Fluxograma do processo de preparação do álcool polivinílico

O processo envolve a polimerização do acetato de vinila para produzir acetato de polivinila, seguida da alcoolise do acetato de polivinila para obter... álcool polivinílico (PVA), com a subsequente recuperação de ácido acético e metanol.

Polimerização de Acetato de vinila

Com base no método de execução, a reação de polimerização do acetato de vinila pode ser classificada em polimerização em massa, polimerização em solução, polimerização em emulsão e polimerização em suspensão. O processo de polimerização geralmente empregado para a produção de álcool polivinílico é a polimerização em solução; o solvente utilizado é o metanol, que constitui de 16% a 22% da massa total da alimentação de acetato de vinila e metanol. O azobisisobutironitrilo (AIBN) é utilizado como iniciador e a reação é conduzida a uma temperatura de 65 °C.

Diversos fatores influenciam a reação de polimerização do acetato de vinila e a qualidade do produto final de PVA. Além da dosagem do iniciador e da proporção de metanol como solvente, os principais fatores de influência incluem a temperatura de polimerização, a duração da reação, a taxa de conversão da polimerização e a presença de impurezas no acetato de vinila, como acetaldeído, crotonaldeído, benzeno, acetona e água. Esses fatores exercem um impacto significativo tanto na reação de polimerização quanto na qualidade do produto final.

Alcoolise de Acetato de polivinila

O acetato de polivinila reage com metanol na presença de uma base para produzir álcool polivinílico. O processo de alcoolise pode ser amplamente categorizado em dois métodos: o método de alta alcalinidade e o método de baixa alcalinidade. No método de alcoolise de alta alcalinidade, a proporção molar da base em relação às unidades monoméricas na cadeia de acetato de polivinila é relativamente alta. Por outro lado, no método de alcoolise de baixa alcalinidade, a mistura reacional é essencialmente anidra; utiliza-se uma proporção molar muito baixa de base — especificamente, apenas um sétimo da proporção usada no método de alta alcalinidade.

Tanto a reação de saponificação quanto várias reações secundárias ocorrem na presença de água e consomem a base para gerar acetato de sódio. No processo de alcoolise com baixa alcalinidade, o sistema reacional é essencialmente anidro, a quantidade de base consumida é mínima e, consequentemente, muito pouco acetato de sódio é gerado; portanto, nenhuma etapa de recuperação é necessária para o acetato de sódio. Em contraste, o processo de alcoolise com alta alcalinidade gera uma quantidade substancial de acetato de sódio como subproduto; portanto, uma etapa de processo dedicada é incorporada para decompor o acetato de sódio e recuperar o ácido acético.

Os principais parâmetros do processo para ambos os métodos de alcoolise são apresentados na Tabela 5-2. Após a etapa de alcoolise, o material passa por etapas subsequentes — incluindo trituração, extrusão e secagem — para produzir o produto final de PVA.

Antes da década de 1960, o padrão global para alcoólise envolvia principalmente a alcoólise contínua com alto teor alcalino, utilizando reatores do tipo parafuso; atualmente, no entanto, a maioria dos principais fabricantes em todo o mundo adotou o processo de alcoólise com baixo teor alcalino, utilizando reatores do tipo correia.

Além dos dois métodos mencionados acima, a tecnologia de alcoolise também engloba um método de "granulação em fase oleosa com baixo teor de álcalis". Essa técnica produz PVA granular diretamente durante o processo de alcoolise com baixo teor de álcalis, eliminando assim a necessidade de uma etapa subsequente de pulverização. O método envolve a introdução de um hidrocarboneto parafínico líquido — imiscível com metanol — na solução de alcoolise para facilitar a dispersão do PVA. O produto final é obtido por meio de filtração, lavagem e secagem subsequentes.

Recuperação de Metanol e Ácido acético

O efluente líquido gerado durante a alcoolise do acetato de polivinila consiste principalmente em metanol e acetato de metila, juntamente com pequenas quantidades de água, acetato de sódio, acetaldeído e acetona. Dentre esses componentes, a recuperação do metanol é essencial. Além disso, o acetato de metila pode ser reconvertido em ácido acético e metanol; após purificação, essas substâncias recuperadas podem ser reutilizadas. Esse processo de reciclagem é um fator crítico na redução do consumo específico de matérias-primas na produção de PVA.

Comparação dos processos de produção de álcool polivinílico

Existem tipicamente duas rotas principais de matéria-prima para a produção de PVA: a primeira utiliza etileno como matéria-prima para sintetizar acetato de vinila, que é então convertido em PVA. A segunda rota emprega acetileno (derivado de carbeto de cálcio ou gás natural) como matéria-prima para sintetizar acetato de vinila, que é posteriormente convertido em álcool polivinílico. Atualmente, fabricantes em países como o Japão e os Estados Unidos utilizam predominantemente a rota baseada em etileno — especificamente, o "método do etileno de petróleo". Cada um desses três métodos de produção possui suas próprias vantagens e desvantagens; uma análise comparativa de seus respectivos processos e características é apresentada na Tabela 5-3.

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