Síntese de poli (ácido lático) incentivado por micro-ondas

Abstract

The polymers are used daily, accorddding to data from Brazilian Waste Panorama, Generation of plastic in brazilian cities was 13,7 milion tons in 2022, or 64 kg per person per year. However most polymers are not biodegradabel and are not sustainable because they are originated from oil. One possible solution to this problem is the use of biopolymers, such as, the Polylactic acid (PLA) which are more sustainable. Nonetheless the production of PLA takes much time. To optimize the process it was decided to study the production of PLA using micro-waves and compare the results with the regular synthesis of PLA. The synthesis os PLA has 4 steps: The first one the being the destilation of the primary reagent, the lactic acid; the second one is the esterification which takes 4 hours but in the laboratory microwaves reactor takes 30 min; the third one is the polymerization and the last one is the purification of the product. Finally the caracterization of the product was carried out and the energy consumption results were analysed. The thermal gravimetric analysis (TGA) showed that the microwaves improved the termal properties of the PLA, reaching a degradation temperature of 367,93 °C and the PLA made by eletric heating reached 230,04 °C. The Differential scanning calorimetry (DSC) revealed that the microwaves reduced the melting enthalpy of PLA, so the product needs less energy to melt. The productivity of the process increased significantly with the reduction of time in the esterification phase, even more considering that the 4-hour time made in the laboratory should be even longer to improve the product. The energy balance showed that the energy consumption of the 30 minutes carried out in the microwave reactor is approximately 6 hours on the heating blanket. The Mid Infrare Spectoscopy (MIR) proved that the product made by microwave and electric heating is similar to that in the literature, so it was possible to confirm that the product is the Poly (lactic acid).

Os polímeros são muito utilizados no dia a dia, segundo os dados do panorama dos resíduos sólidos no Brasil em 2022, a geração de resíduos plásticos nas cidades brasileiras foi de 13,7 milhões de toneladas em 2022, ou 64 quilogramas por pessoa no ano. Porém a maioria dos polímeros não são biodegradáveis e são produzidos de fontes não renováveis como o petróleo. Uma solução para minimizar a geração de resíduos é a utilização de biopolímeros, como o poli (ácido lático) (PLA), que são biodegradáveis e mais sustentáveis do que os polímeros convencionais, no entanto a produção do PLA exige muito tempo. Visando otimizar a produção de PLA, foi proposto estudar a síntese de PLA a partir do micro-ondas e comparar os resultados com a síntese de PLA feita pelo método convencional. Para a síntese do PLA foi utilizado o ácido lático como reagente e ela foi realizada em 4 etapas: a primeira foi a destilação, a segunda foi a esterificação, na terceira foi feita a policondensação do ácido lático e por fim na quarta foi realizado a purificação do produto para tirar as impurezas e subprodutos do processo. A segunda etapa, que a é a mais longa do processo, foi elaborada utilizando a manta aquecedora e o reator micro-ondas de laboratório. Foram comparados os resultados de gasto energético os produtos sintetizados foram caracterizados. A primeira caracterização foi a análise termogravimétrica (TGA) que o micro-ondas melhorou as propriedades térmicas do PLA chegando numa temperatura de degradação de 367,93 °C e o PLA feito por aquecimento elétrico chegou em 230,04 °C. A análise por calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostrou que o micro-ondas diminuiu a entalpia de fusão do PLA, logo o produto precisa de menos energia para fundir. A produtividade do processo aumentou bastante com a redução de tempo da fase de esterificação, ainda mais considerando que o tempo de 4 horas feito em laboratório deveria ser maior para melhorar o produto. O balanço energético mostrou que o gasto de energia dos 30 minutos realizados no reator de micro-ondas é aproximadamente 6 horas na manta aquecedora. A análise por infravermelho médio (MIR) mostrou que o produto feito pelas micro-ondas e pelo aquecimento elétrico é semelhante ao da literatura, logo foi possível confirmar que o produto é o Poli (ácido lático).