Efeito da preparação nos sítios de cromo....pdf

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______________________________________________________________________________Estado da Arte Entretanto, a adição de quantidades maiores de íons de metais alcalinos à sílica (> 0,1 mmol/g) tem o efeito prejudicial de reduzir a fração de espécies ativas de cromo no catalisador tipo Phillips, diminuindo sua atividade. Segundo alguns autores [10, 11, 12], a desidroxilação da sílica gel é acelerada pela presença de íons alcalinos abaixo de 1073 K e, acima deste valor, ocorre a formação de silicato metálico com evolução de ácido clorídrico, no caso de ser usado um cloreto de metal alcalino. 2.3.1 Influência da estrutura da sílica nas propriedades do polímero A sílica desempenha um papel importante no processo de polimerização, participando da formação dos sítios ativos por ancoragem do composto de cromo aos grupos silanóis da sua superfície. Também influencia a atividade do catalisador e o controle da estrutura do polímero em termos de peso molecular médio, distribuição de peso molecular e ramificações da cadeia [3]. Polietilenos são produzidos numa larga faixa de densidades, onde cada densidade produz larga faixa de índices de fusão (IF ou ”Melt Index”, relacionado inversamente ao peso molecular), resultando num vasto espectro de polímeros disponíveis para aplicações específicas. As propriedades dos polímeros são determinadas por: a) peso molecular, b) distribuição de peso molecular, c) grau de ramificação da cadeia e d) distribuição das ramificações da cadeia. Existe uma forte correlação entre a porosidade do catalisador e o peso molecular do polímero produzido. Quanto maior o diâmetro médio de poros, menor o peso molecular [13]. Mc Daniel sugere que exista maior proximidade de sítios ativos nos suportes com menor diâmetro médio de poros. Assim, uma cadeia polimérica terminal acoplada a um sítio pode ser incorporada à outra cadeia em crescimento num sítio vizinho, aumentando o peso molecular em catalisadores com menor diâmetro médio de poros. Uma tendência de redução do peso molecular com o aumento da temperatura de ativação do catalisador (773 a 1173 K) é observada [13]. Essa variação não pode ser atribuída a variações na estrutura de poros do catalisador, já que a distribuição do tamanho de poros se mantém relativamente inalterada nessas temperaturas, em sílicas que contenham baixa concentração de íons Na + . Dessa forma, esse efeito tem sido 12

______________________________________________________________________________Estado da Arte correlacionado com a desidroxilação da superfície da sílica. Hidroxilas residuais podem se coordenar a sítios ativos de cromo interferindo na polimerização ou então, a condensação de hidroxilas pode resultar em alteração na superfície da sílica modificando o sítio ativo. 2.4 Processos de polimerização Os dois processos mais utilizados para a produção de polietileno de alta densidade (PEAD) são: o processo Phillips, da Phillips Petroleum Co., em fase lama ("slurry phase") e o processo Unipol, da Union Carbide Corp., em fase gás [5, 14]. No processo Phillips, Figura II-5, a polimerização ocorre numa suspensão de isobutano usando catalisador altamente ativo num reator de circulação (“loop reactor”). O índice de fusão (IF) e a distribuição de peso molecular são controlados pelo catalisador, condições de operação e adição de hidrogênio, permitindo supor que o catalisador é do tipo Phillips modificado. A densidade é controlada pela incorporação de co-monômero. Etileno, isobutano, co-monômero e catalisador são alimentados continuamente no reator. Neste processo a temperatura de reação é de 373 K, pressão de aproximadamente 40 atm e o tempo de residência de aproximadamente uma hora. A conversão do etileno situa-se em torno de 97% por passo. Polietileno cristalino é formado como pequenas partículas livres na presença do diluente. Atualmente, em torno de oitenta unidades estão em operação ou em construção no mundo [14]. Figura II-5 - Processo Phillips em suspensão [14] No processo Unipol, em fase gás de leito fluidizado, Figura II-6, etileno, co- monômero e catalisador são alimentados continuamente num reator de leito fluidizado de partículas de polímero e operando próximo a 25 atm de pressão e aproximadamente 373 K. Um compressor centrífugo, de estágio simples, promove a circulação do gás reagente que fluidifica o leito catalítico, introduz etileno no reator e remove calor de reação do leito. A 13

______________________________________________________________________________Estado <strong>da</strong> Arte<br />

Entretanto, a adição <strong>de</strong> quanti<strong>da</strong><strong>de</strong>s maiores <strong>de</strong> íons <strong>de</strong> metais alcali<strong>nos</strong> à sílica (> 0,1<br />

mmol/g) tem o efeito prejudicial <strong>de</strong> reduzir a fração <strong>de</strong> espécies ativas <strong>de</strong> <strong>cromo</strong> no<br />

catalisador tipo Phillips, diminuindo sua ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>. Segundo alguns autores [10, 11, 12], a<br />

<strong>de</strong>sidroxilação <strong>da</strong> sílica gel é acelera<strong>da</strong> pela presença <strong>de</strong> íons alcali<strong>nos</strong> abaixo <strong>de</strong> 1073 K e,<br />

acima <strong>de</strong>ste valor, ocorre a formação <strong>de</strong> silicato metálico com evolução <strong>de</strong> ácido<br />

clorídrico, no caso <strong>de</strong> ser usado um cloreto <strong>de</strong> metal alcalino.<br />

2.3.1 Influência <strong>da</strong> estrutura <strong>da</strong> sílica nas proprie<strong>da</strong><strong>de</strong>s do<br />

polímero<br />

A sílica <strong>de</strong>sempenha um papel importante no processo <strong>de</strong> polimerização,<br />

participando <strong>da</strong> formação dos <strong>sítios</strong> ativos por ancoragem do composto <strong>de</strong> <strong>cromo</strong> aos<br />

grupos silanóis <strong>da</strong> sua superfície. Também influencia a ativi<strong>da</strong><strong>de</strong> do catalisador e o<br />

controle <strong>da</strong> estrutura do polímero em termos <strong>de</strong> peso molecular médio, distribuição <strong>de</strong> peso<br />

molecular e ramificações <strong>da</strong> ca<strong>de</strong>ia [3].<br />

Polietile<strong>nos</strong> são produzidos numa larga faixa <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsi<strong>da</strong><strong>de</strong>s, on<strong>de</strong> ca<strong>da</strong> <strong>de</strong>nsi<strong>da</strong><strong>de</strong><br />

produz larga faixa <strong>de</strong> índices <strong>de</strong> fusão (IF ou ”Melt In<strong>de</strong>x”, relacionado inversamente ao<br />

peso molecular), resultando num vasto espectro <strong>de</strong> polímeros disponíveis para aplicações<br />

específicas. As proprie<strong>da</strong><strong>de</strong>s dos polímeros são <strong>de</strong>termina<strong>da</strong>s por:<br />

a) peso molecular,<br />

b) distribuição <strong>de</strong> peso molecular,<br />

c) grau <strong>de</strong> ramificação <strong>da</strong> ca<strong>de</strong>ia e<br />

d) distribuição <strong>da</strong>s ramificações <strong>da</strong> ca<strong>de</strong>ia.<br />

Existe uma forte correlação entre a porosi<strong>da</strong><strong>de</strong> do catalisador e o peso molecular do<br />

polímero produzido. Quanto maior o diâmetro médio <strong>de</strong> poros, menor o peso molecular<br />

[13]. Mc Daniel sugere que exista maior proximi<strong>da</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>sítios</strong> ativos <strong>nos</strong> suportes com<br />

menor diâmetro médio <strong>de</strong> poros. Assim, uma ca<strong>de</strong>ia polimérica terminal acopla<strong>da</strong> a um<br />

sítio po<strong>de</strong> ser incorpora<strong>da</strong> à outra ca<strong>de</strong>ia em crescimento num sítio vizinho, aumentando o<br />

peso molecular em catalisadores com menor diâmetro médio <strong>de</strong> poros.<br />

Uma tendência <strong>de</strong> redução do peso molecular com o aumento <strong>da</strong> temperatura <strong>de</strong><br />

ativação do catalisador (773 a 1173 K) é observa<strong>da</strong> [13]. Essa variação não po<strong>de</strong> ser<br />

atribuí<strong>da</strong> a variações na estrutura <strong>de</strong> poros do catalisador, já que a distribuição do tamanho<br />

<strong>de</strong> poros se mantém relativamente inaltera<strong>da</strong> nessas temperaturas, em sílicas que<br />

contenham baixa concentração <strong>de</strong> íons Na + . Dessa forma, esse efeito tem sido<br />

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