Modificações químicas no ácido oleico com potencial aplicação em lubrificação

Orientador: Prof. Dr. Carlos Itsuo YamamotoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais. Defesa : Curitiba, 14/11/2019Inclui referências: p. 82-87Resumo: Grande parte dos lubrificantes utilizados atualmente são provenientes de fontes fósseis, obtidos a partir do refino do petróleo e, por ser uma fonte de energia não renovável, causa preocupação relacionada à segurança energética nos próximos anos. Outro fato é que a maioria dos produtos produzidos a partir de petróleo acabam voltando para o meio ambiente causando sérios danos e poluição ambiental. Reconhecidos como potenciais substitutos dos lubrificantes de base mineral, os biolubrificantes têm recebido um significativo interesse ao que diz respeito aos problemas causados pelos lubrificantes de base mineral. Neste sentido, o objetivo desse trabalho é sintetizar três diferentes moléculas de bases biolubrificantes a partir do ácido oleico e compará-los entre si a fim de obter um produto com boas propriedades de lubrificação, condição que será analisada através de análises estruturais, tribológicas e físicoquímicas. Para tal, foi necessário realizar modificações químicas no ácido oleico, devido algumas limitações que estão relacionadas à sua estrutura, como a baixa estabilidade oxidativa. As técnicas aplicadas foram a esterificação do ácido oleico, seguida da epoxidação do oleato de metila e posterior abertura do anel oxirano. A relação estequiométrica da reação de esterificação foi de 1:3 de ácido oleico: metanol e 3% de H2SO4 como catalisador em relação à massa de ácido oleico à 65 ºC. A conversão foi de 99%. Para a reação de epoxidação a relação foi de 20:2:1 de peróxido de hidrogênio (30%): ácido fórmico: oleato de metila à 80 ºC e 10% do catalisador ácido p-toluenossulfônico. A conversão foi de 82%. E para a reação de abertura do anel oxirano a relação estequiométrica foi de 1:3 epóxido: álcool à 80 ºC para o etanol e 90 ºC para o 1-octanol e o 2-etil-1-metanol. As conversões foram de 100% para o biolubrificante de 1-octanol, 90% para o biolubrificante de 2-etil-1-butanol e 79% para o biolubrificante de etanol. Através dos resultados obtidos foi possível correlacionar os produtos obtidos com produtos comerciais, sendo a base biolubrificante de 1-octanol compatível com o SAE 0W, SAE 5W e SAE 10W, a base biolubrificante de etanol compatível com o SAE 0W e SAE 5W e a base biolubrificante de 2-etil-1-butanol compatível com o ISO VG 15. Palavras-chave: Ácido oleico. Anel oxirano. Biolubrificantes. Epoxidação. Esterificação. Modificação química. Tribologia.Abstract: Most of the lubricants used today come from fossil sources, obtained from petroleum refining and, as a non-renewable energy source, cause concerns related to energy security in the coming years. Another fact is that most products made from petroleum return to the environment causing serious damage and environmental pollution. Recognized as potential substitutes for mineral based lubricants, biolubricants have received significant interest about problems caused by mineral based lubricants. Then, the objective of this project is to synthesize three differents biolubricants molecules from oleic acid and compare them to obtain a product with good lubrication properties, a condition that will be analyzed through structural, tribological and physicochemicals analyzes. For this, it was necessary some chemical modifications in the oleic acid, because some limitations are related in the chemical structure like oxidative stability. The techniques applied were esterification of oleic acid, then epoxidation of methyl oleate and finally oxirane ring opening. The stoichiometry of the esterification reaction was 1:3 oleic acid: methanol and 3% H2SO4 as a catalyst in relation to oleic acid mass at 65 °C. The conversion was 99%. For the epoxidation reaction was 20:2:1 hydrogen peroxide: formic acid: unsaturation at 80 °C and 10% of PTSA as a catalyst. The conversion was 82%. And for the oxirane ring opening reaction the stoichiometry was 1:3 epoxide: alcohol at 80 °C for ethanol and 90 °C for 1-octanol and 2-ethyl-1-methanol. Conversions were 100% for 1-octanol biolubricant, 90% for 2-ethyl-1-butanol biolubricant and 79% for ethanol biolubricant. Tribological analysis showed that the viscosity is directly related to the lubrication efficiency and that the higher the viscosity, the less the wear of the frictional materials. And through the results it was possible to correlate the products obtained with some commercial products, being 1-octanol biolubricant compatible with SAE 0W, SAE 5W and SAE 10W, ethanol biolubricant compatible with SAE 0W and SAE 5W and 2-ethyl-1-butanol biolubricant compatible with ISO VG 15. Keywords: Biolubricants. Chemical modification. Epoxidation. Esterification. Oleic acid. Oxirane ring. Tribology