Estudo da cinética de degradação de resina poliéster proveniente de fonte renovável

Abstract

Neste trabalho, analisou-se a degradação térmica de duas resinas poliésteres insaturadas ortoftálicas, uma comercial e outra sendo uma alternativa. Por conta destes materiais serem usados em lugares fechados, por questões de segurança, é importante ter o conhecimento da sua degradação térmica. Sendo que o foco deste trabalho foi analisar a estabilidade térmica, a cinética de degradação e a determinação dos mais prováveis mecanismos de degradação. A estabilidade térmica foi determinada utilizando o método de Doyle para a faixa de temperatura entre 25 e 800 °C. A cinética de degradação foi baseada na utilização dos métodos de Friedman, Flynn-Wall-Ozawa, Kissinger e o de Coats-Redfern modificado. Para a determinação dos mais prováveis mecanismos de degradação, foram utilizados os métodos de Criado, Coats-Redfern e também curvas mestras na forma diferencial. A simulação das curvas termogravimétricas (TGA), da cinética de degradação, dos mais prováveis mecanismos de degradação e da predição do tempo de vida das resinas foi realizada no software Netzsch – Thermokinetics. Os valores para o Modelo Integral de Decomposição de Temperatura (IPDT) para a resina alternativa foram maiores para todas as taxas de aquecimento quando comparado com a resina tradicional, logo apresentando maior estabilidade térmica. E as energias de ativação (Ea) foram maiores para a resina tradicional. Os mais prováveis mecanismos de degradação foram do grupo A (nucleação e crescimento) pelo método de Criado, do grupo D (difusão) para o método de Coats-Redfern, e dos grupos D (difusão) e L (cisão aleatória) pelo método de curvas mestras. Na simulação das curvas de TGA, houve divergências entre as curvas experimentais e sumuladas nas regiões de início e fim do processo de degradação. Na simulação das Ea, os valores foram muito próximos dos calculados manualmente para as duas resinas estudadas. Para a simulação dos mais prováveis mecanismos de degradação, o grupo mais provável foi o D (difusão), o que coincidiu com o que foi determinado pelo método de Coats-Redfern e por meio de curvas mestras. Quando simulado o tempo de vida da resina das resinas, a resina alternativa mostrou perder menos massa quando comparada com a resina tradicional para todas as isotermas, exceto para a de 300 °C, sendo esta a temperatura limite de utilização. Por fim, foi definido que o processo de degradação das duas resinas se divide em difusão (para valores de conversão até 0,5) e, posteriormente, cisão aleatória (para valores de conversão acima de 0,5).

This present work analyzed the thermal degradation of two unsaturated polyester orthophalic resins, one commercial and another its green alternative. These materials are used in close places and because of the safety, is important know about the thermal degradation. The focus of was analyzed the thermal stability, degradation kinetic and most probable degradation mechanisms. The thermal stability was determinate using the Doyle method for the range of temperature between 25 and 800 °C. The degradation kinetic was based on the use of the Friedman, Flynn-Wall-Ozawa and Coats-Redfern modified methods. For determine the most probable degradation mechanisms were used the Criado and Coats-Redfern methods, and a master plots in differential form of the equations of solid state. The simulation of TGA curves, kinetic degradation, most probable degradation mechanisms and the life time prediction were made in the Netzsch – Thermokinetics software. The Integral Procedural Decomposition Temperature (IPDT) values for the alternative resin were bigger for all heating rates when compared to the traditional resin, thus presenting a bigger thermal stability. Ans the activation energies (Ea) were bigger for the traditional resin. The most probable degradation mechanisms were from group A (nucleation and growth) for Criado method, from group D (diffusion) for Coats-Redfern method and from groups D (diffusion) and L (random scission) for the master plots method and were the same for all resins used at this work. In the simulation of TGA curves, there was a difference between the real and the simulate curves at the beginning and end of the degradation process. In the simulation of Ea, the Ea values were close to those calculated manually for the two polyester resins. In the simulation of degradation mechanisms, the most probable mechanism was from group D (diffusion), and its coincided with the mechanisms determined by Coats-Redfern method and the master plots. About the life time prediction, the alternative resin showed loss less mass when compared to the traditional resin for all isotherms, except for the 300 °C isotherms. And this temperature was gotten as the operating temperature for both resins. Lastly, was defined that the degradation process of both resins is divided in diffusion (to values of conversion up until 0,5) and random scission (to values of conversion above 0,5). Keywords: Unsaturated polyester; degradation kinetics; Kissinger method; Flynn-Wall-Ozawa method.