PRODUÇÃO DE POLIESTIRENO

     O poliestireno tem sido um importante produto no mercado nacional, com ênfase no segmento de eletrodomésticos principalmente os da linha branca - setor com grande crescimento nos últimos anos e com boas perspectivas. O segmento de eletrodomésticos representa 35% do mercado nacional com esse composto (Jacques 2010).

A base para sua descoberta se iniciou em 1786, quando Newman isolou o composto estireno a partir da destilação do “líquido lambar”, uma resina sólida obtida de árvores e arbustos no Extremo Oriente e na Califórnia (Warner 1952). A polimerização do estireno resulta no composto poliestireno. Trata de uma resina do grupo dos termoplásticos, cuja característica reside na fácil flexibilidade sob influência do calor, que a deixa em forma líquida ou pastosa.

Na literatura, o isolamento do composto estireno foi creditado ao farmacêutico berlinense Eduard Simon (Hart-Davis et al. 2014). Entretanto, de acordo com Moore (1989), Simon foi o primeiro a polimerizar o estireno, em 1839, produzindo uma substância sólida proveniente da destilação a vapor a partir da resina gomosa, denominada estirol.

 Foi somente com o craqueamento (processo de decomposição química com uso da pressão e de catalizadores) do etilbenzeno e o aprimoramento do processo de polimerização do estireno, que o poliestireno pode começar a ser fabricado em escala industrial (Jacques, 2010). A primeira empresa a desenvolver o poliestireno foi a IG Farben, no século XX (Hart- Davis et al. 2014).

- O que é o estireno e como acontece sua produção? (Mendes & Sobral, 2014)

                O estireno é um hidrocarboneto aromático insaturado, ou seja, ele se apresenta uma cadeia benzênica e ligações duplas. Suas características incluem rigidez e transparência.

Aspectos físico-químicos:

Forma molecular: C8H8.

Massa molecular: 104, 15 g/mol.

Aparência: líquida oleosa.

Densidade: 0,909 g/cm3

Ponto de fusão: 30⁰ C negativos (243.15K)

Ponto de Ebulição: 145 ⁰ C (418, 15K)

Solubilidade em água: 1% <

                O processo mais utilizado para a obtenção do estireno é a desidrogenação do etilbenzeno a partir do contato com vapor d´água.

No entanto, a produção pode ocorrer de outra maneira do que a citada acima:

 

            A formação do coque é prejudicial na produção do estireno. O seu uso diminui o rendimento da reação química ao prejudicar os catalisadores.

        Os catalizadores mais empregados, na desidrogenção do etilbenzeno, são compostos inorgânicos, como o óxido de ferro.

           No processo, os inibidores de polimerização foram essenciais para que não ocorra perdas durante a destilação do estireno a partir do etilbenzeno.

- Como ocorre a polimerização do estireno normalmente?

                A polimerização em massa do estireno, ou polimerização bulk, ocorre num processo chamado “tambor”.  Nesse processo, 10 galões (37,7 litros) de estireno são colocados em tambores e misturados à temperatura alta por vários dias. A resina é então retirada dos tambores, triturada e empacotada (Jacques 2010).

Poliestireno

- Propriedades físico-químicas:

Forma molecular: (C₈H₈)_n

Massa molecular: -

Aparência: -

Densidade: 1,04 g/cm³

Ponto de fusão: 240 °C

Ponto de Ebulição: -

Solubilidade em água: -

Tipos de poliestireno

         Existem três tipos de poliestireno: O poliestireno Cristal ou Standard (GPPS – General Purpose Polystyrene), o poliestireno de Alto Impacto (HIPS – High Impact Polystyrene) e o poliestireno Expandido (EPS).

- Poliestireno Cristal

             

                É um composto muito usado na fabricação de embalagens e copos descartáveis. Suas principais características incluem fácil coloração e transparência (Montenegro et al. 1997).

Como ocorre sua produção?

               

                Primeiramente, o estireno irá passar por uma torre de alumina para que haja a retenção das impurezas provenientes da sua produção e do anti-polimerizador adicionado durante a fabricação do estireno. Isso porque esse anti-polimerizador causaria no poliestireno uma cor amarelada, retirando seu aspecto de transparência. A resina então segue para os reatores juntamente com aditivos e o iniciador de reação (comumente os peróxidos) que irão agilizar a reação da polimerização à temperatura alta (Jacques 2010).

                Após o reator, o poliestireno irá para a etapa de devolatilização, separando o monômero não reagido e demais aditivos incorporados ao polímero. Na última etapa, o poliestireno passa pela etapa de peletização, onde a massa polímera é transformada em pellets, a forma como os compradores pedem para ela ser entregada (Jacques 2010).

- Poliestireno de Alto Impacto

É um composto modificado com elastômeros de polibutadieno (borracha polibutadiênica) usado na produção de vídeo cassetes e de componentes de refrigeradores e televisores (Grassi & Forte 2011). A borracha que irá dar a resistência ao poliestireno.

- Como ocorre a produção?

                Em um vaso (onde a borracha vai ser dissolvida) são adicionados o estireno e a borracha polibutadiênica, que foi picada em um moinho. Nesse vaso, a mistura acontece por bateladas, sendo enviada para um tanque de pulmão para depois serem enviada aos reatores. Antes de ser enviada para os reatores, a mistura também vai receber aditivos e o iniciador de reação (normalmente peróxidos). Durante a polimerização, partículas de borracha se dispersam na matriz do poliestireno, aumentando sua resistência à impactos. Entretanto, a adição de borracha retira sua transparência. Nesse processo de produção também vai ocorrer a devolatilização e peletização do poliestireno (Jacques 2010).

Na polimerização do estireno em uma solução de borracha irá ocorrer a formação de uma cadeia graftizadas do poliestireno no polibutadieno. Essa cadeia gera uma maior interação interfacial entre o poliestireno e a borracha (Grassi & Forte 2011)

- Como irá ocorrer a graftização?

                “A graftização do polibutadieno inicia-se pela abstração de hidrogênios alísios da sua cadeia macromolecuar por radicais livres gerados no meio, seguida da adição de uma macrorradical de um poliestireno em crescimento na mesma (Grassi & Forte 2011).”

 

- Poliestireno Expandido 

É uma espuma rígida, que foi obtida através da expansão da resina de poliestireno, usada na fabricação de embalagens protetoras e de isolantes térmicos (Montenegro et al. 1997)

- Como ocorre a produção?

       Os estirenos irão receber os aditivos e o iniciador de reação para serem enviados aos reatores e formarem poliestirenos por polimerização. Durante esse processo, é injetado ar dentro da resina de poliestireno para que ocorra sua expansão (sua estrutura é formada de 98% ar e 2% de matéria). Após isso, o poliestireno sofre a desvolatilização, e é colocado em um molde e levado à caldeira onde irá ser aquecido (Jacques 2010).

        Fios aquecidos irão cortar o poliestireno já sólido em vários tamanhos (peletização), sendo depois usado para diferentes funções (Jacques 2010).

Referências

GRASSIS, V. J. & FORTE C. M. M. 2011. Aspectos Morfológicos e Relação Estrutura – Propriedades de Poliestireno de Alto Impacto. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 11, n⁰ 3, p. 158.

HART-DAVIS, A.; FARNDON, J.; GREEN, D.; HARVEY, D.; JOHNSON, P.; PALMER, D.; PARKES, S.; SPARROW, G. 2014. The Science Book. Copyright © Dorling Kindersley Limited.

JACQUES, F. B. 2010. Mercado brasileiro de poliestireno com ênfase no setor de eletrodomésticos. Lume Repertório Digital. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil. http://hdl.handle.net/10183/35191

MENDES, P. H.C.  & SOBRAL, C. 2014. A partir da desidrogenação isotérmica do etilbenzeno. Unisanta, Santos, São Paulo, Brasil.  Disponível no site: http://www.engquimicasantossp.com.br/2015/10/processo-de-producao-de-estireno.html

MONTENEGRO, R. S.; ZAPORSKI J.; OLIVEIRA K. M; RIBEIRO, M. C. 1997. Poliestireno – Área de operações industriais – ao1. BNDES. Disponível no site: http://www.bndes.gov.br 

MOORE, E. R., ed. 1989. The Dow Chemical Company, Encyclopedia of Polymer and Engineering. Styrene Polymers, v.16, p. 1-246, 2aed. By John Wiley & Sons, Inc.

WARNER, A. J. 1952, in R. H. Bounty and R. F. Boyer eds., Styrene, Its Polymers, Copolymers, and Derivates, Reinhold Publishing Corp., Nova Iorque, p. 3.