Degradação termocatalítica de PE e UHMWPE sobre zeólitas com diferentes sistemas de poros e propriedades texturais

Silva, B. J. B.; Melo, A. C. S.; Silva, D. S.; Sousa, L. V.; Quintela, P. H. L.; Alencar, S. L.; Silva, A. O. S.

doi:10.1590/0366-69132020663802948

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Articles • Cerâmica 66 (380) • Oct-Dec 2020 • https://doi.org/10.1590/0366-69132020663802948 copiar

Degradação termocatalítica de PE e UHMWPE sobre zeólitas com diferentes sistemas de poros e propriedades texturais

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Resumo

A degradação termocatalítica do polietileno (PE) e do polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) foi estudada na presença de zeólitas (ZSM-5, ZSM-22 e ferrierita) com diferentes sistemas de poros e propriedades texturais. As zeólitas foram misturadas fisicamente aos polímeros na proporção de 30% em massa e submetidas à análise termogravimétrica nas taxas de aquecimento de 5, 10, 20 e 30 °C.min^-1. A energia de ativação do processo de degradação foi determinada pelo método de Flynn-Wall-Ozawa. A adição das zeólitas aos polímeros reduziu consideravelmente a temperatura de degradação. A ZSM-22 demonstrou maior eficiência na degradação do PE por apresentar menor tamanho de cristalito, promovendo um caminho difusional mais curto para os fragmentos de polímero provenientes da superfície. A ferrierita apresentou menor nível de energia na degradação do UHMWPE, mostrando a necessidade da sinergia entre a acessibilidade da estrutura e a acidez do catalisador para promover a quebra desse polímero.

Palavras-chave:
degradação termocatalítica; polímeros; zeólita; método Flynn-Wall-Ozawa

Table I Results of the EDX, N2 adsorption-desorption, and NH3-TPD.

Sample	Si/Al ratio^a	S_BET ^b (m².g^-1)	S_Mic ^c (m².g^-1)	S_Ext ^d (m².g^-1)	V_Mic ^e (cm³.g^-1)	NH₃-TPD total acidity (μmol.g^-1)
ZSM-22	76	251	217	34	0.09	415
FER	20	359	322	37	0.13	1264
ZSM-5	56	422	336	86	0.13	901

Table II Thermogravimetric parameters obtained in the catalytic thermodegradation of the polymers, under a heating rate of 10 °C.min-1.

Sample	T_Initial ^a (°C)	T_Final ^a (°C)	Mass loss^b (mass%)	Coke^c (mass%)
PE	360	504	99.96	0.04
ZSM-5+PE	225	403	98.9	1.1
ZSM-22+PE	291	459	94.1	5.9
FER+PE	256	433	95.7	4.3
UHMWPE	426	512	100.0	0.0
ZSM-5+UHMWPE	259	417	95.4	4.6
ZSM-22+UHMWPE	322	426	97.2	2.8
FER+UHMWPE	256	406	94.4	5.6

Table III Thermogravimetric parameter values obtained in the catalytic thermodegradation of polymers under different heating rate (β).

Sample	T_Max ^a (°C)
Sample	β=5	β=10	β=20	β=30
PE	457	473	482	485
ZSM-5+PE	346	359	382	394
ZSM-22+PE	382	405	435	450
FER+PE	387	395	411	423
UHMWPE	471	484	497	505
ZSM-5+UHMWPE	363	381	396	409
ZSM-22+UHMWPE	381	393	409	423
FER+UHMWPE	364	378	394	431

Table IV Conversion values of the samples at maximum degradation rates (αMax).

Sample	Heating rate, β (°C.min^-1)
Sample	β=5	β=10	β=20	β=30
PE^a	0.750	0.732	0.638	0.556
ZSM-5+PE	0.715	0.727	0.768	0.788
ZSM-22+PE	0.617	0.648	0.685	0.719
FER+PE	0.652	0.678	0.680	0.721
UHMWPE^a	0.716	0.707	0.622	0.616
ZSM-5+UHMWPE	0.826	0.778	0.768	0.538
ZSM-22+UHMWPE	0.640	0.637	0.606	0.601
FER+UHMWPE	0.784	0.726	0.675	0.527

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