Acessibilidade / Reportar erro

Brasil

Matéria (Rio de Janeiro)

Español English

Brasil

Español English

sumário « anterior atual seguinte »

Sumário

Artigos • Matéria (Rio J.) 27 (3) • 2022 • https://doi.org/10.1590/1517-7076-RMAT-2022-0054 copy

Establishment of the synthesis route of furfuryl resin in acidic medium to minimize the exothermy of reaction

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

ABSTRACT

Poly(furfuryl alcohol) (PFA) is a bioresin obtained from furfuryl alcohol (FA) extracted from renewable sources. This resin, when cured, has excellent characteristics, such as high hardness, chemical stability, and good mechanical resistance, which make its use in different areas viable, especially in the aerospace and bioengineering sectors. However, its use on a large scale is still limited due to the difficult control of its synthesis process since the polycondensation reaction of FA is extremely exothermic. The present work aims to contribute to the area of PFA synthesis, through the study of its obtainment in acidic medium and at low temperature (∼50 ºC), varying the reaction times (1, 2, and 3 h), aiming at greater control of the exothermy of the reaction medium. Fourier transform infrared spectroscopy analyses confirmed the syntheses success, which showed the presence of ketones and structures according to Diels-Alder and the Dunlop and Peters. Viscosity measurements showed low values (230 to 470 mPa.s), which are in agreement with the low molar masses obtained by gel permeation chromatography ( ${\bar{M}}_{w}$ : ∼800 g/mol). These results show that the synthesis conditions used kinetically unfavored the progress of the reaction but avoided exothermic peaks. Thermogravimetric analysis (TGA) of the PFAs cured with p-toluenesulfonic acid (2 and 3%, w/w) showed mass losses since the beginning of the analysis due to the presence of water and low molar mass fractions in the sample. These data agree with the images obtained by scanning electron microscopy, which showed a high volume of pores. Relevant results were observed in the TGA analysis under an inert atmosphere, with high values of carbon yield (50–60%), indicating the potential use of synthesized PFAs in the area of carbon materials.

Keywords
Synthesis; Furfuryl alcohol; Furfuryl resin

PRINCIPAIS ESTUDOS	PRINCIPAIS EVIDÊNCIAS	ESTRUTURA	REFERÊNCIA
1	Linear		[³⁷[37] DUNLOP, A.P., PETERS, F.N., The Furans. New York: Reinhold Pub. Corp, 1953.]
2	Abertura do anel		[³⁸[38] CONLEY, R.T., METIL, I., “An investigation of the structure of furfuryl alcohol polycondensates with infrared spectroscopy”, Journal of Applied Polymer Science, v. 7, pp. 37-52, 1963.]
3	Ϫ-lactonas		[³⁹[39] WEWERKA, E.M., “Study of the γ-alumina polymerization of furfuryl alcohol”, Journal of Applied Polymer Science Part A-1 Polymer Chemistry, v. 9, pp. 2703-2715, 1971.]
4	Pontes metilênicas		[⁴⁰[40] CHUANG, I.S., MACIEL, G.E., MYERS, G.E., “Carbon-13 NMR study of curing in furfuryl alcohol resins”, Macromolecules, v. 17, pp. 1087-1090, 1984.]
5	Ligações conjugadas		[⁴¹[41] BUCHWALTER, S.L., “The polymerization of furfuryl acetate in acetonitrile”, Journal Polymer Science, Polymer Chemistry, v. 23, n. 2, pp. 2897-2911, 1985.]
6	Diels-Alder		[²⁹[29] CHOURA, M., BELGACEM, N.M., GANDINI, A., “Acid-catalyzed polycondensation of furfuryl alcohol: mechanisms of chromophore formation and cross-linking”, Macromolecules, v. 29, pp. 3839-3850, 1996.,³⁴[34] CHOURA, M., BELGACEM, N.M., GANDINI, A., “The acid-catalyzed polycondensation of furfuryl alcohol: Old puzzles unraveled”, Macromolecular Symposia, v. 122, pp. 263, 1997.]
7	Abertura de anel + Diels-Alder		[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.]

INDICAÇÃO NA FIG. 4	BANDA (CM⁻¹)	ATRIBUIÇÃO	REFERÊNCIAS
1	3400	Estiramento OH	[²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.,³⁷[37] DUNLOP, A.P., PETERS, F.N., The Furans. New York: Reinhold Pub. Corp, 1953.,³⁸[38] CONLEY, R.T., METIL, I., “An investigation of the structure of furfuryl alcohol polycondensates with infrared spectroscopy”, Journal of Applied Polymer Science, v. 7, pp. 37-52, 1963.]
2	2940	Estiramento C-H alifático (carbono saturado)	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
3	2870	Estiramento CH de grupos metila da metoxila	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
4	1710	Estiramento C=O (cetona alifática e/ou dicetona)	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
5	1600	Estiramento C=C vizinho de C-O	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
6	1560	Estiramento –C=C- do anel furano	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
7	1504	Estiramento –C=C- do anel furano	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
8	1420	Estiramento (tesoura) e tesoura do CH₂-CO	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
9	1356	Estiramento -C=C- conjugadas	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
10	1220	Estiramento C-O do álcool ou C-O-C do anel do anel	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
11	1150	Estiramento de hidrogênios do anel ou C-O-H do álcool	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
12	1010	Vibração CH no plano do anel furano	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
13	913	Deformação C-H fora do plano do anel furano	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,²¹[21] OISHI, S.S., “Síntese, Dopagem e Caracterização das Resinas Furfurílica e Fenol-Furfurílica Visando a Otimização do Processamento de Carbono Vítreo”. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2009.]
14	884	Deformação C-H fora do plano do anel furano	[⁴²[42] BARSBERG, S., THYGESEN, L.G., “Poly(furfuryl alcohol) formation in neat furfuryl alcohol and in cymene studied by ATR-IR spectroscopy and density functional theory (B3LYP) prediction of vibrational bands”, Vibrational Spectroscopy, v. 49, pp. 52-63, 2009.]
15	790	Deformação C-H fora do plano anel furano	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,³⁷[37] DUNLOP, A.P., PETERS, F.N., The Furans. New York: Reinhold Pub. Corp, 1953.,⁴²[42] BARSBERG, S., THYGESEN, L.G., “Poly(furfuryl alcohol) formation in neat furfuryl alcohol and in cymene studied by ATR-IR spectroscopy and density functional theory (B3LYP) prediction of vibrational bands”, Vibrational Spectroscopy, v. 49, pp. 52-63, 2009.]
16	730	Deformação C-H fora do plano do anel furano	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,³⁷[37] DUNLOP, A.P., PETERS, F.N., The Furans. New York: Reinhold Pub. Corp, 1953.,⁴²[42] BARSBERG, S., THYGESEN, L.G., “Poly(furfuryl alcohol) formation in neat furfuryl alcohol and in cymene studied by ATR-IR spectroscopy and density functional theory (B3LYP) prediction of vibrational bands”, Vibrational Spectroscopy, v. 49, pp. 52-63, 2009.]
17	600	Deformação do anel fora do plano	[¹[1] TONDI G., CEFARIN N., SEPPERER T., et al. “Understanding the Polymerization of Polyfurfuryl Alcohol: Ring Opening and Diels-Alder Reactions”, Polymers, v. 11, pp. 2126, 2019.,³⁷[37] DUNLOP, A.P., PETERS, F.N., The Furans. New York: Reinhold Pub. Corp, 1953.,⁴²[42] BARSBERG, S., THYGESEN, L.G., “Poly(furfuryl alcohol) formation in neat furfuryl alcohol and in cymene studied by ATR-IR spectroscopy and density functional theory (B3LYP) prediction of vibrational bands”, Vibrational Spectroscopy, v. 49, pp. 52-63, 2009.]

AVANÇO DA REAÇÃO	TEMPOS DE REAÇÃO (H)
AVANÇO DA REAÇÃO	1	2	3
A₈₈₄	1,134	1,064	0,878
A₉₁₃	3,052	2,204	1,673
A₁₅₆₀	1,558	1,550	1,805
A₁₇₁₀	1,196	1,774	2,021
α	1,52	0,98	0,67

AMOSTRA	${\bar{M}}_{w}$ (G/MOL)	${\bar{M}}_{N}$ (G/MOL)	PDI	TEOR DE UMIDADE (%)
M_1h	798	350	2,3	15,1 ± 0,9
M_2h	786	361	2,2	7,0 ± 0,8
M_3h	804	368	2,2	7,8 ± 0,9

Laboratório de Hidrogênio, Coppe - Universidade Federal do Rio de Janeiro, em cooperação com a Associação Brasileira do Hidrogênio, ABH2 Av. Moniz Aragão, 207, 21941-594, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Tel: +55 (21) 3938-8791 - Rio de Janeiro - RJ - Brazil
E-mail: revmateria@gmail.com

Acompanhe os números deste periódico no seu leitor de RSS