Development of rigid polyurethane foam from kraft lignin and renewable source chain extenders: application as a thermal insulator

• Grant number: 19/04157-8
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: February 01, 2019
• End date: October 31, 2019
• Field of knowledge: Engineering - Materials and Metallurgical Engineering - Nonmetallic Materials
• Principal Investigator: Lara Tavares dos Santos
• Grantee: Lara Tavares dos Santos
• Company: Entropic Solutions - Tecnologias a Partir de Biomassa Ltda
• CNAE: Fabricação de resinas termofixas ; Fabricação de adesivos e selantes
• Associated research grant: 18/08697-4 - Development of rigid polyurethane foam from kraft lignin and renewable source chain extenders: application as a thermal insulator, AP.PIPE

Abstract

A valorização da lignina Kraft, através de sua transformação em produtos de alto valor agregado, vem sendo motivada e investigada em centros de pesquisas tecnológicos, universidades e indústrias. Estima-se que anualmente 50 milhões de toneladas de lignina Kraft são geradas como subproduto da fabricação de papel e celulose e, deste montante, aproximadamente 2% é utilizado na obtenção de produtos industriais, sendo o restante incinerado para geração de energia. Além da disponibilidade em larga escala deste polímero natural, os grupos funcionais presentes na estrutura da lignina (hidroxilas aromática e alifática, carbonila) a tornam uma interessante alternativa de matéria-prima para o desenvolvimento de polímeros, como poliuretanos (PU), resinas fenólicas e epóxis. O desenvolvimento de espumas rígidas de PU a partir de lignina é favorecido pela abundante presença de anéis aromáticos na estrutura da lignina. No entanto, a baixa reatividade de suas hidroxilas aromáticas e sua reduzida solubilidade requerem uma modificação prévia de sua estrutura, para que seja possível obter espumas rígidas com propriedades adequadas, como condutividade térmica, distribuição e tamanho de células, além do comportamento mecânico. Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de espumas rígidas de poliuretano a partir de lignina, combinado com óleos vegetais modificados e de origem renovável como extensores de cadeia em seus polióis de origem. Nesta fase 1 da chamada PIPE, porém, somente serão avaliados métodos de modificação de lignina e de óleos vegetais para a aplicação na produção de espumas rígidas. Inicialmente será realizada a modificação da lignina para aumento de sua reatividade e solubilidade. A modificação da lignina será feita por métodos apresentados na literatura, como: despolimerização, reação com óxido de propileno e carbonato de propileno. Posteriormente, blendas de lignina modificada com óleos vegetais modificados (óleo de mamona e ácido graxo de mamona) serão obtidas para otimização das propriedades dos polióis e, consequentemente, dos PUs. A caracterização deste polióis obtidos na fase 1 será feita por cromatografia de permeação em gel (GPC), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), viscosimetria rotacional, titulação para determinação do nível de hidroxilas e análise de estabilidade das blendas (separação de fases). Caso se mostre viável através dos resultados esperados nesta primeira fase, a espuma rígida posteriormente desenvolvida (PIPE - fase 2) deverá apresentar os níveis de desempenho exigidos na aplicação de isolantes térmicos, ou seja, baixa retração durante a cura, condutividade térmica entre 0.02 e 0.05 W/(m K) e densidade entre 30 e 50 kg.m-3. Desta forma, espera-se obter espumas rígidas que atendam os requerimentos necessários para aplicação no isolamento térmico de câmaras e caminhões frigoríficos. O mercado de espumas rígidas de poliuretano é o segundo maior mercado do mundo em faturamento, relacionado a materiais a partir de PU, perdendo em volume apenas para aplicações de espumas flexíveis. O desenvolvimento deste produto implica na reutilização de um resíduo industrial de larga escala com custo competitivo, na geração indireta de empregos, desenvolvimento inovador de uma produção sustentável e estabelecimento de uma nova empresa desenvolvedora de produtos sustentáveis. (AU)