Degradação catalítica do polietileno

Abstract

O trabalho realizado teve como objectivo estudar o efeito da adição de catalisadores porosos do tipo microporoso, zeólitos Y na degradação catalítica do polietileno de alta densidade (HDPE). Foram realizados estudos de termogravimetria através de adição de zeólito Y em diferentes percentagens, na sua forma básica (NaY) e na forma ácida (HY), ao polímero. Optimizou-se a quantidade de zeólito Y adicionada ao polímero de forma a obter uma diminuição acentuada da temperatura na degradação do HDPE. O zeólito HY, devido à maior acidez, apresentou maior actividade catalítica na degradação do polímero. Estudou-se o efeito da variação da acidez no zeólito Y através de tratamentos por permuta iónica. O zeólito HY foi permutado com o nitrato de sódio (NaNO3) afim de diminuir os centros ácidos, H(Na)Y, e o NaY com o nitrato de amónia (NH4NO3), por forma a aumentar os centros ácidos protónicos, Na(H)Y. A adição de sódio ao HY aumentou a temperatura onset, e a adição de protões ao NaY diminuiu esta temperatura. Posteriormente, foi também estudado o efeito da variação do teor em alumínio do zeólito Y na degradação catalítica do polietileno. Os estudos foram efectuados com amostras comerciais de zeólitos Y, um zeólito Y ultra-estável (USY) e três zeólitos Y desaluminados (HY(4), HY(12) e HY(20)). Estes estudos foram realizados através da técnica de análise termogravimétrica (TGA). Os ensaios dinâmicos foram efectuados, entre as temperaturas de 30 a 550 ºC a quatro velocidades de aquecimento diferentes (5, 10, 15 e 20 ºC/min), de forma a determinar a Energia de Activação do processo de degradação catalítica pelo método de Flynn-Wall-Ozawa. Os ensaios isotérmicos foram realizados a 200 ºC durante 8 h com a finalidade de determinar a actividade residual dos catalisadores e verificar, qual dos catalisadores se desactiva mais rapidamente na presença das diferentes misturas polímero/zeólito. Os resultados obtidos mostraram que a adição de zeólito Y promove a degradação do HDPE. Além disso, verificou-se que os zeólitos com mais centros ácidos (HY) ou com menor teor de alumínio, (HY (20)), devido ao isolamento dos centros ácidos de Brønsted residuais, são os mais eficientes na degradação do polímero.

The work here presented aimed to study the effect of the addition of microporous catalysts, the zeolite Y, on high density polyethylene (HDPE) catalytic degradation. Thermogravimetric studies were performed using different amounts of the zeolite Y in its basic form (NaY) and acid form (HY). The amount of the zeolite Y added to the polymer was optimized in order to obtain a higher decrease in HDPE degradation temperature. The zeolite HY, due to its strongest acidity show higher catalytic activity on polymer degradation. Experiments were carried out to promote the ion exchange in the zeolite Y. Two Y zeolites with similar Si/Al atomic ratios were subjected to an ion exchange treatment using NaNO3 for H-form (HY) and NH4NO3 for Na-form (NaY). Sodium addition to HY increase onset temperature and protons addition to NaY decrease this temperature. Studies were also performed to verify the effect of the zeolites desalumination in the acidity and therefore on polymer degradation. For this, commercial the zeolites Y with different Si/Al ratios were used: the ultrastable (USY), and three dealuminated zeolites Y: HY (4) , HY (12) and HY (20 ) . TGA dynamic tests were carried in a temperature range of 30 to 550º C at four different heating rates (5, 10, 15 and 20 ° C / min) in order to determine the activation energy of the process of catalytic degradation using the Flynn-Wall-Ozawa method. Isothermal experiments were performed at 200° C for 8h to determine the residual activity of the catalysts and to find out which of them becomes inactive faster in the presence of different mixtures. The results obtained showed that the addition of the zeolites Y enhances HDPE degradation. Moreover, zeolites with strongest acidity (HY) or less aluminium content (HY (20) - due to the isolation of the residual Brønsted acid sites, which promote their strong acidity, are more efficient on polymer degradation.