Síntese de poliésteres a partir do óleo de mamona e sua utilização como matriz polimérica para nanocompósitos magnéticos e estudos sobre reticulação com glicerol

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Curso de Pós-Graduação em Química, 2014.Esse trabalho apresenta um estudo sobre a produção de biopoliéster baseado no ácido ricinoleico derivado do óleo de mamona (Ricinus communis) com e sem inserção de nanopartículas magnéticas de Fe3O4 com a sua superfície modificada por moléculas orgânicas. Reações auto-catalisadas, devido a doação de próton H+ do ácido ricinoleico, que se comporta como um ácido de Brønsted-Lowry, foram realizadas pelo processo em batelada por polimerização em massa e alguns estudos cinéticos foram realizados. Também foi observado que as nanopartículas magnéticas de Fe3O4 funcionam como catalisadores de ácido de Lewis durante a polimerização. As formações de ésteres foram seguidos pela análise do índice de acidez e espectros FTIR. Foi observado para as reações sem nanopartículas magnéticas (apenas reações auto-catalisada por ácido de Brønsted) atingiram o seu estado estacionário após 14 h. Para as reações na presença de nanopartículas magnéticas com superfície modificada por moléculas orgânicas o estado estacionário foi alcançado em 6 h. Na ausência de nanopartículas magnéticas, observou-se a 190 ¿C que o consumo do ácido ricinoleico segue um comportamento de segunda ordem e aumentando 20 ºC a velocidade da reação foi 61% mais rápido. Os materiais poliméricos foram caracterizados, a fim de fornecer informações sobre suas características estruturais e térmicas. Observou-se que a resistência térmica do produto é significativamente aumentada com a conversão da reação. Medidas magnéticas foram realizados e mostraram que o material tinha um comportamento superparamagnético ao usar nanopartículas magnéticas de Fe3O4. Também foram realizados estudos de reticulação de cadeias poliméricas com glicerol. Nessa parte do trabalho foram realizadas reações com diversas concentrações de glicerol. Para realizar um estudo cinético, as reações de reticulação foram efetuadas na presença de catalisadores de estanho (óxido dibutil estanho e dilaurato dibutil estanho) e auto-catalisadas. Análises de Índice de acidez (I.A.), Viscosidade, Espectroscopia de Infravermelho (I.V.), Ressonância Magnética Nuclear 1H (RMN 1H), análises Térmicas (DSC) e processos de extração foram realizadas para compreender as estruturas formadas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTThis work presents a study on the production of ricinoleic acid-based biopolyester derived from castor (Ricinus communis) oil with and without insertion of magnetic Fe3O4 nanoparticles with the surface modified using organic molecules. Self-catalyzed reactions, due to proton H+ from ricinoleic acid, which behaves as a Brønsted-Lowry acid, were performed in a batch bulk polymerization process and some kinetic studies were carried out. It was also observed that the magnetic Fe3O4 nanoparticles act as Lewis acid catalysts during the polymerization. The ester formations were followed by acid value and FTIR spectra measurements and it was observed for the reactions without magnetic nanoparticles (only Brønsted self-catalyzed reaction) reached their steady state after 14 h. For the reactions with magnetic nanoparticles with the surface modified by organic molecules the steady state was reached in 6 h. In the absence of the magnetic nanoparticles, it was observed at 190 C that the consumption of the ricinoleic acid follows a third order behavior and increasing 20 ºC the reaction rate was 61 % faster. The polymeric materials have been characterized in order to provide information on their structural and thermal features. It was observed that the thermal resistance of the product is significantly increased with the reaction conversion. Magnetic measurements were performed, showing that the material presented a superparamagnetic behavior when using magnetic Fe3O4 nanoparticles. Additionally, crosslinking studies of polymer chains with glycerol have been done. In this part, several reactions with different glycerol concentration were carried out in presence of the tin catalysts (dibutyltin oxide and dibutyltin dilaurate) and self-catalyst reaction. The value acid (I.A.), viscosity, Infrared spectroscopy (FTIR), Nuclear magnetic resonance spectroscopy 1H (NMR 1H), Thermal analysis (DSC) and extraction processes were done to comprehend the formed structures