.

  • V

    Resumo submetido ao Departamento de Qumica Orgnica e Inorgnica, da

    Universidade Federal do Cear, como requisito para obteno do ttulo de Mestre em

    Qumica.

    O EFEITO DA MODIFICAO DE LIGANTE ASFLTICO COM UMA RESINA

    FENLICA: CARDANOL-FORMALDEDO

    O asfalto obtido das refinarias de petrleo, quando apresenta consistncia adequada pavimentao, denominado de ligante asfltico ou cimento asfltico de petrleo (CAP). Os ligantes asflticos de petrleo so materiais constitudos por misturas complexas de hidrocarbonetos de elevada massa molar, cujos componentes principais so o carbono e o hidrognio, contendo tambm outros elementos como o oxignio, enxofre e alguns metais. So obtidos por evaporao natural de depsitos localizados na superfcie da terra (asfaltos naturais), ou por destilao em unidades industriais especialmente projetadas. Os ligantes asflticos produzidos pelo refino do petrleo atendem satisfatoriamente maioria das situaes s quais os pavimentos so submetidos. Contudo, nos ltimos anos, as rodovias de alto volume de trfego apresentam aumento no VMD (nmero de veculos mdio dirio), maior peso nos caminhes, aumento da carga por eixo e aumento da presso dos pneus, requerendo revestimentos asflticos que apresentem melhor desempenho e tcnicas construtivas mais modernas. Em vista disso, este trabalho tem como objetivo estudar os efeitos resultantes da modificao do cimento asfltico de petrleo (CAP) por adio de uma resina do tipo fenol-formaldedo obtida a partir do cardanol para anlise da viabilidade do uso deste aditivo em asfaltos. Por meio deste estudo verificou-se que o aditivo possibilitou um aumento no mdulo complexo (G*) e um abaixamento do ngulo de fase () o que fez com que o ligante asftico obtivesse um melhor desempenho em relao a deformao permanente comparado ao CAP puro. Verificou-se, tambm, uma reduo de aproximadamente 12 C na temperatura de compactao e usinagem da mistura em relao ao ligante puro, o que torna vivel a utilizao da resina como aditivo em ligantes asflticos.

    Palavras chaves: 1. Ligante Asfltico. 2. Lquido da castanha de caju. 3. Asfalto -

    Cimento.

  • VI

    Abstract submitted to the Department of Organic and Inorganic Chemistry of the

    Federal University of Cear, as a requirement for obtaining a Master's degree in

    Chemistry.

    The effect of modification asphalt binder with a phenolic rein: cardanol-

    formaldehyde.

    The asphalt from petroleum refineries, when presents proper consistency to pavement, is denominated asphaltic binder or petroleum asphaltic cement (PAC). The petroleum asphaltic binders are materials constituted by complex mixtures of high-molecular-weight hydrocarbons. Their main components are carbon, hydrogen, but also contain other elements like oxygen, sulphur and some metals. They are obtained from the natural evaporation of deposits located on the earth surface (natural asphalt), or by distillation in industrial units specially designed for this. The asphaltic binders produced by petroleum refining resist satisfactorily in most situations to which pavements are submitted. Nevertheless, over the past years, the highways with a high volume of traffic have had to support an increasing daily average of vehicles, heavier trucks, and also increases in axle weight and in tire pressure. These roads require, thus, asphaltic coatings with better performance and more modern constructive techniques. In view of this, this research has as its goal to study the effects resulting from the modification of the petroleum asphaltic cement (PAC) by the addiction of a resin of the type phenol-formaldehyde obtained from cardanol to analysis of the feasibility of this additive in asphalts. Through this study, it was found that the additive enabled an increase in the module (G*) and a lowering of the phase angle () that resulted in a better performance of the asphaltic binder in terms of permanent deformation if compared to the pure PAC. It was also observed a reduction of approximately 12C in the temperature of compaction and machining of the mixture in relation to the pure binder, what makes possible the use of the resin as additive in asphaltic binders.

    keywords: 1. Asphalt binder. 2. liquid from the shell of the cashew nut . 3. Asphalt -

    Cement.

    LISTA DE FIGURAS

  • VII

    Figura 1. Estruturas qumicas dos componentes do LCC ................................................2

    Figura 2. Descarboxilao do lcc ...................................................................................3

    Figura 3. Cardanol e os seus meta-substituintes ..............................................................4

    Figura 4. Reao de polimerizao do cardanol .............................................................5

    Figura 5. Mecanismo proposto para condensao do cardanol ......................................6

    Figura 6. Separao qumica do ligante asfltico, segundo Corbett (1978) ...................9

    Figura 7. Estrutura de uma molcula de asfalteno, segundo o modelo de YEN (1961)..10

    Figura 8. Representao do modelo de estrutura coloidal segundo Yen (1961) ............11

    Figura 9. Modelo SHRP do asfalto (LUCENA 2005) ....................................................13

    Figura 10. Esquema de aplicao da tenso na amostra de asfalto (GUSMO 2009)...19

    Figura 11. Defasagem entre tenso e deformao (GUSMO 2009).............................19

    Figura 12. Exemplos de resultados do ngulo de fase de dois asfaltos diferentes

    (GUSMO 2009) ..........................................................................................................20

    Figura 13. Diagrama da extrao do cardanol (KUMAR, 2002)....................................26

    Figura 14. Cromatograma obtido da resina ....................................................................32

    Figura 15. Espectro de FTIR do cardanol (vermelho) e da resina (preto) ......................33

    Figura 16. Termograma mostrando a decomposio trmica da resina em ar ...............36

    Figura 17. Termograma mostrando a decomposio trmica do cardanol ....................37

    Figura 18. Espectro de FTIR do ligante puro antes (a) e aps envelhecimento (b) obtidos

    em pastilhas de KBr ........................................................................................................39

    Figura 19. Espectros de FTIR de CAPRES antes (a) e aps o envelhecimento (b) obtidos

    em pastilha de KBr .........................................................................................................39

  • VIII

    Figura 20. Viscosidade em funo da temperatura do ligante puro e modificado pela

    resina antes e aps RTFOT a taxa de 20 rpm .................................................................42

    Figura 21. Grfico de Vi