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Título: Cinética da polimerização química do pirrol em água utilizando 1-Bromododecano como co-dopante
Título(s) alternativo(s): Chemical polymerization of pyrrole in water using 1-Bromododecane as co-dopant
Autor(es): Bertan, Alessandra Suzin
Orientador(es): Domenico, Michele Di
Palavras-chave: Polímeros condutores
Cinética química
Reatores químicos
Conducting polymers
Chemical kinetics
Chemical reactors
Data do documento: 14-Jun-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Francisco Beltrao
Referência: BERTAN, Alessandra Suzin. Cinética da polimerização química do pirrol em água utilizando 1-Bromododecano como Co-dopante. 2018. 59 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2018.
Resumo: Uma classe muito importante de polímeros vem sendo estudada, os chamados polímeros condutores intrínsecos, nos quais a condução da corrente elétrica acontece sem a incorporação de cargas condutoras. O polímero sintetizado no presente trabalho, o polipirrol (PPi), pertence a esta classe e possui diversas aplicações, como em eletrodos, dispositivos eletrocrômicos, LEDs, células solares, entre outras. Dois métodos são os mais utilizados para a síntese do PPi: polimerização eletroquímica e polimerização oxidativa. Algumas substâncias podem ser utilizadas na síntese, como o agente oxidante, que além de iniciar a cadeia de polimerização atua também como dopante. Além deste, um co-dopante ou surfactante pode ainda ser utilizado para melhorar a morfologia do polímero. Portanto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a cinética de polimerização química do pirrol (Pi) em água utilizando cloreto férrico como oxidante e o líquido iônico 1-bromododecano como co-dopante. As reações de polimerização foram realizadas num reator batelada encamisado, com um agitador magnético para manter a rotação constante. As amostras de PPi foram retiradas do meio reacional ao longo do tempo, sendo filtradas e secas em estufa a 40 °C. Os perfis de conversão (gravimétrica) foram traçados e os parâmetros cinéticos foram determinados. Alguns parâmetros de operação foram variados: velocidade de agitação (200 e 300 rpm), volume total (0,05 e 0,5 L), concentração de Pi (0,730; 0,085; 0,043 mol/L), concentração de FeCl3.6H2O (1,47; 0,2; 0,1; 2,0; 0,05 mol/L), temperatura (20 e 5°C), e, por fim, adição do líquido iônico (LI). Por meio deste estudo foi constatado que, apesar do LI 1-bromododecano diminuir a conversão do Pi nos experimentos, na literatura estão presentes algumas vantagens de sua utilização, tais como aumento na estabilidade térmica e condutividade elétrica do polímero formado, além de melhorar a morfologia das partículas. Também foi verificado que uma rotação menor foi mais eficaz na reação de polimerização assim como, a variação de volume praticamente não afetou a conversão. O aumento da concentração de ambos os reagentes Pi e FeCl3.6H2O elevou a conversão do Pi em PPi. Em relação aos dados de cinética da reação de polimerização aplicando os métodos integral e diferencial, os valores de R2 foram sempre superiores a 0,8 e, bons ajustes foram verificados para ordens de reação do Pi menores que as do FeCl3.6H2O. A mesma resposta foi encontrada para o modelo de regressão não linear, resultado coerente com a literatura (α = 1 para Pi e β = 2 para FeCl3.6H2O). Estes resultados demonstram o grande efeito que ambos os reagentes possuem sobre a taxa da reação de polimerização do pirrol em meio aquoso. Por fim, foi encontrada uma energia de ativação menor para as reações contendo LI, utilizando temperaturas de 5 oC e 20 oC.
Abstract: A very important class of polymers has been studied, the so-called intrinsic conducting polymers, in which conduction of the electric current happens without the incorporation of conductive charges. The polymer synthesized in this work, polypyrrole (PPy), belongs to this class and has several applications, such as electrodes, electrochromic devices, LEDs, solar cells, among others. Two methods are mostly used for the PPy synthesis: electrochemical polymerization and oxidative polymerization. A few substances can be used in the synthesis, as the oxidizing agent, which in addition to initiating the polymerization chain also acts as a dopant. Also, a co-dopant or surfactant may further be used to improve the morphology of the polymer. Therefore, the aim of this work was to evaluate the kinetics of the pyrrole (Py) chemical polymerization in water using ferric chloride as oxidant and ionic liquid 1-bromododecane as co-dopant. The polymerization reactions were carried out in a jacketed batch reactor, with a magnetic stirrer to maintain a constant rotation. The PPy samples were removed from the reaction medium over time, filtered and oven dried at 40 °C. The conversion profiles (gravimetric) were plotted and the kinetic parameters were determined. A few operating parameters were varied: agitation velocity (200 and 300 rpm), total volume (0.05 and 0.5 L), Py concentration (0.730, 0.085, 0.043 mol/L), FeCl3.6H2O concentration (1.47, 0.2, 0.1, 2.0, 0.05 mol/L), temperature (5 and 20 °C), and, finally, the addition of the ionic liquid (LI). In this study, it was observed that, although the ionic liquid 1-bromododecane decreases the conversion in the experiments, in the literature there are some advantages of its use, such as increase in thermal stability and electrical conductivity of the formed polymer, besides of improving the particles morphology. It was also found that a smaller rotation was more efficient in the polymerization reaction, as well as the volume variation practically did not affect the conversion. Increasing the concentration of both Py and FeCl3.6H2O reagents increased the conversion of Py to PPy. In relation to the kinetic data of polymerization reaction using the integral and differential methods, the values of R2 were always higher than 0.8 and good fittings were verified for reaction orders of Pi smaller than those of FeCl3.6H2O. The same response was found for the linear regression model, a result consistent to the literature (α = 1 for Pi and β = 2 for FeCl3.6H2O). The obtained results demonstrate the great effect that both reagents possess on the polymerization reaction rate in aqueous media. Finally, a smaller activation energy was found to the reactions containing LI, using the temperatures of 5 °C and 20 °C.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10321
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