ANÁLISE ESTEQUIOMETRICA DA SÍNTESE DE CLORETO DE POLIVINILA (PVC)

Ianka Mikaele Cavalcante; Janaina Rosa Dias; Mayara de Oliveira Andrade Rafael.

Orientador: Profa. Rebeca Piumbato Chaparro

FACULDADES OSWALDO CRUZ

Bacharelado e Licenciatura em Química

RESUMO: Polimerização é um conjunto de reações químicas intermoleculares, que resultam na formação de macromoléculas denominadas polímeros. Estes podem ser obtidos a partir de reações de polimerização em cadeia ou em etapas. O objetivo deste trabalho é apresentar um exemplo de polimerização, visando à análise estequiométrica da síntese de polímeros. O PVC, policloreto de vinila, será o polímero escolhido para tal demonstração. Através das análises estequiométricas destas etapas, foi possível concluir que alguns fatores (como excesso de um dos reagentes, temperatura e pressão) influenciam diretamente na síntese de polímeros e, o peso molecular do PVC, esteve diretamente associado à quantidade de repetições do monômero MVC em sua estrutura. Em cima disso, foi necessária a realização de diversos cálculos para inicialmente acharmos a massa de MVC e posteriormente alcançar um peso molecular de PVC compatível ao da literatura.

PALAVRAS-CHAVE: Polímeros. Estequiometria. Síntese. PVC.

1 INTRODUÇÃO

Polímeros podem ser obtidos a partir de reações de polimerizações em cadeia e em etapas, sendo em sistema heterogêneos e homogêneos, respectivamente. A temperatura, pressão e excesso de um dos reagentes são alguns dos fatores que influenciam no processo. Assim, para se obter produtos aceitáveis, são feitas as análises estequiométricas.

A polimerização a ser demonstrada nesse trabalho é a de policloreto de vinila, usualmente conhecido como PVC. Para a realização desse processo, faz-se o uso de reações em cadeia por adição de radicais livres que consiste numa sequência de três passos: iniciação (produção de radicais livres e adição ao monômero), propagação (adição de mais unidades de monômeros à estrutura) e terminação (a propagação do radical na extremidade da cadeia para e o crescimento termina).

Devido a essas diversas reações e condições que o monômero é submetido, o polímero PVC torna-se um produto com diversas características úteis ao mercado consumidor, sendo elas: a leveza, que facilita seu manuseio e aplicação; resistência à ação de fungos e bactérias; resistência à maioria dos reagentes químicos; bom isolante térmico, elétrico e acústico, resistência às intempéries; durabilidade e entre outros fatores.

2 POLIMERIZAÇÃO

Polimerização é um conjunto de reações químicas intermoleculares, que resultam na formação de macromoléculas denominadas polímeros. A tecnologia de obtenção de polímeros define três rotas principais de polimerização, sendo elas em cadeia (aplicável a todos os monômeros vinílicos, dentre eles o MVC), em etapas (aplicável a diversos plásticos de engenharia) e por abertura de anel (aplicável a alguns tipos de poliamidas). Para este trabalho iremos utilizar como exemplo a síntese do PVC por meio da polimerização em cadeia, com a técnica de radicais livres.

Normalmente o polímero PVC é representado por meio de sua unidade repetitiva (ou mero) a qual significa que a estrutura entre colchetes repete-se n vezes ao longo da molécula, sendo que o parâmetro n representa o grau de polimerização da molécula, tendo relação direta com os pesos moleculares da mesma, como mencionado anteriormente:

O PVC possui peso molecular do mero é igual a 62,5 g/mol. Resinas de PVC típicas exibem grau de polimerização médio na faixa entre 300 e 2.500, e peso molecular numérico médio entre 20.000 e 150.000 g/mol.

Enquanto o peso molecular numérico médio é fortemente dependente do número de moléculas dentro de cada faixa de peso molecular, o peso molecular ponderal médio é sensível à massa de cada uma das macromoléculas da amostra. Faixas típicas de peso molecular ponderal médio para resinas de PVC situam-se entre 40.000 e 400.000 g/mol.

3 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS NA PRODUÇÃO DE PVC

Com base nos dados e trabalhos analisados sobre a produção de cloreto de polivinila, utilizaremos das reações abaixo para demonstrar a produção em pequena escala desse polímero. A quantidade de reagentes utilizados durante os cálculos foi estipulada pelo grupo e, levou-se em consideração que não houve perda de reagentes durante o processo de produção do PVC.

As etapas para síntese de PVC são: produção de cloro; reação de cloro com eteno para gerar o EDC; craqueamento do EDC para obtenção de MVC e reação via radicais livres do MVC. Como demonstrados a seguir:

3.1  Produção de Cloro: dada a partir da eletrólise da salmoura que consiste em reação de oxirredução com liberação de íons na solução.

2x58,44g de NaCl  à  70,91g de Cl₂

                                                              57g de salmoura  à        A                       

A = 34,6g de Cl₂

3.2  Obtenção do 1,2-dicloroetano (EDC): por cloração direta e oxicloração que consiste em uma reação altamente exotérmica.

      

         

71g de Cl₂  à  99g de EDC

                                                           34,6g de Cl₂ à        B                                  

B = 48,24g de EDC

3.3  Obtenção do monômero cloreto de vinila (MVC): após a produção do EDC, é necessário o craqueamento que consiste na desidrogenação e quebra das moléculas dos hidrocarbonetos saturados.

99g de EDC  à  62,5g de MVC

                                                          48,24g de EDC à        C                               

C = 30,45g de MVC

3.4  Obtenção do polímero cloreto de polivinila (PVC): após a obtenção do monômero cloreto de vinila, o mesmo é submetido a uma reação de radicais livres no qual é catalisado por um iniciador, como peróxidos orgânicos.

Nesse processo o mero, MVC, passará por três etapas (iniciação, propagação e terminação), como explicado no início do trabalho, até que se forme um polímero com grau de polimerização na faixa de 300 a 2500.  Sendo assim, o peso molecular do PVC pode ser obtido diretamente a partir da multiplicação do grau de polimerização numérico médio (n) pelo peso molecular do mero. Resinas de PVC típicas exibem peso molecular numérico médio entre 20.000 e 150.000 g/mol como explicado no item 2.

      Para que o peso molecular do PVC seja compatível aos valores estabelecidos pela literatura, o valor mínimo de repetição do monômero MVC deve ser 656,80 como demonstrados no cálculo abaixo:

Sendo assim, o peso molecular do PVC é 20.000 g/mol e seu grau de polimerização é 656,80.

4 CONCLUSÃO

Através das análises estequiométricas foi possível concluir que a quantidade de massa de um dos reagentes, o cloro, influenciou diretamente na produção do PVC. Em nosso exemplo, inicialmente determinamos a massa de cloro que foi de 34,6g, a partir dessa massa foi realizada a reação com eteno formando 48,24g de EDC. Após isso o EDC sofreu craqueamento dando origem a 30,45g de MVC. Por fim, houve a reação via radicais livres do MVC formando 20.000g/mol de cloreto de polivinila com grau de polimerização de 656,80.

5 REFERÊNCIAS

RODOLFO, Antônio. Tecnologia do PVC. Disponível em: <http://www.braskem.com.br/Portal/Principal/Arquivos/Download/Upload/Tecnologia> Acesso em 23 de setembro de 2015.

MACHADO, Fabricio. Uma revisão sobre os processos de polimerização em suspensão. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php> Acesso em 23 de setembro de 2015

SANTOS, Roberto. A fabricação do PVC. Disponível em: <http://www.institutodopvc.org/publico> Acesso em 23 de setembro de 2015