Aditivo polimérico derivado de fonte renovável para aplicação em cimento asfáltico de petróleo

This study evaluated the effects of incorporating an additive from an agro-industrial residue, after some chemical modification reactions, to petroleum asphalt cement (CAP) through the polymerization reaction of a viscous polyol obtained by bagasse biomass oxypropylation reaction sugarcane with anhydrides. The polyol is obtained by biomass oxypropylation reaction with propylene oxide, the reaction was performed in an autoclave sealed with pressure and temperature control using 25 mL of OP for every 5 grams of biomass 200°C, which time reaction was two hours. The reaction is revealed by varying the system pressure, initially at atmospheric pressure to reach a maximum pressure value and its subsequent return to atmospheric pressure. For the choice of the most suitable reaction time for polymerization of the polyol with pyromellitic anhydride, the reaction was also conducted in an autoclave sealed with temperature controller (150 ° C) using 20 g of polyol, 1 g of sodium acetate (catalyst) and 8 g of pyromellitic anhydride with the times 30 and 60 minutes. The polymerized materials with different times were characterized by determining the relative viscosity and percentage content of extractable in cyclohexane / ethanol. Given the results with the polymerized material 30 minutes showed the lowest percentage content of extractives and an increased viscosity relative indicating that this time is highlighted with respect to time 60 minutes, because the material is possibly in the form of a crosslinked polymer. Given the choice of time of 30 minutes other polymerization reactions were performed with various anhydrides and other conditions employed different proportions by mass of polyol anhydrides we were referred to as condition I (20 g anhydride and 8 g of polyol), II (20 g anhydride and 20 g of polyol) and III (8 g anhydride and 20 g of polyol). The FTIR spectra of polymeric materials with different polymerization conditions used to prove the occurrence of chemical modification due to the appearance of a characteristic band ester groups (1750 cm-1) present in the polymerized material. He chose to work with the condition III, as is the condition which employs a larger amount of polyol, and even with the smaller amount of anhydride used FTIR spectra revealed that the polymerization reaction was performed. Among the various anhydrides (phthalic, maleic and pyromellitic) of the different conditions used that stood out before the solubility test with solvents analyzed was polymerized material with pyromellitic anhydride because the polymerized material likely in the form of a crosslinked polymer because it was insoluble or poorly soluble in the solvents tested. Polymerization of the polyol with pyromellitic anhydride using condition III, that is, BCPP30, CSPP30, PCPP30 e BCPPG30, provided an increase in thermal stability relative to material in the form of polyol. Applicability tests concerning the incorporation of 16% m / m BCPP30, CSPP30, PCPP30 e BCPPG30 additive in relation to the mass of 600 g CAP showed through characterization tests used, softening point, elastic recovery and marshall dosage, it is possible to use BCPP30 as an additive the conventional CAP, because even with the incorporation of this new additive modified CAP met the specifications of the appropriate standard.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais

Tese (Doutorado)

Neste trabalho foram avaliados os efeitos da incorporação de um aditivo proveniente de um resíduo agroindustrial, após algumas reações de modificação química, ao cimento asfáltico de petróleo (CAP), por meio da reação de polimerização de um poliol viscoso obtido através da reação de oxipropilação da biomassa bagaço de cana-de-açúcar com anidridos. O poliol é obtido por meio da reação de oxipropilação da biomassa com óxido de propileno (OP), cuja reação foi realizada em autoclave vedada com controlador de pressão e de temperatura empregando 25 mL de OP para cada 5g de biomassa a 200 °C, cujo tempo de reação foi de duas horas. A reação é revelada pela variação da pressão do sistema, inicialmente a pressão atmosférica até atingir um valor de pressão máxima e seu subsequente retorno a pressão atmosférica. Para a escolha do mais adequado tempo de reação para polimerização do poliol com o anidrido piromelítico, a reação foi realizada também em autoclave vedada com controlador de temperatura (150 ºC) empregando 20 g de poliol, 1 g de acetato de sódio (catalizador) e 8 g de anidrido piromelítico, com os tempos de 30 e 60 minutos. Os materiais polimerizados com os distintos tempos foram caracterizados por meio da determinação da viscosidade relativa e teor percentual de extrativos em ciclohexano/etanol. Diante dos resultados o material polimerizado com 30 minutos apresentou o menor teor percentual de extrativos e uma maior viscosidade relativa indicando que este tempo se destacou em relação ao tempo de 60 minutos, pois o material encontra-se possivelmente na forma de um polímero reticulado. Dada à escolha do tempo de 30 minutos outras reações de polimerização foram realizadas com distintos anidridos e outras condições que empregaram diferentes proporções em termos de massa de poliol e anidridos. Foram denominados como condições I (20 g anidrido e 8 g de poliol), II (20 g de anidrido e 20 g de poliol) e III (8 g de anidrido e 20 g de poliol). Os espectros de FTIR dos materiais polimerizados com as distintas condições utilizadas para a polimerização comprovaram a ocorrência da modificação química devido ao aparecimento de uma banda característica de grupos ésteres (1.750 cm-1) presentes no material polimerizado. Optou-se por trabalhar com a condição III, pois é a condição que emprega uma maior quantidade de poliol, e mesmo com a menor quantidade de anidrido empregado os espectros de FTIR revelaram que a reação de polimerização foi realizada. Dentre os distintos anidridos (ftálico, maléico e piromelítico) das distintas condições utilizadas o que mais se destacou diante do teste de solubilidade com os solventes analisados foi o material polimerizado com anidrido piromelítico, pois o material polimerizado provavelmente se encontra na forma de um polímero reticulado, onde foi insolúvel ou pouco solúvel nos solventes testados. A polimerização do poliol com anidrido piromelítico empregando a condição III, isto é, BCPP30, CSPP30, PCPP30 e BCPPG30, proporcionaram um aumento na estabilidade térmica em relação ao material na forma de poliol. Os testes de aplicabilidade referente à incorporação de 16 % m/m do aditivo BCPP30, CSPP30, PCPP30 e BCPPG30 em relação à massa de 600 g de CAP, mostraram, por meio dos ensaios de caracterização utilizados, ponto de amolecimento, recuperação elástica e dosagem marshall, que é possível a utilização do BCPP30, CSPP30, PCPP30 e BCPPG30 enquanto aditivo ao CAP convencional, pois mesmo com a incorporação deste novo aditivo o CAP modificado atendeu as especificações das normas regulamentadoras.