Equilíbrio de fases de sistemas contendo dióxido de carbono, -pentadecalactona e cossolventes em altas pressões: dados experimentais e modelagem termodinâmica

Abstract

Em busca de produtos que proporcionem melhores condições ambientais, sustentabilidade e que substituam a enorme gama de polímeros produzidos a partir de combustíveis fósseis, tem aumentado a procura por materiais produzidos a partir de substâncias renováveis para a indústria. Nesse cenário, destaca-se uma nova gama de poliésteres, que são aqueles produzidos pela polimerização de macrolactonas. A poli(?-pentadecalactona) é um polímero semicristalino obtido a partir do monômero ?-pentadecalactona, com propriedades semelhantes ao polietileno linear de alta densidade, porém com a vantagem de ser biodegradável. Entretanto, a maioria dos estudos reportados na literatura utiliza solventes tóxicos no seu processo de polimerização, como o tolueno. Por essa razão, o objetivo desse trabalho foi promover o estudo do equilíbrio de fases da ?-pentadecalactona com o dióxido de carbono como solvente em um processo a alta pressão, alternativo aos métodos convencionais. A partir dos dados obtidos para o sistema monômero + CO2, propôs-se a utilização de cossolventes (clorofórmio e diclorometano) a fim de verificar uma possível redução das pressões necessárias para a homogeneização do sistema. Os experimentos foram conduzidos em uma célula de volume variável pelo método estático-sintético, numa faixa de temperatura de 40 a 70 °C. Nos sistemas investigados foram observadas transições de fases do tipo líquido-vapor (ponto de bolha e de orvalho), líquido-líquido e líquido-líquido-vapor. Os sistemas com cossolventes (diclorometano e clorofórmio) foram avaliados nas razões mássicas de cossolvente/?-pentadecalactona de 0,5:1, 1:1 e 2:1. O comportamento LCST (Lower Critical Solution Temperature) foi observado em todos os sistemas. O diclorometano e clorofórmio utilizados como cossolventes mostraram-se efetivos na redução da pressão de transição de fases com o aumento da sua concentração no sistema. Os dados experimentais reportados neste trabalho foram correlacionados por meio de modelos termodinâmicos utilizando a equação de Peng-Robinson com a regra de mistura de Wong-Sandler (PR-WS) e descreveram o equilíbrio de fases dos sistemas avaliados de forma qualitativa. Os dados apresentados oferecem importantes informações para o desenvolvimento, simulação, otimização e condução da polimerização da ?-pentadecalactona utilizando dióxido de carbono, clorofórmio e diclorometano como solventes.

Abstract : In search of products that provide better environmental conditions, sustainability and replace the huge range of polymers produced from fossil fuels, the demand for materials produced from renewable substances for the industry has increased. In this scenario, a new range of polyesters is highlighted, which are those produced from the polymerization of macrolactones. Poly (?-pentadecalactone) is a semicrystalline polymer obtained from the ?-pentadecalactone monomer, with properties similar to linear high density polyethylene, but with the advantage of being biodegradable. However, the majority of studies reported in the literature use toxic solvents in their polymerization process, such as toluene. For this reason, the aim of this work to study the high pressures phase behavior of ?-pentadecalactone with carbon dioxide as the solvent, which would be a high pressure process, alternative to conventional methods. From the data of the monomer + CO2 system it was proposed the use of cosolvents in order to verify a possible reduction of the pressures necessary for the homogenization of the system, assisting in the solubilization of the different components. The cosolvents chosen were chloroform and dichloromethane. The experiments were conducted in a variable volume cell by the static-synthetic method, over a temperature range from 40 to 70 °C. Phase transitions of the type liquid-vapor (bubble and dew point), liquid-liquid and liquid-liquid-vapor phase transitions were observed. The systems with cosolvents (dichloromethane and chloroform) were evaluated in the cossolvent /?-pentadecalactone mass ratios of 0.5: 1, 1: 1 and 2: 1. In all systems LCST behavior was observed. The dichloromethane and chloroform used as co-solvent were effective in reducing the phase transition pressure with increasing concentration in the system. The experimental data reported in this work were correlated using thermodynamic models using the Peng-Robinson equation with the Wong-Sandler mixing rule (PR-WS) and equation was able to describe the phase equilibrium in a qualitative manner. The data presented provide important information for the development, simulation, optimization and conduction of polymerization of ?-pentadecalactone using carbon dioxide, chloroform and dichloromethane as solvents.