Obtenção dos parâmetros cinéticos a partir da equação de Arrhenius da degradação térmica e catalítica do polietileno tereftalato.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Físico-Química

Autores

Barros Aquino, C. (UFRN) ; Santos Pereira, J. (UFCG) ; Barros Aquino, J.M. (UFCG)

Resumo

A degradação de polímeros acontece sob a influência de um ou mais fatores ambientais tais como calor, luz ou atuação de produtos químicos. Dentro de tal processo, consideram-se desejáveis, por exemplo, a biodegradação, deliberadamente diminuindo o peso molecular de um polímero para reciclagem, ou sua decomposição no ambiente. O presente trabalho traz um sequencial de experimentação simples, utilizando o processo de degradação térmica e catalítica do Polietileno Tereftalato (PET) como subsídio para obtenção de parâmetros cinéticos obtidos a partir da equação de Arrhenius. Foram determinados os fatores pré-exponenciais (A) e as energias de ativação (Ea) envolvidas nesse processo.

Palavras chaves

Parâmetros de Arrhenius; PET; Degradação

Introdução

Dentre os vários tipos de polímeros abundantemente descartados nos aterros sanitários municipais e lixões a céu aberto destacam-se os polietilenos (PE), tal como, o polietileno tereftalato (PET). Derivado da poli condensação do ácido tereftálico e do etilenoglicol, o polietileno tereftalado (PET) apresenta excelentes resistências térmicas, mecânicas e químicas, podendo ser aplicado como fibra, filme para embalagens, garrafas para bebidas e reforço em materiais de construção civil, devido a sua temperatura de transição vítrea, alta temperatura de fusão e boas propriedades mecânicas em temperaturas superiores a 175 graus Celsius (SINFRÔNIO, 2006). As diversas aplicações deste polímero tornam a sua produção abundante no mundo inteiro e o seu descarte após o uso uma preocupação ambiental uma vez que a degradação deste plástico no meio ambiente é demasiadamente lenta. Nessa abordagem, o objetivo geral do presente trabalho é determinar os parâmetros de Arrhenius, tais como energia de ativação e fator pré- exponencial envolvidos na degradação térmica e catalítica do processo de degradação do Polietileno Tereftalato (PET), utilizando como princípio norteador a Equação de Arrehnius (OZAWA, 1965).

Material e métodos

As amostras de PET puro e acrescidas com catalisador (10% m/m) tipo MCM-41, Al-MCM-41 (peneira molecular contendo alumínio) e La-MCM-41 (peneira molecular contendo lantânio) com granulometria de 300mesh foram pesadas e submetidas a aquecimento em estufa por uma 1h. Para a obtenção das isotermas nas temperaturas de 331K, 373K, 423k e 473K, nos tempos de 0, 10, 30, 45 e 60 min foram pesadas em balança analítica para a obtenção da perda de massa. Com os dados de perda de massa foi possível calcularmos a conversão para cada temperatura para os sistemas estudados. O quociente da variação da conversão pela variação do tempo nos fornece a constante de velocidade (k). Foi plotado o logaritmo de k (lnk) no eixo Y, pelo inverso da temperatura em escala absoluta (1/T), no eixo X, Dessa forma foi obtido uma reta, cujo coeficiente angular é característico de sua reação,sendo igual ao negativo da energia de ativação dividido pela constante dos universal gases (R) e a interseção no eixo y igual ao logaritmo natural do fator pré- exponencial (FOGLER, 1999; LEVENSPIEL, 1983). Por ajuste linear de acordo com a Equação de Arrhenius foi possível determinarmos a energia de ativação e o fator pré exponencial envolvidos nos processos de degradação térmico e catalítico do PET (BOLDRINI,1980).

Resultado e discussão

A energia de ativação envolvida em um processo é a energia necessária para que o evento ocorra, ou seja, de acordo com o perfil reacional aonde se compara a energia em função do tempo, é a energia para transpor uma barreira de ativação necessária para que haja a conversão de reagentes em produtos, a presença de um catalisador é muitas vezes necessária para diminuir essa energia de ativação e dessa forma facilitar e/ou acelerar o processo reacional. Os parâmetros de Arrhenius envolvidos no processo de degradação térmica e catalítica do PET estão apresentados na Tabela 01. A presença do catalisador mesoestruturado tipo MCM-41 contendo alumínio (Al/MCM-41) favoreceu a reação uma vez que diminuiu em aproximadamente 80% a energia necessária para a degradação do PET quando comparado ao processo de degradação térmico. Esse catalisador deve favorecer ao processo provavelmente em função da presença de alumínio (íon trivalente, Al3+) por substituição isomórfica ao sílicio (íon tetravalente, Si4-) na estrututa do MCM-41 gerar sítios ácidos de Bronsted. Já a amostra contendo lantânio não foi satisfatória ao processo, uma vez que aumenta a energia de ativação envolvida.

Parâmetros de Arrhenius envolvidos na degradação térmica e catalítica do PET

Conclusões

Os resultados das energias de ativação envolvidas no processo de degradação do polietileno tereftalato mostram que este é fortemente influenciado pela presença de catalisadores. Os cátions trivalentes incorporados na estrutura da peneira mesoporosa tipo MCM-41 influenciam de forma diferente a performance dos catalisadores a saber: Al-MCM-41 e La- MCM-41. O catalisador contendo alumínio apresentou um resultado bem satisfatório, diminuindo em 80% a energia de ativação quando comparada ao processo de degradação térmica

Agradecimentos

Os autores agradecem a Universidade federal de Campina Grande pelo apoio na realização deste estudo.

Referências

BOLDRINI, J.L et al. Algébra linear. Departamento de Matemática da Universidade Estadual de Campinas. 3ª Ed. Editora Harbra ltda. São Paulo, 1980.
FOGLER, H.S.; Elements of Chemical Reaction Engineering, Third edition Prentice Hall Inc., New York, 1999.
LEVENSPIEL, Octave; Engenharia das reações químicas. Vol. 1, São Paulo, 1983.
OZAWA, T. A new method of analyzing thermogravimetric data. Bulletin of the Chemical Society of Japan, v.38, n.11, p.1881-1886, 1965.
SINFRÔNIO, Francisco Sávio Mendes; DE SOUZA, Antônio Gouveia. Avaliação termoanalítica da reciclagem de polietileno e polietileno tereftalato usando materiais micro e mesoporosos. 2006. Tese de Doutorado.