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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2008.tde-06042009-094048
Documento
Autor
Nome completo
Laís Calixto Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2008
Orientador
Banca examinadora
Neumann, Miguel Guillermo (Presidente)
Azevedo, Eduardo Bessa
Canevarolo Junior, Sebastião Vicente
Chinelatto, Marcelo Aparecido
Nogueira, Raquel Fernandes Pupo
Título em português
Fotodegradação de polímeros solúveis em água e moléculas modelo via processos oxidativos avançados
Palavras-chave em português
fotodegradação
peróxido de hidrogênio
polímeros
reação de Fenton
Resumo em português
Neste trabalho foi investigado o mecanismo de fotodegradação de polímeros e também a ação de agentes estabilizantes. Foi investigada a degradação oxidativa de polímeros solúveis em água como poli(vinilpirrolidona), PVP; poli(acrilamida), PAM e poli(etilenoglicol), PEG na presença de peróxido de hidrogênio, reagente de Fenton e sal de ferro. O PVP apresentou a menor fotoestabilidade enquanto a PAM apresentou a maior fotoestabilidade. O sal de ferro não promoveu a degradação. As soluções de PEG foram fotooxidadas com os sistemas UV/H2O2, Fenton e foto-Fenton e as amostras foram analisadas por GPC e HPLC. A análise por GPC das soluções de PEG mostrou que em todas as condições oxidativas usadas, a fotooxidação leva a uma queda acentuada da Mw, caracterizando um mecanismo de quebra de cadeia aleatório. Para os três sistemas usados, a polidispersidade aumenta após a degradação, confirmando o mecanismo de quebra aleatória de cadeia. As medidas de GPC também mostraram que a velocidade de degradação é muito maior com o sistema foto-Fenton (kd = 1,010-4 mol.g-1.min-1), seguida pelo sistema UV/H2O2 (kd = 3,610-5 mol.g-1.min-1). O uso do reagente de Fenton apresentou a menor velocidade de degradação (kd = 1,110-6 mol.g-1.min-1). Os produtos de degradação do PEG, nos três sistemas analisados, foram analisados por HPLC, sendo identificados produtos de menor peso molecular, entre eles, EG, 2EG, 3EG, 4EG, e os ácidos glicólico e fórmico. O mecanismo envolve um processo consecutivo em que os etilenoglicóis de maior peso molecular dão origem aos de menor peso molecular. Etilenoglicóis de cadeia curta foram usados com sucesso como moléculas modelo para prever o mecanismo de fotodegradação do PEG. Fenóis primários combinados com antioxidantes secundários contendo fósforo são os sistemas estabilizantes mais efetivos, amplamente usados na estabilização do processamento e na aplicação de olefinas a longo prazo. O mecanismo de reação de hidrólise dos antioxidantes fosfito, escolhidos para diferenciar na estrutura química e no conteúdo de fósforo, é investigado através da espectrometria de massas. Substituintes diferentes em torno do átomo de fósforo mostram um efeito significativo na estabilidade dos fosfitos com substituintes fenol, produzindo estruturas hidroliticamente estáveis.
Título em inglês
Photodegradation of water soluble polymers and model molecules via advanced oxidative processes
Palavras-chave em inglês
Fenton reaction
hydrogen peroxide
photodegradation
polymers
Resumo em inglês
The aim of this work was to investigate polymer photodegradation mechanisms and stabilizing agents. The course of photooxidative degradation of some water soluble polymers (poly(vinylpyrrolidone), PVP; poly(acrylamide), PAM and poly(ethylene glycol), PEG) in the presence of hydrogen peroxide, Fenton reagent and iron salt has been investigated. PVP showed the lowest photostability while PAM had the greatest photostability. Iron salt was not efficient promoting degradation. PEG has been photooxidized in Fenton, photo-Fenton and UV/H2O2 systems. Samples were analysed using GPC and HPLC. GPC analysis of PEG solutions showed that in all oxidizing conditions used, the photooxidation of PEG aqueous solutions leads to an abrupt decrease of Mw, which means that the degradation of PEG implies a random chain scission mechanism. Polydispersity increases after degradation in all the systems used, confirming a random chain scission mechanism. GPC analysis also showed that the rate of degradation is much higher for the photo-Fenton system (kd = 1,010-4 mol.g-1.min-1), followed by UV/H2O2 system (kd = 3,610-5 mol.g-1.min-1 ). Fenton reagent has the lowest degradation rate (kd = 1,110-6 mol.g-1.min-1). The degradation products of PEG in all oxidizing systems, were analyzed by HPLC and lower molecular weight products were detected, i.e., EG, 2EG, 3EG, 4EG, glycolic and formic acids. The mechanism involved a consecutive process, were the larger ethyleneglycols gave rise, successively, to smaller ones. This suggested that the mechanism involved successive scissions of the polymer chain. Ethyleneglycols were successfully used as model molecules to predict PEGs photodegradation mechanism. Primary hindered phenols in combination with phosphorous-based secondary antioxidants are one of the most effective stabilizing systems, widely used in the processing stabilization and long-term application of polyolefins. The hydrolysis reaction mechanism of phosphite antioxidants, chosen to differ in chemical structure and phosphorus content, is investigated by mass spectrometric means. The analytes under investigation are exposed to accelerated humid ageing conditions and their hydrolytic pathway and stability is investigated. Different substituents around the phosphorus atom are shown to have a significant effect on the stability of the phosphites with phenol substituent producing very hydrolytically stable structures.
 
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LaisCalixtoR.pdf (3.83 Mbytes)
Data de Publicação
2009-05-20
 
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