Author(s):
Soares, Belinda Isabel Gomes 
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7498
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia química; Resíduos industriais; Aproveitamento de resíduos; Café - Resíduos; Polióis; Poliuretanos; Poliesteres
Description
Nesta dissertação pretendeu-se avaliar a possibilidade de valorizar
subprodutos provenientes de actividades industriais agro-alimentares e agroflorestais,
pela sua conversão em polióis líquidos viscosos precursores na
síntese de poliuretanos e poliésteres. O processo baseia-se na oxipropilação
da biomassa e é realizado em duas etapas: uma pré-funcionalização seguida
da oxipropilação propriamente dita. O objectivo principal da tese foi optimizar
as condições de operação da primeira etapa. As matérias-primas e os polióis
sintetizados foram também caracterizados por diversas técnicas.
Os resultados obtidos mostraram que foi possível converter vários subprodutos
industriais em polióis, tendo-se seleccionado as borras de café com mistura de
cereais como a matéria-prima para o restante trabalho da tese. Foi efectuada a
sua caracterização química e determinada a sua composição em cinzas e
extractáveis, para além de realizadas análises estruturais por FTIR e RMN 13C
de estado sólido. As análises confirmaram a existência de compostos ricos em
grupos OH.
Seguidamente estudou-se a optimização da primeira etapa do processo,
cumprindo-se um desenho factorial de experiências do tipo 24. Os factores
investigados foram a granulometria, a pressão, o tempo do tratamento e a
razão mássica KOH / biomassa. Os resultados permitiram concluir que, para
um intervalo de confiança de 95%, o parâmetro com maior influência no teor
de resíduos sólidos obtidos é a granulometria, para além da interacção
granulometria / tempo / pressão.
Foram também efectuados alguns ensaios complementares que permitiram: (i)
demonstrar a necessidade de realizar a etapa da pré-funcionalização
independentemente da reacção de oxipropilação; (ii) confirmar a viabilidade de
fazer a pré-funcionalização à pressão atmosférica; (iii) oxipropilar os resíduos
sólidos remanescentes das reacções.
Os polióis foram caracterizados por diversas técnicas, tendo-se detectado a
presença de duas fracções distintas: a biomassa oxipropilada e homopolímero.
Em termos de viscosidade e de índice de OH, os seus valores estão próximos
dos polióis comerciais tipicamente utilizados nas formulações de espumas
rígidas de poliuretano (viscosidade na gama dos 4000 aos 12500 mPa.s,
medidos a 25 ºC, e índice de OH nos 482 mg KOH / g poliól). The aim of this thesis was to evaluate the valorisation possibility of
lignocellulosic by-products arising from industrial activities such as agro-food
and agro-forestry industries into liquid polyols precursors in the synthesis of
polyurethane and polyesters. The process is based on the oxypropylation of
the biomass which occurs in a two step reaction: pre-functionalization and
oxypropylation.The main objective of this work was to optimize the prefunctionalization
step for the oxypropylation reaction. Biomass and polyols
were also characterized by different technique.
The results showed that the conversion of various industrial by-products into
polyols by oxypropylation was possible, having been selected the spent coffee
grounds with cereals mixture as biomass for the proceeding thesis work.
Chemical characterization, ash and extract percentage in additional structural
analysis (FTIR and NMR 13C) were carried out confirming the biomass to be
rich in OH chemical groups.
Optimization study of the pre-functionalization step took place using a full
factorial planning (24) being the granulometry, pressure, time of treatment and
massic ratio (KOH / biomass) the factors involved. The mathematical model
revealed that granulometry has the foremost influence in solid residue
percentage, being the most important factor (within a 95% confidence interval)
besides the interaction granulometry / time / pressure.
Complementary study was also accomplished demonstrating (i) the importance
of pre-funcionalization step regardless of the oxypropylation step, (ii) the
viability of a pre-functionalization step at atmospheric pressure (iii) the
oxypropylation of the remaining residues obtained from previous reactions.
The obtained polyols were characterized by varied analytical techniques which
allowed the confirmation of two distinct fractions: oxypropylated biomass and
homopolymer. Concerning the viscosity and OH rate, these values are near
their commercial counterparts which are typically used in the production of
polyurethane rigid foams (range viscosity 4000-12500 mPa.s, measured at 25
ºC, OH rate of 482 mg KOH / g polyol). Mestrado em Engenharia Química
