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Tipo: Tese
Título : Síntese de ésteres como alternativas sustentáveis e ecológicas no desenvolvimento de novos lubrificantes
Título en inglés: Synthesis of esters as sustainable and ecological alternatives in the development of new lubricants
Autor : Ferreira, Elano Nery
Tutor: Ricardo, Nágila Maria Pontes Silva
Co-asesor: Arruda, Tathilene Bezerra Mota Gomes
Palabras clave en portugués brasileño: Óleos vegetais;Polióis;Lubrificantes;Tribologia;Epoxidação;Ésteres
Palabras clave en inglés: Vegetable oils;Polyols;Lubricants;Tribology
Áreas de Conocimiento - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Fecha de publicación : 2025
Citación : FERREIRA, Elano Nery. Síntese de ésteres como alternativas sustentáveis e ecológicas no desenvolvimento de novos lubrificantes. 2025. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumen en portugués brasileño: Os óleos vegetais surgem como alternativa sustentável aos lubrificantes derivados do petróleo, pois proporcionam boa viscosidade e estabilidade térmica, além de serem biodegradáveis, reduzindo o impacto ambiental em caso de vazamento. A modificação química, como a produção de ésteres, amplia as suas aplicações industriais e favorece tecnologias mais limpas, reduzindo a dependência de recursos fósseis. Deste modo, contribuem para a sustentabilidade, promovendo práticas industriais responsáveis e substituindo substâncias tradicionais com menor impacto ambiental. Esta pesquisa teve como objetivo sintetizar novos ésteres a partir do óleo de pequi, utilizando polióis comerciais, bem como estudar a cinética de epoxidação de óleos vegetais de soja, algodão e linhaça. Para a síntese dos ésteres, foram realizados dois processos: hidrólise dos triglicerídeos do óleo de pequi, seguida da esterificação com polióis sem hidrogénio β: 2-etilhexan-1-ol (2EH), neopentilglicol (NPG), trimetilolpropano (TMP) e pentaeritritol (PE), com ácido p-toluenossulfônico (p-TSA) como catalisador. A epoxidação dos óleos vegetais foi conduzida com ácido propiônico e Amberlite IR-120 como catalisador em um sistema bifásico. A cinética da reação foi analisada considerando parâmetros como temperatura, proporção entre peróxido de hidrogénio e ácido propiônico (PH:AP) e a concentração de Amberlite IR-120, através de um planejamento experimental. Os ésteres sintetizados apresentaram taxas de conversão elevadas (> 98%) e propriedades físico-químicas adequadas para utilização como lubrificantes. Além disso, apresentaram graus de viscosidades ISO VG 7, 22 e 46 que indicam viabilidade para a lubrificação geral de máquinas, sistemas hidráulicos e de transmissão. Ainda, estes ésteres demonstraram viscosidades SAE 16, 30, 70W, 75W, 80 e 80W, garantindo boa fluidez a baixas temperaturas e eficiência a temperaturas elevadas. A análise térmica revelou estabilidade termo-oxidativa (Tonset entre 223 e 283 °C) e comportamento de fluxo ideal para baixas temperaturas, com pontos de fusão variando entre -58,0 e -2,0 °C. Os testes reológicos confirmaram que os ésteres se comportam como fluidos newtonianos a temperaturas de 20, 40 e 60 °C, mantendo a viscosidade estável mesmo com variações de temperatura e taxa de cisalhamento. O comportamento tribológico dos ésteres de NPG e TMP, bem como de blendas com NH10, demonstrou a formação de tribofilme, com coeficiente de fricção (COF) na faixa ideal para lubrificação (0,001 < COF < 0,2). A avaliação com zebrafish adulto indicou que todos os ésteres sintetizados são atóxicos após 96 horas de exposição, sem afetar a locomoção dos peixes. A cinética de epoxidação dos óleos de soja (OS), algodão (OA) e linhaça (OL), bem como dos seus ésteres metílicos, foi confirmada por espectroscopia de RMN de 1H e FTIR, com taxas de conversão e seletividade superiores às verificadas nos derivados metílicos. A razão PH/AP (7:3 mol L-1) mostrou ser o parâmetro com maior impacto na conversão e no consumo de ligações duplas. A reatividade dos óleos seguiu a ordem OA > OS > OL, demonstrando a influência da composição química na cinética da epoxidação. Os resultados da pesquisa indicam que os óleos vegetais representam uma alternativa viável aos lubrificantes fósseis, na medida em que são fontes naturais, seguras e renováveis com um grande potencial industrial.
Abstract: Vegetable oils are emerging as a sustainable alternative to petroleum-based lubricants because they offer good viscosity and thermal stability and are biodegradable, reducing the environmental impact of spills. Chemical modifications, such as ester production, expand their industrial applications and support cleaner technologies, reducing dependence on fossil resources. They thus contribute to sustainability by promoting responsible industrial practices and replacing traditional substances with lower environmental impact. This research aimed to synthesise new esters from pequi oil using commercial polyols and to study the epoxidation kinetics of soybean, cotton and linseed vegetable oils. The ester synthesis involved two processes: hydrolysis of the triglycerides from pequi oil, followed by esterification with β-hydrogen-free polyols: 2-ethylhexan-1-ol (2EH), neopentylglycol (NPG), trimethylolpropane (TMP) and pentaerythritol (PE), using p-toluenesulphonic acid (p-TSA) as a catalyst. Epoxidation of vegetable oils was carried out using propionic acid and Amberlite IR-120 as catalyst in a two-phase system. The reaction kinetics were analysed using parameters such as temperature, ratio of hydrogen peroxide to propionic acid (HP/PA) and Amberlite IR-120 concentration through an experimental design. The synthesised esters showed high conversion rates (> 98%) and physicochemical properties suitable for use as lubricants. Furthermore, they exhibited ISO viscosities VG 7, 22 and 46, indicating their suitability for general lubrication of machinery, hydraulic systems and gears. These esters also exhibited SAE viscosities of 16, 30, 70W, 75W, 80 and 80W, ensuring good fluidity at low temperatures and efficiency at high temperatures. Thermal analysis showed oxidative stability (Tonset between 223 and 283 °C) and ideal flow behaviour at low temperatures, with melting points ranging from -58.0 to -2.0 °C. Rheological tests confirmed that the esters behaved as Newtonian fluids at temperatures of 20, 40 and 60 °C, maintaining a stable viscosity even with variations in temperature and shear rate. The tribological behaviour of NPG and TMP esters and their blends with NH10 showed the formation of tribofilm with a coefficient of friction (COF) in the ideal lubrication range (0.001 < COF < 0.2). Safety tests with adult zebrafish showed that all synthesised esters were non-toxic after 96 hours of exposure without affecting fish locomotion. The epoxidation kinetics of soybean (SBO), cottonseed (CSO) and linseed (LSO) oils and their methyl esters were confirmed by 1H NMR and FTIR spectroscopy, with conversion and selectivity rates higher than those observed for methyl derivatives. The HP/PA ratio (7:3 mol L-1) was identified as the parameter most influencing conversion and double bond consumption. The reactivity of the oils followed the order CSO > SBO > LSO, demonstrating the influence of chemical composition on epoxidation kinetics. The results suggest that vegetable oils are a viable alternative to fossil-based lubricants as they are natural, safe and renewable sources with significant industrial potential.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80925
ORCID del autor: https://orcid.org/0000-0002-6310-0012
Lattes del autor: http://lattes.cnpq.br/9602546335999886
ORCID del tutor: https://orcid.org/0000-0003-1849-5403
Lattes del tutor: http://lattes.cnpq.br/6703037457253125
ORCID del co-asesor: https://orcid.org/0000-0001-8122-5153
Lattes del co-asesor: http://lattes.cnpq.br/8053117576688452
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: DQOI - Teses defendidas na UFC

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