Avaliação do comportamento de diferentes polímeros utilizados para embalagem de ácido sulfúrico concentrado

Abstract

O ácido sulfúrico é muito utilizado na indústria química inclusive na área da química fina, por esse motivo as condições de armazenamento são essenciais para assegurar a sua qualidade. Uma vez que é frequente o desenvolvimento de coloração do ácido sulfúrico ao longo do seu armazenamento, esta dissertação visa um estudo sistemático do comportamento do ácido sulfúrico em contacto com diferentes reservatórios de polietileno utilizados pela empresa RNM. Assim, foram avaliadas as características do ácido sulfúrico, bem como dos reservatórios de armazenamento, ao longo do tempo. A avaliação da concentração do ácido foi efetuada seguindo um procedimento baseado na norma ASTM E 223, tendo-se concluído que esta não é significativamente alterada mesmo que o ácido adquira coloração, em condições de temperatura ambiente. O estudo da evolução da cor do ácido ao longo do tempo por espectroscopia no UV-Vis, revelou a presença de substâncias com comprimento de onda máximo de absorção distinto sugerindo que estas vão sendo convertidas em espécies distintas. Relativamente ao estudo dos plásticos dos reservatórios de armazenamento foram efetuadas análises a várias amostras antes e após o contacto com o ácido recorrendo à espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier em modo de reflexão total atenuada (FTIR-ATR), à microscopia eletrónica de varrimento acoplada com espectrometria dispersiva de raios-X (SEM-EDS), e à calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Adicionalmente foi ainda efetuada uma extração dos aditivos do plástico. Este estudo incluiu um balanço material, a caracterização dos extratos por espectroscopia de FTIR e de UV-Visível e por espectrometria de ressonância magnética de protão (1H RMN), antes e depois da sua exposição a ácido sulfúrico concentrado. Através da análise SEM-EDS, pode-se concluir que existe oxidação do plástico provocada pelo ácido sulfúrico. Através da análise FTIR-ATR comprovou-se a presença de aditivos nas amostras de plástico, quando comparadas com uma amostra de polietileno virgem, assim como por DSC. Após a extração destes aditivos e colocação em contacto com o ácido sulfúrico verifica-se que adquirem coloração e os espectros de FTIR-ATR e de 1H RMN confirmam a ocorrência de oxidação, pelo que se pode concluir que a coloração obtida nas embalagens é proveniente do contacto do ácido com os aditivos dos reservatórios de plástico.

Sulfuric acid is widely used in the chemical industry including in the production of fine chemicals, for that reason adequate storage conditions are essential to ensure its quality. As it is common to observe the development of color after long storage times, this thesis aims to study systematically the behavior of sulfuric acid in contact with several polyethylene containers used at the RNM company over time. For that purpose, the characteristics of both sulfuric acid and storage containers were evaluated over time. The acid concentration was monitored following a procedure based on the ASTM E 223 standard, and it was concluded that the concentration does not significantly change even though the acid presents coloring, at room temperature conditions. The development of color over time was assessed by UV-Vis spectroscopy. This study revealed the presence of substances whose maximum wavelength absorption varies with the storage time suggesting the conversion of the chemical species into distinct ones. As regards the study of the plastic reservoirs, several samples have been analyzed before and after being exposed to sulfuric acid using attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), scanning electron microscopy coupled with X-ray dispersive spectrometry (SEM-EDS) and differential scanning calorimetry (DSC). Additionally, an extraction of the plastic additives was performed. This study included a mass balance and analyses by FTIR and UV-Vis spectroscopy and proton magnetic nuclear resonance spectrometry (1H NMR), before and after contact with concentrated sulfuric acid. From the SEM-EDS results it was possible to conclude that the sulfuric acid oxidizes the plastic. Furthermore, the FTIR-ATR and DSC have proven that additives are present in the plastic samples, when compared with a virgin polyethylene sample. After the extraction of such additives and contact with the sulfuric acid the coloring was observed and the FTIR-ATR and the 1H-NMR spectra confirmed that oxidation occurs. Thus, it was possible to conclude that the coloring observed during storage results from the contact of the sulfuric acid with the plastic container’s additives.