SÍNTESE DO POLIESTIRENO SULFONADO EM ESCALA PILOTO

Cristiane Reis Martins¹ (PG), Marco.-A.De Paoli¹ (PQ) e Giacomo Ruggeri² (PQ)

1. Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem – IQ/ UNICAMP

2. Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale – UNIPI - Itália

Palavras-chave: poliestireno sulfonado, sulfonação, síntese

Introdução A sulfonação do poliestireno têm sido estudada por muitos pesquisadores^1-2, todavia pouca abordagem tem sido dada aos detalhes de sua síntese. Estudos experimentais da sulfonação do poliestireno em solução de diclorometano usando acetilsulfato como agente de sulfonação serão discutidos neste trabalho.

Objetivos Estudar a síntese do poliestireno sulfonado com diferentes graus de sulfonação a fim de se verificar o efeito da concentração e distribuição dos grupos polares ácidos ligados à cadeia macromolecular e assim poder variar sua razão hidrofílica/hidrofóbica.

Parte Experimental A reação de sulfonação (reação 1) do poliestireno é realizada utilizando quantidades diversas de acetilsulfato. Esta solução é preparada em um bequer mediante mistura de diclorometano e anidrido acético e resfriada a 0⁰C com banho de água e gelo. Em seguida adiciona-se lentamente o ácido sulfúrico concentrado (95-97%). A reação é mantida sob agitação até formação de uma solução homogênea límpida à temperatura ambiente. Em um balão de três bocas, munido de refrigeração e agitação, sob atmosfera inerte de N₂, introduz-se o solvente diclorometano e o poliestireno nas quantidades indicadas na tabela 1. Aquece-se a mistura a temperatura de refluxo do solvente (40⁰C) de modo que favoreça a solubilização do polímero. Na solução resultante adiciona-se a quantidade calculada de acetilsulfato preparado anteriormente. A solução apresenta coloração amarela clara depois da adição do sulfonante reativo. Neste ponto a mistura é mantida sob agitação por 3 h a 40⁰C. A reação é interrompida com a adição do álcool isopropílico; continua-se a reação por mais 30 min e depois resfria-se a temperatura ambiente. O poliestireno sulfonado (PSS) é recuperado da solução mediante precipitação em aproximadamente 500 mL de água destilada fervente tanto para hidrolizar o acetilsulfato quanto para eliminar o solvente. O grau de sulfonação para os PSS é determinado a partir da titulação volumétrica utilizando solução padrão de NaOH 0,01 N em metanol com o indicador fenolftaleína.

Resultados Na tabela 1 são mostrados os valores empregados para cada síntese do PSS. A amostra PSS₁ foi obtida na forma de um precipitado branco floculento que foi lavado várias vezes com água quente e foi antes separado mediante filtração, secado por alguns dias sob fluxo de ar (ambiente) e posteriormente secado à vácuo por uma semana (até massa constante). No caso da amostra PSS₂, após a filtração se obteve um hidrogel quando a água foi eliminada por filtração sob pressão. No caso da amostra PSS₃ o produto da reação foi completamente solúvel no solvente e na água e conseguiu-se separar uma parte do polímero por agitação com um grande quantidade de NaCl. O PSS₄ apresentou comportamento similar ao PSS₂, sendo possível a obtenção em maior escala, no caso o PSS₅.

Reação 1- Reação de sulfonação.

Tabela 1- Experimentos de sulfonação do poliestireno com acetilsulfato.

* mL de anidrido acético + mL de ácido sulfúrico

Conclusões A reação de sulfonação permite trabalhar em condições brandas em relação a uma sulfonação com SO₃ ou ácido sulfúrico fumegante, porém demonstra limitações com respeito ao grau de sulfonação obtido e quantidade de produto obtido. Notou-se que, de acordo com a tabela 1 a quantidade de produto diminui com o aumento do grau de sulfonação passando de PSS₁ a PSS₃. Isto é devido a diminuição da reatividade do anel aromático no poliestireno à medida que se propaga a reação de sulfonação. Verificou-se que foi possível reproduzir a síntese do PSS em escala piloto. Ensaios preliminares indicaram que o PSS atua como dopante³ e provavelmente também como um agente compatibilizante nas blendas de PAni-PSS/PS.

Bibliografia

1-F. Kucera e J. JANCÁR; Chem. Papers; 50 (1996) 224.

2- H. S. Makowski et al., U.S. 3,870,841 (1975).

3-Y.Fu e R.A.Weiss; Synth. Met.; 84 (1997) 103.

Agradecimentos: À FAPESP (98/12558-4, 98/1960-6 e 96/09983-6) e EDN-Poliestireno do Sul Ltda.