UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CIÊNCIA DOS POLÍMEROS E ENGENHARIA DAS FIBRAS I Por

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA TÊXTIL

CURSO DE ENGENHARIA TÊXTIL

APOSTILA

CIÊNCIA DOS POLÍMEROS E ENGENHARIA DAS FIBRAS I

Por

Prof. Dr.Rasiah Ladchumananandasivam, PhD, AUMIST., CText FTI., FRSA.,

Senior member – AATCC (USA).

Natal, RN – Brasil Outubro, 2006

Ciência dos Polímeros e Engenharia das Fibras I Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam, PhD, AUMIST., CText FTI., FRSA., Senior member – AATCC (USA).

2

1. Polímeros

Um polímero é uma molécula muito grande, composto de centenas ou milhares

de átomos, formados por ligações sucessivas de um ou dois, e ocasionalmente mais,

tipos de moléculas pequenas em cadeia ou estruturas em rede. O conceito do polímero

representa uma das grandes idéias da química do século 20. Surgiu nos anos 20, entre

controvérsias, e sua aceitação está intimamente associada ao nome de Herman

Staudinger que foi agraciado com o Prêmio Nobel em 1953. A influência do conceito de

polímero (ou macromolécula) atingiu rapidamente muitas áreas das ciências naturais e

tecnologia. No campo das ciências biológicas, favorece a biologia molecular através do

estudo das substâncias macromoleculares naturais tais como as proteínas, ácidos

nucléicos e polissacarídeos. Na engenharia os sucessos alcançados com a síntese dos

polímeros comerciais, estabeleceram um novo setor na indústria química internacional,

dedicado à produção e aplicação dos materiais poliméricos, principalmente plásticos e

borrachas, revestimentos e adesivos.

1.1 Indústria de polímeros

Dentre os materiais poliméricos usados na área de engenharia, os plásticos

formam o maior grupo com relação ao volume de produção. É comum subdividir os

plásticos em duas categorias: Termoplásticos e Termofixos (ou resinas de

termofixação). Os termoplásticos compreendem os quatro materiais mais importantes -

Polietileno (PE), Polipropileno (PP), Poliestireno (PS) e Cloreto Polivinílico (PVC) - junto

com polímeros para usos mais específicos. O termo termoplástico indica que estes

materiais fundem-se ao serem aquecidos e podem ser processados por uma variedade

de técnicas de moldagem e extrusão. Os termofixos mais importantes incluem os

Alquidos (alkyds), resinas aminos e fenolicas, epoxi, poliesteres não-saturados e

poliuretanos, substâncias que não podem ser fundidas e refundidas mas que têm a

capacidade de fixação irreversível. Esta distinção é importante uma vez que as técnicas

de produção, processamento e fabricação de termoplásticos e termofixos são

diferentes.


3

A Tabela 1.1 lista alguns materiais plásticos. A produção de plásticos,

especialmente os termoplásticos, exigem um alto nível de tecnologia química e por esta

razão concentra-se num pequeno número de grandes companhias.

Tabela 1.1 Classificação das Principais Classes dos Polímeros.

Plásticos - Termoplásticos Polietileno

Polipropileno

Poliestireno

Poli (Cloreto de Vinilo)

Poliacetal

Acrílico

Poliamida(nailon)

Policarbonato

Politetrafluoroetileno

PE

PP

PS

PVC

POM

PMMA

PA

PC

PTFE

Plásticos - Termofixos Epoxi

Melanina-formaldeido

Uréia-formaldeido

Poliéster não-saturado

Alquido fenólico

Poliuretano

EP

MF

UF

UP

PF

PU

Elastômeros Borracha natural

Borracha estireno-butadieno

Polibutadieno

Borracha butilo

Policloropreno

Poliisopreno sintético

Borracha nitrilo silicone

NF

SBR

BR

IIR

CR

IR

NBR


4

As borrachas formam um outro grupo de materiais poliméricos na área da

engenharia. Distinguem-se dos plásticos principalmente, por razões históricas. Uma

indústria de borracha (usando látex de borracha natural como matéria prima) estava

bem estabelecida em 1900, algumas décadas antes da indústria plástica moderna e

antes de ser conhecido que as borrachas são substâncias poliméricas. Hoje, as

borrachas sintéticas (elastômeros) são largamente utilizadas juntamente com borracha

natural.

Do mesmo modo, fibras, revestimentos e adesivos são materiais poliméricos

projetados para diferentes fins e produzidos em diferentes formas físicas. Cada um

deles destina[se a uma indústria específica com tecnologia especializada. Todavia, os

materiais básicos têm muito em comum. Por exemplo, o náilon (ou poliamida),

importante termoplástico na engenharia, são utilizados na área têxtil e nos

revestimentos; epoxies têm utilização nas tintas e adesivos e compósitos.

Tabela 1.2 A estrutura da indústria de polímero

__________________________________________________________________

Recursos Petroquímicos Materiais Produtos

primários básicos poliméricos finais

__________________________________________________________________

Elastômeros

Plásticos

Fibras

Adesivos e revestimento

PE PP PS PVC PA PUR etc.

Outras matérias químicas não petroquímicas

Petróleo

Borracha natural

Etileno Propileno Estireno Cloreto de Vinilo Butadieno Ciclohexano Acetileno

Cloro Nitrogênio


5

Os polímeros com a exceção de alguns tipos produzidos pela modificação das

substancias vegetais tais como celulose e borracha natural) são produzidos da matéria-

prima do petróleo ou gás natural.

Uma vez produzidos, os materiais poliméricos são passados para as principais

indústrias de consumo tais como têxtil ou tintas, para setores de processamento

diversificado tais como: construção, embalagem, agricultura, automotiva, móveis,

elétrica e indústrias de engenharia em geral.

Mundialmente, as indústrias de materiais poliméricos continuam mantendo o alto

crescimento. Nas décadas de 1970 e 1980, as indústrias introduziram muitos novos

polímeros de engenharia. Em muitas aplicações, os polímeros estão substituindo outras

materiais: por exemplo. no mercado de tubos, que são amplamente usados a nível

industrial e doméstico, o aço, ferro fundido, cobre e cerâmica fervidas são substituídos

pelos polietileno, polipropileno e poli (cloreto de vinilo) para distribuição de gás e água.

Tabela 1.3 Nomes Genéricos das Fibras Sintéticas

Nome Genérico Constituição química Exemplos de

nomes comerciais

Acetato Acetato de celulose secundário Dicel

Acrílico Pelo menos 85% da massa é de

acrilonitrilo

Acrilan, Dralon, Courtelle,

Orlon

Alginato Sais metálicos de ácido alginico Alginato de Cálcio

Clorofibra Pelo menos 50% da massa é de

poli (cloreto de vinilo) ou poli

(cloreto de vinilideno)

Rhovyl, Leavil, Saran

Cupro Celulose regenerada produzido

pelo processo de cuproamoníaco

Cuprama

Elastano Pelo menos 85% da massa é de

elastômero de poliuretano

Enkaswing, Lycra,

Spanzelle

Elastodieno Natural ou sintético de poliisopreno

Fluorofibra Polímero sintetizado de monômero

de fluorocarbono

Polifen, Teflon


6

Vidro Silicatos mistos Fibra de vidro (Fibre

glass), Marglass

Modacrílico Polímero fabricado de 50-85% da

massa de acrilonitrilo

Vincel

Nailon ou

Poliamida

Polímero que contêm o grupo

funcional de

-CO-NH-

Nylon, Enklon, Perlon,

Celon

Policarbamida Polímero que contém o grupo

funcional de

-NH-CO-NH-

Poliéster Pelo menos 85% da massa de

éster de um diol e ácido tereftálico

Terylene, Dacron,

Treviera

Polietileno Polímero de polietileno Courlene, Drylene

Polipropileno Polietileno onde um dos carbonos

carregam uma cadeia lateral de

metilo

Fibrite, Meraklon

Poliuretano Polímero que contém o grupo

funcional de

-O-CO-NH-

Triacetato Celulose com no mínimo de 92%

da massa de grupos hidroxílos

acetilados.

Tricel, Arnel

Trivinil Terpolímero de vinil de qual um

componente forma mais de 50% da

massa.

Vinylal Poli (vinil álcool) Kuralon, Vinylon

Viscose Celulose regenerada obtido pelo

processo de viscose

Fibro, Sacrille, Evlan.


7

1.1.2 Matéria prima para indústria de polímeros

O desenvolvimento da indústria de polímeros desenvolveu juntamente uma

evolução do número de matérias primas e suas qualidades a serem usados na

manufatura de polímeros em geral que são plásticos, fibras e borrachas.

Os primeiros plásticos foram manufaturas a base de celulose como nitrato de

celulose e as primeiras resinas fenol-formaldeído a base de bulha juntamente com fenol

e formol (ou formaldeído).

Hoje as matérias primas obtidas a base de petróleo e do gás natural e de seus

derivados. A maioria das matérias primas utilizadas na indústria de polímeros pode ser

divididos em:

1. Produtos naturais (celulose, caseína, etc.)

2. Hulha

3. Petróleo e gás natural.

Os membros do primeiro grupo podem ser substituídos continuamente, mas os

dos outros grupos são insubstituíveis.

Celulose - Celulose é um carboidrato e se encontra em todos os vegetais

como matéria principal, embora não seja aproveitado diretamente pela

indústria dos polímeros. O linter de algodão e madeira são as duas fontes

comerciais de celulose.

1.1.2.1 Materiais contendo proteínas, gorduras e óleos

1. Nozes moídas e cascas de nozes - A proteína é obtida das cascas moídas

por extração alcalina, seguida por precipitação ácida.

As cascas de nozes (como babaçu) são interessantes para a indústria de

plásticos, que contém um óleo escuro conhecido na Inglaterra pelas


8

iniciais CNSL e do qual se obtém um fenol não-saturado conhecido como

cardanol.

2. Zeina - Um proteína contido no milha miúdo. É solúvel em mistura de

álcoois e água e pode, portanto, ser facilmente fiado em forma de fibras.

3. Caseína - É a proteína principal extraída do leite de vaca e é composta de

∝ - amino ácidos. Pode ser precipitado do leite desnatada, seja por ácidos

ou por enzima, esta última fornecendo a proteína na forma mais

conveniente para a produção de polímeros.

4. Óleo de rícino ou mamona - È considerado material de alta importância. A

fonte mais importante para a produção de náilon 11 (ou Rilsan).

1.1.2.2 Produtos naturais

1. Goma laca (shellac) – A goma laca é o constituinte de uma camada

polimérica protetora produzida pelos insetos que atacam certas arvores

nativas da Ásia Meridional. O material refinado tem uma longa história no

campo dos vernizes para madeira, e tem sido largamente usado na

manufatura de discos musicais, como agente ligante para mica e como base

na preparação de vernizes para isolamento elétrico.

2. Borracha natural – Certas arvores, das quais a Hevea Brasiliensis é a mais

conhecida, contém látex branco leitoso que pode ser extraído por incisão na

casca.

3. Hulha – A hulha ou carvão de pedra foi um dos primeiros materiais

conhecidos como fonte de matérias-primas para a preparação de polímeros

sintéticos. Os principais produtos obtidos por destilação seca: gás de hulha,


9

amônia, alcatrão da hulha e o resíduo final que é talvez o subproduto mais

importante conhecido pelo nome do coque,Tabela 1.2.

4. Petróleo – A produção de produtos químicos a partir do petróleo, alcançou

proporções gigantescas desde a primeira Guerra Mundial. E a indústria

Petroquímica tem um lugar à parte na própria indústria química.


7

Tabela 1.2 Craqueamento de alcatrão da hulha


8


9


10


11

Tabela 1.3 Destilação fracionada de petróleo.


12

1.2 Hidrocarbonos e polímeros hidrocarbônicos

Hidrocarbonos são substâncias de uma classe que contém comente os

elementos químicos carbono e hidrogênio (C e H) em combinação. Petróleo e gás

natural são misturas complexas de Hidrocarbonos formados na terra em tempos

remotos. Um grande número de polímeros (incluídos alguns mais importantes, PE,

PP, PS e borracha natural) também são hidrocarbonos: polímeros hidrocarbônicos.

A diferença entre gases, líquidos e sólidos (cera e polímeros) hidrocarbônicos

depende simplesmente na estrutura molecular Figura 1.4 (a).

(d) C24H30 (f) Polietileno (CH2)n Polímero

Figura 1.4 (a) a estrutura molecular do metano CH4 mostrando o arranjo

tetraédrico das ligações C-H, ângulo da ligação e comprimento da ligação.(b) -

(f) outras estruturas moleculares dos hidrocarbonos de cadeias lineares (reta).

Oportunamente, como essas estruturas envolvem somente átomos de C e H,

não são difíceis de deduzir. A mais simples molécula de hidrocarbono é CH4, e sua

estrutura molecular é mostrado na Figura 1.4 (a). O átomo de carbono central do

(a) Metano CH4

(b) Etano C2H6

(c) Propano C3H8


13

metano forma uma ligação simples com outros quatro átomos de hidrogênio, que

são arrumados na forma tetrahedrica. Então, o metano é uma molécula compacta de

5 átomos. A sua massa relativa (definida como a soma das massas atômica

relativas dos átomos constituintes) é 12,00 + 4 x 1,008 = 16,03 ( a massa molar do

metano é 16,03 g/mol). Outras estruturas hidrocarbônicos surgem, porque os

átomos de C podem formar ligações químicas entre eles. Então a molécula de etano

(C2H6) compreende de um par de átomos de C ligado através de uma ligação

simples C-C; cada átomo de carbono é ligado com mais três átomos de hidrogênio.

Hidrocarbonos maiores nessa série são encontrados em óleos naturais de

petróleo até um número máximo de 38 átomos de carbono na cadeia. existe uma

mudança suave nas características físicas dos hidrocarbonos individuais com o

aumento de número de átomos de carbono: então, os membros de série C1-C4 são

gases na temperatura ambiental; C5-C12 são líquidos voláteis, incluindo o

importante constituinte de combustível (gasolina); C13-C18 são líquidos fervente

(combustível para aviação, querosene); C19 e os acima deste número são óleos

pesados e ceras. A figura 1.2 mostra as propriedades importantes como o ponto de

fusão com a mudança da densidade com relação ao comprimento da cadeia n par a

hidrocarbonos normais CnH2n=2. A diferença nas propriedades entre membros

adjacentes da série (Cn e Cn+1) torna-se relativamente menor quando Cn aumenta. O

polietileno que foi descoberto em 1939, é composto de centenas e milhares de

átomos de carbono. Então nós podemos escrever a estrutura molecular do PE como

H3C(CH2)n CH3, ou emitindo os átomos terminais, simplesmente como C(CH2)n n é

grande , mas nós não podemos estipular um valor. O método de síntese de

polímeros normalmente produz uma mistura de moléculas de comprimento variado.

A figura 1.5 sugere, que tais moléculas diferem muito pouco nas maiorias

propriedades físicas e não podem ser separados facilmente.


14

Figura 1.5 Densidade no estado líquido e temperatura de fusão para

hidrocarbonetos CnH2n+2 de cadeias lineares (densidade à 20oC ).

O polietileno assemelha as ceras de parafina de C30 - C40 em muitos

aspectos: na aparência são cerados, translucentes, sólidos brancos, facilmente

fundíveis, de densidade de 90kg/m3 e ambos são isoladores elétricos. Ambos

queimam mas não são inertes quimicamente. As diferenças estão nas propriedades

mecânicas onde a cera é fraca, mas o PE é forte e é um material útil na engenharia.

1.2.1 Cadeias laterais

Os polímeros estudados até agora são somente cadeias lineares. Agora

podemos olhar a ocorrência das cadeias laterais durante a construção das ligações.

Não existe nenhuma possibilidade nos casos dos hidrocarbonetos C2 e C3, mas, dois

hidrocarbonetos alcanos podem ser vistos no caso de C4.

(I) (II)

Densidade do líquido (kg m-3)

Temperatura de fusão (oC)

Comprimento da cadeia Cn


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(I) é n-butano, CH3CH2CH2CH3 (os átomos de hidrogênio são omitidos para dar

ênfase a estrutura principal da cadeia)

(II) é isobutano, CH(CH3)3

(I) e (II) têm estruturas moleculares diferentes, mas eles têm o mesmo número de

átomos de carbono e hidrogênio, C4H10, e então a mesma massa molar. Eles são

isômeros butanos, substâncias distintas que diferem nas propriedades físicas, tais

como ponto de fusão e ponto de ebulição: (I) –0,5 oC, (II) –12 oC. As diferenças

físicas aparecem simplesmente nas diferentes formas moleculares, ilustrando a

importância das cadeias laterais.

Todavia, existem somente dois isômeros alcanos de C4 e três de C5.

É claro que quando o número dos átomos de C aumenta, a opções na

formação das cadeias laterais (e os isômeros) aumentam rapidamente. De fato, as

cadeias de polietileno e outros principais termoplásticos não são altamente

ramificados. Todavia, foram achados um limite de formação de cadeias laterais e

tem as conseqüências importantes.

1.2.2 Estéreo regularidade

O polipropileno é um dos principais polímeros de comodidade que relacionado

muito perto com polietileno. A estrutura molecular é:

é normalmente é derivado de polietileno pela substituição de um dos átomos de

hidrogênio nos átomos de C alternados da cadeia pela um grupo de CH3. O

CH CH2

3CHn


16

polipropileno somente contém os átomos de C e H e é um polímero hidrocarboneto.

A figura 1.6 mostra a configuração dos átomos num pequeno comprimento da

cadeia de PE e é aparente que a estrutura de PP pode ser derivado em várias

maneiras. A estrutura (I) tem todos os grupos de CH3 são localizados no mesmo

lado da cadeia principal do polímero; mais precisamente, todas as unidades têm o

arranjo dos átomos nos espaços idênticos. Tal estrutura é conhecida como

isotático. A estrutura (II) no outro lado, mostra o arranjo aleatório dos grupos CH3

numa molécula atático. As estruturas (I) e (II) são configurações distintos e que não

pode ser trocados um pela outro pela rotação simples sobre as ligações. O

taticidade ou estéreo-regularidade das moléculas dos polímeros tem uma profunda

importância sobre as suas propriedades. Ele afeta a maneira em que os as

moléculas adjacentes podem ser acomodados num agrupamento densa das

moléculas de um sólido e então controla a resistência das forças entre as moléculas

em que as propriedades mecânicas do material aparecem.

Figura 1.6 Relação entre as estruturas moleculares do polietileno (PE) e as formas

isotático (I) e atático (II) do polipropileno (PP).

A taticidade surge em todos os polímeros dos quais os átomos da cadeia

principal (espinha dorsal) carreguem dois átomos ou grupos dissimilares. Então, o

PS comercial é atático; PMMA em maioria sindiotático, onde, a configuração no

átomo de carbono que carrega os grupos laterais mostra uma alternação regular da


17

cadeia.

Existem muitos outros polímeros importantes como PE e PP, que são

baseados das cadeias C-C e contém somente átomos de C e H. A tabela 1.4

mostra as estruturas que podem ser facilmente entendidas pela referência ao PE.

1.2.3 Outros Polímeros de Cadeia de Carbono

Átomos de outros elementos podem ser incorporados dentro da estrutura

polimérica. A substituição do H pelo cloro, Cl ou flúor, leva a produção de vários

polímeros importantes, PVC, PTFE, PVDC, PCTFE. O grupo CN pode ser

incorporado como no PAN. Os substituintes mais complicados composto de grupo

de átomos de H, C, e O também ocorre em PMMA, PVAC, PVAL e outros, Tabela

1.5


18

Tabela 1.4 Alguns principais Polímeros hidrocarbonetos


19

Tabela 1.5 Alguns polímeros importantes de cadeia de carbono.


20

1.2.4 Polímeros de hetero-cadeias

A substituição do carbono na cadeia principal pelos átomos de outros elementos

produz polímeros de heterocadeias. Estruturalmente, uma cadeia simples de

polímero heterocadeia é polioximetileno (POM).

- CH2 - O - CH2 - O - CH2 - O –

POM e outros materiais muito relacionados a ele são importantes plásticos de

engenharia, comumente conhecida como ACETAL. A incorporação dos

heteroátomos na cadeia, gera uma grande diversidade na estrutura.

Existem vários polímeros inorgânicos em que existe carbono na cadeia

principal. Exemplo: Polisiloxanos Si - O, que tem resistência ao calor e inertes.


21

Tabela 1.6 Alguns polímeros importantes de hetero-cadeia

1.2.4 Polímero de rede

Até agora os polímeros discutidos tem principalmente, cadeias moleculares

linear. Algumas cadeias laterais ocorrem, mas são limitadas e as moléculas

individuais da cadeias são distintas e separadas (por calor ou ação de solvente). Os

materiais listados são geralmente termoplásticos. Existem também materiais com

estruturas com dois ou três dimensionais de rede de ligações químicas. Vários

materiais com estrutura de rede regular esta no margem entre os polímeros e

Poliéter

Poliamida

Poliéster Poliuretano Polisulfeto Polisulfona Silicone (siloxano) Poliimida


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cerâmicas, Figura 1.6. Por exemplo, estruturas regulares de redes bidimensionais

ocorrem no grafite e nitrido de boro; o diamante tem uma estrutura regular de

camadas tridimensionais.

Figura 1.6 Estruturas poliméricas em: (a) grafite [camadas hexágonos interligados,

cada um formado por seis átomos]; (b) nitrito de boro (estrutura como o grafite com

átomos de boro e nitrogênio substituindo o carbono); ( c ) diamante (uma outra forma

de carbono com uma rede tridimensional de ligações de - C - C - em arranjo

tetraédrico); e (d) cadeias e camadas de silicatos baseados no SiO4 tetraedro

(incluindo minerais como asbesto e talco).

A maioria dos polímeros comuns em rede não são regulares na sua estrutura.

Tais materiais são, geralmente, termofixos ou elastômeros, uma vez que toda a

estrutura é interligada com ligações químicas primárias e distintas; moléculas

separáveis não existem. Existem dois tipos principais de materiais de rede.

1. Aqueles que são formados pela ligação das cadeias lineares por pequenas

moléculas.

2. Aqueles que são formados pela ligação direta das moléculas pequenas, que

resulta na formação das cadeias laterais.


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O primeiro caso inclui a maioria dos elastômeros, por exemplo, a borracha

natural é um polímero hidrocarbônico, poliisopreno, que contém ligações - C = C -

que são reativos. Na vulcanização da borracha, moléculas de enxofre formam

ligações entre - C = C - com as moléculas adjacentes.

Da mesma forma, poliésteres não-saturados (UP) as moléculas podem ser

ligadas pelas moléculas como de estireno para produzir polímero de rede.

O segundo tipo é representado por importantes termofixos tais como PF

(fenol-formaldeído), MF (melamina formaldeído) e EP (epoxi, epóxido), Tabela 1.7. A

estrutura do material polimerizado é muito complexa.

Tabela 1.7 Polímeros sintéticos de rede (termofixos)

Tipo Matéria-prima Polímero de rede

HC

OHOH

CH

HO

C

C

H

HH

HH

e unidades similaresconectadas aleatoreamentepelas ligações variadas

fenol formaldeído

PF

C

H

H

H

H

CN C

CMF H

HN

N

e unidades similaresconectados aleatoriamentepelas ligações variadas.

O

Formaldeido

C

H

H

N

N NH

H

H

HNN

N

N

NH

CNC

H

H

C

Melamina


24

H

OH

H

C

3

3

Epiclorohidrina

EP

H

H

C

Ligações através dos terminais do grupo epoxi

C

HH

C

Bisfenol A

C

H

OH H

H

CO

ClO

HOCH

CH

C OH C

CH

CH3

3

O

OC

H H

CH

[n

]

A formação das ligações entre as cadeias pelipetídicas pelas ligações

covalentes em maioria dos biopolímeros protéicas importantes, notadamente

colagen ( o principal componente do osso, tendão, cartilagem e pele, e então pena)

e em keratina (pena, cabelo e chifre). Poucos polímeros com cadeias ligadas

aleatoriamente do segundo tipo ocorre em biologia, mas um exemplo principal é o

lignina, o material estrutural que acompanha celulose nas plantas, Figura 1.7.

Figura 1.7 (a) estrutura de rede randomizada de termofixo PF.(b) a estrutura

proposta ilustrada para lignina (Adler): rede de polímero randomizado baseada na

unidade de fenilpropano, no alto a esquerda

Referência:

Synthetic High Polymers - Greenwood & Banks

Introduction to Polymer Chemistry - W.R.Moore

Polymer Materials - Christopher Hall


25

1.3 Ligações primárias e forças van der waal’s

As estruturas moleculares poliméricas que já foram descritas são mais ou

menos arranjos complicados dos átomos que ficam segurados um a outro através de

ligações químicas. Relativamente poucos elementos aparecem nas estruturas dos

polímeros mais comuns.

As principais ligações que constróem as cadeias são C – C, C – O e C – N; e

C – H, C – F, C – Cl, C = O, O – H e N – H ocorrem freqüentemente ligados

diretamente ou indiretamente à cadeia principal (ou o espinha dorsal ). Todas essas

ligações químicas são formadas pela ré-arranjo dos elétrons valências das regiões

exteriores dos átomos participantes para dentro de uma nova distribuição espacial

que junta ambos os átomos. Se os dois átomos que que formam a ligação são

dissimilares, (em todos com a exceção de C – C ) o compartilhamento dos elétrons

valências é desigual. A distribuição dos elétrons não é simétrica e a ligação tem uma

polaridade eletrostática definitiva, que surge porque um átomo é capaz de puxar o

elétron para ele com mais força do que o outro. A medição da potência da força de

atração de um átomo numa ligação química é a eletronegatividade do elemento, e

a diferença da eletronegatividade dos dois átomos da ligação é uma boa guia da

polaridade da ligação. A eletronegatividade dos principais elementos encontram-se

nos materiais poliméricos são:

Tabela 1.7 A eletronegatividade dos principais elementos.

C 2,5 C – C 0

H 2,1 C – H - 0,4

N 3,0 C – O 1,0

O 3,5 C – N 0,5

F 4,0 C – F 1,5

Cl 3,5 C - Cl 1,0

O – H 1,4

N – H 0,9

A diferença de eletronegatividade acima de 0,8 indica uma polaridade da

ligação fortemente desenvolvida. Assim, C – C e C – H são efetivamente não


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polares; mas, no C – O, C – F e C – Cl os átomos de carbono estão nos lados

positivos das ligações polares. No O – H e N – H os átomos de hidrogênio são

também situados no lado positivo das ligações polares.

Todas essas ligações químicas primárias, sendo polar ou não polar, são fortes

e estáveis, e a molécula do polímero construído destas ligações, pode-se

geralmente rompidos ou modificados somente pela ação de forças termais ou

químicas muito fortes. Mas, no estado sólido ou estado de fusão, as moléculas

individuais do polímero ficam muito juntos, e as propriedades do material em todo

depende muito nas forças que atuam entre as moléculas como as ligações químicas

dentro deles. As forças que operam entre os átomos que estão em contato, mas,

não estão ligados pelas ligações químicas primárias. Em conjunto essas interações

secundárias são conhecidos como forças de van der Waals’. Diferentemente das

ligações químicas primárias, suas operações não envolvem compartilhamento ou

doação de elétrons entre átomos. A força da interação mais fraca é a força de

atração chamada da força de dispersão que existe entre todos os átomos como

resultado das variações rápidas das distribuições dos elétrons dos átomos. A força

de dispersão entre um par de meros adjacentes de –CH2 – das duas moléculas de

polietileno que estão lado a lado, é cerca de 200 vezes menos fraco do que a força

que atua entre cada ligação de C – H.

1.4 Definições

Numa reação de polimerização, um determinado número de pequenas

moléculas, denominadas monômeros, combinam-se para formar um menor número

de grandes moléculas, o polímero.

nA -(A)-n

nN (N)n

onde n é o grau de polimerização [(degree of polymerization - d.p.)] sendo uma

média, uma vez que a polimerização é um processo estatístico, Um polímero é

conhecido como polidisperso, quando nem todas as moléculas têm o mesmo grau

de polimerização e p consequentemente o mesmo peso molecular. Deste modo um


27

polímero verdadeiro tem uma população de moléculas representadas por uma curva

de distribuição; como populações análogas, vários valores médios podem ser

definidos. O método comum de representar a distribuição do grau de polimerização,

ou peso molecular, é pela curva relacionando nW , que, é a fração do peso das

moléculas de d.p. de n para n .

nW

n

Figura1.8 Curva de distribuição

Médias comuns desta distribuição do tamanho são o número médio do grau de

polimerização.

M n−

= ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡∑ n

wn -1

e o peso médio de grau de polimerização. −

M w = nwn⋅∑

1.5 Massas moleculares

A composição química do gás etileno e a do polietileno usado para a

fabricação de copos descartáveis / laváveis são exatamente a mesma, ou seja, dois

átomos de hidrogênio para cada átomo de carbono, inferindo-se disso que a cadeia


28

polimérica deverá ter grande influência sobre as propriedades físicas dos plásticos.

Entre os dois extremos citados acima existe uma categoria de ceras entre líquidas e

semi-sólidas, cuja tendência para a dureza e a compacidade cresce à medida que

aumenta o número de unidades – CH2 – na molécula. É, portanto, de suma

importância ter algum conhecimento da massa molecular de um polímero. O

problema, entretanto, não é tão simples como parece, pois a variação no valor da

massa molecular dos polímeros é muito ampla. Na química inorgânica, as massas

moleculares das substâncias puras são usualmente constantes. Por exemplo, o

cloreto de sódio, qualquer que seja o seu método de produção, tem uma massa

molecular de 58,5 (Na = 23; Cl = 35,5) mas a massa molecular do polietileno não só

varia de amostra para amostra mas também dentro de uma mesma amostra. Por

isso, só podemos definir uma massa molecular média, e até isso deve ser

considerado assunto de difícil solução. Usam-se dois métodos para calcular as

massas moleculares médias, ou seja, média ponderal e média numérica. As massas

moleculares correspondentes são definidas da seguinte forma:

Massa molecular média numérica = ni

ii MnMn

⋅=⋅⋅⋅

∑∑

Massa molecular média ponderal = wi

ii MwMw

⋅=⋅⋅⋅

∑∑

Onde ni = número de moléculas da massa molecular Mi

wi = fração ponderal do material da massa molecular Mi

= niMi

Quando existe um polímero em que todas as moléculas têm o mesmo

tamanho, as duas expressões se igualam. Quando, entretanto, houver uma

distribuição por tamanho, a massa molecular média ponderal é maior que a massa

molecular média numérica. A relação n

w

MM é, portanto, uma medida da distribuição

da massa molecular, sendo igual à unidade, quando todas as moléculas forem do

mesmo tamanho molecular.


29

Para facilitar a explicação, consideramos uma amostra contendo 10

moléculas de massa molecular 1000 cada uma e 10 moléculas de massa molecular

10.000 cada uma.

O peso total das 20 moléculas será

[(10x1.000) + (10 x 10.000)] = 110.000

A média numérica da amostra completa será, pois, 110.000/20 = 5.500.

A média ponderal = 181.9000.110

)000.10000.100()000.1000.10(⋅=⋅

⋅×⋅⋅+⋅⋅×⋅

Se, entretanto, ambos os arranjos moleculares tiveram a mesma massa molecular (

por exemplo, 5000) então:

Mn = 000.520

)000.510()000.510(⋅=⋅

⋅×⋅⋅+⋅⋅×⋅

Mw = 000.5000.100

)000.5000.50()000.5000.50(⋅=⋅

⋅×⋅⋅+⋅⋅×⋅

Métodos diferentes de determinação da massa molecular dão médias

diferentes. Dessa forma, entre ás técnicas usuais para a medida da massa

molecular, algumas dão as massas moleculares médias numéricas, a saber,

elevação do ponto de ebulição, diminuição do ponto da solidificação, pressão

osmótica e análise dos grupos terminais.

A difração da luz e a velocidade de sedimentação são os métodos que

fornecem a massa molecular média ponderal.

Exemplo - 2

Massa molecular média numérica = ∑∑⋅×⋅⋅=⋅

−

l

lon n

nlMM


30

Onde −

nM é o símbolo usado para massa molecular média numérica

oM é o peso molecular do monômero ou a unidade repetida

nl é o número de moléculas de comprimento l.

Para uma ilustração simples, temos um pedaço de um polímero que é construído por

unidades de peso molecular, oM de 44. Este é, realmente, o peso molecular da

unidade repetida no álcool polivinílico.

Supondo que este pedaço do polímero consiste de:

2 moléculas de peso molecular de 44 ou comprimento da cadeia de 1 unidade

3 moléculas de peso molecular de 88 ou comprimento da cadeia de 2

unidades


unidades


unidades


unidades

1 molécula de peso molecular de 264 ou comprimento da cadeia de 6

unidades

H

H H

C C

OH


31

44 88 132 176 220 264

Peso molecular das cadeias poliméricas

Figura 1.9 Distribuição das moléculas de comprimentos variados no polímero

discutido no exemplo 2.

Para determinar o número médio do peso molecular, primeiro deve-se somar os

produtos de l e nl então;

=⋅⋅∑ lnl 2 x 1 = 2

+ 3 x 2 = + 6

+ 4 x 3 = + 12

+ 3 x 4 = + 12

+ 3 x 5 = + 15

+ 1 x 6 = + 6

53

4 3 2 1

Freqüência da ocorrência


32

agora, o somatória dos valores do ln = 2 + 3 + 4 + 3 + 3 + 1 = 16

então, −

nM = 146165344 ⋅⋅⋅×⋅ ou

obs.: se tivermos postulado que o pedaço do polímero contém não 2 moléculas de

peso molecular de 44 e 3 moléculas de 88, mas sim, 2 milhões ou 3 milhões

respectivamente, teríamos chegado ao número de número médio do peso molecular.

Exemplo - 3

Massa molecular média ponderal:

Esta é uma média ponderal (peso médio) da massa molecular e é obtida

pelas medições da dispersão da luz pelas soluções poliméricas, porque a dispersão

é determinada não somente pelo numero das moléculas , mas, também, pelo

tamanho delas. A massa molecular média ponderal pode ser definida como:

∑

∑ ⋅⋅=⋅

−

l

llw

wwM

M

Onde −

wM é o símbolo usado para a massa média ponderal.

lM é a massa molecular das moléculas de comprimento da cadeia l, e onde

lw é a massa molecular das moléculas do comprimento l, ( então lw = ln lM ,

onde ln é o número das moléculas com comprimento l).

Para uma ilustração simples, temos um pedaço de um polímero que é construído por

unidades de peso molecular, oM de 44. Este é, realmente, o peso molecular da

unidade repetida no álcool polivinílico, que já foi discutido anteriormente.


33

∑ llwM = 44 x (2 x 44) = 3.872

+ 88 x (3 x 88) = 23.232

+ 132 x (4 x 132) = 69.696

+ 176 x (3 x 176) = 92.928

+ 220 x (3 x 220) = 145.200

+ 264 x (1 x 264) = 69.696

404.624

agora, o somatório dos valores do lw , então:

∑ lw = 2 x 44 = 88

+ 3 x 88 = 264

+ 4 x 132 = 528

+ 3 x 176 = 528

+ 3 x 220 = 660

+ 1 x 264 = 264

2.332

Então, −

wM = 1732332

624.404⋅⋅ou

A massa molecular média ponderal é diferente da massa molecular média

numérica. Geralmente, o número das pequenas moléculas presentes,

principalmente, determina a massa molecular média numérica, porque ele aumenta

o “número das moléculas” mais do que “a massa das moléculas”. Ele tem muito

pouco efeito na massa molecular média ponderal, que pode, todavia, ser aumentada

rapidamente pelo aumento do número das moléculas grandes.


34

1.6 Considerações estruturais

Considere o polímero formado de estireno

φ

representado por uma molécula de cadeia longa (homopolímero) da forma

- CH2 - CH - CH2 -CH - CH2 – CH – CH2 - CH.

φ φ φ φ

Este é um polímero linear, no senso matemático de um conjunto linear , não deve ser considerado como monômero bifuncional

CH2 = CH

φ

por sua potencialidade para polimerizar-se: então, a polimerização normal produzirá

um polímero linear. O composto divinilbenzeno

CH2

CH

CH

2CH

é então, tetrafuncional. Deste modo, se uma mistura de estireno com divinilbenzeno

é polimerizada, o produto (polímero) será não linear, tendo cadeias laterais: de fato,

se as condições são apropriadas, polímeros gigantes de rede (network),

efetivamente com peso molecular infinito, podem ser sintetizados. Estruturas de

redes também podem ser produzidas através das ligações cruzadas dentro da

CH2 CH


35

estrutura dos polímeros de cadeias lineares. - como ocorre, no caso da vulcanização

ou cura (curing) da borracha.

1.6.1 Copolímeros

Copolímeros podem exibir variação no arranjo seqüencial de unidades

repetidas.

Se A e B representam os diferentes resíduos monoméricos, a estrutura seqüencial

pode ser aleatória ou estatística.

ABABABBBAAAABABABABBABABABBBAAABA etc.

As estruturas padrão poderiam ser:

Copolímeros Alternados

ABABABABABABABA etc.

Copolímeros em bloco

AAAAAAAABBBBBBB etc.

Copolímeros em enxerto

-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

As características estereoquímicas da química orgânica são, naturalmente,

mostradas nas estruturas de cadeia de polímeros.

Desta maneira, isomerismo geométrico é evidenciado nas estruturas de poli

cis-isopreno da borracha natural Hevea.

-B-B

-B-B

-B-

-B-B

-B-B

-B-


36

C=C

3CH

2CH 2CH

H H

CH2CH2

CH3

C=CH

CH2CH2

CH3

C=C

e a estrutura trans encontrada na guta-percha.

C=C

3CH

2CH

CH2

H

C=C3

CH2

CH 2CH

H

H

CH2

CH2

CH3

C=C

O isomerismo configuracional é possível em vinil e os polímeros relacionados,

desde que os átomos de carbono alternados na cadeia principal são dissimétricos.

CH2

C

HΦ Φ H

C

2CH

Φ H

C

2CH

Φ H

C

2CH

2CH

Se, como acima, existir cadeias de comprimento estendido, nas quais persiste

um padrão regular de configurações, o polímero é chamado de tático. O exemplo

acima é isotático: onde, carbonos dissimétricos alternados, revertem a configuração

regularmente. O termo aplicado é sindiotático. Quando não existem longas

seqüências de regularidade configuracional, o polímero é atático.

Finalmente, isomerismo de orientação pode surgir pela colocação inversa de

uma unidade repetida.

Ex:

- CH2 - CH - CH2 -CH – CH – CH2 -

φ φ φ

ou em poliisopreno

C=C

3CH

2CH 2CH

H

C=C

3CH

2CH 2CH

HH

CH2CH2

CH3

C=C


37

1.7 Nomenclatura

Polímeros individuais são nomeados convenientemente, de acordo com o

monômero do qual ele foi sintetizado: - na realidade ou hipoteticamente. Assim, para

referir-se ao hidrocarbono da borracha como poiisopreno, não implica que o

biosíntese é do monômero isopreno.

O polímero com a unidade repetida bifuncional CH2 = CH(OH)- é chamado

como poli (vinil álcool) apesar da não existência do monômero.

Alguns nomes são, de fato, um tanto arbitrários. Assim, o etileno polimeriza-

se em polietileno mas, a estrutura da cadeia poderia ser chamado como

polimetileno:

—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—

Na prática, o segundo termo está restrito para produtos da mesma estrutura,

formado pela polimerização do disazometano.

Coletivamente, as estruturas de unidade repetida, do tipo bifuncional -(-CH2 =

CH-)-

X

são polímeros vinílicos, onde o monômero de origem é um ácido não saturado, e o

nome do polímero origina-se desse ácido. Assim,

COOH2

CH CH ácido poliacrílico

2CH C

3CH

COO 3CH

Polimetilmetacrilato

CH2

CH

CN

Poliacriclonitrilo e nãoPolivinilcianito

sendo o nome baseado no ácido de origem.


38

Polímeros de átomo de heterocadeia, é um termo largamente favorecido pela

literatura Russa, mas o significado é muito claro. O nome do polímero é baseado no

agrupamento das cadeias: Poliésteres são, então, moléculas de cadeia como:

--CH2—CH2—O--CH2—CH2—O--CH2--CH2— polioxietileno ou óxido de polietileno ou

(pior ainda) polietileno glicol, e --(CH2—CH2—CH2—CH2—O-) politetrahidofurano e

são, freqüentemente, conhecidos por nomes triviais.

As poliamidas são estruturas tais como a de polihexametilenoadipamida

(náilon 66):

--[HN(CH2)6 NHCO(CH2)4—CO-].n

Note que este polímero é considerado como um homopolímero, e não como

um co-polímero binário alternado. Além disso, uma unidade repetida, como acima, é

considerada equivalente a duas unidades estruturais; o grau de polimerização é

definido em termos de números de unidades estruturais.

Os poliésteres têm a unidade -COO- na cadeia principal; confusamente a

literatura Russa refere-se, ocasionalmente, aos acrilatos, etc., como cadeias laterais

de ésteres, como poliésteres.

1.8 Classificação

Historicamente, Carothers fez uma distinção entre polímeros por

condensação e polímeros por adição. Todavia, estes termos, se usados, aplicam-se

melhor ao mecanismo de polimerização do que às estruturas dos polímeros. Existe

muito a ser dito sobre a diferença geral entre os mecanismos de polimerização

escalonada e polimerização encadeada. Na primeira as cadeias poliméricas

crescem em índices relativamente baixos e permanecem reativos durante a reação

geral. Na segunda, a cadeia polimérica cresce muito rapidamente, uma vez que o

crescimento tenha sido iniciado, e então termina: daí por diante a molécula do

polímero não reativa no processo de formação do polímero (embora possa estar

envolvida em reações subsidiárias).

Bibliografia: Lenz, Organic Chemistry of Synthetic High polymers, Interscience, (pp

3-18; 46-60)

Seymour, Introduction to Polymer Chemistry, Mc Graw Hill, (pp 6-14)


39

Golding, Polymers and Resins, Van Nostrand, (pp 1-17)

Ravve, Organic Chemistry of Macromolecules, Arnold.

2. Polimerização por adição – polimerização encadeada

Na polimerização por condensação, existem grupos funcionais reativos em

cada uma das moléculas na massa da reação em qualquer tempo e a propagação

das cadeias poliméricas ocorre pela reação entre estes grupos funcionais. Desde

que cada molécula tem o grupo funcional, a reação pode ocorrer entre qualquer das

duas moléculas, isto é, poderia ocorrer entre duas moléculas de monômeros, duas

moléculas de polímero ou entre um polímero e uma molécula de monômero.

Existe uma outra classe de monômeros que polimeriza-se na presença de

compostos chamados de iniciadores. O mecanismo de polimerização destes

monômeros é diferente e é referido como polimerização por adição. Neste tipo de

polimerização, o iniciador gera centro de crescimento continuamente na massa da

reação que acumula as moléculas de monômeros. O aumento do peso molecular

ocorre pela adição seqüencial rápida das moléculas de monômeros aos centros de

crescimento. É esta adição seqüencial de moléculas de monômero aos centros de

crescimento que diferencia a polimerização por adição da polimerização por

condensação.

Os centros de crescimento podem ser de natureza iônica (catiônica ou

aniônica), radical livre, ou coordenado dependendo do tipo do sistema de iniciador

usado. Baseado na natureza dos centros de crescimento, a polimerização por

adição pode ser classificado em quatro grupos:

1. polimerização radical

2. polimerização catiônica

3. polimerização aniônica

4. coordenação ou polimerização estereoregular.


40

2.1 Radical livre

Um átomo ou um grupo de átomos que possuem um elétron (ímpar) é

chamado de radical livre. O símbolo para radical livre geralmente é um ponto que

representa o elétron ímpar.

Os radicais livres são extremamente reativos por causa da sua tendência de

ganhar um elétron adicional, então para formar o octeto.

Energia +

1. Cl2 2Cl.

2. Cl. + CH4 HCl + CH.3

3. CH.3 + Cl2 CH3Cl + Cl.

Então, (2), (3), (2), (3), etc.

1. O metano e cloro não reagem no escuro nem na temperatura ambiente.

2. A reação efetiva-se no escuro acima de 250oC, ou

3. Sob a influência da UV na temperatura ambiente.

4. Quando a reação é induzida por luz, milhares de moléculas de cloreto

de metila resultam de cada fóton de luz absorvido pelo sistema.

A colisão é provável , mas não é produtiva.

A colisão é provável , e produtiva

1. Peróxidos Radical.

iniciação

Cl ClCl.... ... .

... . ..

.... ..

. + ..

... ..Cl

Calor ou

luz

+Cl. ... .

.. .

....... .

..... ClCl ....

..

.. ...... ClCl + .

.... .. Cl

Cl. ... .

... . ++C H

HH . .

..

..

. HH

Cl. ... .

..

H

..

....H

HC.

]


41

2 Radical. Radical : H + Br.

3. Br. + propagação

4.

Este radical livre extrai o hidrogênio do brometo de hidrogênio.

RH R. + H.

2.1.1 Estabilidade dos radicais livres – 3o > 2o >1o > CH.3

∆H

k cal

(90)

Figura 1.10 Estabilidade relativa dos radicais livres

2.2 Polimerização por radical livre

Os iniciadores para polimerização radical geram radicais livres na massa da

reação. Por exemplo, numa solução de estireno e peróxido de benzoíla, a última

C C .CC

Br

+ .H CCBr

Br

C C. +

Br H

Br

]

CH.3 (102)

CH3CH.2 (97)

CH3CHCH3 (94) .

.CCH3 CH3

CH3

.. .. ..

....

C CCBr

Br

C

CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 3CH

3CH3CH C

H


42

dissocia-se no aquecimento, para gerar radicais benzoiloxi que combinam com

monômero de estireno para formar os centros de crescimento, como a seguir:

1.1

1.2

1.3

Com base nas reações 1.1,1.2 e 1.3 é evidente que existem dois tipos de radicais na

massa da reação:

(1) radicais primárias, como por exemplo, , que são gerados diretamente

pelas moléculas do iniciador, e

(2) radicais das cadeias crescentes, como por exemplo,

que são gerados pela reação entre os radicais primários e das moléculas do

monômero.

2 2O.CHC2

O

56 + CH CH OCHC

O

56 CH CH.

Cadeia de crescimento

O.CHC

O

56

.CHCH6 5

O

C H C O 2

Co60 - 100O.C H C 2

O O

5 5 6 6

O

5 6C H - C - O - O - C - C H

.CH2CH( CH CH )2

O

OC6 5C H

2CH CH+2OCH

O

5 CH CH.


43

Os radicais das cadeias crescentes continuam adicionando moléculas do

monômero em seqüência, e a reação deste tipo é chamado de propagação. As

reações entre um radical primário e um radical polimérico, ou entre dois radicais

poliméricos, só formará radicais poliméricos não reativos pela destruição da

natureza do radical. Tais reações são chamadas de terminação. A reação entre um

radical primário e um radical da cadeia é chamado de terminação primária

(terminação combinação).

e aquela reação entre dois radicais poliméricos, é chamada terminação mútua

(terminação desproporção).

Existe sempre então cinco tipos de espécies na massa da reação – moléculas

do iniciador, moléculas do monômero, radicais primários, radicais das cadeias

crescentes e moléculas do polímero final.

2.3 Polimerização iônica

Polimerização iônica pode ser categorizado em dois tipos:

(i) Polimerização Catiônica

(ii) Polimerização Aniônica

Na polimerização iônica ocorre a geração de espécies iônicas, exemplo:

(BF3OH)- H+ que dá início as cadeias de polímero crescente. O crescimento da

cadeia polimérica ocorre tal modo que o contra íon (counter ion) sempre está na

proximidade do centro do crescimento. O contra íon é chamado de o íon gegen.

(CH --- CH ) -----CH ---CH + --(CH --- CH )---CH --- CH 2

m+n

m-1 n-1222 22 22. .

Terminação combinação ---(-CH --- CH --)--2 2

3

(CH --- CH ) -----CH ---CH + --(CH --- CH )---CH --- CH 2 m-1 n-1222 22 22. .

22222 2-(CH --- CH --)---CH --- CH + --(CH ---CH -)--CH CH -

Terminação desproporção

m-1 n-1


44

BF3 + H2O ⇔ (BF3OH)- H+ 1.4

2.3.1 Polimerização catiônica

A polimerização catiônica ocorre de modo similar, porem o sistema iniciador

produz cátions em lugar de radicais livres. Para qualquer sistema de catalisação na

polimerização catiônica, necessita-se de um co-catalisador. Por exemplo, os

iniciadores de ácido protônico (ou catalisadores) como ácido sulfúrico (H2SO4), ácido

perclórico (HClO4), ácido trifluoro acético (F3CCOOH), etc. necessitam de

catalisadores como perclorato de acetilo, água, etc., e os dois juntos geram cátion

na massa da reação. A reação de trifluoreto de boro com água como catalisador e

estireno como monômero é dada abaixa:

Iniciação:

1.5

Propagação:

1.6

Terminação:


O CHCHCHCH2 + BF3- +H( ) H 3

+ )( H3BF O -


CHCHCH CHCH23+ )( H3BF O - + 2CH CH3

-OBF3 H( )+CH CH2

A --( C ---- C )-----C X + C = C A-(-C---C-)---C---C X--+ + --n-1 n

-- + --+ A --- C ---- C X+ A X CC


45

Na polimerização catiônica não há terminação mutua. Este é por causa da

repulsão entre as cargas similares nos dois íons poliméricos, a fenômeno que é

ausente na polimerização radical.

Todavia, a neutralização do íon polímero pode ocorrer pela atração de um

próton do íon polímero pelo íon gegen como

Tais neutralização pode também ocorrer pelas moléculas de impurezas

presentes na massa da reação.

2.3.2 Polimerização aniônica

A polimerização aniônica é causada por compostos que dão origem a ânions

na massa da reação. Os compostos normalmente usados para iniciar a

polimerização aniônica são as bases de Lewis (como aminas primárias, fosfenes,

etc.), metais de álcali (na forma de suspensões em hidrocarbono) ou alguns

compostos organometálicos (como lítio de butila). O metal de sódio, na presença de

naftalina, polimeriza o estireno de acordo com o seguinte esquema:

Na + Na+--

--+NaCH2 + CHCHCH

2 -- Na+

-- +NaCH2 +CH

CH CH

CH

CH

CH

2-- Na+

2

2 CH--

+ HXn n+ --A --( C ---- C )-----C X A-(-C---C-)---C= C


46

Como na polimerização catiônica há um íon gegen na polimerização aniônica,

e a natureza de íon gegen afeta significantemente o crescimento das cadeias

poliméricas.

2.4 Polimerização por coordenação ou estéreoregular

A coordenação da polimerização estereoregular é executada na presença de

sistemas especiais de catalisadores – co-catalisadores, chamados catalisadores

Ziegler – Natta. Normalmente o sistema catalisador consiste haletos de elementos

de transição dos grupos IV a VIII, e alquilos ou arilos de elementos dos grupos I a IV.

Por exemplo, na mistura de TiCl3 e A1Et3 constitui o sistema catalisador Ziegler –

Natta para a polimerização de propileno. O mecanismo de polimerização ainda não

está bem entendido.

Em todas as quatro classes de polimerização por adição, a característica

marcante é a existência da fase de propagação entre o centro de crescimento

polimérico e a molécula do monômero. Há vantagens específicas e desvantagens

em cada um dos quatro tipos de polimerização por adição e a escolha entre os

quatro tipos para uso num determinado caso depende da natureza do monômero tão

bem como das propriedades finais desejadas no polímero a ser produzido.

2.5 Polimerização escalonada

A reação de adição-eliminação de C=O em ácidos carboxílicos e seus

derivados é um mecanismo importante. Os polímeros então formados são

poliésteres, poliamidas, polianídridos formados pelo ataque de nucleofílicos

apropriados (RO-, RNH2, RCOO- etc.) em RCOOH, , RCONH2,RCOOR, etc.

R - C - X + Y =

O O

R - C - X

Y

O

R - C - Y + X

R

HO

C = O pode ser atacado por nucleofilos


47

HOOC - R - COOH + HO - R’ - OH -[-OC-R-COOR’- O -]n

Ácido dicarboxílico Diol

2.6 As rotas sintéticas

1. Esterificação direta: O excesso de diol pode ser eliminado pelo intercâmbio

com o éster - alcoolização do grupo éster.

2. Intercâmbio deliberado de éster: reação de éster do componente ácido,

geralmente dimetil éster.

Também é possível usar diester do glicol com ácido: assim ter uma reação do

intercâmbio de acidolise - invariavelmente um derivado diacetil do diol.

3. Reação do anidrido com diol.

(1-3) tipicamente reações da fase de fusão, que se completam em

temperaturas acima do ponto de fusão do poliéster: assim com poliésteres que

contém grupos aromáticos, há reações de alta temperatura com conseqüente perigo

de reações laterais degradantes.

(i) Esterificação direta: é normal do catalisador com ácido.

excesso de HOR’OH

HOROCO~~~COO-R’-OH

OH-R’-OCO~~~~~~~~~~~~

~~~~~~~~~CO

OR’~~~~~~~~~ + HO-R’-OH

(ii) ROCOR”COOR + HOR’OH ↔ ~~R”COOR’OH R=Me, Et.

HOOC R’’COOH+R’’COO R’OCOR’’ ↔ poliéster + R’’COOH

é forçado para fora do sistema

pequena molécula


48

R=Me

(iii) Sem adição do solvente, temperatura etc.

Schotten-Baumen

Cloreto de ácido

CICORCOCI + HO R’OH -(-CORCOO R’O-)- + HCl

fenol

excesso de base para remover o HCl, se não, ele catalisará a formação do éter.

CO COO CH2O- - -- 2CH

principalmente intercâmbio de éster

MeOCO- COMe + HOCH CH OH22

HOCH CH OCO -COOCH CH OH22 2 2

Polietileno tereftalato 2 2

+ HOCH CH OH

150-200ºC

bishidroxietiltereftalato280ºC

excesso

HOCH2 CH OH + MeOCO -COOMe

Kodel Poliésteres que contém grupos aromáticos, há reações de alta temperatura,

com conseqüente perigo de reações laterais degradantes.

Reação Shotten-Baumann: Cloreto de diácido com diol ou bisfenol. Reação

rápida, especialmente com grupo hidroxílico fenólico. Necessita de remoção de HCl.


49

2.7 Poliésteres comerciais

1. Fibras e filmes - denominado pelo polietileno tereftalato.

2. Poliésteres lineares alifáticos saturados de baixo peso molecular - baixo ponto

de fusão - têm uso como plastificantes para PVC e intermediários poliuretanos.

3. Poliésteres lineares não saturados - freqüentemente contêm ambos os resíduos

alifáticos e aromáticos. Então pode ser reação de ácido adípico, ácido ftalico (ou

anidrido) e anidrido maléico.

CH=CH

CO CO

O com glicol etileno, glicol propano etc. o polímero resultante de peso molecular

baixo tem a cadeia principal com ligações C=C, quando combinado com

estireno ocorre uma polimerização radical de crescimento encadeado, um

polímero de rede é formado, que é normalmente usado como uma rede de cura

de baixa temperatura, reforçado com fibra de vidro ou tecido.

4. Resinas alquilas - são polímeros de rede, basicamente ilustrados pela reação do

glicerol tri-funcional com anidrido ftalico. Na prática as formulações complexas

empregadas, normalmente contendo algumas espécies de natureza alifática alta

que tornam a rede menos densa e oferece produtos mais flexíveis.

5. Alifático saturado:

HOOC-(CH)4 COOH + HOCH2 CH2 OH

Pf = 50-70º C

peso molecular ≅ 2000

PVC – plastificantes (plasticizantes), precursor para poliuretanos.


50

Poliéster alifático não saturado

CH=CH

CO CO

O

HOCH CH OH2 2

COCO

O HOOC(CH ) COOH2 4

OCOCH=CHCOO

Não-linear, saturados - Resinas alquidas:

CH

2

OH

OHCH

OHCH

2

+ OCOCO

Os policarbonatos podem ser considerados como formas especiais dos poliésteres.

Reação de difenil propano, bisfenol AA com fosgeno:

HO C

Me

Me

OH + COCl-2HCl

2

fenol / acetona bisfenol A

Me

Me

C OC COOCO-

Alternativamente por

OH +

Me

Me

C HO - O - C - O -

O

em que o carbonato difenil reage pelo intercâmbio com o éster eliminando o fenol.


51

3. ESTRUTURA DA FIBRA Um requisito essencial para a estrutura da fibra é assegurar continuidade e resistência ao longo do seu comprimento. Por causa da finura da fibra a resistência transversa tem muito menos importância. Nas fibras dos polímeros lineares, que são usadas em têxtil, são as moléculas de cadeia longa que oferecem essa continuidade. Ao considerar qual será o tipo de disposição molecular das macro moléculas lineares que serão necessários para a formação da estrutura da fibra podem considerar o problema em grande escala da produção de um fio têxtil. As necessidades básicas para formação de uma fibra são: (a) moléculas de cadeias longas que correspondam às fibras longas que formam os fios: se as moléculas ou fibras forem muito curtas, haverá uma perda da resistência, como ilustrado na figura 3.1;

(b) disposição mais ou menos paralela das moléculas; (c) forças laterais para manter as moléculas juntas e dar coesão à

estrutura; (d) alguma medida de liberdade do movimento molecular a fim de dar a

extensibilidade (alongamento) necessária à fibra, e alguma abertura para dar espaço para absorção da umidade e a absorção dos corantes.

Figura 3.1 Efeito do comprimento da fibra (ou moléculas) na resistência (a) Fibras longas mostrando coesão (b) Fibras curtas mostrando a possibilidade de quebra fácil.


52

Figura 3.2 Estrutura de micelas franjadas de um polímero cristalino não orientado

Figura 3.3 Estrutura molecular de um polímero cristalino orientado

Figura 3.4 Micrógrafo de microscópio eletrônico a varredura de um cristal singelo de polietileno (Keller)


53

Figura 3.5 Ilustração esquemática de dobra das cadeias num cristal singelo

Figura 3.6 Estrutura de micelas franjadas modificadas com a dobra da cadeia.


54

Figura 3.7 Micrógrafo de microscópio eletrônico a varredura de um filme fino de polietileno mostrando cristalização dos esferulites saindo do núcleo (x20.000 ICI Ltd.)

Figura 3.8 Formas de feixe mostrando as ramificações iniciais para formação de esferulites, observados na cristalização de náilon (Cooper, Keller e Waring)


55

Figura 3.9 Cristais fibrilares de forma “Shish-kebab” de polietileno por causa de crescimento excessivo na cristalização da solução xileno agitada (Pennings)

Figura 3.10 Ligações intercristalinas no polietileno cristalizado na presença de material de baixo peso molecular (Keith et al.)


56

Figura 3.11 Estrutura de Fibrilas Franjadas Sabe-se agora que, uma vez que os diferentes tipos de fibras são feitos de polímeros diferentes e são produzidos de maneira diferente, deve haver importantes diferenças estruturais, e não devemos procurar uma única forma de estrutura. Em particular haverá diferenças entre as fibras naturais, que crescem muito vagarosamente como células vivas, e as fibras manufaturadas, formadas por extrusão à alta velocidade e estiragem. Uma visão da estrutura fina das fibras: Fase singela contínua

Montagem das fibrilas

Fase dupla

Amorfa com correlação Para-cristalina Cristal com defeitos distribuídos

Miscela franjada e miscela franjada modificada Fibrila-franjada e fibrila-franjada modificada Lamela franjada-


57

4. Classificação das fibras e as suas propriedades

Classificação das Fibras Têxteis

NaturalManufaturados

animal vegetal mineral(amianto)

semente

algodãokapokcoco

folhacaule

l inhohempjutakenaframieetc.

abaca ou manilahenequenphormium tenaxsisaletc.

seda lã(carneiro)

polímero sintético

peloalpaca, camelo, vaca, bode (mohaircashmere), cavalo, coelho (ângora),vicuña, etc.

borracha(FTC)(elastodieno)

outros(carbobno, vidro, metal, cerâmica)

polímero natural

animal(caseína)

vegetal(arachin, zein)

alginato

éster de celulose

celuloseregenerada(ráion(FTC))

proteína regnerada(azlon(FTC))

cupro(cupra(FTC)

acetato deacetilado

viscose modal

ureia de polimetileno

(policarbamida)

poliolefina(olefina(FTC) derivados de

polivinilopoliuretano poliamida ounáilon aramid poliéster poliisopreno

sintético

polietileno polipropileno

poliuretano não segmentado

poliuretano segmentado (elastano, spandex (FTC), lycra)

lastrile(FTC) vinilal poli (alcool vinilo), vinalacríl iconovoloid(FTC)

trivinilofluorofibraanidex(FTC) modacríl ico nytril clorofibra

poliestireno

poli(cloreto de vinilideno)(saran(FTC))

poli(cloreto de vinilo)(vinyon (FTC))

Abacaxi Macambira Curauá Caroa

Tencel Liocel (Lyocel)

Tabela 4.1


58

Tabela 4.2 Propriedades das Fibras Naturais Propriedades Algodão Juta Vidro Lã Seda

Efeito de calor Altamente resistente à degradação.

Amarela à 120 oC após 5 horas. Decompõe-se a 150oC. A cor muda para marrom.

A resistência começa diminuir a 315oC e amolece a 815oC.

Torna-se áspera a 100oC. Decompõe-se a 130oC. Carboniza-se a 300oC (dependendo da duração da exposição ao calor e conteúdo de umidade)

Inferior à lã.

Efeito da luz Perde a resistência após exposição prolongada. Tende a amarelar.

Perde a resistência rapidamente, especialmente na presença de umidade.

Nenhum Perde a resistência. Afeta as propriedades de tingimento

Perde a resistência e é afetada pelas propriedades de tingimento.

Efeito de ácidos Desintegrado por ácidos diluídos quentes ou ácidos concentrados fortes. Não é afetado por ácidos fracos frios.

Não é resistente Sofre ataque de HFl, HCl ou H2SO4 forte ou ácido fosfórico quente.

Destruída por H2SO4. Resistente aos outros ácidos fortes e fracos, mesmo quando quentes.

Destruída por H2SO4 quente. Menos resistente a outros ácidos do que a lã.

Efeito de álcalis Incha (mercerização em NaOH, mas sem dano)

Atacado por soluções quentes de álcalis fracos ou soluções frios de álcalis fortes.

Destruída por álcalis fortes. Atacada por álcalis fracos. Sofre feltragem com agitação em álcalis fracos.

Um pouco melhor do que a lã.

Efeito de agentes de alvejamento e oxidantes

Alvejado com hipoclorito e peróxidos, oxida-se em oxicelulose, incha e desintgra-se em hidróxido.

Geralmente bom. Alvejada com peróxidos ou SO2. O mesmo que a lã

Feito de solventes orgânicos

Resistente Insolúvel Resistente Resistente

Mariposa Resistente ao

Não é atacado Não é atacado Nenhum, a menos que tratada. Normalmente não é atacada.

Mofo Pouca resistência, se não for alvejado ou acetilado

Não é atacado Boa Boa.

Corantes utilizados Direto, A tina, Azoico, básico, Mordente, Reativo, Pigmentos e Enxofre

Pigmentos com ligação com resinas Ácido, pisão, mordentes, Azóico e A tina..

Identificação Queima rápido, odor de papel queimado, deixa uma cinza fina de cor cinza, dissolve-se em 80% de H2SO4 frio

Não queima Forma bolinhas brilhantes e quebradiças. Amarela em HNO3.

Cheiro de queima Papel queimado Papel queimado Nenhum Pena queimada. Pena queimada Usos Roupas intimas, roupas, tecidos

industriais, tecidos alvejados, gaze, estofados e outros usos industriais.

Sacaria, esteira, tapete, capacho, cortinas, base para tapetes, base para linolium, cordas etc.

Isolamento elétrico, reforços para plásticos, material decorativo à prove de fogo, tecidos para filtros, tecidos revestidos, reforço para papel, tecidos para isolamento de avião e construção

Ternos, roupa íntima, roupas, cobertores, fios para malha, tapetes, feltros e estofados, etc.

Roupas masculinas e femininas, gravatas, pára-quedas, etc.


59

Tabela 4.2.1 Propriedades das Fibras Naturais Propriedades Algodão Juta Vidro Lã Seda

Seco 3-10 1,7-1,9 2,5-4,0 20-40 13-25 Alongamento %

Úmido 7-11 1,7-1,9 2,5-3,5 25-60 25-30 Módulo de elasticidade (g/den.) 42-82 195 307 24-34 76-117 Recuperação elástica imediata (%)

74 à 2% 45 à 5%

100 à 2% 100 à 5%

99 à 2% 62 à 20%

70 à 2%

Rigidez média (g/den.) 37-60 205,4 322 3,9 16,6 Índice de dureza 0,15 0,02 0,07 0,25 0,40 Razão da complacência 0,015 Zero 0,086 0,29 Fator de trabalho 0,47 0,50 1 0,68 370 Ângulo da fratura 53-56o 85-87o 48-50o 51o

Coeficiente da fricção 0,29-0,57 0,46 0,13 0,68 0,63 Gravidade específica 1,50-1,54 1,48-1,50 2,50 1,30-1,32 1,35-1,37 Regain da umidade (%) 8,5 13,7 0,0 16 9 Tolerância da umidade comercial (%)

8,5 12,5 Nenhum 13 11

Absorbancia da umidade (%) 24-27 34,25 Até 0,3% 21,9 Menos de 20% Inchamento (%) 45 0 42 40 Calor da molhagem (cals.) 11,0 0 27,0 16,6 Calor específico 0,319 0,324 0,157 0,325 0,331 Condutividade termal 7,1 5,4 5,0

Épsilon 1,578 1,5777 1,55 1,556 1,591 Índice refrativo

Ômega 1,532 1,536 1,55 1,547 1,538

Biefringence 0,046 0,041 0,0 0,009 0,053 Propriedades elétricas

Resistência específica 8x105 5,6x107 D.C. 5-8 4,2 à 13 MC 4,2 à 500KC

Temperatura para passar ferro (oC)

200 150 150

Temperatura máxima de rompimento do isolamento (oC)

370 355

Efeito de idade Pouco ou nenhum

Pouco ou nenhum Nenhum Pouco ou nenhum


60

Tabela 4.3 Propriedades das Fibras Regeneradas (Polímeros Naturais) Propriedades Proteína regenerada

Alginato de cálcio (fibra algínica)

Celulose Regenerada Ésteres de celulose Ardil Cupramônio

(Cupro) Raion viscose

normal Ráion viscose

HT (alta tenacidade)

Fortisan Fortisan 36 Acetato

Efeito de calor Semelhante à lã. Começa deteriorar-se à 175oC.

Decompõe-se à aproximadamente 175-205oC. Perde a tenacidade à 150oC. Queima relativamente rápido.

Perde a resistência à 150oC. Decompõe-se à 175-205oC. Não derrete, queima rapidamente.

Mesmo que para o algodão, apenas queima 20oC acima do que o algodão.

Em geral mesmo que para o algodão

Torna-se pegajoso à 175-190oC, amolece-se à 210-235oC, fundi-se à 250oC., e queima relativamente devagar.

Efeito da luz Deteriora vagarosamente com perda da resistência e cor.

Não é boa Perde a resistência em exposição prolongada.

Perde a resistência após exposição prolongada. Sofre muito pouca descoloração.

Mesmo que para o algodão Pouco na tenacidade, nada na cor.

Efeito de ácidos Resistente: semelhante a lã contra maioria dos ácidos.

Suficientemente resistente Semelhante ao algodão. Semelhante ao algodão. Mesmo que para o algodão Soluções de ácidos concentrados decompõe-na

Efeito de álcalis Pouco ou nenhum efeito em soluções frias. Ligeira deterioração em soluções em ebulição com concentrações de 5% ou maior de concentração.

É dissolvido muito rapidamente mesmo em álcalis diluídas.

Álcalis diluídos tem pouco efeito. Soluções fortes causam inchamento, perda de resistência.

Soluções fortes causam inchamento e reduzem a resistência.

Mesmo que para o algodão Álcalis fortes saponificam para celulose regenerada.


Resistente Boa resistência Não é atacado pelos agentes oxidantes. Não é danificado por soluções de hipocloritos ou peróxidos.

Atacada por agentes oxidantes forte. Não são danificados por hipocloritos ou peróxidos.

Mesmo que para o algodão Mesmo que para o Arnel, solúvel em fenol.

Feito de solventes orgânicos Insolúvel Suficientemente resistente Insolúvel, mas, solúvel em solução de cupramônio, e em alguns outros solventes.

Geralmente insolúvel, mas, solúvel em cupramônio e em alguns outros compostos complexos.

Resistente Solúvel em acetona. Ácido concentrado e glacial e alguns outros solventes.

Solúvel em acetona. Ácido concentrado e glacial e alguns outros solventes.


Resistente Não é atacado Não atacada Não atacada Não atacada

Mofo Resistente Atacado

Atacada Alta Atacada

Corantes utilizados Todos os corantes da lã e A tinas alcalinas. Apenas os corantes cromo e meta-cromo são bons.

Mesmo que para o algodão O mesmo que para o algodão, fios com tenacidade média e alta são difíceis de tingir.

Mesmo que para o algodão, mas, a velocidade de tingimento é mais devagar do que o algodão.

A tina, Azóico, disperso, básico, ácido, mordente, pigmento e corantes solventes.

Identificação Queima formando bolinhas. Insolúvel em acetona, HCl, solventes orgânicos, ácido acético glacial, ácido fórmico e dimetilformamida.

Não queima Não se derrete, queima formando pouca cinza, insolúvel em acetona.

Não derrete. Queima prontamente formando um pouco de cinza; insolúvel em acetona.

Mesmo que para o algodão e viscose. Funde-se na presença de fogo, forma bolinhas duras e pretas nas pontas; solúvel em acetona, insolúvel em cloreto de metileno.

Cheiro de queima Pena queimada Papel queimado Papel queimado Papel queimado Cheiro azedo de vinagre


61

Usos Roupas externas, malharia, estofados, meia calça, camisas; usada principalmente em misturas quando se deseja um toque suave.

Usos específicos na indústria têxtil, suturas, etc.

Tecidos e malhas para roupas em geral, luvas, estofados, tecidos para decoração, etc.

Tecidos e malhas 100% ou misturas com lã, algodão e/ou outras fibras sintéticas. Lona de pneu, estofados e muitos usos industriais, tais como esteiras industriais e outros materiais plastificados, etc.

Fio de urdume nos materiais para decoração do lar, como cortinas, e tapeçarias; materiais para indústria e militar, como correias para transmissão da potência (carga), mangueiras de alta pressão, mangueiras de incêndio, correias para transporte de materiais, tecido de apoio para tapetes, laminados plásticos , etc.

Roupas, forros, estofados, roupas intimas, tapetes, cobertura para fios elétricos, filtros de ar e fitas de fusão para eletricidade, etc.


62

Tabela 4.3.1 Propriedades das Fibras Manufaturadas (Regeneradas) ou (Polímeros Naturais)

Propriedades Proteína

regenerada Ardil

Alginato de cálcio (fibra algínica)

CELULOSE REGENERADA ÉSTERES DE CELULOSE

Cupramônio (Cupro)

Ráion Viscose (normal)

CV HT (alta

tenacidade)

Fortisan Fortisan 36

Acetato de celulose

Seco Alongamento % 25-35 6-8 10-17 15-30 9-20 5-6 6,2 23-30

Úmido Módulo de elasticidade (g/den.)

30-45 26 15-33 20-40 14-26 5,5-6,2 6,2 30-38

Recuperação elástica imediata (%)

25-37 125 68 48-68 74-176 152-183 250 26-41

Rigidez média (g/den.) 96 à 2% 80 à 5%

80 à 2% 45 à 5% 30 – 74 à 4%

70 – 100 à 2%

75 à 2% 85 à 2% 70 à 5%

94 à 2% 55-65 à 4%

Índice de dureza 3,9 15,5 11,2 25-30 117 135 5,5 Razão da complacência 0,18 0,14 0,25 0,17 0,21 0,26 0,17 Fator de trabalho 0,050 Zero 0,078 Ângulo da fratura 0,86 0,17 0,62 0,51 0,70 Coeficiente da fricção 30o48´-32o42´ 69o11´ 55-56o 50-54o 56-58o 44-49o Gravidade específica 0,46 0,19 0,29 Regain da umidade (%) 1,25 1,779 1,52-1,54 1,50-1,52 1,5 1,52 1,32 Tolerância da umidade comercial (%)

13-15 25 1,54 13 10,7 9,6 6,0-6,5

Absorbancia da umidade (%) 10 20,5 11 11 11 6,5

Inchamento (%) 25 51,9 27 27 27 20 20 14 Calor da molhagem (cals.) 80-90 85-120 45-60 18-26 18-26 25-40 Calor específico 27,4 25,0 18,0 Condutividade termal 0,36 0,324 0,324 0,302

Épsilon Índice refrativo

Ômega 1,545 1,534-1,530 1,552 1,549 1,547 1,547 1,478

Biefringence 1,545 1,534-1,530 1,525 1,523 1,521 1,513 1,473


63

Propriedades elétricas 0,0 0,0 0,027 0,026 0,026 0,034 0,005 Resistência específica

D.C. 0,1-1,5x1012

1,5x107 4,9x109

Temperatura para passar ferro (oC)

6,0 à 60 ciclos à 50%U.R 3,5-6,4


150 150

150

Efeito de idade 365

375 220

Pouco Perda de resistência de 20% após 40 semanas de estocagem

Pouco Pouco Mesmo que para o algodão

Pouco na resistência tensil e nenhum na cor


64

Tabela 4.4 Propriedades das Fibras Manufaturadas - (Polímeros Sintéticos) Ésteres de Celulose Fibras de Poliamidas Fibras de Poliésteres

Propriedades Arnel (Triacetato) Náilon-66 (normal) Náilon-66 (HT) Náilon-6 (normal) Náilon-6 (HT) Terilene normal Terilene HT Efeito de calor Funde-se aprox. à 300oC. O Arnel

que foi tratado com calor, não gruda, quando passar ferro até 250oC.

Funde-se à 245oC, amarela um pouco à 150oC quando for mantido por 5 horas, amolece-se à 235oC.

Amolece-se à 170oC, funde-se à 215oC, amarela um pouco à 150oC, quando for mantido por 5 horas,

Amolece-se à 238-249oC, funde-se à 248-256oC.

Efeito da luz Mesmo que para algodão Perda de resistência ao exposta prolongada , pouco amarelamento

Mesmo que para náilon-66, mas, pouco inferior a ele.

Perca resistência a exposta prolongada, não há descoloração, é muito mais resistente atrás de um vidro do que exposta direta ao sol.

Efeito de ácidos Mesmo que para acetato Causa desintegração quando for fervido em 5% HCl. Dissolve-se com decomposição parcial em soluções frias e concentradas de HCl, HNO3, H2SO4.

Agentes oxidantes e ácidos minerais como HCl, H2SO4. causam desintegração. Ácidos como bezoicos e oxálicos causam perda de resistência e extensão dependendo da duração e concentração.

Boa resistência à maioria dos ácidos minerais, dissolve-se com decomposição parcial em soluções concentradas de H2SO4.

Efeito de álcalis Pouco ou nenhum efeito no pH 9,5 e à 95oC por 16 horas, saponificado pelas altas concentrações de álcalis.

Substancialmente inerte. Substancialmente inerte. Boa resistência a álcalis fracos, e resistência moderada aso álcalis fortes na temperatura ambiente. Desintegrado pelas álcalis fortes nas temperaturas de ebulição.


Atacado pela agentes oxidantes fortes, não é danificado pela alvejamento com hipocloritos ou peróxidos.

Geralmente boa resistência. Geralmente boa resistência. Geralmente boa resistência. Resistência excelente aos agentes de alvejamento e oxidantes.

Feito de solventes orgânicos Não é afetado pela solventes comuns, inchado pela acetona, outros cetonas e tricloroetileno.

Geralmente insolúvel, solúvel em alguns compostos fenólicos e ácido fórmico concentrado.

Mesmo que para Náilon-66 Geralmente insolúvel, solúvel em alguns compostos fenólicos.


Não é atacada. Não é atacada. Não é atacada. Não é atacada.

Mofo Atacada. Não é atacada. Não é atacada. Não é atacada. Corantes utilizados Alguns corantes selecionados

dispersos para acetato azoicos e tingimento por solvente.

Corantes dispersos e ácidos são preferidos, mas, a maioria dos outros classes também sendo usados.

Tem uma afinidade marcante para todos os corantes.

Corantes dispersos com carrier, azoicos ou alta temperatura.

Identificação Solúvel na mistura de cloreto de metileno e álcool e outros como acetato.

Funde-se antes de queimar, apaga-se si próprio, insolúvel em acetona ou soluções ferventes de NaOH, solúvel em ácido fórmico concentrado e xilenol, solúvel em 4,2N HCl, frio.

Mesmo que como Náilon-66, e em adição, também se dissolve vagarosamente em chloral hydrate.

Funde-se antes de queimar. Solúvel em metacresol, mas, não é solúvel em acetona ou ácido fórmico concentrado, mas, solúvel em benzol quente.

Cheiro de queima Um pouco mais forte do que acetato.

Como celeri Um pouco menos fino do que Náilon-66 Muito fino, doce.

Usos Tecidos planos e malhas para tecidos de homens e mulheres, também misturado com outras fibras, usos industriais como almofada para lavanderia, cobertura dos fios elétricos, papel laminado e batedura.

Meias, cetim, tafetá, marqusettes, fitas, tricot, faixa de tecido forte para cinchas, roupas intimas, luvas, redes, linhas, cordas, redes de pescar, lonas para pneus, tecidos para filtros, velas, revestimento para barcos, bandeiras, armadura do corpo, redes que seguram os aviões.

Mesmo que o Náilon-66 Ternos, camisas, blusas, cortinas, sueters, meias, linhas de costura, cordões, esteiras industriais, mangueiras dos bombeiros, pequenas quantidades para lonas de pneus, e outros usos industriais.


65

Tabela 4.4.1 Propriedades das Fibras Manufaturadas - (Polímeros Sintéticos) Fibras Acrílicas Derivados vinílicos Derivados de Etileno

Propriedades Orlon Acrilan dynel Saran Rhovyl Vinyon HH Polietileno TeflonEfeito de calor Retenha 100% da

resistência, até mesmo mantido no ar por 32 dias, à 125 oC. Pegajoso à 240

oC

Amolece-se à 235 oC, 5% de encolhimento à 253 oC

Não suporta combustão. Encolhimento começa à 120 oC no estado relaxado se não foi estabilizado a alta temperatura. Amolece-se à 150

oC

Amolece-se à 115oC, apaga-se si próprio

Funde-se à 180-190 oC e decompõe-se. Amolece-se à 72-75 oC.

Torna-se pegajoso e encolhe-se à 60oC, amolece-se à 70 oC e funde-se à 125 oC. Não apoia combustão.

Encolhe-se 5% à 75 oC, funde-se à 110-120 oC, queima devagar.

Resistente ao calor até 200 oC, temperatura de amolece-se à 327 oC.

Efeito da luz Muito pouco ou nenhuma

Muito pouco ou nenhuma

Escurece após expostas longas.

Escurece pouco. Nenhum Nenhum Exposição prolongada causa perda de resistência.

Muito resistente

Efeito de ácidos Boa contra ácidos minerais.

Resistente contra ácidos minerais.

Pouco efeito até em concentrações altas.

Resistência razoável à H2SO4 concentrado, e resistência excelente para outros.

Resistente Não Muito resistente Muito resistente

Efeito de álcalis Resistência moderada para boa contra álcalis fracos.

Mesmo que para Orlon

Pouco efeito até nas altas concentrações.

Não é afetado pela maioria dos álcalis com exceção de NH4 OH.

Resistente Não Muito resistente Muito resistente


Não é danificado pelos óleos, graças, sais neutrais ou alguns sais de ácidos.

Mesmo que para Orlon.

Geralmente boa resistência.

Geralmente boa resistência




È alvejado pelas ácidos minerais concentrados.

Feito de solventes orgânicos

Insolúvel em solventes comuns como, benzeno, petróleo, éter, acetona, etanol, etc.

Não é afetada pelas solventes comuns.

Amolecida pela acetona morna e alguns outros cetonas, mas, não é afetado pela agentes de lavagem seco.

Não é afetado pela álcoois ou hidrocarbonos aromáticos; ésteres ou éteres causam danos.

Não é afetado por benzeno, álcool, tetracloreto de carbono, mas, incha e amolece-se nos ésteres, etc.

Solúvel em cetonas e alguns dos hidrocarbonos clorados; incha e amolece-se em éter, éster e dioxano, etc.

Incha na temperatura ambiente pela hidrocarbonos clorados e é solúvel à 70oC.

Insolúvel


Não é atacada. Não é atacada. Não é atacada. Não é atacada Não é atacada Não é atacada Não é atacada Não é atacada

Mofo

Não é atacada. Não é atacada. Não é atacada. Não é atacada Não é atacada Não é atacada Não é atacada Não é atacada

Corantes utilizados

Básicos, acetato, naftois e a tina.

Uma gama de tonalidades com corantes de

Acetato, ácido, direto, básico, premetalizado e

Colorado pela pigmentação durante a

Tingidos com corantes dispersos na

Uso de corantes dispersos com a ajuda de alguns

Pigmentos são usados antes da extrusão.

Corantes dispersos são usados., mas tem pouca afinidade para


66

acetato, lã, básico e a tina, tonalidades limitados com corantes diretos.

alguns a tina. extrusão. Corantes especiais e procedimentos são disponíveis.

presença de carriers, e Pigmentos são usados como “spin dyes”

agentes de inchamento, métodos solventes, tingimento com pigmentos.

corantes.

Identificação Funde-se e queima, deixando bolinha preta e dura. Não é afetado pela ácido acético glacial.

Mesmo que o Orlon

Retrai-se da chama, para deixar bolinha dura, preta e irregular. Extingui-se si próprio.

Não apoia combustão, mas funde-se; é insolúvel em acetona, mas, se dissolve em dioxano.

Funde-se à 73oC, antes de se queimar.

Funde-se antes de se queimar com um cheiro gostoso, não apoia combustão, insolúvel em acetona.

Flutua na água; insolúvel em solventes orgânicos na temperatura ambiente.

Fumaças tóxicas desenvolvem.

Cheiro de queima

Muito fino como carne queimado

File queimado Forte doce Doce picante Doce Cheiro de parafina queimada.

Usos Malharia, roupas, usos industriais envolvendo altas temperaturas e/ou condições ácidos, equipamentos do campo como tendas, velas para barcos, cordões, vestuário.

Tecidos planos e malhas para vestuário, tapetes, carpetes, estofados, usos industriais como laminados, isolamento elétrico etc.

Cobertores com 100% fibras curtas, tecidos felpudos, meias, tapetes, tecidos industriais, tecidos para filtros, rolos para estamparia, cabelos para bonecas, mistura com lã, algodão, ráion viscose e sintéticos para vestuário, roupas intimas e uniformes militares.

Filtros, bancos dos automóveis, móveis, estofados, cabelos das bonecas, cobertura das malas de viagem, bolsas, cordões, tecidos para sombra, e tecidos para filtros.

Usos técnicos e têxteis na mistura com outras fibras.

Papel, capachos, tapetes, não-tecidos produzidos pela colagem, usado como agente de colagem em combinação com outras fibras, etc.

Estofados, sapatos, bolsas, tecidos para filtros, rebocos, rendas de debrum, cordas e cordões, etc.

Têxteis para engenharia, cordas especiais, roupas protetoras, material de isolamento, prótese, etc.


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Tabela 4.4.2 Propriedades das Fibras Manufaturadas - (Polímeros Sintéticos) Propriedades Ésteres de Celulose Fibras Poliamidas Fibras Poliésteres

Seco

Arnel (Triacetato)

Náilon-66 (normal)

Náilon-66 (HT)

Náilon-6(normal)

Náilon-6 (HT)

Terilene normal

Terilene HT

Alongamento % 22-28 26-40 16-24 23-29 16-20 19-23 11-13 Úmido

Módulo de elasticidade (g/den.) 30-40 30-37 21-28 27-34 19-24 19-23 11-13 Recuperação elástica imediata (%) 26-41 24 45 9,7 29,0 Cerca de 90-100 120 Rigidez média (g/den.) 88 à 3%

75 à 5% 100 à 2% 100 à 8%

100 à 4% 100 à 2% 100 à 8%

100 à 4% 97 à 2% 80 à 8%

100 à 2% 90 à 8%

Índice de dureza 5,2 18 32 23 46 23 51 Razão da complacência 0,16 0,54-0,64 0,77 0,67 0,68 0,78 0,50 Fator de trabalho 0,078 - 0,018 - 0,004 Ângulo da fratura 0,61 Coeficiente da fricção 44-49o 33,5-42,5o 33,5-42,5o 43o32´ 47o43´ Gravidade específica 0,14-0,23 0,58 Regain da umidade (%) 1,3 1,14 1,14 1,38 Tolerância da umidade comercial (%) 2,5-3,5 4,5 4-5 0,4 Absorbancia da umidade (%) 3,5 4,5

5,5 0,4

Inchamento (%) 8 8-8,5 0,5-0,8 Calor da molhagem (cals.) 20 10-12 10-12 0,6 Calor específico 7,6 7,3 1,36 Condutividade termal 0,55 0,343 0,4 0,32

Épsilon 1,7 1,7 Índice refrativo

Ômega 1,469 1,547 1,568 1,72

Biefringence 1,472 1,521 1,515 1,53

Propriedades elétricas 0,003 0,026 0,053 0,19 Resistência específica

D.C. 4,1 x 1010 4,9 x 109 Temperatura para passar ferro (oC) 4,1 à 60 ciclos 4,1 à 60 ciclos 3,5-6,4 3,0 à 50 ciclos Temperatura máxima de rompimento do isolamento (oC)

240 200

150 150


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Efeito de idade 254

Virtualmente nenhum

Virtualmente nenhum Virtualmente nenhum Virtualmente nenhum


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Tabela 4.4.3 Propriedades das Fibras Manufaturadas - (Polímeros Sintéticos) Propriedades Fibras Acrílicas Derivados vinílicos Derivados de Etileno

Seco Orlon Acrilan Dynel Saran Rhovyl Vinyon HH Polietileno Teflon Alongamento % 15-22 36 31 15-25 23 100-120 Orientado 25-50 13

Úmido Módulo de elasticidade (g/den.) 15-22 44 32-50 15-25 23 100-120 O mesmo 13 Recuperação elástica imediata (%) Cerca de

70 40 35 2-11 45 9

Rigidez média (g/den.) 97 à 2% 75 à 8%

99 à 2% 67 à 10%

94 à 2% 95 à 10% 100 à 10% 64 à 20%

90 à 2% 95 à 5%

Índice de dureza 28 7 9,7 8-12 12 1,5 2-12 12,0 Razão da complacência 0,41 0,56 0,52 0,125 0,29 1,3 0,3 Fator de trabalho 0,010 Ângulo da fratura Coeficiente da fricção 55,5 – 57,5o 51,5 – 47o 55o10´ Gravidade específica 0,55 0,19 0,2 Regain da umidade (%) 1,16 1,17 1,30 1,70 1,40 1,33-1,35 0,91-0,95 2,3 Tolerância da umidade comercial (%) 1,5 1,24 0,3-0,4 Nenhum Nenhum 0,1-0,5 Nenhum Nenhum Absorbancia da umidade (%) 1,5 1,5 0,4 0,0

Inchamento (%) 2,5 5,0 Perto de 1 0,1 Menos de 1 0,1 Menos de 1 Nenhum Calor da molhagem (cals.) 4-5 Calor específico 1,7 Condutividade termal 0,36 0,25 0,25

Épsilon 3-4 6,0 Índice refrativo

Ômega1,50-1,51 1,524 1,530 1,60-1,63 1,53-1,55 1,53 1,556

Biefringence 1,50-1,51 1,520

1,530 1,60-1,63 1,53-1,55 1,53 1,512

Propriedades elétricas 0,0 0,004 0,0 0,0 0,0 0,0 0,044 Resistência específica

D.C. 5 x 106 Temperatura para passar ferro (oC) 6,5 à 60

ciclos 4,5 à 60 c. 4,5 à 60

ciclos 3,0-5,0 à

60c. 4,8 à 50 ciclos 2,0-2,1


180 100

Efeito de idade


70

Virtualme

nte nenhum

Virtual. nenhum

Virtual. nenhum

Nenhum Nenhum Nenhum Virtual. nenhum nas condições

normais

Ciência dos Polímeros e Engenharia das Fibras I Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam, PhD., CText FTI., FRSA., AUMIST.

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5. Fibras têxteis 5.1 Introdução

As Fibras Têxteis, são elementos filiformes (têm forma de filamento), caracterizados pela flexibilidade, finura e grande comprimento em relação à sua dimensão transversal máxima, o que as torna portanto, apropriadas para aplicações têxteis. Estas aplicações realizam-se através de operações de transformação industrial, tais como: cardagem, penteagem, fiação, tecelagem, malharia, etc.. As fibras podem ser descontínuas e contínuas. As descontínuas têm comprimento limitado a alguns centímetros. As contínuas têm um comprimento muito grande e é limitado apenas por razões técnicas: no caso da seda natural, o conteúdo do casulo; no caso das fibras não naturais, a capacidade da embalagem (cone ou queijo). As fibras têxteis podem ter várias origens, e esse é o critério comumente usado para a sua classificação. Assim as fibras podem ser: de origem natural se são produzidas pela natureza sob uma forma que as torna aptas para o processamento têxtil; ou de origem não-natural (que não existe na natureza) se são produzidas por processos industriais, quer a partir de polímeros naturais transformados por ação de reagentes químicos (fibras regeneradas ou artificiais), quer por polímeros obtidos por síntese química (fibras sintéticas). 5.2 Classificação geral das fibras têxteis • Naturais e • Manufaturadas (Sintéticas) (Não naturais) (man-made fibres) 5.2.1 Fibras Naturais

• Vegetais: da semente (algodão); do caule (linho); da folha (sisal); do

fruto (coco) • Animais: de secreção glandular (seda); de pêlos (lã) • Minerais (amianto ou asbestos) 5.2.2 Manufaturadas (man-made fibres)

• Regeneradas (Polímeros naturais) (artificiais), ex. raion viscose] • Sintéticas (Polímeros sintéticos) (manufaturadas) ex. poliéster,

poliamida, etc.) 5.2.3 Inorgânicas (amianto, ouro, prata, etc.)


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5.3 DESCRIÇÃO DAS FIBRAS TÊXTEIS

5.3.1 ABREVIATURAS PARA FIBRAS

FIBRAS NATURAIS

CEL Fibra celulósica em geral CO Algodão Com Algodão mercerizado. FL Linho HA Cânhamo JU Juta RA Ramie SI Sisal KP Sumaúma (Kapoc) WO Lã S Seda natural

FIBRAS DE CELULOSE (POLÍMEROS NATURAIS OU FIBRAS REGENERADAS)

CP Polinósicas CN Raion de Nitrato CC Raion cupro-amoniacal CV Raion Viscosa CA Raion de Acetato (diacetato) CT Fibras de Triacetato CA+ Raion de Acetato saponificada AL Fibras de alginato DIVERSOS LA Fios de borracha GL Fibras de vidro ST Fibras minerais SL Fibras de escórias MT Fibras de metal MISTURA DE FIBRAS: As fibras são separadas por um traço obliquo. Ex: PES/CO (Poliéster / Algodão) FIBRAS SINTÉTICAS (PLÍMEROS SINTÉTICOS)

CARB Fibra de Policarbonato MOD Fibra modacrílica tingível com corantes de dispersão


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Catiônicos, ácidos para lã, de complexo metálico e/ou outras classes de corantes.

PAC Poliacrilonitrilo, tingível só com corantes catiônicos e de dispersão. PO Poliolefinas PE Polietileno PP Polipropileno PA Poliamídica em geral PA-6 Poliamídica – Tipo Perlon PA-6,6 Poliamídica – Tipo Nylon PA-11 Poliamídica – Tipo Rilsan PES Poliéster PUA Poliureia PB Polibutadieno PVA Álcool polivinílico (Poliálcool vinílico) PVA+ Acetato de Polivinilo (Poliacetato de vinilo) PVC Cloreto de Polivinilo (Policloreto de vinilo) PVC+ Cloreto de Polivinilo (Policloreto de vinilo) clorado

posteriormente PVD Cloreto de Polivinilideno (Policloreto de vinilideno) PCF Policlorotrifluoroetileno PTFE Politetrafluoroetileno PST Poliestireno PUR Poliuretano PUE Poliuretano segmentado (fios de elastómeros) PMV Copolímeros de Cloreto de Polivinilo (Cloreto de

Polivinilideno/Cloreto de Polivinilo: SARAN, VELON, VINYON) PVID Dinitrilo de Polivinilideno

Designações adicionais: (colocadas entre parênteses após a abreviatura da fibra) (T) Fios texturizados (fios frisados, elásticos ou Stretch) (F) Fibra contínua ex: Poliéster Texturizado – PES(T) (S) Fibra cortada


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5.3.2 Fibras vegetais de semente

Provêm das células epidérmicas da semente de certas plantas, têm estrutura unicelular e são na sua maioria, constituídas quase inteiramente de celulose. Exemplos: Algodão: fibra unicelular proveniente da semente do algodoeiro Gossypium. Akund: fibra proveniente da semente do Calotropis gigantea e do Calotropis procera. Kapok: fibra unicelular proveniente da semente do Ceiba pentandra (Capoc de Java) e do Bombax malabariam (Capoc da Índia). 5.3.3 Fibras vegetais de caule

Provêm do caule (haste, talo ou líber) de certas plantas, possuem estrutura multicelular e são constituídas essencialmente por celulose, com substâncias incrustantes e intercelulares formadas por pectinas, hemicelulose e linhina ou lignina. Exemplos: Linho: fibra proveniente do caule da Linum usitatissimum. Rami: fibra proveniente do caule da Boehmeria nivea e da Boehmeria tenacissima. Cânhamo: fibra proveniente do caule da Cannabis sativa. Juta: fibra proveniente do caule da Corchorus capsularis e do Corchorus olitorius. 5.3.4 Fibras vegetais de folha

Provêm das folhas de certas plantas e são constituídas essecialmente por celulose, com substâncias incrustantes e intercelulares fomadas por hemiceluloses e lignina. Exemplos: Abacá: fibra proveniente das folhas da Musa textilis. Sisal: fibra proveniente das folhas do Agave sisalana. Nota: as fibras vegetais constituem-se basicamente de celulose que por sua vez

são formadas por Carbono (C), Oxigênio (O) e Hidrogênio (H), possuindo a seguinte fórmula molecular: (C6H10O5)n


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5.4 Fibras animais de pêlo

São fibras constituídas por pelos de animais. Elas provêm de bulbos pilosos, têm estrutura multicelular e são compostas de queratina (constituem o velo, a pelagem, a crina ou a cauda de certos animais). Exemplos: Lã: pêlo do ovino Ovis aries. Angorá: pêlo do coelho angorá Oryctolaqus cuniculus. Cashemira: pêlo da cabra cashemira Capra hircus laniger. Mohair: pêlo da cabra angorá Capra hircus aegagrus. Cavalo: pêlo (da crina ou calda) do cavalo Equus caballus. Coelho: pêlo do coelho comum Oryctolaqus cuniculus. Vison: pêlo do vison Mustela vison. 5.4.1 Fibras animais de secreção glandular

São fibras produzidas por secreção glandular, provenientes das glândulas sericígenas de alguns insetos, sob a forma de dois filamentos de fibroína, ligados por sericina ou ainda de secreção de alguns moluscos. Exemplos: Seda real: fibra segregada pelas lagartas do bicho-da-seda, Bombyx mori Byssus: fibra segregada por alguns moluscos Pina nobilis. 5.5 Fibras minerais:

São fibras provenientes de silicato natural fibroso, por exemplo, o asbestos ou amianto. 5.6 Algodão (Símbolo: CO) 5.6.1 Histórico


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O algodão é utilizado como fibra têxtil há mais de 7.000 anos, podendo-se dizer que está ligado à origem mais remota do vestuário e à evolução da produção de artigos têxteis. Numa gruta no México (Tehuacan) encontraram-se restos de tecidos de algodão, que datam de 5.800 antes de Cristo. Na China, no Paquistão, na Índia, fizeram-se achados semelhantes. Na Grécia antiga, Heródoto referiu-se ao algodão, como “cordeiros vegetais”. No mundo antigo, o algodão representou um importante papel cultural e econômico. No mundo moderno, o algodão é introduzido na Europa pelos árabes. O algodão Americano teve sua origem no México e Peru. Acredita-se que o algodão já havia sido cultivado na América, pelo menos na América Central, antes de Cristo. Conta-se que Colombo encontrara então importantes plantações por lá. Ao que parece, a cultura do algodão começou na América do Norte, no início do século XVII e no Brasil no século XVI, tendo-se cultivado várias espécies em todo mundo. A Revolução Industrial favoreceu o processamento do algodão mediante a invenção de máquinas têxteis mecânicas, que favoreceram a sua industrialização a todo o mundo. Só para ilustrar, algumas das invenções importantes para a Indústria Têxtil: a máquina de fiar inventada em 1767 por James Hargreaves; o tear hidráulico; inventado em 1769 por Richard Arkwright; o tear mecânico inventado em 1785 por Edmund Cartwright e a descaroçadeira de algodão criada em 1792 por Whitney. A Revolução Industrial iniciou-se na Inglaterra, a partir de 1776 com a invenção da máquina a vapor por James Watt (1736-1819) e sua posterior aplicação à produção. A partir de então foi criada uma nova concepção de trabalho, que modificou totalmente a estrutura social e comercial da época, provocando profundas e rápidas mudanças de ordem econômica, política e social, que dentro de aproximadamente um século, foram maiores do que as mudanças ocorridas no milênio anterior. Na Inglaterra a Indústria Têxtil algodoeira instalou-se, no Condado de Lancaster, perto de Liverpool. A Inglaterra é considerada por alguns pesquisadores, como sendo o berço da Indústria Têxtil. A Revolução Industrial provocou o desenvolvimento da Indústria Fabril, por fazer com que o artesão e sua pequena oficina patronal desaparecesse, para dar lugar ao operário, às fábricas e às usinas, baseados na divisão do trabalho. Surgem então novas indústrias em detrimento da atividade rural. A migração de massas humanas das áreas agrícolas para as proximidades das fábricas provoca o crescimento das populações urbanas. Enquanto o algodão naqueles tempos superava todas as matérias-primas que competiam com ele, tais como o linho e a lã, hoje ele sofre terrível competição com as fibras químicas. A cultura do algodão passou por grandes transformações no que diz respeito a tipos e processos de cultivo. Nas grandes plantações que existem nos Estados Unidos e noutros países tecnologicamente desenvolvidos, empregam-se em grande escala máquinas automáticas para a semeadura e colheita.


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5.6.2 Classificação

A maioria dos vegetais existentes no universo têm sido classificados em grupos naturais. O reino vegetal em geral, está classificado em divisões. As divisões em classes, as classes em ordens, as ordens em famílias e as famílias em gêneros, os gêneros em espécies e com frequência as espécies em sub-espécies, variedades botânicas ou raças. Algumas vezes estas categorias poderão ser novamente classificadas, originando as tribos. Primitivamente, por volta de 1753, A. Linneo, estudou o algodoeiro, usando plantas cultivadas e a ele é atribuída a identificação e descrição de 5 a 6 espécies. Em seguida vários outros estudiosos se dedicaram à classificação do algodão, tais como De Candolle, Parlatore, Todaro, Small, Watt, Hutchinson, etc., daí o tipo de algodão do gênero Gossypium L., este “L”, é usado para designar o autor da identificação, no caso, A, Lineneo.


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5.6.3 Estrutura

Algodão em inglês cotton, daí o símbolo CO pelo qual é representado, é a fibra que se desenvolve nas sementes de diversos tipos do gênero Gossypium L., denominadas algodoeiro. O algodoeiro pertence à família botânica das malváceas, que possui uma série de subtipos. A fibra de algodão é um pêlo de semente formado pelo alongamento de uma só célula epidérmica da semente do algodão, possuindo portanto estrutura unicelular. Durante a primeira fase a fibra atinge o comprimento máximo, apresentando-se como um levíssimo cilindro oco, cuja parede interna é formada por celulose e recebe o nome de parede primária, enquanto a parede externa é formada por uma cutícula recoberta de ceras. Na segunda fase do desenvolvimento da fibra que corresponde à maturação da cápsula forma-se interiormente uma segunda parede chamada de parede secundária que engrossa rapidamente através de depósitos de celulose em camadas concêntricas. Estas paredes que formarão capas ou camadas que farão com que a membrana celular fique cada vez mais espessa. No fim da maturação, o protoplasma da célula em forma de fibra morre. A fibra começa a secar, perde a forma cilíndrica e fica espalmada, torcendo-se sobre seu próprio eixo, o que denominamos convoluções. A esta fase, chamamos de colapso. A fibra adquire então a sua imagem microscópica característica, formando tubos achatados retorcidos, às vezes invertendo-se o sentido em que se retorcem as fibras, de maneira que em uma mesma fibra, se encontram torções em sentido horário e anti-horário, em intervalos aproximadamente iguais, que ocorrem em média, em número de cinco por milímetro de fibra. As fibras seguem direções que correspondem a uma volta ora em S (sentido horário), ora em Z (sentido anti-horário), característica que serve como base do ensaio de torção seca, para a identificação do algodão. As fibras são mais largas na base e afinam-se e fecham-se nas pontas, esta sendo então a forma final de uma fibra de algodão Ao final de seu crescimento, as fibras com desenvolvimento normal apresentam um canal oco, chamado lúmen. Nos grãos das sementes do algodão crescem pêlos que darão as fibras para fiação. No capulho ou cápsulas das sementes do algodão, existem cinco células em sua parte inferior. O capulho atinge um tamanho aproximado de uma noz. Em cada célula crescem de 2 a 6 grãos de semente do tamanho de um grão de café, conforme o tipo do algodão. Em cada caroço desenvolvem-se de 1.200 1.700 fibras. Elas servem para proteger os grãos da semente e também para ajudar o transporte do algodão pelo vento, depois do amadurecimento. Quando o capulho fica maduro, rebenta, se abre , e as fibras saem brotando, é o momento de se fazer a colheita. As fibras de qualquer amostra única de algodão não são uniformes nem em diâmetro nem em comprimento, porém podem-se definir valores médios para o comprimento e finura da fibra, mediante procedimentos adequados que servem


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para classificar o algodão segundo determinado fim. Em geral os algodões compridos são finos e os curtos são grossos. A composição aproximada do algodão é de 85,5 % de celulose; óleos e ceras 0,5 %; proteínas, pectoses (pectatos e pectinas) e matérias corantes 5,0 %; sais minerais (potássio, cálcio, magnésio, e óxidos de alumínio e ferro) 1,0 % e água 8,0 %. Os tratamentos químicos e de acabamento podem ter efeitos marcantes na aparência e propriedades da fibra. O algodão é essencialmente formado por celulose, porém em estado virgem, contém pequenas quantidades de óleos e ceras, pectinas, proteínas e materiais corantes naturais. A eliminação destas impurezas se efetua por métodos apropriados de cozinhamento e alvejamento. Pode-se dar brilho ou lustre aos produtos de algodão tais como fios e tecidos, mediante o processo de mercerização, tratando-se os materiais com soluções concentradas frias de soda cáustica. Este processo faz com que as fibras intumesçam (inchem) e percam a maior parte de suas convoluções, o que vai contribuir para o aumento do brilho. Já para dar um acabamento de organdi (aspecto opaco, rígido e/ou toque áspero) nos materiais, efetua-se um tratamento à base de ácido sulfúrico concentrado à frio. Também pode-se tratar os tecidos de algodão com resinas ou outros acabamentos químicos a fim de conferir-lhes impermeabilidade, resistência ao amassamento, resistência ao encolhimento, etc.. 5.6.4 Plantio e colheita

Os diversos tipos de algodão vão perdendo suas propriedades quando são plantados repetidas vezes. Por isso é necessário nova escolha e cruzamento de tipos sempre renovados. O algodão cresce principalmente em zonas costeiras das regiões tropicais. Para o plantio é apropriado solo argiloso e arenoso, que pode ser feito em grandes extensões. A época da semeadura depende do clima da zona onde se fará o plantio. No Brasil, começa em dezembro e termina em março. Na semeadura, principalmente à base de máquinas, os grãos são depositados a uma profundidade de 5 a 10 cm do solo. Quando se utiliza o sistema de irrigação artificial ou quando há maiores precipitações de chuvas, abrem-se sulcos no solo e as sementes são lançadas nas paredes dos sulcos. Dependendo da zona, os brotos devem ser protegidos contra o vento, neste caso a semeadura é feita no fundo dos sulcos. Aproximadamente 40 dias depois o arbusto atinge sua altura máxima (cerca de 1,20 m), desenvolve-se então flores que vão da cor amarelo-claro até cor de rosa. A floração vai de 100 a 140 dias. Após a floração o ovário da planta se transforma numa cápsula que com a maturação rebenta e as fibras saem brotando, chegou então o momento da colheita. O algodão pode ser colhido manualmente (dividindo-se em etapas de pré-colheita, colheita principal e pós-colheita) ou mecanicamente, através de máquinas, chamadas colheitadeiras. Após a colheita, as plantas deverão ser destruídas pelo arado, embora os arbustos tenham duração de vários anos, pois nova semeadura a cada ano


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garante resultados melhores. Além disso é mais fácil fazer a colheita em arbustos pequenos de um ano e de altura uniforme. Tabela 3.1 Tipos de Colheita

Tipo de colheita

Execução Vantagens Desvantagens

MANUAL

Deve ser feita várias vezes devido à diferença de maturação dos capulhos.

Qualidade uniforme, alto grau de pureza das fibras.

Exige maior número de empregados (mão-de-obra).

Emprego de colheitadeira de fusos com ancinhos ou colheitadeira à vácuo com aspiração.

Economia de mão-de-obra.

As fibras ficam sujas por pedaços de folhas e capulhos.

MECÂNICA

Colheitadeiras de fuso: A colheita é feita num único processo no momento em que a maior parte dos capulhos estão maduros.

Possibilidade de se construir uma máquina eficiente.

Única colheita, permitindo que se apanhem fibras que se encontram em diferentes fases de amadurecimento.

Colheitadeira à vácuo:Colheita feita na época do amadurecimento.

Possibilita a colheita de fibras que estão maduras naquela ocasião.

Dificuldades para construir uma máquina perfeita.

5.6.5 Pragas que afetam o algodoeiro

Bicudo (Anthonomus grandis), lagarta rosada (Pectinophora gossypiella), ácaro vermelho ( Tetranychus Sp.), curuquerê (Alabama argilacea); pulgão (Aphis gossypiella), mosquito (Gargaphi torresi), etc. 5.6.6 Obtenção das fibras

Após a colheita, o algodão fica depositado nos armazéns durante mais ou menos um mês para secar e/ou aclimatar. Em seguida destacam-se as fibras dos grãos da semente. Esta operação tem o nome de descaroçamento ou beneficiamento. O algodão assim obtido, chama-se algodão em pluma (lint – as fibras que são utilizadas na fabricação de fios). Antigamente o descaroçamento era manual, hoje empregam-se descaroçadeiras de serra para fibras curtas e médias, e descaroçadeiras de rolo para fibras longas.


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Após o descaroçamento, o algodão cru é fortemente prensado para formar fardos que são colocados em sacos apropriados. As formas e pesos dos fardos, variam de acordo com o país produtor. Após o descaroçamento, nas sementes ficam fibrilas, chamadas linter (fibras muito curtas que não servem para fiar), que são separadas da semente e usadas como matéria-prima de fibras químicas, com base celulósica. Os grãos das sementes possuem aproximadamente 20% de óleo, que é obtido pela prensagem e serve como óleo comestível para produção de margarina e fins técnicos (produção de diversos tipos de sabão). Os resíduos da prensagem das sementes, são utilizados para alimentação do gado, na forma de torta, ou ainda como fertilizante para o solo (adubo). 5.6.7 Tipos comerciais

A classificação do algodão nos tipos comerciais é feita conforme a cor, características físicas (resistência, finura, maturidade, etc.), grau de limpeza e comprimento de fibras. O tipo é determinado principalmente pala quantidade de folhas e outras impurezas vegetais existentes nas fibras. Elas influenciam na quantidade de resíduos durante o processamento. Tabela 5.2 Produção de algodão em pluma por região

Brasil: Produção de algodão em pluma por região ( em 1000 ton.) Anos Centro-sul

(meridional) Norte-Nordeste {setentrional)

Brasil

Toneladas

% Toneladas %

1930 8 8 87 92 095 1940 327 70 142 30 469 1950 325 60 158 40 393 1950 268 59 184 41 452 1960 505 87 75 13 580 1080 450 79 122 21 572 1990 621 93 45 7 666 1995 482 85 83 15 565

Fonte: CONAB - BM&F

O algodão é negociado na Bolsa de Mercadoria, ou seja, em centro onde os negociantes se encontram, em determinados períodos, para negociar o algodão ou outros produtos, de acordo com regras preestabelecidas.

O algodão é apresentado apenas em amostras, pois a sua qualidade está padronizada. Existem Bolsas de Algodão principalmente nos grandes portos de exportação e importação de algodão, como Nova Iorque (EUA), centro do comércio de algodão em Nova Orleans (EUA), Londres (Inglaterra), Havre (França), Bremen (Alemanha), Trieste (Itália), Alexandria (Egito), Osaka (Japão).


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Países exportadores de algodão em tempos de globalização da economia: EUA, Rússia, Índia, Argentina, 5.6.8 Classificação do algodão no Brasil.

A classificação comercial do algodão no Brasil, segue normas estabelecidas pelo Ministério da Agricultura, através de Leis e Decretos específicos O padrão atual, é estabelecido conforme a Lei 6.305, de 15 de dezembro de 1975, e pelo Decreto n0 82.110, de 14 de agosto de 1978. Segundo as mesmas, o algodão compreende (duas) divisões denominadas, a primeira, de “Mocó” e “Seridó” e a segunda de “Outras espécies e variedades comerciais”, cada uma com 5 (cinco) tipos de algodão em caroço, (1-3-5-7 e 9) e 9 (nove) tipos de algodão em pluma (1 a 9) sendo admitidos para a região Centro-Sul os tipos intermediários 4/5; 5/6; 6/7 e 7/8. Isso permitiu não apenas uma melhor classificação e comercialização do produto, inclusive para utilização nas operações de financiamento (preços mínimos), como também para controle da fiscalização cambial. Permitiu também, com as ressalvas naturais decorrentes das operações de descaroçamento, que se formulassem equivalências bastante aproximadas entre o algodão em caroço e o algodão em pluma, conforme exemplificamos na tabela abaixo: Tabela 5.3 Classificação do algodão brasileiro

Classificação do algodão brasileiro Tipo em caroço Tipo em pluma

1 1 ou superior 2

3 3 ou bom 4

4/5 5 ou regular 5

5/6 7 ou sofrível 6

6/7 7

9 ou inferior 8 9

Como não existem cotações senão aquelas estabelecidas para os

financiamentos garantidos pela legislação dos preços mínimos para o algodão em caroço, essa equivalência é bem aceita pelas partes, lavradores e maquinistas, e pelas Cooperativas, na fixação de pontos para recebimentos e prestação de contas. 5.6.9 Aplicação


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Na produção de tecidos em geral, principalmente quando a principal finalidade é a absorção de umidade, como no caso das toalhas de banho, fraldas de bebê, panos de limpeza ou para enxugar pratos etc.. Malharia para roupas íntimas e externas. Roupas de cama, mesa e banho, artigos para decoração (cortinas, almofadas, tapeçarias, estofados, etc.). Linhas de costura e bordado, fios para tecelagem e malharia, artigos de cordoaria flexível (cordões e cadarços, etc.). 5.6.10 Características e propriedades

Grau de polimerização: 10.000 Composição média: Celulose 86%; óleos e ceras 0,5%; proteínas, pectoses e matéria corante 5,0%; sais minerais 1,0%; umidade 8,5% Fórmula molecular: C6H10O5 Comprimento da fibra: acima de 40 mm – extra-longa; de 36 a 38 mm - longa; de 28 a 34 mm - média; abaixo de 28 mm - curta. Finura: extrafinos até 16,5 µ; finos de 16,5 a 18 µ; grossos acima de 20 µ. Aspecto microscópico da seção longitudinal: forma de fita achatada, com convoluções (torções em S e Z), que conferem à fibra boa fiabilidade. Aspecto microscópico da seção transversal: possui forma parecida com um grão de feijão e apresenta um lúmen no centro Toque: macio e sedoso Cor: algodão brasileiro, branca a creme (Obs: com a engenharia genética hoje pode cultivar algodão com cores como verde, marrom, etc.). Brilho: característico da própria fibra Resistência à ruptura: à seco 3,0 a 4,9 g/den e à úmido 100 a 110 % da

seca Comportamento com o calor: muito resistente à degradação; amarelece a 1200 C após 5 horas; decompõe-se a 1500 C ficando com cor marrom Comportamento com a luz: diminui sua resistência após prolongada exposição, mudança da cor amarelada.


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Comportamento com os ácidos: desintegra-se em ácidos concentrados frios ou ácidos diluídos quentes; não é afetado por ácidos fracos frios Comportamento com álcalis: incha ou intumesce em NaOH (mercerização), as lixívias não têm ação destrutiva Comportamento com o tempo: insignificante, desde que adequadamente acondicionado; corantes usados: direto, a tina, reativo, azóico, básico, mordente, pigmentos etc. Odor na queima: cheiro de papel queimado Alongamento: seco 3 a 10% e no estado úmido 7 a 11%. Tenacidade média: 57 a 60 g/den. Índice de tenacidade: 0,15. Densidade média: 1,55 g/cm3

Higroscopicidade: 24 a 27% Regain % (taxa de condicionamento): 8,5 % [(20 ± 2oC e 65 ± 2 % UR (umidade relativa) em países temperados e 25 ± 2 0C e 65% UR em regiões tropicais). Identificação: queima rapidamente; tem odor de papel queimado; deixa um fino resíduo (cinzas); dissolve-se em H2SO4 (ácido sulfúrico) concentrado (80%) frio Fiabilidade: até 2,8 Tex. Nota: A regularidade do comprimento do algodão se avalia através da construção de diagramas de fibras e da medida da percentagem e dispersão dos comprimentos, feitos em aparelhos laboratoriais próprios.

5.7 Kapok (Símbolo – KP) 5.7.1 Introdução

Kapok é o nome dado às fibras dos frutos de árvores pertencentes à família botânica das Bombaceae: o capoc de Java se obtêm da Ceiba pentandra e o capoc da Índia, proveniente do Bombax malabariam. Estas plantas são vulgarmente conhecidas como paineiras. Estas fibras possuem estrutura unicelular, produzidos nos frutos destas plantas, que são as painas. Crescem nas paredes interiores da paina e


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ocasionalmente nas sementes. São chamados borras vegetais ou lã de fruto. A fibra é suave e sedosa, cilíndrica, oca, de paredes delgadas e freqüentemente de dobra sobre si mesma. A paina é mais fina, mais sedosa e se rompe mais fácil que o algodão, os ingleses a chamam de algodoeiro de seda. O kapok é muitas vezes classificado no grupo de fibras de semente, porém de uma fibra da parede do fruto, que cresce em sua membrana, atravessando a espiga ao meio, em sentido longitudinal. Os grãos de semente completamente lisos encontram-se no eixo longitudinal do fruto e são envoltos pelas fibras. 5.7.1 Plantio e cultivo

Seu plantio deve ser feito em solo leve, poroso. O crescimento requer clima tropical sem fortes chuvas. As zonas de cultivo encontram-se na América Tropical, na África Oriental, Índia e Indonésia. 5.7.2 Obtenção das fibras

A verdadeira paineira é uma árvore gigantesca que cresce isoladamente na floresta virgem. Atinge uma altura de 25 m e seu tronco possui um diâmetro de 1,5 a 2,0 metros. As paineiras produzem a partir do terceiro ano. Seus frutos possuem forma de vagens também chamadas espigas, têm forma semelhante a uma banana. Sua colheita deve ser feita antes que a espiga amadureça totalmente, pois o vento pode levá-las e a chuva mudar a cor das fibras. As espigas danificadas e muito verdes devem ser retiradas. A abertura e o esvaziamento das espigas é feito manualmente. A separação das fibras e sementes é feia através do descaroçamento, onde a paina é deposta na parede de um tambor perfurado e através de molas rotativas a paina é batida e as sementes se destacam do envoltório das fibras e são eliminadas pelas paredes do tambor. Para obter 1 kg de paina, são necessários aproximadamente de 250 espigas que fornecem ao mesmo tempo cerca 2 kg de sementes. Destas sementes obtêm-se óleo, que é utilizado para fins técnicos. Devido à suavidade e reduzida espessura das paredes das fibras, o capoc raras vezes é utilizado como única matéria-prima têxtil, podendo-se fiá-la misturada com algodão ou lã. Geralmente se emprega em forma de fibras soltas, como material de enchimento (almofadas, colchões, travesseiros, cobertores, etc.). A densidade da paina é inferior à da cortiça, por esta razão possui grande poder de flutuar sendo então utilizado para encher coletes para natação. As fibras possuem uma substância tipo cera, que protege a fibra contra a umidade, mas que a deixa muito lisa. Esta cera pode ser retirada com álcool, assim a sua superfície fica mais áspera, facilitando o processo de fiação. 5.7.3 Aplicação


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Em mistura com algodão ou lã na produção de fios. Como material de isolamento térmico e como material de enchimento para diversas finalidades (ex.: coletes de salva vidas, matéria-prima para manufatura das fibras de polímeros naturais). 5.7.4 Características e propriedades

Comprimento médio: 15 a 35 mm Finura: 16 a 35 mícrons Densidade média: 0,30 a 0,36 g/cm3

Superfície: lisa, quase sem estrutura Cor: amarela para marrom, raramente branca Conservação de calor: ótima, por isso é indicada para isolamento térmico. Toque: macio e liso Elasticidade: ótima, 11% de alongamento de rotura Resistência: reduzida, 1,8 a 2,5 km Higroscopicidade: 10,9 %

5.8 Linho (Símbolo: FL (FLAX – em inglês) )

5.8.1 Introdução

O linho se obtém do caule da planta do linho (Linum usitatissimum), e possui estrutura multicelular, ou seja uma fibra técnica (própria para uso em processos têxteis) é composta por várias fibras singelas. Estas fibras singelas ou individuais estão unidas entre si e com as partes vizinhas de planta, pela cola vegetal “lignina”, que é insolúvel em água. Depois do algodão ele é a fibra natural vegetal mais importante que existe. No Egito, o linho foi utilizado como alimento, posteriormente é que foi usado como matéria-prima para tecidos. Mais tarde, foi superado pelo algodão, pois este tinha a vantagem de já poder ser fiado após a colheita, mediante processamentos adequados. 5.8.2 Plantio e colheita

Esta fibra é cultivada principalmente em climas temperados. Existem três tipos de linho: o linho de fibras que serve principalmente para obter fibras através


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do caule; o linho de óleo que serve para obtenção do óleo através das sementes e o linho de cruzamento, obtido pelo cruzamento do linho de fibras com o óleo. O número de feixes de fibras no caule, varia de 15 a 40. Cada feixe contém de 12 a 40 fibras úteis ou técnicas. Estas fibras são constituídas por fibras individuais (fibras singelas, fibras elementares, fibras primárias, ou células de filaça) com o comprimento aproximado de 24,7 a 36,1 mm. As fibras singelas estão constituídas por células muito pontiagudas, de paredes muito grossas e lúmen muito pequeno que desaparecem próximo às extremidades da fibra. Uma peculiaridade da fibra do linho como na maioria das fibras grossas, é a presença de deslocações transversais ou nódulos, normalmente em forma de X, que se observa com facilidade quando as fibras são introduzidas em parafina líquida. As paredes das fibras têm uma estrutura fibrilar em espiral, pois as fibrilas externas, das paredes das células, seguem uma direção que corresponde a uma volta em S (sentido horário), característica que serve como base do ensaio de torção seca, para a identificação do linho. O linho é uma planta herbácea e anual, que se distribui principalmente nas zonas subtropicais e temperadas de ambos os hemisférios. Possui um caule delgado e ereto, que ramifica-se do meio para a parte superior, geralmente próximo ao ápice, para formar uma inflorescência de poucas flores terminais, geralmente de cor azul, com algumas variedades comerciais de cor branca. As variedades de linho para óleo são de porte baixo para médio, com 40 a 70 cm de altura, ao passo que as variedades de linho para fibras são mais altas, de 80 a 120 cm de altura. O crescimento total do linho varia de 85 a 100 dias, conforme a variedade e o clima, apresentando três fases na maturação. A colheita é realizada na segunda fase de maturação, também chamada maturação amarela, quando as plantas frutificam e o terço inferior do caule torna-se amarelado e perfeitamente redondo por fora. Na maturação total, a maior parte das folhas caem. as sementes alcançam plena maturidade, porém o caule ou talo fornece uma fibra de pouquíssimo valor para fiação. Para colher o linho, arranca-se a planta do solo junto com as raízes, formando-se pequenos feixes e colocando-se para secar (por uma ou duas semanas) e terminar a maturação das sementes no campo, onde formam montes chamados capelos. 5.8.3 Obtenção das fibras

Primeiro as cápsulas das sementes são destacadas dos talos. A este processo é dado o nome ripar, feito através da máquina ripadora, que possui um pente com dentes bem unidos. Em seguida vem a maceração ou curtimento, onde a lignina que une a camada de fibras com os tecidos da casca e do linho é removida para que as fibras possam ser retiradas. Uma maceração excessivamente longa destruiria em parte a cola vegetal que existe entre as fibras, o que prejudicaria a resistência destas.


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5.8.4 Métodos de Maceração

Maceração por orvalho: os talos do linho são espalhados em camadas finas, no prado ou campo. O orvalho e a chuva provocam o surgimento de bactérias microscópicas e fungos que irão decompor a lignina e quando esta for eliminada o suficiente, interrompe-se o processo. Este é o método mais simples, porem exige grandes áreas. Sua duração depende das condições climáticas, mas a media é de 4 semanas. Maceração por água fria: colocam-se os feixes de linho em água corrente (rios) ou parada (tanques, represas etc.). Para evitar a flutuação, colocam-se pesos sobre os feixes, para eles se conservarem sempre debaixo d’água. Este processo gasta de 10 a 20 dias, conforme a temperatura da água. Maceração por água quente ou artificial: executada em tanques de concreto, com controle de temperatura entre 28 e 300 C, que é a temperatura apropriada para o desenvolvimento e proliferação das bactérias. Requer cuidadosa fiscalização, pois longo tempo de maceração pode prejudicar as fibras, este método dura cerca de 4 dias. Maceração química ou desintegração: a lignina é removida por agentes químicos. As bactérias não intervêm no processo. 5.8.5 Etapas para a fiação

Após a maceração vem a secagem dos caules, feita naturalmente ao ar livre ou artificialmente em secadores mecânicos. A secagem deve ser cuidadosa e a temperatura do ar seco não pode ser muito alta, pois o excesso de secagem influencia na resistência prejudicando-a. Para separar as fibras dos talos macerados, faz-se a trituração, no triturador do linho, quebrando-o em pequenos pedaços que são as aparas. A espadelagem consiste no processo de retirada das fibras, onde mediante trabalho de cardagem e batidas feitas no sentido dos talos,. através do espadelador manual ou mecânico, destacam-se até mesmo fibrilas dos feixes paralelos de filaça. Estas fibras curtas e desordenadas formam a estopa de espadelagem. As fibras longas e paralelas têm o nome de linho espadelado. A assedagem provoca mais um desmanchamento e uma limpeza dos feixes de filaça, por meio de agulhas que os deixam mais finos. Neste trabalho as fibras curtas são removidas mediantes penteagem (estopa de assedagem, que é mais fina que a estopa de espadelagem). A fibra longa assedada, tem o nome de linho assedado. Pode ser fiado mais fino, para produzir cambraia. O rendimento de assedagem depende do tipo de linho. Ex.: tipos bons 55% de linho assedado, 42% de estopa assedada e 3% de resíduos. 5.8.6 Aplicação


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Vestuário; roupas de cama e mesa (toalhas, colchas, etc.), tecidos para decoração (cortinas, almofadas, painéis, estofados, etc.) e tapeçaria; linhas de bordar, linhas de alta resistência; panos para velas de embarcações,etc.. Nota: Produtos com urdume de puro algodão e trama de puro linho, são denominados meio linho (o linho não deve ser inferior a 40% do peso total do tecido desengomado). 5.8.7 Características e propriedades

Composição média: Celulose 80,8 %; óleos e ceras 1,5 %; lignina 3,8 %; água 10,0 %; outros 3,9 % Comprimento da fibra: fibra singela 25 mm; fibra longa 40 a 70 cm; estopa 25 a 35 cm Finura: 20 a 25 mícrons Toque: liso e frio Elasticidade e resistência ao amassamento: muito reduzida Cor: maceração no orvalho, cinza - maceração em água, amarela e quanto mais clara maior seu valor Resistência à ruptura: em fios de linho 18 a 28 Km - em fios de estopa 9 a 16 Km Comportamento com o calor: amarelece a 1200 C; decompõe-se a 1500 C; temperatura de passar a ferro 220 a 2450 C com tecido úmido Comportamento com os ácidos: ácidos concentrados atacam a fibra, em especial o ácido sulfúrico, clorídrico e nítrico Comportamento com álcalis: as lixívias não têm ação destrutiva Odor na queima: cheiro de papel queimado Densidade: 1,48 g/cm3

Higroscopicidade: quando a umidade relativa do ar é 100%, até 23 % do peso seco; possui absorção de umidade e intumescência muito alta Regain % (taxa de condicionamento):12 % (a 65 ± 2 % UR e 25 ± 2 0C, em regiões tropicais) Fiabilidade: 420 até 28 Tex


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5.9 Cânhamo (Símbolo – HÁ)

O cânhamo comum, se origina do caule da planta Cannabis sativa. No

século IX a. C. Já se plantava o cânhamo na Índia. De lá sua cultura se estendeu para o ocidente.

Os romanos já usavam cânhamo para cordoaria de navios, pois conheciam seu poder de resistência à água marítima. No século XVI o plantio de cânhamo tinha se espalhado pela Europa.

O cânhamo é uma planta de clima temperado. Suas fibras singelas são semelhantes às do linho em suas dimensões e aparência geral, sendo que as fibrilas da parede da célula, seguem uma direção que corresponde a uma volta em Z (sentido anti-horário), o oposto proporcionado pelo linho. Esta característica serve como base do ensaio de torção seca, para a identificação do cânhamo. 5.9.1 Aplicação

Tecidos rústicos para decoração e tapeçaria, estofados, cordoaria, toldos,

velas para embarcações, redes de pesca e tênis, etc.

5.9.2 Características e propriedades

Comprimento: fibra singela 20 a 25 mm; fibra técnica: 100 300 cm; estopa: 30 a 40 cm Finura média: fibra singela 25 mícron Cor: de branca amarelada a esverdeada e marrom Toque: frio e liso Resistência: fios de fibra longa 20 a 25 Km; fios de estopa 12 a 16 Km Elasticidade e resistência ao amassamento: muito reduzida Densidade; 1,48 g/cm3

Regain: 12 % Comportamento com os ácidos: ácidos concentrados atacam a fibra Comportamento com álcalis: as lixívias não têm ação destrutiva Teste de combustão: deixa leve resíduo de cinzas e exala odor de papel queimado Higroscopicidade e intumescência: muito alta


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Fiabilidade: Nm 0,15 a Nm 8,0

5.10 Ramie (Símbolo: RA)

5.10.1 Introdução A fibra de ramie é extraída do caule da Boehmeria nivea, pertencente à família botânica das Urticaceae. Como plantas para fiação existem apenas a Boehmeria nivea chinensis (ramie Chinês ou branco) e Boehmeria nivea indica (ramie da Índia ou verde), também chamado Boehmeria tenacissima. Existem vários tipos que fornecem fibras, mas apenas estes dois são usados para fiação. Na China, antes de iniciar-se a cultura do algodão, o ramie, ao lado da seda, era a fibra têxtil mais importante. Na Ásia Oriental ele tinha a mesma importância que o linho na Europa. O ramie branco ou chinês (as suas folhas têm um aspecto branco conseqüente da sua penugem) é cultivado em clima subtropical e temperado. Já o ramie verde ou da Índia planta-se em climas tropicais e subtropicais. As fibras dos dois tipos de ramie não apresentam diferenças de características ou propriedades. 5.10.2 Colheita e desfibramento

A planta do ramie só está apta à produção comercial, após o primeiro corte dos caules,que é feito cerca de 3 meses após o plantio, com a finalidade exclusiva de formação da planta, não sendo aproveitados comercialmente (de uma raiz brotam 20 a 30 caules com 1 a 3 metros de altura e 0,7 a 2,0 centímetros de diâmetro, que tornam-se pardos na sua maturidade). Depois do corte, continuam a brotar outros caules que num bom solo atinge seu comprimento total após 60 a 75 dias. Este rápido crescimento permite que se cortem os caules várias vezes ao ano Após o corte de formação, segue-se 2 ou 3 meses para o segundo corte, que já é aproveitado para obtenção de fibras e assim sucessivamente, daí por diante pode-se obter, sob condições favoráveis de vegetação, de duas a quatro safras anuais de caules comerciais, durante um período de 8 a 10 anos, ou mais, sem qualquer renovação. Após efetuado o corte dos caules rente ao solo, faz-se a descorticagem e raspagem da epiderme em máquinas apropriadas e em seguida, as fibras brutas úmidas são colocadas em varais para secar. Depois de secas, passam pela operação de batedura, manual ou mecânica, que tem por finalidade eliminar os retos de tecidos aderentes aos feixes fibrosos. Estes feixes fibrosos obtidos no campo, necessitam ainda de um tratamento posterior, necessário para que esta fibra possa ser fiada; este tratamento consiste em solubilizar pela ação de produtos químicos, a cola vegetal que une as fibras. Geralmente se usa soda cáustica 2% a quente, seguida de neutralização com ácido mineral e intensa lavagem. 5.10.3 Estrutura da fibra


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As fibrilas externas, das paredes das células, seguem uma direção que

corresponde a uma volta em S (sentido horário), característica que serve como base do ensaio de torção seca, para a identificação do ramie.

As fibras do ramie possuem paredes muito grossas e planas. Apresentam cruzes e estrias longitudinais e desenvolvem roturas radiais.

A camada de filaça do caule consiste em fibras individuais ou elementares. Elas têm de 60 a 150 mm de comprimento e diâmetro de 25 a 75 mícron, estando unidas entre si mediante a lignina ou cola vegetal. 5.10.4 Aplicação

Vestuário em geral, utilitários domésticos, toldos, velas para embarcações, camisas de gás incandescente, papel moeda, papel para cigarros, etc.

5.10.5 Características e propriedades

Comprimento: fibra singela - 60 a 150 mm; fibra técnica: de acordo com o tamanho do caule. Finura: fibra singela - 20 a 60 mícrons Superfície da fibra: sedosa Cor: cinza-prateada Brilho: nobre Toque: macio Teste de combustão: Chama rápida, quase amarela. Odor de papel

queimado Densidade: 1,51 a 1,55 g/cm3

Regain %; 8,5 % Resistência ao desgaste: excelente Higroscopicidade: até 31 % do peso seco Comportamento com o calor: calor contínuo de 1200 C ou mais causa amarelecimento e perda de resistência Comportamento com ácidos: fracos e frios não a prejudicam, quentes a destroem


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Comportamento com lixívias: fracas não a prejudicam, quentes e concentradas prejudicam Comportamento com microorganismos: muito resistente Temperatura de passar à ferro: 175 a 2000 C, com o tecido úmido Tingibilidade: ótima Fiabilidade: até 50 Nm

5.11 Juta (Símbolo – J)

5.11.1 Introdução As fibras de juta se obtêm dos caules das plantas Corchorus capsularis e

Corchorus olitorius, da família botânica das Tiliaceae. A juta é uma planta das regiões tropicais. Ela exige temperaturas altas e

muita umidade. Conhecida desde a antigüidade, mas sua importância na Europa, surgiu durante a guerra anglo-russa (1853-1856 guerra da Criméia) quando a Inglaterra não conseguiu mais adquirir cânhamo russo e procurou um substituto que encontrou em parte na juta. Depois que a juta foi conhecida na Europa, alcançou importância crescente no resto do mundo.

A fibra se apresenta ao longo do caule da planta, em forma de uma massa anular, composta por mais de uma capa de fibras. As fibras comerciais, tal como se obtêm da planta, tem de 150 a 300 cm de comprimento e quando se observa ao microscópio, sua seção transversal mostra de 6 a 20 células poligonais úteis, de paredes grossas, contendo cada uma, um canal central, ou lúmen; em algumas partes o lúmen se alarga consideravelmente e neste caso as paredes são mais delgadas. Ao observá-las em sentido longitudinal, os extremos das células de filaça parecem pontiagudas e medem de 1,5 a 4,0 mm de comprimento. Nódulos ou cruzes muito pronunciadas, tais como as que facilmente se podem ver em outras fibras de caule, não se podem observar em amostras normais de juta a menos que tenham sido submetidas a tratamento especifico para este fim.

O conteúdo de lignina da juta é relativamente alto e isto serve para distingui-la do linho e do cânhamo, ao lado das diferenças no aspecto longitudinal das fibras elementares.

Produtos de juta quando submetidos à ação da luz, calor e umidade, perdem parte da sua resistência, entrando rapidamente em estado de putrefação. 5.11.2 Aplicação

Sacaria para embalagens, cordoaria, barbantes, tecidos para revestimentos, tapeçaria, estofados, base para tapetes e carpetes, etc.. 5.11.3 Características e propriedades


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Comprimento: fibra singela 1,5 a 4,0 mm ; fibra técnica 1,2 a 3,0 m. Finura: 25 mícron; Cor: de cinza para marrom avermelhado Resistência: 6 a 12 Km; Densidade; 1,5 g/cm3

Comportamento com ácidos: fracos e frios não a prejudicam, quentes a destroem Comportamento com lixívias: fracas não a prejudicam, quentes e concentradas prejudicam Fiabilidade: Nm 3,0 a Nm 8,0

5.12 Sisal (Símbolo – SI)

5.12.1 Introdução

O sisal é uma fibra vegetal de folha, extraídas da planta Agave Sisalana. O

sisal hoje substitui alguns produtos que eram obtidos a partir do cânhamo. Ele só alcançou importância comercial no início do século XIX. Sua origem e seu campo econômico foi no México, na península de Iucatã, onde o embarque era feito no Porto de Sisal, o que dizem, originou o nome da fibra, pelo qual é hoje conhecida. 5.12.2 Plantio e colheita

O sisal é uma planta própria para cultivo em climas tropical e subtropical.

Após o plantio, o sisal só estará pronto para a colheita após 5 a 6 anos. Para isto, cortam-se as folhas mais por baixo de forma que restem de 12 a 18 folhas por planta e o corte poderá ser feito várias vezes ao ano

As folhas possuem de 1,0 a 1,5 m de comprimento e as fibras estão no cerne da folha, que contêm de 3 a 5 % de fibras. Cada folha pesa cerca de 1 kg. Dependendo do solo a planta pode durar até 25 anos. 5.12.3 Obtenção das fibras

Para a obtenção das fibras, descarnam-se as folhas, de preferência logo

após o corte, pois a armazenagem provoca rápida putrefação, prejudicando a qualidade das fibras, principalmente seu brilho e resistência.

Os processos de descarnar, esmagar e raspar o cerne da folha para destacar as fibras é feito mecanicamente no raspador, com a ajuda de um jato de água. As fibras são secas ao ar livre e após a secagem é feita uma outra limpeza, mecanicamente com escovas para deixar as fibras aptas para o processo de fiação.


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5.12.4 Aplicação

Artesanato (bolsas, cintos, chapéus, centros de mesa, cortinas, painéis etc.); cordoaria, barbantes para embalagens, tapetes, passadeiras, etc.. 5.12.5 Características e propriedades

Comprimento: fibras elementares 2,5 a 3,0 mm; fibras técnicas 60 a 120 cm Densidade: 1,5 g/cm3 Regain %: 14 %; Resistência: 17 a 20 km Brilho: ótimo Toque: duro Cor: branca creme até quase amarela Pureza: ótima Tingibilidade: ótima

5.13 Seda (Símbolo: S)

5.13.1 Introdução

A seda é uma fibra natural, de origem animal, de secreção glandular,

constituída pelas proteínas: fibroína (o filamento) e sericina (a goma que invólucro os filamentos) e apresenta-se em forma de filamento contínuo, produzido pela lagarta da mariposa Bombix mori. Esta mariposa também é conhecida como mariposa da fiadora da amoreira e é cultivada. A fiadora da amoreira é também chamada bicho-da-seda.

Pelas suas propriedades especiais, tais como brilho (semelhante ao da pérola), leveza, maciez, toque suave, cores saturadas e faiscantes, pouca tendência ao amassamento, etc., é considerada uma fibra de luxo e possui um custo muito elevado. Cultivada pelos chineses há 4.000 anos, porém na Europa o cultivo da seda surgiu somente por volta do século VI.

A mariposa da fiadora da amoreira, possui cor amarela-branca (marfim), através de seus ovos origina a lagarta conhecida como fiadora da amoreira, que produz a seda da amoreira, também chamada seda real ou seda nobre. Ela recebe o nome de fiadora da amoreira, porque sua lagarta se alimenta exclusivamente das folhas da amoreira.


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A seda é produzida num casulo, na forma de dois filamentos, compostos da proteína fibroína, cobertos e unidos entre si pela proteína sericina, também conhecida como goma de seda.

Os fios de seda usados na indústria têxtil, constam de vários filamentos contínuos. A maioria dos fios contém de três a dez pares de filamentos, que se transformam em fios de molinagem, através da dublagem (multiplicação ou repetição dos filamentos) e torção. Nota: o processo de molinagem consiste na retirada dos filamentos dos casulos através de um movimento giratório rápido feito em torno de um equipamento adequado (meadeiras ou aspas),com o fim de acondicionar a seda para os processos posteriores aos quais serão submetidos.

A seda de molinagem, geralmente se tece ou tricota, antes de se eliminar a goma ou sericina, que atua como uma engomagem natural lhes conferindo resistência para os processos têxteis pelo qual passará. Os filamentos de seda, são retirados dos casulos de forma contínua, até que reste um resíduo não apropriado para o processo de molinagem. Este resíduo é aproveitado como borra de seda, e junto aos casulos defeituosos, ou que contêm materiais estranhos, se transformarão em fibras grossas, que através do processo de seda fiada (processo convencional de fiação: cardagem penteagem, etc.), serão desengomadas, cortadas em um comprimento pré-determinado, e submetidas à fiação. O comprimento das fibras dos filamentos cortados variam de 5 a 15 cm. Estes fios fiados de borra de seda, proporcionam várias classes de seda. As fibras mais curtas, os desperdícios de seda, se fiam pelo processo de lã cardada.

Os filamentos de seda desengomada são muito finos e sua estrutura interna é invisível; sua seção transversal tem forma aproximada de triângulos com vértices arredondados. 5.13.2 Identificação

A fibra de seda se intumesce e se dissolve em ácido clorídrico concentrado e em ácido sulfúrico a 80 %, frio. Torna-se amarela e intumesce, se desintegrando em ácido nítrico concentrado. Seu comportamento em presença de ácido clorídrico a diferencia da lã, dos pelos e das fibras de proteína regenerada. A seda se gelatinisa rapidamente e se dissolve por ebulição cáustica a 5 %, porém não tão rapidamente como a lã. 5.13.3 Sericicultura

O processo de cultura ou cultivo do bicho da seda é denominado

sericicultura e possui várias etapas: a) O cultivo das amoreiras, que fornecerão folhas frescas e tenras em quantidade suficiente para a alimentação exclusiva e intensa das larvas em fase de crescimento. A fêmea da mariposa põe de 300 a 400 ovos com um diâmetro aproximado de um milímetro, que se transformarão em lagartas. O bicho da seda é comercializado sob forma de ovos, onde 10 (dez) gramas destes ovos, resultarão em 14.000 lagartas aproximadamente,que durante o seu


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desenvolvimento consumirão cerca de 400 kg de folhas de amora. Desta colheita serão obtidos aproximadamente 10 a 14 kg de casulos, que possuem conter até 4.000 metros de filamento, porém apenas 1.200 metros de filamento contínuo que serão molinados. b) A incubação dos ovos, deverá ser feita numa temperatura de 20 a 240 C, por aproximadamente 15 dias. Ao saírem dos ovos (eclodir), as larvas têm 3 (três) milímetros de comprimento e cor escura, começando a comer imediatamente.. Até atingirem a maturidade, 1000 (mil) bichos da seda comem cerca de 50 kg de folhas frescas. c) As larvas recém-nascidas deverão ser transferidas para tabuleiros, onde crescerão até atingir 12 a 15 cm de comprimento. Os locais de cultivo do bicho-da-seda deverão ser o mais higiênico possível, pois eles são muito sensíveis às infecções bacterianas. Após cerca de 30 a 32 dias, as lagartas alcançam um comprimento de 8 a 9 centímetros, é neste estágio que se transformarão em crisálidas. Durante o crescimento, até atingir a maturidade, elas mudam de pele quatro vezes e sua cor fica então branca-amarelada. d) A transformação em crisálida ocorre após a quarta mudança de pele. Antes de ocorrer esta metamorfose, elas param de comer, ficam preguiçosas e a sua cor passa a ser branca-porcelana. A lagarta fixa então, fios individuais em diferentes pontos da gaiola, para poder fiar o casulo em que vai ter seu descanso de crisálida. Enquanto essa metamorfose vai ocorrendo, a lagarta tece um emaranhado de filamento contínuo, que ela segrega através de duas glândulas sericígenas, que se localizam abaixo de suas mandíbulas e envolve-se nele, o que formará então o casulo. Estes filamentos contínuos são formados pela proteína fobroína e momentos antes de sua saída das glândulas sericígenas são envolvidos pela proteína sericina, também conhecida por goma da seda. estes dois líquidos se solidificam em contato com o ar, formando um fio duplo. As lagartas produzem e se envolvem neste fio, durante 3 a 4 dias sem interrupção, através de um movimento de vai-e-vem que fazem com as suas cabeças, o que vai resultar na formação de um casulo. Este é o processo de produção da seda, que é realizado a uma velocidade média de 45 m/h. A transformação da mariposa é feita dentro do casulo e ela só sairá dele quando completar a sua metamorfose (cerca de 20 dias). e) Para sair do casulo, a mariposa segrega um líquido que amolece a sericina do casulo e assim ela consegue se libertar, rompendo os fios contínuos do casulo, que ficarão danificados. Para evitar que isso ocorra e poder aproveitar-se a seda em perfeito estado, deve-se matar a mariposa antes que ela saia do casulo. Isso pode ser feito através de calor, utilizando-se vapor ou água quente, aproximadamente 450 C, onde além de matar a mariposa, faz com que a goma de seda amoleça, liberando então a ponta livre do filamento de seda, que forma o emaranhado de seda em rama do começo do casulo, para que este possa ser facilmente desenrolado.


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A transformação do filamento em fio de seda ocorre através da reunião das pontas dos filamentos em conjuntos de pares de filamentos, ligeiramente torcidos entre si, que irão formar o fio, que é enrolado numa dobadora, sendo depois passado para bobinas. Um casulo possui em média 1.200 m de filamento contínuo. Estes filamentos apresentam espessura irregular em toda sua extensão.

A seda crua (não desengomada) é denominada seda pari e seu peso é 100%. A seda perde cerca de 25 % do seu peso durante o processo de desengomagem. Para restaurar esta perda de peso, trata-se a seda com substâncias orgânicas e inorgânicas, durante os processos de acabamento, transformando-se a seda em seda pesada. Quando repomos o peso perdido na desengomagem (com sais metálicos como os de estanho, antimônio, bismuto, ferro, etc.) também dizemos que a seda é pari. Se o peso da seda é aumentado até atingir pari ou 45% acima de pari, com substâncias de encorpamento, a seda não sofre danos e sim adquire vantagens, aumentando o volume da fibra, atingindo assim melhor poder de compactação do tecido, dando-lhe maior brilho, o toque fica mais cheio e a caída das dobras do tecido mais pesadas. 5.13.4 Pós tratamento da seda

A desengomagem da seda é feita mediante cozinhamento num banho suave com sabão, lavagem, enxaguamento e secagem. Quando a sericina está completamente eliminada pela desengomagem, devem-se separar os fios binados que se formaram. A seda agora é branca, macia, flexível e brilhosa, estando então apta ao tingimento. Para separar os fios da seda, que permanecem unidos após a desengomagem e aumento de peso por produtos químicos, ficando ásperos, devemos tratá-los adequadamente para que se tornem lustrosos, flexíveis e macios outra vez. Este trabalho é feito através da estiragem, chevilização, lustracão e avivamento. Na estiragem as meadas de seda são tracionadas entre cilindros rotativos, aquecidos a vapor, cujo escartamento vai sendo aumentado gradativamente. Na chevilização é feito um alisamento na máquina chevilizadora, através de arraste e torção das meadas de seda, sobre cilindros. Na lustração é feita uma escovação e alisamento das meadas, em cilindros aquecidos. No avivamento, é dado um tratamento por sabões suaves e óleos em banhos mornos, com o fim de conferir à seda um toque macio e suave, bem como devolver-lhe o brilho. 5.13.5 Aplicação

Principalmente em tecidos para vestuário feminino e masculino, fios para

malharia, meias, gravatas, lenços, luvas, linhas para costura e bordado, tecido para guarda-chuva, etc.. 5.13.6 Características e propriedades

Grau de polimerização: 500 a 700


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Composição química média: Carbono 48,5 % - Hidrogênio 6,5 % - Oxigênio 26,7 % e 18,3 % de Nitrogênio Cor: marfim Título médio: filamento individual 1,33 dTex Regain % (taxa de condicionamento): 11 % (65 ± 2 % UR e 25 ± 2 0C, em regiões tropicais) Densidade média: 1,35 - 1,37 g/cm3

Higroscopicidade: aproximadamente 20 % do seu peso seco Toque: macio, liso, sedoso Tenacidade média: 16,6 g/den Resistência à ruptura: seco 3,3 a 4,5 g/den - molhado 80 % da seca Alongamento: seco 13 a 25% - molhado 25 a 30% Resistência ao calor: a 1300 C decompõe-se Temperatura de passagem à ferro: 1500 C, com ferro à vapor Comportamento com intempéries(luz, raios UV, etc.): perde resistência Comportamento com ácidos: ácido sulfúrico (H2SO4) quente à destrói, sensível aos demais Comportamento com álcalis: fracas e à frio não causam degradação Tingibilidade; boa com os corantes da lã Comportamento com o tempo: insignificante, desde que adequadamente acondicionado Resistência à microorganismos: boa Odor na queima: cheiro de pelo queimado Identificação: odor de pêlo queimado - deixa rebordo - desintegra-se com hipoclorito de sódio e ácido sulfúrico concentrado à frio

5.14 Seda silvestre


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5.14.1 Introdução

As lagartas que fornecem tipos de seda silvestre são em parte muito maiores que as da fiandeira da amoreira. Os grandes casulos são apanhados em árvores e arbustos. A cor do casulo pode ser: branca-creme, castanho-acinzentada, castanho-amarelada, avermelhada, etc. conforme seja a cor da sericina. Sua forma é irregular e geralmente os casulos não podem ser dobados. Esta seda é processada como seda fiada, ou seja, pelos processos convencionais de fiação e não nos processos de molinagem..

5.14.2 Tipos de seda silvestre

Seda Tussah: vem das fiandeiras do carvalho da Índia, da China ou do Japão. Todas as sedas Tussah são mais irregulares que a da amoreira. Sua cor é escura e difícil de remover por alvejamento, na maioria das vezes é utilizada em estado natural. A desengomagem também é difícil pois a sericina encontra-se parcialmente introduzida na fibroína. Possuem toque mais duro que a seda real. Resiste bem ao desgaste e são mais duráveis que a seda da amoreira. Seda Fagara: vem da fiandeira Atlas. Suas borboletas são grandes (de asas abertas chegam até 24 cm). A seda é marrom e é produzida pelo processo da seda fiada. Seda Eria: vem da fiandeira da árvore do rícino. Ë uma espécie de borboleta da Ásia Oriental que vive em estado de liberdade. A seda é branca, marrom e avermelhada e é produzida pelo processo da seda fiada. Seda Anafe: Vem da fiandeira comunitária que vive na África. As lagartas tecem um ninho comum onde vivem em centenas. A seda é branca, pose ser alvejada, muito durável e é produzida pelo processo da seda fiada. 5.15 Lã (Símbolo: WO (inglês – wool))

5.15.1 Histórico

O uso da lã como agente de proteção, vem desde a idade da pedra, quando as peles dos carneiros primitivos eram usadas inteiras para cobrir o corpo humano. Acredita-se que no período paleolítico o homem já fazia uso têxtil da lã, sendo desenvolvidos aí, práticas de fiação rudimentar manual; feltragem e tecelagem. Supõe-se ainda que a tosquia já era praticada também e imagina-se que o carneiro (Ovis aries) está entre os primeiros animais que foram domesticados (logo após o cão) e provavelmente ao mesmo tempo, que o boi, a cabra e o porco. Os mais antigos vestígios de carneiros utilizados para fins


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domésticos datam de 4.000 a.C., no Turquestão. São os carneiros do tipo Anau (espécie de carneiro primitivo), sendo que a lã destes carneiros era muito grosseira.

Durante o período do Império Romano, conseguiu-se uma nova raça. Após a conquista da Península Ibérica, os Romanos conseguiram fazer progredir a criação de carneiros. Quando os Mouros vieram da África para expulsar os Romanos da Península, pelo ano 700 d. C., trouxeram consigo os famosos carneiros merino, que lhes permitiram um avanço significativo na criação de carneiros, em relação a outros povos. O domínio dos Mouros foi derrubado pelos Espanhóis no fim do século XV. Estes continuaram a criação de carneiros e asseguraram a posição de líder, ao decretar a pena de morte contra quem tentasse exportar carneiros vivos. A proibição manteve-se até meados do século XVIII. Mais tarde a cultura do carneiro merino espalhou-se pela maioria dos países europeus, principalmente Alemanha, França e Inglaterra.

O melhoramento dos carneiros em porte e qualidade da lã foi feito por cruzamento de raças, desde o início do seu pastoreio doméstico, visto que a lã era muito grosseira. No período do Império Romano conseguiu-se uma nova criação. Após a conquista da Península Ibérica, os Romanos conseguiram fazer progredir a criação de carneiros. Quando os Mouros vieram da África para expulsar os Romanos da Península , por volta do ano 700 d.C., trouxeram consigo os famosos carneiros merinos que lhes permitiram um avanço na criação de carneiros em relação aos outros povos. O domínio dos Mouros foi derrubado pelos Espanhóis no fim do século XV. Estes continuaram a criação de carneiros e asseguraram a posição de líder, ao decretar a pena de morte contra quem tentasse exportar carneiros vivos. A proibição manteve-se até meados do século XVIII. Mais tarde a cultura do carneiro merino espalhou-se pela maioria dos países europeus, em especial Alemanha, França e Inglaterra.

Na Inglaterra fez-se o cruzamento dos carneiros espanhol merino com o carneiro inglês de lã comprida, raça lincolnshire que deu origem à raça cruzada, os cross-breds, que atualmente desempenham um papel muito importante na produção de lãs. 5.15.2 Comercialização

A lã de carneiro cresce no corpo do animal em diferentes comprimentos e

finuras. Além disso a lã tosqueada (lã cortada com o animal vivo) está cheia de suarda, isto é, sujeira em grandes quantidades, de modo que não pode ser negociada em padrões como acontece com o algodão. A venda por conseguinte, não é feita em bolsas, mas por meio de leilões. Neles a lã é examinada antes da compra, isto é, cada comprador inspeciona os lotes postos à venda para ter perfeita idéia da qualidade de matéria-prima e obter o rendimento desejado quando a lã estiver completamente lavada. Esta apreciação determina o preço que o comprador oferecerá durante o leilão. Ao contrário da lã de tosquia, os produtos preliminares para a fiação de lã penteada, como mechas de lã penteada, borras de penteadeira e resíduos da fiação são negociados em Bolsas, pois eles permitem a organização em padrões.


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5.15.3 Estrutura da lã A lã é uma fibra natural, de origem animal, de pêlo. Cada fibra de lã provém

da atividade de um folículo piloso da pele dos ovídeos. Existem folículos primários, que se desenvolvem ainda antes do carneiro nascer, e folículos secundários que se desenvolvem depois do nascimento. Cada folículo dá origem a um pêlo ou fibra de lã.

Cada fibra é constituída por uma ponta, um eixo e uma raiz. A ponta só existe nas fibras de primeira tosquia (Lambswool). A raiz é constituída por um bulbo (tem forma de cebola) que é mais tenro que o pêlo e onde as células não estão ainda completamente formadas, mas sim em desenvolvimento, dentro da pele do carneiro.

As células fusiformes formam o eixo do pêlo, que está rodeado por escamas irregularmente serreadas, essas escamas são plaquinhas córneas. Em tipos finos de lã as escamas individuais rodeiam todo pêlo e estão mutuamente inseridas e sobrepostas em forma de cálices. Quando os tipos de lã são mais grosseiros a escama individual não rodeia o pêlo de lã por completo. Tipos rústicos de lã apresentam no seu interior um canal medular ou ilhas medulares que não existem nos tipos finos de lã.

O eixo do pêlo está rodeado de glândulas sebáceas que segregam gordura ou suarda em abundantes quantidades. A gordura da lã e a suarda colam os pêlos e protegem os animais contra a chuva.

As raízes dos pêlos estão agrupadas na pele do carneiro, formando tufos. Os tufos desempenham importante papel na apreciação da lã. Quando a finura, resistência à ruptura e ondulação (crimp) são uniformes em todo o comprimento do pêlo, diz-se que a lã é compensada ou fiel; caso contrário a lã não é fiel.

A lã não fiel possui pontos finos no pêlo, cujas causas poderão ser uma má alimentação, gestação e doenças dos carneiros. 5.15.4 Ondulação ou crimp

Uma característica especial da lã é a sua ondulação natural. Ela produz a força para inchar e a elasticidade, bem como a reduzida tendência que os artigos de lã têm para amassar. Quanto mais fino o pêlo, mais forte e curta a ondulação ou crimp. 5.15.5 Características que possibilitam a denominação e diferenciação da lã

Raça: Destinguem-se os carneiros merino, crossbred (cruza) e cheviot (carpet wool). Lã merino: tem 4 a 10 cm de comprimento, ondulação alta, até excessiva. Ela feltra com facilidade e aceita batanagem sem dificuldade. Produzem-se com ela fios cardados, que são usados na produção de tecidos delicados e uniformes. Lã cruza: (crossbred) resulta do cruzamento de carneiros de lã fina com carneiros ingleses de lã comprida. Possui um comprimento de 12 a 15 cm e


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ondulação normal. É utilizada para fios penteados e cardados, para produção de tecidos que devem suportar grandes desgastes.

Lã comebacks: provêm do cruzamento inverso de ovelhas crossbred (cruza) com bodes merino. Consegue-se com isso o afinamento da lã cruza. Este tipo participa com 15 a 20 % dos tipos de lã cruza.

Lã cheviot: originalmente era apenas a lã obtida dos carneiros que se criavam nas terras altas escocesas. Atualmente cheviot é o termo coletivo de todos os tipos de lã compridas e grossas que se usam para o vestuário. Com ela produzem-se fios cardados e penteados. Seu comprimento vai de 15 a 25 cm, possui ondulação chata, até lisa e tem brilho.

Lã comprida: do carneiro inglês (Leicester), que fornece tipos ainda mais longos e lustrosos de lã, medindo de 30 a 50 cm de comprimento, a este tipo dá-se também o nome de lã lustrosa. 5.15.6 Idade e sexo

Para obter-se lotes compensados, separam-se antes da tosquia, os bodes,

as ovelhas com cria, os carneiros e os cordeiros, pois os grupos individuais de animais fornecem diferentes tipos de lã, quanto ao comprimento e finura. Nota: o processo de tosquia consiste no corte do pêlo dos animais, geralmente feito com máquinas de cortar cabelo.

Lã de cordeiro: obtém-se de animais que ainda não têm um ano. A lã é muito fina e macia. O comprimento e a consistência ainda não estão completamente desenvolvidos.

Lã de um ano: provém de animais que tem aproximadamente um ano. A lã

é curta, fina e macia. Lã materna: provém de animais que tiveram cria. É mais robusta que a lã

de cordeiro até um ano. O comprimento e a consistência estão plenamente desenvolvidos.

Lã de carneiro: é mais robusta e elástica que a do animal que teve cria.

Fornece quantidade maior e é de melhor qualidade. Lã de bode: é grosseira e robusta. Em qualidade às vezes é inferior à lã do

carneiro.

5.15.7 Obtenção da fibra Lã de uma tosquia ou anual: obtida por uma única tosquia feita ao ano; é

considerada como a forma mais utilizado para obter lã.


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Lã de duas tosquias: obtida de carneiros que têm lã excessivamente

comprida e de crescimento rápido. Estes animais são tosquiados na primavera e no outono.

Lã de oito meses: obtida de animais que são tosados de oito em oito

meses. Esta lã tem quase o mesmo comprimento que a lã de um ano. Lã pelada: obtida de animais que foram abatidos. Lã de pelego: obtida de animais que morreram por doença ou fome. Este

tipo de lã não é fiel e possui baixa resistência. Lã de curtidor: é a lã que sobra na produção de couro. Na preparação para

o curtimento as peles passam por um processo de transudação quando submetidas a produtos químicos. Isto faz com que os pêlos se soltem das raízes, em conseqüência ficam mais ásperos e quebradiços que a lã de tosquia.

5.15.8 Fiabilidade

Lã cardada: tipos de lã geralmente fina, com 5 a 7 cm de comprimento, de

boa feltragem. Presta-se especialmente para produzir fios cardados. Feltragem é uma característica típica e única da lã, visto que só esta fibra a

possui naturalmente. Manifesta-se por uma alteração dimensional irreversível dos produtos feitos com lã (fios, malhas ou tecidos) quando submetidos a um tratamento de agitação mecânica, na presença de um lubrificante (água, sabão, detergente e outros). A temperatura e o PH, são também importantes para se obter uma feltragem máxima num mínimo de tempo de tratamento.

Lã penteada: tipos de lã geralmente de meio-rústico até rústico, com mais

de 7 cm de comprimento e apresentam reduzida tendência à feltragem, sendo portanto próprios para produzir fios penteados.

Lã de tapete: tipos de lã especialmente rústicos e elásticos, são capazes de

suportar peso (ex.: uma peça de mobília) sem deformar ou amassar, ou seja, erguer-se novamente, recuperando a forma anterior em curto espaço de tempo, e isto graças ao seu crimp ou ondulação alta e forte. 5.15.9 Preparo da lã

O grau de sujeira da lã depende do lugar onde os animais vivem, ao ar livre

ou em estábulos. Lã fina e ondulada é geralmente mais suja que lã rústica e lisa. O pasto, o clima e o trato dos animais, determinam a qualidade e a quantidade de lã, que num carneiro de lã fina é de 1 a 3 quilos e nos tipos mais rústicos é de 2 a 7 quilos.


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Os velos (conjunto da lã de um carneiro, tal como é tosquiada, conservando o formato do corpo do animal) podem ser separados em peças centrais e marginais, ou mantidos inteiros, e enrolados com muito cuidado para não misturar os múltiplos lotes de lã, diferentes segundo o os diversos flancos do corpo.

No mesmo velo existe lã de várias finuras razão pela qual é necessário separar essas diversas qualidades. Esta operação é feita com a lã suja, constituindo-se os lotes por finura que serão posteriormente lavados antes de se transformarem em fios. As fibras de lã dos diferentes partes do corpo do carneiro não possuem o mesmo valor por possuírem diferentes características de finura, comprimento, grau de sujeira, etc., daí porque se separam as partes do velo conforma suas qualidades. Geralmente distinguem-se em cinco tipos ou corpos correspondendo às partes do corpo do ovino: lã da espádua; lã dos costados, flancos e braços; lã do dorso e barrigas; lã da cernelha pescoço e coxas; lã das abas da barriga, cabeça, barbelas, cabos e rabo.

Depois das vendas em leilões, a classificação da lã por graus de finura é feita nas grandes lavanderias e este trabalho exige a colaboração de peritos.

Após a classificação e seleção, segue-se uma lavagem, tipo fabril, dos grupos individuais de lã. Neste processo a lã é movimentada de modo automático, passando por uma máquina de lavar que contém seis tanques (alguidares). Neste processo não pode haver feltragem. No primeiro tanque a lã é colocada de molho. Nos três seguintes é lavada com cuidado, em banhos com sabão e soda cáustica suave (5 a 10%), ou detergentes e temperatura entre 42 a 600 C. Lixívias de soda cáustica forte, destacariam as escamas da lã danificando-a. Fortes formações de espuma provocada pelo excesso de sabão e temperaturas muito altas favorecerão a feltragem. Nos dois últimos tanques, é feito o enxágüe da lã.

A gordura da lã (lanolina), eliminada durante a lavagem é retirada da lixívia

e pode representar até 7% do peso da lã. Devido sua ação benéfica à pele e cabelos, a lanolina é aproveitada pelas indústrias de produtos de beleza (cosméticos), para a fabricação de creme, pomada, xampu, batom, etc..

Depois da lavagem e enxaguamento, a lã é posta a secar em calor brando de 45 a 500 C. A lã não deve ser seca completamente, devendo conservar de 7 a 10% do seu peso seco. Os danos causados por álcalis e secagem demasiada, diminuem a possibilidade de batanagem, bem como sua resistência e durabilidade. O toque fica duro e a lã amarelece perdendo seu valor. Por esta razão a lã deve conservar sua flexibilidade, apesar do tratamento feito com produtos químicos. Na lavagem deve-se deixar um resíduo de lanolina de 0,5 a 1%. Caso a lanolina seja retirada em excesso no processo de lavagem, após a secagem será necessário adicionar a devida porcentagem de lanolina. Para isso utiliza-se um produto que é utilizado na fiação da lã, composto de uma emulsão de oleína (éster oléico da glicerina, de aspecto oleoso), água e solução de amoníaco. 5.15.10 Rendimento da lã

Durante a lavagem a lã perde impurezas insolúveis, solúveis e

saponificáveis (gorduras), chama-se rendimento de uma lã a percentagem do


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peso inicial (lã suja ou crua) em relação ao peso final (lã completamente lavada). O seu cálculo é feito da seguinte maneira:

Rendimento em % = peso da lã lavada x 100% : peso da lã suja (crua ou

não lavada).

O rendimento oscila entre 30 e 80%, conforme o pasto e o clima, raça, trato dos animais, etc.. Em média, 100 quilos de lã crua fornecem 40 a 50 quilos de lã lavada. Durante a lavagem não se pode descuidar da possibilidade de feltragem. Pêlos de animais, especialmente lã de carneiro e pêlos semelhantes ao da lã, possuem a propriedade de feltrar na presença de movimento mecânico, pressão, calor e umidade, tornando-se compactos.

Esta propriedade destaca a lã de outras matérias fibrosas, pois possibilita a produção de tecidos mediante o processo de batanagem, tecidos estes com bastante resistência ao desgaste.

Feltragem é uma forma de encolhimento irreversível, que não pode ser recuperado por esticamento. Os tecidos ou malhas perdem comprimento e largura na feltragem, mas ganham espessura, sua aparência superficial são modificadas, tornando-se atípicas, ou seja sua estrutura ou ponto deixam de aparecer. A feltragem é uma propriedade importante para a fabricação de feltros, flanelas de lã, etc., e usada sob controle é indispensável como elemento de ligação no acabamento dos tecidos de lã. Como operação de acabamento chama-se batanagem pois é feita em máquinas de rolos chamados batanos, onde o controle dos encolhimentos pode ser feito com bastante rigor.

Batanagem é um processo de acabamento, onde os pêlo da lã ficam desordenados e submetidos à ação de pressão, calor, umidade e movimentação simultânea, de modo a não poderem ser separados sem danos. A matéria lanosa fica mais densa, mais resistente à rotura, bem como mais volumosa, perdendo portanto, em dimensões na largura e comprimento (ex.: mantas e cobertores).

Carbonização é o processo de retirada das impurezas vegetais (carrapicho, palha, etc.) da lã, mediante transformação química. A lã é colocada em soluções ácidas (H2SO4) de +2 a +4o Bé, fazendo-se a centrifugação e a secagem gradativas, com temperaturas de 55 a 100o C. Neste processo a celulose das partículas vegetais é transformada em carbono e removida em forma de pó, batendo-se a lã mecanicamente no abridor-batedor. Em seguida faz-se uma neutralização com lixívia de soda cáustica. Este processo danifica um pouco a lã, por isso só é recomendado carbonizar lãs com excesso de impurezas. 5.15.11 Características e propriedades

Composição química média: a lã (wool em inglês, daí a sigla WO) de carneiro compõe-se de queratina (matéria albuminosa que se encontra no chifre) compõe-se de Carbono 50 % - Hidrogênio 7 % - Oxigênio 23 % - Nitrogênio 16 % e Enxofre 4 %;


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Cor: branca amarelada, marrom, preta Finura: 11 a 80 mícrons, ou 2,0 a 11 dtex Regain (taxa de condicionamento): 16 % (65 + ou - 2 % UR e 27 + ou - 2 0C, em regiões tropicais) Densidade média: 1,30 - 1,32 g/cm3

Fiabilidade: pelo processo de fiação penteada até 10,4 Tex (Nm 96) Higroscopicidade: aproximadamente até 40 % do seu peso seco Toque: quente e dependendo do tipo de lã suave a duro Tenacidade média: 3,9 g/den. Alongamento: seco 20 a 40% - molhado 25 a 60% Resistência à ruptura: seco 1,0 a 2,0 g/den ou 8 a 16 Km - molhado 78 a 90 % da seca Resistência ao enrugamento: ótima Resistência à microorganismos: a lã deve ser tratada com produtos químicos de ação anti-traça, para não ser atacada por estes insetos; possui boa resistência à mofo Resistência ao calor: a 1300 C começa a amarelar; queima a 2050 C e carboniza a 3000 C Temperatura de passagem à ferro: 160 - 1900 C, com ferro à vapor Conservação de calor: ótima pois a lã é mau condutor de calor, além disso a ondulação dos pelos em fios e tecidos de lã produz inúmeros espaços ocos de ar que bloqueiam a saída do calor Comportamento com ácidos: ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado quente à destrói; resistente aos demais ácidos fracos Comportamento com álcalis: é destruída por álcalis fortes; sensível à lixívias fracas, mesmo à água de sabão muito quente Comportamento com o tempo: insignificante, desde que adequadamente acondicionada Comportamento com intempéries (luz, raios UV, etc.): perde resistência


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Resistência à ruptura: seco 1,0 a 2,0 g/den ou 8 a 16 Km - molhado 78 a 90 % da seca Tingibilidade: boa com os corantes ácidos, reativos, cuba ou tina etc. Odor na queima: cheiro de pelo queimado Identificação: odor de pêlo queimado - combustão lenta - deixa rebordo cinza (cinza brilhosa marrom que facilmente se pulveriza) - desintegra-se com soda cáustica a 5 - 10 % em ebulição - possui escamas (plaquetas córneas)


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6 Processos de fabricação dos polímeros naturais e sintéticos 6.1 Fieira usada na extrusão dos filamentos

Fieira com placas de vidro para processos de fiação úmida – principalmente para fibras polinósicas e protéicas regeneradas.

Figura 6.1 Fieira para extrusão dos filamentos


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Cada fieira é de forma de um chapéu, em que o topo tem muitos furos. O tamanho destes furos é normalmente de 3-6 milésimos de uma polegada em diâmetro. Cada furo produz um filamento fino, com título de 1 – 10 denier de acordo com o que foi definido. No caso das máquinas de fiação, os filamentos de cada jato são juntados para formar um fio de multi – filamento. Por exemplo, um fio de 150 denier de 27 filamentos, será produzido de uma fieira de 27 furos. 6.1.1 Fiação por fundição – solidificação por resfriamento

Método usado para náilon, poliéster e poliolefinas. 6.1.2 Fiação úmida – método usado para raion viscose 6.1.3 Coagulação química num líquido

O banho de coagulação é aquecido a cerca de 40oC., e contém em geral ácido sulfúrico, sulfato de sódio e sulfato de zinco. Mas, algumas fábricas adicionam glicose ou sulfato de magnésio também. Existem várias combinações boas. Uma das típicas é de 10% ácido sulfúrico, 17,5% de sulfato de sódio e 1% de sulfato de zinco.

Os filamentos devem ser lavados para remover o excesso dos coagulantes, des-sulfurizados e alvejados.

Existem variações nos processos de fabricação. Se for necessário de filamentos opacos, adicionam uma proporção de um pigmento branco bem moído de óxido de titânio. Filamentos coloridos são produzidos da mesma forma pela adição de pigmentos coloridos. Filamentos fortes para cordas, filamentos ocos e


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outras variações podem ser produzidos pela modificação do processo de fabricação do viscose ou das condições de fiação. 6.1.4 Fiação seca – método usado para raion acetato 6.2 FABRICAÇÃO DE ACRILONITRILO 6.2.1 Produção da fibra acrílica

O principal constituinte da fibra acrílica é o acrilonitrilo. Acrilonitrilo é um líquido. Ele consiste de pequenas moléculas e então chamado de monômero.

Quando for aquecido na presença de água e um catalisador, as moléculas combinam-se para formar o polímero com cadeias flexíveis, isto é , a substância em que a molécula consiste de muitas unidades.

Pelo uso de uma mistura contendo um pouco de outros monômeros, uma pequena proporção de unidades diferentes são incorporados, dando um co-polímero. Este melhora as propriedades para o uso têxtil.

O co-polímero é sólido, mas, se dissolve em solventes dando uma solução para fiação. Extrusão: A solução de fiação é bombeada, através dos orifícios finos de

um jato numa solução de coagulação e retirada como filamentos contínuos, que são coletados juntos para formar o


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TOW, ou uma cordão de fibra. O banho remove o solvente da solução de fiação, deixando filamentos acrílicos sólidos.

Estiragem: Sob calor para desenvolver resistência, isto é, as moléculas são

regularmente alinhados, para que todas as ligações da cadeia são de resistência igual.

Lavagem: Para remoção do excesso de solvente. Secagem: Sob calor. Estabilisação: Fibra de padrão, sob calor para prevenir encolhimentos

subsequentes. Crimpagem: Este ajuda, quando é fiado em fios em adicionar a resistência

e melhora o toque. Corte: O corte dos filamentos em comprimentos desejados para

fiação com algodão, lã cardado ou em qualquer outra maquinaria.

TOW: Coleta de TOW para uso especial de maquinaria de conversão

de TOW para TOP que elimina a necessidade de uso de cardagem ou penteagem convencional.


113

6.3 Produção de náilon 6 6.3.1 Fiação por fundição de náilon

Náilon 6.6 (x180) Níveis de TiO2 – 2%, 0,3% e 0,03%

Náilon 6.6 - Seção transversal (x180)


114


115

6.4 Fabricação de fibra de poliéster – filamentos e fibras curtas

Terilene (Poliéster)

Estiragem Condicionamento com calor

Corte

Fio de Filamento Fibras curtas

Fiação por Fundição

Tow sem Estiragem

Petróleo

P-Xileno

Ácido nítrico Metanol

Dimetil TereftalatoGlicol Etileno

CH

2CH

2 oxidaçãoCH

CH

2

2

OhidrataçãoCH2

2

OH

CH OH

Etileno Óxido de etileno Glicol etileno

CH

3

3

CH

Petróleo HNO3

COOH

COOH

CH OH3

COOCH

COOCH

3

3p - Xileno Ácido Tereftálico Dimetil Tereftalato

n CH O CO CO OCH3 3

3

+ n HO (CH ) OH22

CH O[ OC CO O (CH ) O2 2 2]nH+ (2n - 1) CH OH

Crimpagem

Estiragem

Conversão de TOW para TOP


116

6.5 Fabricação de mono-filamentos de polietileno

1 Extrusor 2 Tanque de resfriamento 3 Rolos de retirada 4 Forno de estiragem 5 Rolos de estiragem 6 Forno de relaxamento

Poliéster (x750)

Poliéster – Seção transversal (x750)


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7 Rolos de relaxamento 8 Enrolamento.

6.6 POLIPROPILENO

POLIPROPILENO ISOTÁTICO

Polietileno de baixa densidade (x180)

Polietileno de baixa densidade (x180)

Polietileno de baixa densidade – Seção transversal (x500)


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6.7 Manufatura de triacetato – filamentos e fibras curtas 6.7.1 Estágio 1

O principal material na fabricação de triacetato de celulose é a polpa de madeira – principalmente o pinho, spruce ou western hemlock de Escandinávia ou América do Norte e o ácido anidrido acético. A polpa é desenrolada, triturado em forma de flocos e transportado para o acetilador.

Na presença de catalisador (ácido sulfúrico) e um solvente (ácido acético ou cloreto de metileno), a celulose da madeira e anidrido de acético reagem para formar o dope de ácido que é uma solução viscosa de triacetato.

Os flocos são geralmente armazenados em “hoppers” para continuação do processo de manufatura do triacetato. Mas também pode ser ensacados para usar em outros tempos numa outra fábrica.

A adição de água causa precipitação do triacetato de celulose que é secado para formar flocos granulados brancos. 6.7.2 Estágio 2 6.7.2.1 Conversão de flocos para fibras pela fiação a seco:

Os flocos são dissolvidos em solvente (cloreto de metileno) para formação do “dope” da fiação. Que é filtrado para remover quaisquer sólidos não solúveis que pode bloquear os jatos da fieira. Nas fieiras, o dope de fiação solidifica em filamentos de triacetato.


119

6.8 FABRICAÇÃO DE RAION VISCOSE


120

6.9 Fibras poliuretanos (Elastômeros) 6.9.1 Introdução

As fibras que têm uma extensão no rompimento em excesso de 200 %, e têm, também, a propriedade de recuperação rápida quando a tensão for liberada são conhecidas como elastômeros. Quando o náilon é extrudado ele é estirado em até 300 – 400% do seu comprimento original, entretanto ele não volta ao seu comprimento original, não sendo portanto um elastômero. Esta propriedade de recuperação da extensibilidade foi desenvolvida com fibras de poliuretano. Os poliuretanos são polímeros produzidos pela reação entre pequenas moléculas em que a ligação das moléculas dá-se através da formação de ligações de uretanos. e são a base de uma fibra sintética que foi conhecida, originalmente, como SPANDEX mas que, agora, genericamente é conhecida como fibra elastomérica – uma fibra altamente elástica usada nas aplicações têxteis que eram previamente dominadas pelo uso da borracha. Uma fibra manufaturada, em que a substância da formação da fibra é um polímero sintético de cadeia longa composto de no mínimo 85% de poliuretano segmentado.

No sentido têxtil, uma fibra elastomérica é aquela que tem elasticidade em centenas de porcentagens e com uma habilidade de recuperação rápida desta estiragem por causa da característica de uma mola da estrutura molecular. Existem quatro tipos de fios elastoméricos: SPANZELLE (Courtaulds/Firestone) LYCRA (Du Pont) BLUE C ELURA (Polythane Fibres Ltd.)

GLOSPAN (Globe Elastic Thread Co. Ltd.) VYRENE (Dunlop Rubber Co.; Lastex Yarn and Lactron Thread Ltd.) Os primeiros quatros são de multi-filamento em estrutura parcialmente fundida ou unida numa só. VYRENE é um mono filamento que é extrudado como um filamento singelo. Estas fibras são muito semelhantes entre si, apesar das ramificações dos interesses comerciais. Inicialmente foram desenvolvidas nos Estados Unidos e as fibras que foram produzidas na Inglaterra foram feitas com a ajuda americana. Em 1968 foram produzidas fibras com efeitos semelhantes na Alemanha, Holanda e Japão, de novo com ajuda americana.

A tecnologia elastomérica do Poliuretano foi concebida com base na tecnologia do poliuretano e da origem da química do isocianato. A primeira fibra manufaturada foi lançada em 1958 pela DuPont, com o nome de “Fiber K”, nos Estados Unidos da América onde estas fibras genericamente são conhecidas como “SPANDEX”. Logo depois foi colocada no mercado com o nome “LYCRA”.


121

6.9.2 Elastano (ELASTANE)

Foi adotada como o nome genérico britânico para as fibras elastoméricas que são definidas como polímeros sintéticos de cadeias longas compostas de pelo menos 85% de poliuretano segmentado.


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6.9.2.1 Métodos de manufatura As modernas fibras Spandex são formadas de poliuretano, mas o primeiro poliuretano a ser fiado (fiado primeiro na Alemanha durante a II Guerra Mundial) não era um fio elástico mas um fio ordinário de fio “duro”, parecido com náilon, não sendo uma boa fibra, embora possuísse algumas características químicas em comum com as novas fibras Spandex.

As características essenciais das fibras elásticas (recuperação do comprimento original após estiragem) (snap-back) está na cadeia molecular que tem alteração de:

1. Segmentos longos com natureza de alta flexibilidade borrachudo e

não cristalino. Eles são conhecidos como segmentos “moles,” sempre de poliéter. Estes segmentos moles são facilmente deformados para que pequenas tensões produzam grandes extensões. Eles fornecem a elasticidade (o “ceder”) da fibra.

2. Segmentos curtos de cadeias, tendo fortes forças intercadeias que não “cedem” (não há elasticidade) e que são conhecidos como segmentos “duros”, e normalmente possuem ligações cruzadas e cristalinas e polar. Estes segmentos duros são construídos através da adição de isocianato e não sofrem nenhuma deformação durante a extensão da fibra.

As mudanças estruturais de uma fibra “snap-back” (elastomérica) são

mostradas na figura 6.1. Os segmentos enrolados são estirados quando esta fibra foi estirada. Quando a tensão é liberada elas se re-enrolam. Os segmentos duros mostrados não são afetados; a sua função é para manter a estrutura junta.

Figura 6.1 Representação da fibra snap-back (Elastomérica) As fibras de elastano são formadas de segmentos duros de altas fusões,

cristalinas dentro da matriz de segmentos moles, fusíveis e amorfos. Os segmentos duros normalmente contêm um isocianato aromático e um diamina e são ligados pelos grupos uretanos para segmentos moles de poliglicol. O método geral de síntese de um polímero elastano é a reação de 1 mol. de um poliglicol (poliéster, poliéter, ou ambos) de peso molecular de 750 – 3500 com 2 mols. de um di-isocianato (ou cicloalifático) para formar o pre-polímero com grupos finais de isocianato. Este pre-polímero caracteriza-se por possuir cadeia estendida com grupos bifuncionais de baixo peso molecular, contendo átomos de hidrogênio reativos, tais como um diamina ou diol, para formar os segmentos duros.

Não estendida

Estendida


123

As fibras de elastano podem ser produzidas pela fiação a seco (dry-spinning), fiação a reação (reaction–spinning), fiação úmida (wet-spinning) ou fiação por fundição (melt-spinning), dependendo da natureza química da fibra. Geralmente, se a fibra for de estrutura linear, por causa de ligações, ela pode ser produzida pelo método a seco, úmido ou fundição. Se o polímero é não-linear, por causa de ligações, ele pode tornar-se insolúvel e não se funde. Neste caso a fibra pode ser produzida pelo método de fiação a reação.

Mais de 80% da produção da fibra é de fiação a seco. Soluções poliméricas altamente viscosas são fiadas através de colunas verticais aquecidas, com uma rápida evaporação dos solventes (normalmente DMA ou DMF). Também podem ser usados baixos hidrocarbonos halogenados ou mistura deste com álcool alifático. Os títulos dos filamentos singelos são, geralmente, de menos 20 dtex para ser possível a remoção completa dos solventes. A velocidade da fiação atinge 200-800 m/min.

Na fiação por reação, o pré-polímero com terminais de isocianato na solução é extrudado no banho contendo extensor da cadeia, que forma o polímero final quando ele sai do banho. Há somente uma pequena produção deste tipo. A velocidade de fiação atinge de 50-150 m/min.

Na fiação a úmido a solução do polímero curado num solvente apropriado, isto. é, DMF, ou tetra-hidrofurano (THF), é extrudada num banho de coagulação. O banho deve ter uma afinidade com o solvente, geralmente água morna. A velocidade de fiação é muito lenta, de 3-30 m/min. Propriedades ótimas podem ser alcançadas pelo tratamento posterior nos meios quentes.

A fiação por fundição é aplicada para polímeros que podem ser fundidos e que têm boa estabilidade nas temperaturas de extrusão.

A síntese de LYCRA usada na produção emprega o tetrahidrofurano como matéria prima. O anel da matéria prima é aberto e o composto com a cadeia linear é polimerizado para formar o polímero com baixo peso molecular.

E este polímero é tratado com um excesso de di-isocianato – OCNRNCO - para formar: OCNRNHCOO(CH2 CH2 CH2 CH2O)n OCONHRNCO

Esta unidade e qualquer unidade de isso-cianato não reagido reage em seguida com alguns diaminas, possivelmente hidrazina NH2 NH2 , e para prevenir que a reação não passe longe demais, um pouco de monoamina é adicionado como um estabilizador. O estágio final é desenvolvido numa solução de dimetilformamida e então a LYCRA é fiada a seco desta solução. A última reação pode ser representada:


124

Nesta última fórmula as ligações “moles” terão éter de polibutileno do original tetrahidrofurano. Devemos observar que a sintese é complicada e o produto, sem dúvida, é complexo.

mole mole

mole mole

Fibra de elastômero de poliuretano - LYCRA – Seção transversal (x250) Fio de multifilamento com fusão dos filamentos.

Fibra de elastômero de poliuretano - SPANZELLE – Seção transversal (x300) Fio de multifilamento com fusão dos filamentos.

Fibra de elastômero de poliuretano - – SARLANE – Seção transversal (x250) Fio de multifilamento com fusão dos filamentos.


125

6.9.2.2 Estrutura da fibra e sua relação com as propriedades físicas A performance elastomérica pode ser interpretada com base em um modelo de segmento duro e mole, mas é difícil explicar a inter-relação entre estes segmentos através de um modelo molecular simples, não somente por falta de informações sobre tamanho, forma e distribuição dos segmentos duros dentro da matriz dos segmentos moles, mas também porque as fibras diferem consideravelmente na geometria da estrutura de acordo com o método de manufatura.

A elasticidade antes do rompimento do fio de LYCRA é de 520 – 610% (borracha 760%). A LYCRA pode ser estendida de seis ou sete vezes do seu tamanho original, a borracha até 8,5 vezes. A resistência ao rompimento é de cerca de 0,7 grama por denier equivalente a cerca de 4,5 gramas por denier de rompimento; a da borracha é de 0,25 grama por denier, equivalente a 2,3 gramas por denier de rompimento. Numa certa estiragem, a recuperação da LYCRA é inferior a da borracha.; a recuperação de uma estiragem de 50% é somente 93,5-96%.

A LYCRA tem a vantagem de ser branca e tingível. Tem boa resistência aos produtos químicos. È degradada e amarelada pelos hipocloritos, mas suporta concentrações encontradas nas águas de piscinas (0,5 ppm máximo do cloro disponível). Ela suporta a ação da transpiração e loções solares e outros óleos cosméticos. Pode ser lavada repetidamente em máquinas de lava roupa a 60 oC e secadoras a 80 oC. Alvejantes que contêm cloro devem ser evitados uma vez que o cloro degrada e amarela a fibra. O fio de LYCRA é de multi-filamentos que são unidos como um monofilamento. Os fios são produzidos com deniers de 70 a 560, sendo que 420 é o mais popular.


126

Regain porcentagem é de 0,3%; a gravidade específica é unitária; o ponto de fusão é de 250 oC, mas começa a grudar a 175 oC. A fibra é solúvel em DMF em ebulição. As vezes, o gauge (calibre)da borracha é usado para expressar a

espessura do fio em lugar do denier. A relação aproximada entre as duas unidades é:

Gauge Borracha⋅ ⋅= 2350Denier

Os fios Spandex são quase brancos e não necessitam de alvejamento. Mas se eles forem misturados com outras fibras, podem necessitar de alvejamento. As misturas com poliamidas ou fibras acrílicas podem ser submetidas a um suave alvejamento de redução, o alvejamento incluindo um pouco de hidrossulfito e acabado com agentes de branqueamento ótico. Os processos de alvejamento contendo cloro podem amarelar as fibras de spandex. As misturas com fibras celulósicas podem ser alvejadas com peróxido de hidrogênio.

As fibras elastoméricas podem suportar a maioria dos tratamentos normais de tingimento e acabamento usados para fibras sintéticas e naturais. Elas têm afinidade para a maioria das classes dos corantes normalmente aplicados ao náilon e podem ser tingidas numa gama de tonalidades (corantes Ácidos, Básicos e Dispersos).

Elas podem ser tingidas na fiação: Resultados satisfatórios de solidez à luz e à lavagem podem ser obtidos

com corantes tais como ácido, complexo metálico e cromo. Os corantes Dispersos oferecem melhoria na solidez à lavagem nas tonalidades claras. Como regra geral é importante manter as tensões do fio, os tempos de processamento e as temperaturas ao mínimo, para não afetar as propriedades elásticas.

Desde que a LYCRA é normalmente um componente minoritário num dado tecido, as outras fibras definem as instruções de cuidados que devem ser tomados.

A fibra de LYCRA é usada nas misturas com algodão, náilon, poliéster, acrílico, raion viscose, acetato e triacetato.

6.9.2.3 Formas comerciais do fio de poliuretano 6.9.2.3.1. Fio de poliuretano sem cobertura (Bare Yarn)

Pode ser usado para vários fins: como base na estrutura de tecido para roupas, roupa de banho, meias. O filamento fino pode ser usado em roupas leves.


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6.9.2.3.2 Fio coberto (Covered Yarn)

Os fios inelásticos tais como náilon ou poliéster de filamento contínuo são enrolados em espiral, tendo o elastômero no centro. Quando o fio se retrai, os fios que o cobrem comprimem-se mantendo o elastômero parcialmente estendido. Normalmente duas camadas do náilon ou poliéster são enroladas no elastômero em direções opostas, enquanto este passa na máquina de enrolamento sob tensão controlada (estirado em 4 a 5 vezes do seu tamanho em estado de relaxamento); os dois fios enrolados promovem uma estrutura equilibrada com mínimo de torção. Na máquina o elastômero passa nos fusos ocos que carregam os fios de cobertura e rodam com alta velocidade. Figura 6.3 Esquema de Fiação do Fio Coberto (Covered-yarn)

Guia de passagem

Zona principal de estiragem

Zona de pre-estiragem

Tubo de Lycra

Guia

Cobertura interna

Cobertura externa

Fio coberto

Rolos estrelas de retirada

Zona de estiragem l


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6.9.2.3.3. Fio Core-spun (Core-Spun Yarn)

Um fio core-spun é semelhante a um fio coberto, mas a cobertura é de fio de fibras curtas. O elastómero estendido é combinado com o pavio à medida que é convertido em fio, sendo puxado e torcido num filatório. O fio pode então ser usado para fabricação de tecido ou malha elástica (stretch), que deve ser condicionado sob calor para ter estabilidade e desenvolver as propriedades elásticas desejadas. Embora os fios cobertos e core-spun sejam semelhantes, há uma diferença fundamental entre as propriedades do tecido base para roupa que contenha fios descobertos ou cobertos, e o tecido stretch que é feito de fio core-spun. Na roupa básica as propriedades elásticas dependem somente dos fios de poliuretano. Todavia, as propriedades do tecido stretch dependem não apenas do fio de poliuretano mas da crimpagem desenvolvida nos fios cobertos durante a tecelagem e condicionamento térmico (setting). A = Rolos alimentadores; C = Rolo de estiragem; D = Guia para LYCRA em forma de V que revolve ; E = Rolo dianteiro; F = Guia de fio para embalagem de LYCRA Figura 6.4 Esquema de fiação do fio core-spun

ZONA 1 = Pre-estiragem de LYCRA; ZONA 2 = Estiragem principal ZONA 3 = Fiação Figura 6.5 Sistema de fiação para fio core- spun com LYCRA no sistema de

Algodão e Lã penteada.

A – Rolo de alimentação C – Rolo de estiragem D – Guia em forma de V para LYCRA E - Rolo dianteiro R – Pavio S – Fiação T – Tubo de LYCRA

LYCRA


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6.9.2.3.3 Fio Torcido (Core-ply Yarn)

Os fios torcidos são formados pela torção de um fio texturizado (ex. náilon) e um fio elastomérico, que forma o núcleo. Cada um dos fios do compósito tende a ter efeito próprio, e não são balanceados. A operação pode ser executada num sistema que permita o elastômero ser estendido durante a torção. Usando os fios core-ply é possível fabricar tecidos com maior extensão na direção do urdume, o que, conseqüentemente, exerce uma tensão reduzida concomitantemente durante o uso, quando comparado com um tecido idêntico que contenha apenas os fios rígidos convencionais.


123

6.10 Processo de fabricação de fibra de vidro Figura 6.6 Fabricação de fibra de vidro

122


124

6.10.1 Manufatura de fio de vidro

O fio de vidro como qualquer outra forma de vidro é composto de sílica e vários óxidos que lhe conferem as propriedades específicas. O vidro borosilicato (tipo E) tem a seguinte composição: Dióxido de silício (52 – 56%), óxido de cálcio (16 – 25%), óxido de alumínio (12 – 16%), óxido de boro (8 – 13%), óxido de magnésio (0 – 6%), óxido de sódio e potássio (0 – 1%). Os vários ingredientes na formula do vidro são secos e derretidos num forno refratário. A temperatura pode variar para cada formula, mas normalmente é de cerca de 2500 oF. O vidro fundido é transformado em fibras (processo de fundição direto) ou convertido em de gude para facilitar o transporte e estocagem (processo de bolas de gude). As bolas de gude são alimentadas num tanque de liga de platina ou “bushing, onde são fundidas novamente. O vidro fundido é alimentado através da gravidade em pequenos orifícios nu fundo do “bushing”, coletadas e estiradas mecanicamente até atingir um filamento com diâmetro desejado. O número de orifícios no bushing corresponde ao numero de filamentos no fio, enquanto a temperatura do vidro ou fluidez, de acordo com a velocidade da estiragem, determina o diâmetro do filamento. Embora o vidro seja muito forte, ele é quebrável e esta sujeito a danos de auto abrasão. Para evitar isto o ligante composto de amido e óleo é aplicado nos filamentos a medida que estes deixam o bushing. Este encorpa cada filamento como uma pele ou lubrificante e serve para evitar danos durante os processos subseqüentes tais como, torção, dublagem e texturização no ar. 6.10.2 Preparação do fio e tecelagem

O vidro, provavelmente mais do que qualquer outra fibra têxtil precisa de maior habilidade e atenção em todas as fases de manufatura, particularmente quando se converte o fio em tecido pelo meio tradicional. A uniformidade do fio, o diâmetro, o conteúdo da ligante e tensão, mais um controle de qualidade exato são essenciais para um processamento com sucesso e o suprimento para o rolo do urdume. Os urdumes são enrolados, a partir das embalagens, em carretéis posteriores de grande capacidade. Cada carretel pode conter 600 a 700 fios com muitos quilômetros de extensão. Vários rolos de urdumes são dispostos juntos, cobertos com goma e lubrificantes a fim de proteger o urdume no processo de fiação e são enrolados no rolo do urdume. Por este meio o número total de fios de urdume de um comprimento calculado e numa largura requerida são enrolados no rolo do urdume. A operação seguinte consiste na entrada de cada fio de urdume através de controles selecionados de acordo com o padrão requerido. Esses controles são as malhas – cada um tem um orifício através dos quais passa o fio – e são montados em quadros de lisos. Os fios de urdume agora são espaçados até a densidade do fio desejada – fios de urdume por cm – num pente. Este conjunto completo é transferido para um tear onde o tecido é feito. 6.10.3 Limpeza, tingimento e acabamento


125

No acabamento tradicional, uma gama de processos de acabamento pode ser efetuado, mas com vidro, um processo mais simples e contínuo é aplicado. No início o tecido contém impurezas tais como, ligantes, amido aplicado (álcool polivinílico), óleo, graxa, e sujeira – todos atuam como barreira para processos subsequentes. O propriedade de resistente ao calor do vidro, é aproveitado na limpeza dos tecidos domésticos e industriais respectivamente com calor e chama. Tecidos industriais são limpos em lotes em fornos nas temperaturas de 660oF a 770 oF por períodos de até 72 horas em seguida com um tratamento químico que serve para aumentar a afinidade do vidro para resinas com que o vidro será tratado quando for usado na fabricação de laminados ou outras fabricações. Tecidos para uso no “casement” são tratados com chama onde o tecido é relaxado induzindo ondulações (crimp) nos urdumes e fica limpo. Este processo é chamado de “CORONIZING”. Em seguida o tecido é foulardado com uma camada protetora e em seguida é curada em alta temperatura. Durante este processo pigmentos coloridos podem ser adicionados ou o lustre do vidro pode ser retirado. Finalmente um tratamento de repelência a água é dada e curado para proteger o tecido.

Os tecidos de vidro são usados para usos decorativos e industriais. Na indústria o uso varia de laminados, manufatura sob pressão nos moldes, fitas industriais, reforços para formas dos moldes, filtração, tecidos para telhamento, tecidos para proteção, etc.


126

6.11 Lyocell NewCell começou como um projeto de pesquisa no American Enka Corp. em 1970 com o objetivo de descobrir um método ambientalmente amigável para produzir ráion viscose. O que produziu foi um processo de fiação a solvente – um meio de dissolver o celulose numa solução aquosa de água, celulose e um óxido amínico (NMMO) – e o novo produto, subseqüentemente foi dado o nome genérico lyocell, que não teve nada em comum com as fibras de ráion viscose convencional. O novo processo todavia, teve uma desvantagem, em que a solução da fiação desintegrou-se rapidamente. Este não foi resolvido até 1980 e nesta época, o processo estava pronto para comercialização. Após alguns anos Akzo decidiu-se sair da atividade de produção da fibra de ráion viscose.

Subseqüentemente, Akzo concedeu licença não – exclusiva primeiro para Lensing e depois para Courtaulds para produzir lyocell fibras (staple fibre) para uso têxtil. Mas Akzo retenha a licença para produzir fio de filamentos – a produção dos fios de filamentos é o principal negócio do Akzo e embarcou no projeto NewCell. Produzir o fio de filamento lyocell provou que tenha muito pouca semelhança com a manufatura de fibras lyocell. Desenvolvimento do processo e produto teria que estudado bem e só em 1992, o primeiro NewCell planta piloto foi construído. No mesmo tempo, Courtaulds teve excelente sucesso com Tencel – a primeira fibra do lyocell – principalmente no Japão, e em 1994, Akzo e Courtaulds concordaram para desenvolver NewCell juntos. Em 1997 o joint-venture, NewCell GmbH & Co. KG foi inaugurado para produzir e vender fio de filamento lyocell. A produção comercial de até 5.000 toneladas por ano na planta Elsterberg na Alemanha ainda esta previsto em dois anos. Ele vai ser produzido em quatro tipos de produtos na faixa de 40dtex até 150detx cobrindo as aplicações principais de urdume, malha circular e retilínea etecelagem. Vestuário feminino será o principal mercado a ser atacado e em seguida pela lingerie e no final hosiery. Japão e Itália serão os mercados principais. Essa estória recentemente tomou um novo rumo em que Akzo Nobel concordou em adquirir as ações do Courtaulds por cerca de US$2,96bilhões. De acordo com o multinacional holandesa que combinando a sua produção da fibra com o do Courtaulds criará um negócio internacional de fibras que resulta em trabalhar sem ajuda de niguem. 6.11.1 TENCEL

LYOCELL é a primeira classificação de uma fibra genérica por mais de 30 anos e definido como “a fibra de celulose obtido pelo processo de fiação de um solvente orgânico. Courtaulds plc erá a primeira indústria oferecer um produto comercial dentro desta categoria e deu ao seu produto o nome comercial de Tencel. 6.11.1.1 Processo de celulose – “Solvent-spun” (fiação –solvente )


127

Lyocell é produzido de polpa de madeira através de um processo de fiação a solvente .

Existem vários sistemas de solventes efetivos na dissolução direta da celulose: Cloreto de lítio/dimetil acetamida Amônia/tiocianato de amônia Courtaulds desenvolveu um processo de fiação baseado no uso de um óxido amínico, óxido de N-metil morfolina, para efetuar a dissolução. Este composto é não tóxico e então é atrativo como base do processo de manufatura. Além disso, as propriedades da fibra produzida apresentam vantagens sobre as fibras celulósicas produzidas pelos outros processos. O processo de fiação é mostrado na Figura 1. A polpa de madeira e óxido amínico como uma solução na água são misturados e passados para dissolução contínua até chegar a uma solução clara e viscosa. Esta é extrudada numa solução de óxido amínico que precipita a celulose como uma fibra em forma de filamentos que são coletados como tow. Após a lavagem e secagem, a fibra está pronta para processamento. Do tow, as fibras cortadas são produzidas (top). Mais de 99% do óxido amínico é recuperado, purificado e reutilizado após a remoção do excesso de água. Este processo utiliza materiais ambientalmente limpos e a reciclagem é uma parte integral do processo. Os produtos de resíduos são mínimos e não tóxicos, e facilmente controláveis.

Figura 6.7 Processo de Tencel


128

A fibra comum produzida é de 1,4 dtex, 38mm, mas pode ser produzida em

uma gama de densidades lineares e comprimentos variados. 6.11.1.2 Estrutura Lyocell tem várias propriedades interessantes que resultam do arranjo cristalino das unidades celulósicas. O grau de polimerização e cristalinidade são maiores do que do ráion viscose. As unidades cristalinas são conectadas pelas pontes de hidrogênio. Esta estrutura única produz uma variedade de propriedades interessantes (Tabela 1). 6.11.1.3 Propriedades: A fibra tem uma seção transversal redonda, e superfície lisa. Na sua forma natural possui alto lustre. Também podem ser produzidas fibras opacas pelo uso dos delustrantes. As propriedades tensil da fibra são caracterizadas pela alta resistência e alongamento médio no rompimento. A resistência no estado úmido é alta, perdendo 15% com relação ao valor do estado seco. 0 5 10 15 20 25 30 Extensão %

Figura 6.8 Curvas de tensão-extensão para tencel e outras fibras.

60 50 40 30 20 10

Carga (cN/tex)

TENCEL

MODAL

VISCOSE

POLIÉSTER

ALGODÃO


129

Tabela 6.1 Propriedades das fibras

Tencel Lyocell do Courtaulds

Viscose normal

Polinósicas Modal Cupro fibra

Algodão Poliéster

Título (dtex) 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 Tenacidade (cN/tex) 40-42 22-26 36-38 34-36 15-20 20-24 50-55 Alongamento (%) 14-16 20-25 11-13 13-15 7-23 7-9 25-30 Tenacidade úmido (cN/tex

34-38 10-15 28-30 19-21 9-12 26-30 50-55

Alongamento úmido (%)

16-18 25-30 12-14 13-15 16-43 12-14 25-30

Módulo úmido (@ 5% alongamento)

270 50 210 110 100

Regain (%) 11,5 13 12,5 12,5 8 Absorção d’água (%) 65-70 90-100 55-70 75-80 100 45-55

Alguns dos resultados mecânicos da fibra tencel (como a variação da

tenacidade, variação do alongamento, variação da regularidade, variação da pilosidade, variação dos pontos finos, variação dos pontos finos no Classimat H1, variação dos pontos grossos, variação do número de “neps” em relação ao título dos fios de filatório de anéis) estão mostrados nas figuras 6.9 – 6.19.


130

Figura 6.9


131

Figura 6.10


132

Figura 6.11


133

Figura 6.12


134

Figura 6.13


135

Figura 6.14


136

Figura 6.15


137

Figura 6.16


138

Figura 6.17

Figura 6.18


139

6.11.1.4 Tencel nos produtos têxteis

A fibra Tencel pode ser usada para produzir uma gama de produtos têxteis

ambos para vestuário e usos técnicos / industriais. A fibra é muito bem processada no setor das fibras curtas, incluindo fiação a anel, rotor e outras novas tecnologias.

Tabela 6.2 Fios pela fiação a anel

Fibra Tencel

Modal Algodão penteado

Título 37tex 20tex 12tex 20tex 20tex

Tenacidade (cN/tex) 30,0 27,5 23,0 17,5 15,1 Extensão (%) 12,2 9,4 8,3 10,8 7,2 Regularidade (CV%) 10,1 14,6 15,6 17,2 15,3 Neps/1000m 5 14 49 27 98

Tabela 6.3 Fios pela Fiação a Rotor

Fibra Tencel Modal Algodão cardado

Título 50tex 20tex 20tex 20tex Tenacidade (cN/tex)

20,0 19,5 12,5 10,2

Extensão (%) 10,0 8,5 11,6 5,4 Regularidade (CV%)

14,2 17,0 17,7 17,2

Neps/1000m 8 30 30 862


140

Tenacidade do fio (cN/tex) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Tenacidade da fibra (cN/tex) Figura 5.13 Relação da resistência da fibra com a resistência do fio Figura 19 Relação da resistência da fibra com a resistência do fio

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10

⊗ Póliéster ⊗ Tencel

⊗ Polinósicas ⊗ Modal

⊗ Viscose ⊗

Algodão


141

Tabela 6.4 Propriedades dos tecidos 100% tencel

Massa do tecido (g/m2) 130 106 98 Construção Tela Tela Tela Título do fio (tex) 20 20 12 Nível de resina (% DHDMEU) 3 3 1 Estabilidade à lavagem @ 60 0C (% área) -0,8 -2,4 -5,5 Resistência ao rasgo (N) 23,6 17,9 11,3 Resistência tensil (N) 60,0 39,8 42,3 Recuperação ao enrugamento (urdume + trama) 2670 2520 2050 Resistência à abrasão Martindale (ciclos) 5000 3000 7000

A alta resistência dos fios tencel pode ser usada para desenvolver novos

produtos o que não é possível com outras fibras celulósicas; e com relação aos produtos existentes a performance requerida pode ser alcançada pelo uso de fios alternativos e tecidos de construções diferentes.

Tabela 6.5 Propriedades da resistência do Tecido

Massa do tecido (g/m2)

Resistência tensil do trama

(N)

Resistência ao rasgo da trama

(N) Algodão fiação a anel 240 470 80 Tencel fiação a anel 240 810 170 Tencel ao Rotor 242 578 95 Tencel ao Rotor 214 520 100

As mais novas tecnologias de fiação foram desenvolvidas com o objetivo de

aumentar a produtividade no setor de fiação de fibras curtas. Por exemplo, as velocidades de saída do fio podem ser aumentadas significativamente.

Fiação a anel 20 m/min. Fiação a rotor 140 m/min. Fiação a jato de ar 160 m/min. Fiação por fricção 200 m/min.

6.11.1.5 Caminhos de processamento para tecidos de tenceL

As fibras lyocell incham dramaticamente quando são molhadas (35% do seu diâmetro), causando os tecidos tornassem duros. A dureza pode resulta no amarrotamento principalmente nos estágios da preparação. Processo de preparação ao largo (aberto) é então recomendado usando processo contínuo, foulard (pad), Urdume (Beam) ou jig (jigger).

Tecidos podem ser danificados no processamento úmido se for usado equipamento inadequados. Microscópio eletrônico a varredura (SEM) mostra que,


142

maioria das marcas dos danos típicos são por causa da fibrilação localizada. Por causa dos efeitos óticos da fibrilação, estas áreas aparecem claras com relação ao corpo do tecido. Esta fibrilação localizada é causada pela ação mecânica repetitiva na mesma área do tecido, e então a seleção correta da maquinaria é primordial importante.

No processamento dos tecidos em lotes, é importante que o tecido devia ser aberto e re-orientado quando ele passa na máquina. Muitas máquinas de jato pode mostrar muita pouca abertura do tecido e tem alta potência a danos. Air Jets são mais sucessos na produção de tecidos de lyocell livre de danos. Quando o tecido partir do bico do jato, a velocidade do ar sopra o tecido para abrir ressaltando excelente reorientação e uma reduzida potencial para fibrilação localizada. Após os estágios do processamento de jet, um tratamento de lavagem (tumbling treatment) permite a geração da aparência do corpo cheio (bulk).

Acabamento com resinas não é normalmente necessário para conferir lavabilidade adequada, mas, um tratamento leve com resina pode ser benéfico na melhoria no performance com relação aos vincos. As concentrações das resinas devem ser mantidos mínimos. Altas concentrações podem resultar no quebradiço das fibrilas.

Nenhuma máquina especial necessária para tratamento de tecidos de lyocell destinados à confecção. Mas deve se tomar cuidado com relação de carregamento de quantidades certas, níveis d’água e velocidade das máquinas para assegurar orientação e evitar amarrotamento. Por causa da alta ação mecânica nas máquinas de processamento das confecções, tempos de tratamento podem ser significativamente curtos com relação aqueles utilizados no tratamento de tecidos em lotes.

6.11.1.6 Fibra sem fibrilação

Courtaulds Fibres, estão desenvolvendo uma nova fibra variante daquele do

lyocell. As fibras são tratadas durante a produção com produtos químicos que previnem a fibrilação. Os tecidos produzidos destes novos variantes mostram excelente caimento, excelente lavabilidade e performance física.

6.11.1.4 Lyocell filamento

NewCell tem características típicas da funcionalidade sintética com

estéticos naturais e conforto à vestimenta. Do ponto de vista técnica, NewCell pode ser produzido em títulos muito finos de denier, e principalmente filamentos singelos. Ele tem alongamento reduzido, pode ser fibrilado e texturizado, e uma variedade de formas estéticas podem ser desenvolvidas do mesmo tecido cru durante os processos de tingimento e acabamento. A sua tenacidade no estado seco é quase duas vezes maior do que os filamentos convencionais de fibras celulósicas têm a sua tenacidade no estado úmido três vezes maior do que do estado seco. Como os outros lyocell, o NewCell pode ser tingido e acabado usando as mesmas classes dos corantes usados para outras fibras celulósicas.

Para o consumidor, ele oferece conforto , aparência e praticabilidade. É frio ao vestir por causa da sua alta capacidade de absorção da umidade (duas vezes


143

maior do que o algodão) uma gama de texturas e aparências são possíveis. As vestimentas podem ser lavadas nas máquinas à 40 – 60oC e tem excelente estabilidade dimensional.

A fibrilação é uma característica das fibras lyocell. O NewCell difere das Tencel do Courtaulds e Lyocell da lenzing com relação no seu grau de fibrilação nos tecidos – entre lyocell fibras cortadas e do Cupro.

Por causa desta baixa grau de fibrilação os caminhos para acabamento empregados ao NewCell tem contrastes marcantes aos dos tecidos feitos com lyocell fibras cortadas (Figura 6.20)

NewCell Tencel/Lenzing Lyocell


144

Figura 6.21 Comparação dos meios de processo de acabamento

NewCell/Tencel/Lyocell

Desengomagem Desengomagem

Chamuscagem

Coz. Alcalino

Limpeza enzimatica

Pretratamento

Liberação /

remoção da

macrofibrilação Coz. Alcalino

Tingimento

Lavagem

Tingimento

Remoção das fibrilas

soltas Liberação da

microfibrilação

Acabamento com

resinas

Acabamento com resinas

Acabamento final


145

Os tecidos feitos com fibras cortadas do lyocell o processo de acabamento

consiste de cinco estágios distintos: pré-tratamento, primário ou macro - fibrilação, tratamento com enzimas (desfibrilação – remoção da fibrilação primária), secundária ou micro-fibrilação e o acabamento final. O caminho para acabamento do NewCell é mais simples.

Como o NewCell fibrila menos, somente micro- e não macro fibrilação ocorre. Neste caso, chamuscagem e o tratamento de limpeza enzimática podem ser omitidos. Omitindo dois processos torna-se o processo de acabamento mais rápido e econômico. Inicialmente dois caminhos foram estabelecidos para artigos fibrilados (Tabela 6.6).

Tabela 6.6 Caminhos de Tratamento

A B - pretratamento desengomagem (aberto) - cozinhamento alcalino (aberto) - tingimento máquinas de corda com sistema de fluxo de ar - lavagem (fibrilação) - acabamento final

-pretratamento desengomagem (aberto) - cozinhamento alcalino (aberto) - lavagem (fibrilação) - tingimento máquinas de corda com sistema de fluxo de ar CPB, jigger, - secagem - acabamento final

1. No primeiro pretratamento (desengomagem e cozimento com alcali)

é feito nas máquinas de alimentação de tecido ao largo para evitar formação de vincos.

2. Em seguida feito o tingimento com alimentação do tecido em forma

de corda nas máquinas do tipo “Airflow” (fluxo de ar), ex. Then Airflow, Thies Luftroto, ICBT Alyzée, Krantz Aerodye, etc.

3. Desenvolvimento da fibrilação é feita após tingimento numa lavadeira

(tumbler), ex. Thies Rototumbler, Then AFS+T, ICBT Zephyr, Biancalani Airo etc.

4. Em seguida um leve acabamento de resina (resinagem) com agentes

convencionais de ligações cruzadas destinadas para fibras celulósicas são recomendadas para estabilizar o efeito.


146

A alternativa é efetuar a fibrilação antes de tingimento pela lavagem (tumbling) após pré-tratamento. Este oferece a possibilidade de alimentar o tecido ao largo, ex. cold-pad-batch.

Estes métodos foram ainda diferenciados para atingir forte, baixo ou

nenhuma fibrilação (Figura 6.21).

Fibrilação forte Baixa fibrilação Sem fibrilaçãoDesengomagem (ao largo)

Prefibrilação (corda)

Coz. Alcalino (ao largo)

Coz. Alcalino (corda)

Tingimento (ao largo)

Tingimento (corda)

Tingimento (corda)

Figura 5.16 NewCell diferentes meios de acabamento

Estas opções de acabamento torna a fibra tão versátil no seu mercado importante é o vestuário feminina. A maior faixa de formas estéticas possíveis – de transparente a tecidos parecidos com a lã – torna o NewCell como o item aceitável para todas as estações. Ele oferece uma variedade de aparência e toque – seda opaca (silky gloss) ou apagado nobre (noble matt), dependendo da moda – e um caimento fluido. O NewCell também esta sendo alvo ao setor de lingerie onde a sua alta tenacidade permitiu a penetrar num mercado onde, filamentos celulósicos convencionais foram sucessos somente quando é misturado com reforços sintéticos como poliamida. Aqui também ele tem a vantagem de extremo toque suave e alto conforto a vestir principalmente por causa da sua absorção da umidade.

Uma das mais interessantes áreas de potencial para NewCell é o mercado de hosiery. De acordo com Akzo, este mercado é dominado pelos filamentos de poliamida e a introdução do NewCell seria a primeira inovação no setor de fibra


147

por 40 anos. Os principais benefícios são: conforto de vestir, aparência versátil, aparência da seda a matt, a sua finura e a resistência. NewCell é colocado no mercado com o produto de 40detx e ainda tem potencial de produzir filamentos mais finas do que isso.

Vários Estágios de tratamento do tecido de Lyocell Fibrilação Lyocell

Tecido cru Fibrilação primária

Tratamento com enzimas

Fibrilação secundária – Tecido Tingido

Após maciez e lavagem com agitação

Tecido acabado – ampliação da imagem


148

7. Microfibras

Na Europa são consideradas microfibras aquelas fibras com menos de um decitex de espessura, enquanto que no resto do mundo elas têm menos de um denier, o que faz com que a microfibra européia seja mais fina do que as de outras partes do mundo. Nem todos os fabricantes aceitam esta definição: Rhône-Poulenc, por exemplo, denomina os fios de náilon com um decitex de 1.2 de “micro”, e embora isto não seja particularmente importante, torna a avaliação do tamanho da fibra, com relação ao mercado, um tanto difícil. É importante notar a grande diferença existente entre o setor de microfibra europeu e o japonês. No Japão há muitas “ultra” microfibras, com um denier de 0.3, ou menor, que são usadas para a fabricação de couro sintético e camurça, e o produtor da fibra fabrica o produto acabado. São produzidos pela fabricação de fios ou fibras bicomponentes que são, subseqüentemente, divididas, ou um dos componentes é desagregado. Algumas microfibras japonesas têm denier com menos de 1,0, e outras de 0,001.

Estas fibras muito finas são feitas pelo método de dissolução que envolve a fiação dos filamentos de poliestireno nos quais os filamentos ultrafinos de poliéster ou poliamida são embebidos. Tais bicomponentes são conhecidos como “ilha no mar” e quando o poliestireno é dissolvido, no estágio do tecido, temos o tecido de poliéster ou poliamida de fibras ultrafinas.

Na Europa existe, apenas, um produto deste tipo (a camurça sintética Alcântara, fabricada por Enichem, empregando a tecnologia Toray). Os produtos são feitos usando o método de fiação tradicional, que limita a finura da fibra em cerca de 0.4. Os fios e fibras de microfibra são vendidos a tecelagens independentes e não são processados pelos produtores da fibra.

Na Europa, as microfibras são usadas principalmente nos artigos da alta moda feminina, e o mercado total foi estimado em cerca de 20.000 toneladas por ano.

A maioria das microfibras de poliéster tem menos que 1.0 e 1.2 decitex. No náilon varia de 1.0 a 1.2 decitex, onde o termo micro é algumas vezes usado.

O mercado europeu de fios de microfilamentos de poliamida (com até 1.2

decitex), e de poliéster (com até 1.0 decitex) é de cerca de 25.000 toneladas por ano, do qual 60% é de poliéster. O volume de mercado depende, claramente, da definição usada quanto ao que realmente é uma microfibra. As 25.000 t representam 3 a 3.5% da produção total de filamentos contínuos, excluindo os fios para tapetes e fios industriais.

A Alemanha e a Itália são os principais mercados de microfibras, com

consumo de cerca de 4.500 t por ano. Os tecidos de microfibras, poliéster e


149

poliamida, são usados principalmente para roupas sociais, roupas de passeio e roupas esportivas. O método de produção mais usado é a tecelagem.

Os tecidos de microfibras caracterizam-se por sua funcionalidade (permitem

uma boa respiração e são a prova de água), sendo apropriados tanto para roupas da moda, quanto para roupas esportivas.

Os mais importantes tecidos de microfibras e suas aplicações:

Função – Urdume e trama de microfibra Moda e função – Urdume microfibra; trama de algodão

Moda – Urdume de microfibra com viscose ou modal de trama. Moda – Urdume de algodão com microfibra de trama.

As microfibras podem ser fiadas sem dificuldades. Os fios são mais

uniformes do que as fibras normais, possuem menos pilosidade e apresentam um número menor de imperfeições. A cardagem de microfibras exige muita atenção para evitar dano à fibra e formação de nep, daí a necessidade de escolher cuidadosamente as máquinas e os elementos que devem ser usados neste processo.

Para tingir a microfibra necessita-se de uma quantidade maior de corante.

Uma fibra de 0,5 dtex necessita de três vezes a quantidade de corante necessária para o tingimento de uma fibra de 5,0 dtex.

A estrutura das microfibras difere daquela das fibras normais, o que

significa que o corante penetra mais prontamente. Infelizmente o corante também sai mais facilmente, ocasionando a pouca solidez à lavagem e à luz. Entretanto, tomados os devidos cuidados, estes problemas podem ser minimizados, embora sejam reais e pareçam ser propriedades intrínsecas das fibras.

Com relação à produção de meia-calça usando microfibras três problemas

podem ser citados: 1- a necessidade de usar o fio spandex para promover elasticidade

suficiente. 2- o preço bem mais alto da microfibra ( 75% a 100% mais alto do que os

fios normais). 3- a produção do tecido é mais delicada, exigindo maiores cuidados para

evitar a quebra dos filamentos.

7.1 Unitika Empresa japonesa – produção, processamento, acabamento e uso final dos

microfilamentos de poliéster em forma de cunha. Todos são de menos de 0,1 denier e alguns são mais finas com 0,001 denier.

Fiação de filamentos de poliestireno em que filamentos ultra finos de

poliéster ou poliamida estão embebidos.


150

No processo Unitika os filamentos de poliéster em forma de cunha são

arrumados no poliéster que é altamente solúvel em álcali. Após a produção do tecido, o poliéster é dissolvido e deixa somente filamentos de 0,1 denier.

UNITIKA – marca comercial “FSY” e é usado para tecidos e malhas para

roupas femininas.

7.2 Montefibra

Produção de 4 fios (filamentos ) de poliéster achatados, 8 filamentos de poliéster texturizado, um poliéster – fibra cortada de 0,8 decitex e dois fios de acrílicos tendo 0,8 e 0,9 decitex.

O filamento com cada um de 0,4den “Zero4” em que – 2 Kg deste pode

cobrir o mundo. Tecidos contêm 30.000 filamentos por cm2 e são ideais para roupas de esporte e lazer. Ambos são de tecidos a prova d’água e permeáveis ao ar (respirável). Zero4 também é misturado com outras fibras naturais como outras micro fibras.

As microfibras acrílicas com marcas como “MYOLISS” E “LEACRYL

MICRO” são difíceis de serem produzidas e desenhos de fieiras, banho de coagulação, razão de estiragens e condições de acabamento foram desenvolvidos para produzir microfibras acrílicas pela fiação úmida. Myoliss é produzida com 0,8 dtex e 9µ que pode ser comparada com caxemira (fibra da lã) que tem 16µ e é de 9 den.

Tecidos – aparência nivelada, suave, bom caimento, bom conforto e

alto isolamento.

7.2.1 Alcalisação do poliéster O processo de dissolução do poliéster dos filamentos quando está no

tecido é chamado de “alcalisação”. O processo é usado principalmente no Japão, para tornar o poliéster mais parecido com seda, porque a alcalisação além de afinar os filamentos muda a estrutura superficial.

O processo não é ambiente amigável. Quase 20% da fibra é removida

durante o processo – o conteúdo de poluente no efluente é muito alto. O tratamento do efluente deve ser feito com muita cautela.

7.3 AKZO

Produz filamentos de poliéster menores de 1,0 dtex. Achatados,

texturizados e microfibras.

7.4 DU Pont


151

Tactel micro de náilon 66 para vestuário, principalmente para esqui e

casaco (anorak). Até 1983. Hoje – moda ria, camisas de malha, vestidos, lingerie, moda íntima,

meias, etc. Os filamentos são menores de 1,0dtex. Os filamentos são produzidos

parcialmente orientados, para texturização onde velocidades de 500 – 600 m/min. são usadas.

- tem vantagem sobre poliéster – melhor resistência à abrasão e

remoção fácil das manchas de óleo. - Roupas de chuva – (náilon) tactel de urdume e poliéster micro de

trama – muito sucesso. - Tactel com algodão e lã – tecidos macios e leves. - Renda para roupas intimas – maciez, habilidade de variação do

desenho do tecido.


152

7.5 SHINGOSEN

Por volta de 1990 novos tipos de fibras e produtos têxteis começaram a ser lançados no mercado pelas companhias de fibras sintéticas. Um desses produtos, o shingosen, é um produto têxtil de fibras sintéticas, caracterizado por sua textura, toque e aparência inovadoras e que criou um novo paradigma e uma nova moda entre as indústrias têxteis.

O Shingosen pode ser dividido em quatro principais categorias: “lightly fluffed” (ligeiramente volumoso) “new silky” (nova seda) “new worsted” (novo penteado) “dry” (seco) Todavia os têxteis shingosen mudaram gradualmente dentro de um período

de 10 anos, tendo alguns permanecido no mercado e outros sido substituídos. Uma das principais aplicações dos produtos shingosen é a indústria de

tecidos para roupas para a prática de esportes, que requerem propriedades especiais. A tabela abaixo mostra alguns tipos de esporte e as propriedades necessárias aos materiais usados em suas roupas.

Figura 7.1 Classificação de Shingosen e posicionamento de novos produtos.

Shingosen

New Silky

New Worsted Lightly Fluffed

Dry

“Sillook Airly “Sillook Sildew”

“Sillook Royal S”

“Rirancha”

“Malor” “UTS” “Reebarg P”

“Piceme”

“Cheddy”

“Ceo•α “Sillook Chatelaine”


153

Tabela 7.1 Propriedades das fibras e as características Tipo Objetivos Palavras chave Propriedades principais Para competição Para saúde e lazer

- Vencer - Quebra de recordes

- Desafio a natureza Treinamento e corpo e mente - Profissional - hobby - Lazer - Saúde

- Social

- Ênfase na função - Ênfase na beleza funcional

Equilíbrio entre função e valor

- Especialização em esportes individuais - Brilho (vestuário para teatro)

- Funções básicas - Ênfase na sensibilidade- Generalidade - Variedade de preço.

- Baixa resistência - ultra leve - Resistência - Ultra capacidade de estiramento, etc.

- variedade superficial - - Textura - - Ultra - lustre - Variação das cores - Transparência - Toque dos materiais - Manter o calor (positivo, acumulação do calor, resposta ao ambiente

- Corte do UV - Resfriamento (refração da luz do sol, emissão do calor)

- Absorção do suor (ultra absorção, ultra rápido de secagem)

- Permeabilidade de vapor e prova d’ água(alta permeabilidade e ultra forte de repelência à água)

- Prevenção de bactéria e odor, fragrância, relaxamento da fadiga, prevenção de danos, etc.)


154

8 Compósitos

Compósitos são materiais compostos de um tipo de fibra e um material matriz apropriado para maximizar a performance de propriedades específicas desses materiais. Os constituintes nem se dissolvem nem se unem completamente, mas retêm as suas identidades quando atuam conjuntamente. Neste sentido, a fibra é o componente de reforço, enquanto as funções exercidas pela matriz, como aglutinante, servem para transmitir a força entre as fibras e assegurar a coesão do compósito.

O conceito de uma combinação de fibras e substâncias aglutinantes facilitam a produção de materiais que são principalmente leves, mas apesar disso, são fortes e estáveis. Os compósitos podem ser mais fortes do que o aço, mas mesmo assim possuem, somente, 1/5 do peso do aço. Eles possuem vantagens sobre os metais, principalmente para o emprego em estruturas leves.

O desenvolvimento dos materiais compósitos modernos com polímeros como a matriz, também chamados de plásticos reforçados (FRP- fibre reinforced plastics), iniciou-se com a produção de amianto com fibras de algodão em resina fenólica, no início deste século, e por volta dos anos cinqüenta compósitos de fibra de vidro com náilon começaram a ser usados.

Hoje nós distinguimos entre materiais com matriz termofixo, isto é, sistemas de resinas de cura com calor, e aqueles com matriz termoplástica, isto é, sistemas que podem ser moldados e fundidos com calor. Ambos os grupos são subdivididos em compósitos reforçados de fibras curtas e compósitos reforçados de filamento ou fibras longas. Os componentes de alguns materiais são mostrados na figura 8.1. Os compósitos avançados têm resistência a altas temperaturas e componentes de alta resistência, e são de fibras longas ou reforçados com filamentos.


155

FRP Standard

(Modelo) Compósitos avançados

Fibras Fibra de vidro (E- glass)

Fibra de carbono Fibras Aramid

Fibras de vidro (S- ou R-)

Resinas termofixas

Resinas termoplásticas

Resinas termofixas

Resinas termoplásticas

Matrizes

Poliéster não saturado Estervinílico

Polipropileno Poliamida Polibutileno tereftalato

Epóxido Poliimida Bismaleini-mida

Polietercetona Polietersulfona Polisulfona Polieterimida

Figura 8.1 Plásticos reforçados com fibras. O valor das vendas dos plásticos reforçados na Europa, Japão e nos

Estados Unidos totaliza cerca de 3 milhões de toneladas com o valor estimado de preço de 20 bilhões de dólares. Um crescimento de 3-4% por ano é esperado.

Os principais setores nos quais os plásticos reforçados são aplicados são:

• Construção civil • Fabricação de barcos • Transporte • Construção de tanques • Equipamentos industriais

O volume dos compósitos avançados é de cerca de 13.000 t. Os principais

mercados são:

• Aviação • Aeroespacial • Esporte • Indústria de lazer

Cerca de 70% do consumo total é de termofixos e 30% é de termoplásticos.

As fibras de vidro são o principal reforço usado com aramid e carbono em compósitos avançados para utilização pela indústria aeroespacial e outras. O volume de venda no mundo é de cerca de 1,5 milhões de toneladas. As resinas de poliéster não saturado com quase 1 milhão de toneladas ocupam a maior fatia do mercado como materiais de matriz. 6.1 Poliéster como componente da fibra

Até o presente momento as fibras de poliéster, não têm sido muito exploradas como componentes de reforço. Isto se deve, principalmente, ao fato de


156

que, quando as propriedades dos materiais compósitos são otimizadas, a ênfase recai nas propriedades de resistências e rigidez. O poliéster convencional geralmente não atinge os valores do vidro, aramid, e fibras de carbono, que são atualmente usadas, mesmo quando a resistência específica, relacionada ao peso, e o módulo específico da elasticidade são comparados na figura 8.2:


157

3 2 1 0

0 50 100 150 200

Figura 8.2. Resistência específica – módulo específico das fibras sintéticas

Todavia a utilidade de um material não é comprovada, apenas, pela sua

resistência. Também são importantes as propriedades de capacidade de absorção de energia e a tolerância à fratura, na seleção dos materiais como componentes estruturais.

Por exemplo, os termofixos de fibra de vidro são quebradiços e quando são submetidos ao excesso de carga exibem falhas catastróficas, resultando na perda completa da coesão no componente.

Estudos realizados neste sentido mostraram que as fibras de poliéster, em conjunto com resinas termofixas, produzem compósitos com grande capacidade de absorção de energia. Então elas são superiores às fibras de vidro na sua resistência ao impacto. Além disso, a tendência de formação de rachaduras é evitada, melhorando a tolerância à fratura. Ambas as fibras, poliéster e vidro, mostram um bom desempenho. A exposição a altas temperaturas, de até 150 oC, virtualmente não tem nenhum efeito adverso nas propriedades dos compósitos reforçados de fibras de poliéster.

Carbono Aramid

E-glass

Poliéster

Módulo específico [N/tex]

Resistência Específica [N/tex]


158

A resistência química das fibras de poliéster é sempre superior à da fibra de vidro. A água que se dispersa pode ter efeito danoso nas fibras de vidro. Esta propriedade é bem utilizada na manufatura de canos contidos em interruptores SF6 de alta tensão sujeitos à pressão interna. As fibras de vidro não são resistentes quando usadas nestes equipamentos. As fibras de poliéster se adaptam melhor do que as fibras de vidro na sustentação de carga dinâmica, enquanto a fibra de vidro possui uma maior capacidade de sustentação da tensão estático.

Apesar dos valores de resistência da fibra de vidro não serem atingidos, existem numerosas razões que favorecem as fibras de poliéster nos compósitos, Figura 8.3:

Fibra de vidro resistência rigidez estabilidade dimensional

Fibra de poliéster resistência ao impacto comportamento de fratura resistência química baixa sensibilidade à água baixa densidade

Figura 8.3 Fibra de poliéster nos compósitos

8.1 Compósitos híbridos Semelhante as ligas metálicas na metalurgia, as propriedades dos

compósitos podem ser maximizadas pelo uso simultâneo de dois ou mais materiais de reforço na mesma matriz de resina. Estes são chamados compósitos híbridos. O conceito de material híbrido ajuda a eliminar as fraquezas da fibra de vidro pela combinação com fibras de poliéster.

Resultados surpreendentes foram obtidos nos testes com chapas de

compostos de moldagem (SMC), um produto semi-acabado feito de resina de poliéster como matriz, com fibra de vidro como reforço, que é largamente usado na indústria de automóveis e caminhões. As propriedades mecânicas podem ser melhoradas pelo uso de pequenas quantidades de TREVIRA, filamentos de poliéster de alta tenacidade, Figura 8.4:


159

Figura 8.4 Propriedades da fibra TREVIRA - fio modificado de alta

tenacidade.

SMC padrão SMC com 2% do peso de filamento de PET (TREVIRA)

Os tecidos TREVIRA, de poliéster spunbonded, para compósitos foram desenvolvidos especificamente para serem usados na indústria de plásticos reforçados com fibras. Quando o poliéster, impregnado com resina e mantas de vidro, é laminado em camadas, são obtidas melhores propriedades mecânicas do que se as fibras de vidro fossem usadas sozinhas, especialmente com respeito à resistência ao impacto. As vantagens da estrutura híbrida são utilizadas para várias aplicações nas seguintes indústrias:

• marinha • automobilística • aeroespacial • elétrica • equipamentos resistentes à corrosão (tanques, canos) • capacetes de segurança.

Semelhante a inter-camada de filmes plásticos no vidro laminado, as fibras

de poliéster, como componente de um termofixo reforçado com uma fibra de vidro, reduzem enormemente o risco de dano devido ao estilhaçamento. Esta

250 200 150 100 50

0

225 175 125 75 25 Resistência

Tensil [M/mm2]

Resistência Ao impacto [kj/m2] Resistência ao

dobramento

[N/mm2]

Módulo ao dobramento x 10 [N/mm2]


160

propriedade justifica a crescente demanda da indústria automobilística por materiais menos prováveis de sofrerem danos, e que apresentem um comportamento de fratura favorável, de modo que o fator segurança possa ser melhorado ainda mais.

As Fibras que dominam o campo dos compósitos avançados são, em

ordem do desenvolvimento cronológico: S-glass Boro no meio de um filamento tungstênio Grafite ou carbono e Poliamidas aromáticas (Kevlar) Elas possuem as propriedades desejáveis de baixa densidade (1,44 – 2,77

g/cm2) e extrema alta resistência (3 – 4,5 Gpa) e módulo (80 – 550 Gpa).


161

Tabela 8.1 Propriedades comparativas da fibra e compósito unidirecional

Fibra/compósito Modulo

elástico Gpa.

Resistência tensil Gpa.

Densidade G/cm3

Dureza específica MJ/kg

Resistência específica

MJ/kg Fibra de E-glass Compósito epoxi

72,4 45

2,4 1,1

2,54 2,1

28,5 21,4

0,95 0,52

Fibra de S-glass Compósito epoxi

85,5 55

4,5 2,0

2,49 2,0

34,3 27,5

1,8 1,0

Fibra de boro Compósito epoxi

400 207

3,5 1,6

2,45 2,1

163 99

1,43 0,76

Fibra de grafite de alta resistência Compósito epoxi

253

145

4,5 2,3

1,8 1,6

140

90,6

2,5 1,42

Fibra de grafite de alto módulo Compósito epoxi

520

290

2,4 1,0

1,85 1,63

281

178

1,3 0,61

Fibra aramid Compósito epoxi

124 80

3,6 2,0

1,44 1,38

86 58

2,5 1,45


162

Resistência Tensil (MJ/kg)

Figura 8.5 Resistência específica Vs. módulo específico de materiais unidirecionais e quasi-isotrópicos; as fibras estão na matriz epoxi. - composto unidirecional; - composto volumoso; - compósito quasi-isotrópico. Para converter MJ/kg para 106 in.-lb/lb, multiplique por 4.023.

106 in. –lb/lb 100 200 300 400 500 600 700 800

6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0

106 in. –lb/lb

0 25 50 75 100 125 150 175 200 Módulo específico MJ/kg

1,5 1,25 1,0 0,75 0,50 0,25

aço

Fibra de boro

Grafite de alto módulo

Grafite de alta resistência

Kevlar 49

S-glass

E - glass

Al Ti


163

8.2 Avanços recentes na estrutura dos compósitos têxteis

A expansão da aplicação dos compósitos de sustentação da carga secundária para sustentação primária requer uma melhora significante da tolerância ao dano e credibilidade dos compósitos. A fim de reduzir o custo e aumentar o uso dos compósitos em aplicações aeroespaciais até automobilísticas seria necessário desenvolver a capacidade de produção em massa e a formação direta de formas estruturais. Para melhorar a tolerância ao dano é necessário um alto nível de resistência da espessura total e resistência interlaminar. A credibilidade de um compósito depende da distribuição uniforme dos materiais e consistência das propriedades interfaciais. A integridade estrutural (manuseio) do material constituinte do compósito é crítica com relação à produção automática e em massa. A criação de um método para a formação direta das formas estruturais simplificaria enormemente o processo de formação dos compósitos.

Para tratar das necessidades emergentes dos compósitos estruturais vários conceitos foram propostos que incluem as fibras mais fortes e matrizes; melhoramento da interface fibra-matriz; e hibridização; e o uso da arquitetura da fibra. Complementando os outros métodos, o uso da arquitetura da fibra, ou disposição geométrica das fibras, é considerada a melhor solução para o problema. Com um grande número de possível geometria estrutural das estruturas fibrosas mostradas na figura 5, uma nova classe de compósitos- os compósitos estruturais têxteis- encontra-se disponível como uma opção adicional para desenho e otimização da performance dos compósitos.

O recente sucesso no desenvolvimento dos compósitos estruturais têxteis é o resultado dos avanços na área de CAD (desenho auxiliado por computador) e tecnologia do processamento das estruturas têxteis integradas 2-D e 3-D. Para as estruturas finas, a pré-forma do tecido que tem reforço multi-direcional (00, 900 , ± 450) semelhante à disposição quasi-isotrópica, pode ser produzida num processo de estágio único. Além de bom manuseio, a pré-forma dos tecidos é extremamente ajustável . Os tecidos de malha de urdume multicamada, multi-direcional são bastante apropriados para a estrutura da pele e compósitos moldados pelo estiramento profundo.

Para as estruturas finas de forma altamente complexa a tecnologia de entrelaçamento triaxial e a tecnologia de malha de trama foram adotadas. Estas técnicas de processamento têm sido usadas com sucesso para a produção de um chassis de carro e lâminas para aeronave em um único processo. Quando as partes estruturais grossas (com mais de três camadas de fio) de forma complexa são necessárias, a tecnologia de entrelaçamento 3-D provou ser uma boa escolha e agora é um assunto popular no qual existe um número considerável de pesquisa.


164

Tabela 8.2 Propriedades mecânicas de compósitos Grafite/Epoxi

3-D compósito COMPÓSITO LAMINADO

propriedades 3-D entrelaçamento (Braid) AS4/5208

TECIDO

AS4/3501

UNIDIRECIONA

L

AS4/3501

Resistência tensil (ksi) 197 200 310

Módulo tensil (Msi) 14,6 10 21,5

Resistência ao dobramento(ksi)

149 130 260

Módulo de dobramento (Msi)

10,5 9,5 18,5

resistência SBS (ksi) 15,3 9,0 18,5

Razão Poisson 0,90 0,10 0,25

Volume da fibra (%) 65 62 62

8.3 AVANÇOS RECENTES DAS FIBRAS DE VIDRO E CARBONO

Embora o vidro em forma de fibra tenha surgido nos vasos antigos na Síria e Egito e um tecido feito da fibra de vidro foi exibido na Exposição de Chicago em 1893, o potencial de alta performance da fibra não foi percebido até os trabalhos pioneiros de Griffith, sobre o mecanismo da fratura dos sólidos.

O uso de fibra de vidro como meio de reforço para resinas poliméricas foi

desenvolvido em cima de uma gama de produtos mas surgiu de três típos de produtos:

1 Resinas do tipo poliéster e epoxi, reforçadas com fibra de vidro, onde a resina é impregnada num tecido ou manta de fibra de vidro numa matriz e curado com calor e/ou pressão.

2 RRIM – reinforced reaction injection moulding (reação reforçado de injeção por moldagem) , onde os componentes reativos são injetados separadamente numa matriz que já está revestida com fibra de vidro.

3 Fibras cortadas incorporadas no polímero de náilon ou polipropileno, que é então processado pelo método de extrusão convencional na maquinaria de moldagem por injeção.

Os componentes das resinas de epoxi são usados para estruturas grandes

como casco de navios, tanques para armazenamento, painéis de decoração que necessitam de resistência. Dureza, resistência ao impacto e peso leve são características desejáveis nestas fibras. Estas mesmas características,


165

caracterizam os produtos RRIM com uma vantagem adicional de ciclos de produção rápidos, e se tornaram umas opções atraentes para os componentes de carcaça de carro. O náilon e o polipropileno reforçados de fibras de vidro cortadas mostram o aumento da dureza e estabilidade dimensional, encorajando o seu uso nas moldagens de precisão como rodas de engrenagens. Um outro produto de fibra de vidro que depende largamente da alta resistência, é o guia de ondas de comunicação de frequência ótica, a conhecida fibra ótica. As fibras óticas foram selecionadas inicialmente por causa da sua transparência para alguns comprimentos de ondas, mas esta propriedade não pode ser usada praticamente sem a alta resistência das fibras, que lhes facilita a resistir à quebra durante o seu manuseio e colocação dos cabos de comunicação. As fibras óticas são produzidas, geralmente, de sílica extremamente pura, que é feita em preformas cuidadosamente preparadas, das quais a fibra de vidro é puxada dentro de condições rigidamente controladas. Como proteção a superfície é revestida com um polímero antes da fiação. 8.4 FIBRAS DE CARBONO As fibras de carbono foram desenvolvidas nos últimos 20 anos e têm a resistência tensil maior do que as fibras não-metálicas de alta performance. Desenvolvimentos nos últimos anos mostraram um aumento gradual na resistência , ex. Thornel T50 (produtos de performance AMOCO) subindo de 2,41 para 2,91 Gpa, e Grafil XA (Courtaulds) 3,45 – 3,90 Gpa no período de 1988-1991. As fibras de carbono são manufaturadas de duas matérias básicas, poliacrilonitrilo (PAN) e mesophase pitch. A fibra da PAN é forte e responsável pela principal produção anual. Como as fibras de vidro, as propriedades da fibra de carbono são melhor utilizadas na colocação na matriz; esta pode ser um dos polímeros de performance avançada como PEEK ou PES, resultando de um compósito extremamente melhor em sua performance para usos onde o custo não é o principal fator determinante. As fibras de carbono oriundas das duas matérias precursoras, PAN (poliacrilonitrilo) e pitch, têm estruturas muito diferentes o que é refletido nas suas propriedades tensil. As fibras da mesophase pitch têm seus planos de grafite dispostos perpendicularmente ao eixo da fibra, enquanto nas fibras baseadas no PAN, os planos estão ao longo do eixo da fibra. Estas estruturas são responsáveis pela alto módulo, cerca de 800 Gpa, (aproximando ao valor teórico de 1000 Gpa), para fibra de mesophase pitch, e baixo módulo, mas alta resistência tensil de 3-4 Gpa da fibra de PAN. A fibra de carbono é principalmente usada devido a sua resistência nos materiais compósitos, e a maioria das pesquisas atuais envolvendo as fibras de carbono está concentrada na durabilidade e mecanismos da fratura dos compósitos. O alto custo da fibra de carbono não justifica a restrição ao seu uso como matriz para resinas epoxi baratas. Muitos compósitos são, então, feitos usando polímeros com resistência a altas temperaturas como PEEK e PES. As


166

fibras de carbono têm alta condutividade térmica ao longo do eixo das fibras por isto os compósitos unidirecionais são fabricadas com uma condutividade específica, comparável com as do cobre e alumínio, chegando a valores de 245 Wm-1K-175. Os compósitos de fibra de carbono numa matriz de grafite são feitos para freios de aeronave e embreagem de carros da corrida devido a esta propriedade de boa condutividade térmica das fibras de carbono. Tabela 8.3 Propriedades das fibras de alta performance

Fibra Módulo Gpa

Resistência tensil Gpa

Extensão %

Densidade g/cm3

Módulo específico

Resistência tensil específica

Polietileno de alto módulo (melt spun)

60 1,3 5 0,96 62,2 1,34

Polipropileno de alto módulo (gel-spun) Dyneema Spectra

87 120

2,7 2,6

3,5 3,5

0,97 0,97

89,6 123,7

2,78 2,68

Aramid Twaron Kevlar 29 Kevlar 49 Kevlar 149 Kevlar 981

79 58

120 166 120

3,0 2,7

2,76 2,2 3,5

3,3 3,7 1,4 1,2 2,8

1,4 1,44 1,44

56,4 40,2 83,3

115,0 83,3

2,14 1,92 1,92 1,53 2,43

PBZT 350 4-6 1,43 244,7 2,8-4,2 PBO 350 4-6 1,43 244,7 p-xilileno 120 3,0 E-glass 88 4,6 5,0 2,55 34,5 1,80 Carbono 390 1,85 1,0 1,78 210,8 1,03


167

9. Método de avaliação da viscosidade na indústria - “Honeydew” ou Caramelização – “Gotas de açucar”

A viscosidade (pegajosidade) do algodão é devido a contaminação da fibra causada pelas excreções de dois Homoptera: Aphis Gossypii Glov, um típo de afídio, um inseto sugador, e Bemisia Tabaci Genn, uma mosca branca. Essas excreções, comumente conhecidas como “Honey Dew” ou Caramelização ou Gotas de açucar, (uma substância doce segregada por plantas ou afídios) são substâncias com alta concentração de açúcar que são, realmente, chamadas de “açúcares entomológicos”, opostos àqueles que normalmente estão contidos na fibra e que são designado de “açúcares fisiológicos”. A maneira pela qual os açúcares formam depósitos, primeiramente na maçã do algodão, e depois, após a infestação pelos insetos Aphis e Bemisia, na própria fibra, após o capulho ter amadurecido. A figura 1 mostra a seqüência em que os carbohidratos são depositados na fibra de algodão.


168

9.1 TIPOS DE AÇÚCAR

AÇÚCARES FISIOLÓGICOS

1. Na fibra do capulho Açucares Frutose Glicose Sacarose

Polióis Glicerol Eritritol Inositol

AÇÚCARES ENTEMOLÓGICOS

2. Após infestação pelo Aphis, Bemisia após abertura do capulho

Açúcares Frutose Glicose Sacarose Frutomaltose Melezitose

3. Após degradação

enzimatica Açúcares Trehalose

Celobiose Maltose

4. Na fibra Polióis Glicerol

Arabitol Manitol

Açúcares fisiológicos: Em sua maioria são açúcares redutores (glicose e

frutose) e podem ser detectados através de métodos químicos simples e qualitativos (Método Perkins, Fehling-Massat, testes de Folin e Benedict). Estes açúcares não causam nenhuma viscosidade.

Açúcares entomológicos: Estão presentes nas excreções dos insetos que contaminam a fibra na forma de orvalho de mel, são formados por açúcares redutores, açúcares não-redutores e polióis. Eles podem ser medidos por métodos mais complexos de análise, isto é, cromatografia de camada fina, gás ou líquido, que são técnicas lentas e de alto custo. Estes açúcares são responsáveis pela viscosidade.

É errado pensar que um teste químico simples poderá indicar a potencialidade da viscosidade (pegajosidade) do algodão e os testes destinados a revelar a presença de açúcares redutores, dariam resultados decepcionantes.

Por outro lado, um teste mecânico feito numa mini carda ou em um sistema similar, é um bom indicador do grau da viscosidade. Os resultados destes testes são razoavelmente confiáveis, todavia, a correlação deles com o comportamento da fibra durante o processo de fiação não foi rigorosamente estabelecida.

No momento este é o teste mais confiável e foi recomendado pelo grupo de trabalho de ITMF que estuda este assunto.


169

Estudos foram feitos sobre a evolução do depósito de “honey dew” nas plantas deixadas no campo, focalizando a frequência da colheita após a maturação dos capulhos e o grau de viscosidade.


170

Figura 9.1 Fibra de algodão com indício de “Honeydew” ou caramelização – “gotas de açucar” (Faserinstitut, Bremen E.V)


171

Também foram realizados estudos em laboratório para definir, através de experiências rigorosas, a ação da umidade ambiental no potencial de viscosidade dos algodões pegajosos e no potencial de viscosidade de várias misturas de algodões pegajosos e não pegajosos.

Foi desenvolvido um simples e eficiente método para avaliação da viscosidade, chamado termodetecção, que é muito útil para aqueles que não podem utilizar a minicarda para detectar algodões contaminados.

O instrumento para termodetecção trabalha com pequenas amostras de 2,5 g de fibra preparadas em forma de véu da carda. Este véu é colocado entre duas folhas de alumínio na placa inferior de uma prensa de aquecimento. A pressão é exercida em cima das folhas pela placa de aquecimento, por um período de 12 segundos, numa temperatura de cerca de 100 0C. Uma segunda pressão é exercida sem calor, por um período longo, de alguns minutos e após a qual a preparação é deixada para descansar por mais um tempo. O véu de algodão, então é removido das folhas de alumínio, mas algumas fibras junto as manchas de viscosidade permanecem pegadas nas folhas. Agora é simples contar o número destes pontos para descobrir a intensidade da viscosidade do algodão.

Correlação entre os resultados da termodetecção e dos testes da minicarda:

Grau de viscosidade da minicarda =

etecçãoterpelaidadevisdapontosdonúmero modcos802,0324,0 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅

(9.1)


172

0 1,47 3,96 5,21 6,45

8,1 (√número de pontos de viscosidade)

Figura 9.2 Grau de viscosidade da minicarda Nos últimos anos o problema da viscosidade do algodão tem aumentado.

Antes dos anos oitenta as plantações eram protegidas dos insetos pelo uso de compostos organosfosfóricos que, em geral, eram muito eficientes. Esses produtos químicos controlavam os afídios durante o período da colheita.

Após os anos oitenta o uso de novos inseticidas sintéticos tornou-se comum na agricultura, infelizmente eles não eram eficientes no combate aos afídios, aleurodes e accarida. Para aliviar os problemas passaram a usar os dois tipos de inseticida alternadamente. Entretanto, a escolha do inseticida organofosfórico priorizava o critério de baixa toxicidade para os seres humanos em detrimento da eficiência no combate aos afídios. Por esta razão, acredita-se que os afídios persistiram no algodão.

Entretanto, seria um erro acreditar que este problema resulta, apenas, da escolha de inseticidas. Outros fatores, sem dúvida, contribuíram para aumentar o problema da viscosidade, tais como o declínio da queda pluviométrica e conseqüente secas, principalmente na África. Também a aplicação nas plantações de fertilizantes minerais, fortalecidos por nitrogênio, agravou o problema.

Carda Grau de viscosidade

7 6 5 4 3 2 1

Alto

Médio

Fraco

Sem viscosidade

Termodetecção


173

Freqüentemente pode ser visto que ao final do crescimento vegetativo muitas folhas verdes permanecem na planta, e como os insetos permanecem nas folhas quando o capulho já está maduro, há a contaminação do algodão. Ainda a colheita atrasada contribui para o problema, uma vez que o algodão permanece exposto ao inseto por períodos mais longos.

Finalmente, a evolução de técnicas de fiação, as novas máquinas e as crescentes velocidades de fiação pioraram muito o problema.

Para concluir podemos dizer que com o cultivo de variedades de alta produção e com a evolução das práticas de cultivo e métodos de proteção à planta, o problema da viscosidade do algodão aumentou. Assim, os algodões com maior teor de viscosidade não podem ser fiados sozinhos, eles devem ser misturados com algodões que não apresentem viscosidade.

O Grau de caramelização das fibras – “COLORÍMETRO / ESTUFA”: A amostra limpa no parelho “Shirley Analyser” é passada no “Colorímetro” para determinar o grau de coloração : branco /amarelo, btendo-se um valor na escala “Hunter’s +b”. Em seguida a amostra é colocada em uma estufa com temperatura de 150 oC durante um período de 35 minutos. Após esse período, é verificado o grau de amarelecimento das fibras, novamente pelo “Calorímetro”. A diferença entre os valores : inicial e final, obtido na escala “Hunter’s +b”

do Calorímetro, indica o maior ou menor grau de caramelização do algodão.

Obs. Categorias de algodão: Diferenças entre 1,0 a 6,0 é considerado normal.

Diferenças de 6,5 para cima é considerado acima de normal.


174

Este aparelho é usado para medir o brilho e a cor das fibras de algodão. Os

resultados obtidos através de um diagrama estabelecido em 1963 nos Estados Unidos onde com base nos algodões “Upland” Americanos são indicados os Tipos Padrões Universais .

O brilho das fibras (relação direta com a qualidade do algodão) é apresentado na escala vertical do diagrama em Rd% = % de reflexão.

Na escala horizontal do diagrama é indicado o grau das cores cinza, branco, amarelo, creme e avermelhado em, Hunter’s +b.

Este aparelho auxilia o classificador a definir tonalidades muito próximas a manter um padrão de classificação uniforme. É utilizado nos Estados Unidos para elaborar os , Tipos dos padrões oficiais e controlar o prazo de validade dos mesmos. (ASTM D-2252/81).


175


176

10 Abreviaturas para fibras 10.1 Fibras manufaturadas CARB Fibra de Policarbonato MOD Fibra modacrílica tingível com corantes de dispersão

Catiônicos, ácidos para lã, de complexo metálico e/ou outras classes de corantes.

PAC Poliacrilonitrilo, tingível só com corantes catiônicos e de dispersão.

PO Poliolefinas PE Polietileno PP Polipropileno PA Poliamídica em geral PA-6 Poliamídica – Tipo Perlon PA-6,6 Poliamídica – Tipo Nylon PA-11 Poliamídica – Tipo Rilsan PES Poliéster PUA Poliureia PB Polibutadieno PVA Álcool polivinilico (Poliálcoool vinílico) PVA+ Acetato de Polivinilo (Poliacetato de vinilo) PVC Cloreto de Polivinilo (Policloreto de vinilo) PVC+ Cloreto de Polivinilo (Policloreto de vinilo) clorado

posteriormente PVD Cloreto de Polivinilideno (Policloreto de vinilideno) PCF Policlorotrifluoroetileno PTF Politetrafluoroetileno PST Poliestireno PUR Poliuretano PUE Poliuretano segmentado (fios de elastômeros) PMV Copolímeros de Cloreto de Polivinilo (Cloreto de

Polivinilideno/Cloreto de Polivinilo:SARAN, VELON, VINYON) PVID Dinitrilo de Polivinilideno Designações adicionais: (colocadas entre parênteses após a abreviatura da fibra)

(U) Fios texturizados (fios frisados, elásticos ou Stretch) (G) Fibra contínua. exemplo: Poliéster Texturizado – PES (T) (T) Fibra cortada

10.2 Fibras naturais CEL Fibra celulósica em geral CO Algodão COm Algodão mercerizado


177

FL Linho HA Cânhamo JU Juta RA Rami SI Sisal KP Sumaúma (Kapoc) WO Lã S Seda natural 10.3 Fibras de celulose (fibras regeneradas ou polímeros naturais) CP Polinósicas CN Raione de Nitrato CC Raione cupro-amoniacal CV Raione Viscosa CA Raione de Acetato (diacetato) CT Fibras de Triacetato CA+ Raione de Acetato saponificada AL Fibras de alginato 10.4 Diversos LA Fios de borracha GL Fibras de vidro ST Fibras minerais SL Fibras de escórias MT Fibras de metal MISTURA DE FIBRAS: As fibras são separadas por um traço obliquo. Exemplo: PES/CO 10.5 52412 – Algodão Não – Amadurecido Subentende-se por algodão não amadurecido a fibra que, por ocasião da safra, não está ainda totalmente madura. Um exame microscópico permite reconhecer estas fibras, em virtude de sua fraca estruturação celulósica. O interior da fibra é rica em restos de protoplasma. Por conter muita albumina, tinge-se mais forte com corantes substantivos. Os cortes transversais de fibra não - amadurecida são mais planos que nas fibras normais. 10.6 52413 – Algodão Morto São as fibras que foram interrompidas prematuramente em seu desenvolvimento, ou seja, que, antes da safra, morreram. Observando-se no microscópio ao longo da fibra, ela apresenta uma parede celulósica extremamente fina como uma fita, transparente e, algumas vezes enrugada.


178

Na fabricação de algodão contendo fios mortos, formam-se facilmente pequenos nós que, pelas suas propriedades de absorção do corante, são notados especialmente em fios e tecidos tintos. O corte transversal de fibras mortas mostra-se dobrado no plano. As paredes celulósicas opostas tocam-se. 10.7 52415 – Diferença entre algodão maduro e não – amadurecido. Processo

GSB. Tomar aproximadamente 3 g do algodão a examinar, (no caso de material em bruto, envolver em gaze e costurar) molhar na água quente e tratar à fervura durante 15 minutos num banho de tingimento com: 1,2% Vermelho DIPHENYLE 5B 2,8% Verde SOLOPHENYLE BL CIBA – GEIGY Relação de banho 1:40 Retirar a prova, adicionar 2,5% de Sal de cozinha, (confere o peso do material) e continuar a tingir durante mais 15 minutos, adicionar novamente 2,5% de Sal de Cozinha e continuar mais 15 minutos. Depois enxaguar 2 vezes em água fria, 30 segundos em água fervente e mais 2 vezes em água fria. Após centrifugar, secar ao ar livre. As fibras maduras tingem-se em vermelho, as não – amadurecidas e as mortas em verde.


179

10.8 Comportamento quanto a solubilidade das fibras 10.8.1 Análise qualitativa

FIBRA SOLVENTE LÃ

SE

DA

FIB

RA

/ A

LBU

MIN

A R

EG

EN

ER

AD

AA

LGO

DÃ

O

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RAS

LIB

ER

IAN

AS

VIS

CO

SE

AC

ETA

TO

TRIA

CE

TATO

PO

LIA

MID

A 6

PO

LIA

MID

A 6

.6

PO

LIE

STE

R –

tipo

TE

RY

LEN

E

PO

LIE

STE

R –

tipo

KO

DE

L

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LIAC

RIL

ON

ITR

ILO

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LIP

RO

PIL

EN

O

CLO

RE

TO/P

OLI

VIN

ILA

ÁLC

OO

L/P

OLI

VIN

ILIC

O

SODA CÁUSTICA 2n

o +

ÁCIDO FÓRMICO 85%

+

+

a

a

a

a

+

ÁCIDO FENICO 90%

a

a

a

a

o

o

-

(-)

+

TIOCIANETO DE CÁLCIO CONC.

o

(-)

(o)

(o)

o

o

o

-

-

o

-

-

ACETONA a + (a) (o)

CLORETO DE METILA

+ a + o

DIMETILFORMAMIDA

a o o - o - a -

TOLUOL o -

CYCLOHEXANONA

o o (-) (-) a

Ponto de fusão o C

260

300

215

250

255

285

-- 165 200210

210

Sem sinal, nenhuma reação a solúvel a frio + incha a frio o solúvel a quente - incha a quente


180

10.8.2 Análise quantitativa de fibras por meio da solubilidade

PROCESSO FIBRAS

LÃ

SE

DA

FIB

RA

/ALB

UM

INA

RE

GE

NE

RA

DA

ALG

OD

ÃO

FIB

RAS

LIB

ER

IAN

AS

VIS

CO

SE

AC

ETA

TO

TRIA

CE

TATO

PO

LIA

MID

A 6

PO

LIA

MID

A 6

.6

PO

LIE

STE

R –

tipo

TE

RIL

EN

E

PO

LIE

STE

R –

tipo

KO

DE

L

PO

LIA

CR

ILO

NIT

RIL

O

PO

LIP

RO

PIL

EN

O

CLO

RE

TO/P

OLI

VIN

ILA

ÁLC

OO

L/P

OLI

VIN

ILIC

O

ÁCIDO SULFÚRICO - + - + + + + + + + - - + - - +

ÁCIDO FÓRMICO - - - - - - + + + + - - - - - /

POTASSA CÁUSTICA + + / - - - / / - - - - / - / -

DIMETILFORMAMIDA - - - - - - + / - - - - + - / - ÁCIDO FÓRMICO/ CLORETO DE ZINCO

- + / - - + + + + + - - + - - +

+ solúvel

- insolúvel / não aplicável

10.9 Análise quantitativa de fibras Conquanto muitas análises de fibras somente podem ser realizadas com

grandes recursos técnicos, pode-se fazer algumas separações de fibras, por dissolução, num laboratório pequeno. Com o auxílio dos seguintes processos ( Ácido Sulfúrico – Ácido Fórmico – Potassa Cáustica – Dimetilformamida – Ácido Fórmico/ Cloreto de Zinco) pode-se determinar a composição das principais misturas de fibras existentes no mercado com exatidão suficiente para os fins práticos.

10.9.1 Processo – ácido sulfúrico A amostra é tratada durante 60 minutos à temperatura ambiente em solução de Ácido Sulfúrico a 75% (58o Bé) num frasco Erlenmayer (fechado com


181

rolha): Proporção do banho 1:100. Freqüente agitação do frasco favorece a dissolução. Após a filtragem, através de placa porosa, enxágua-se bem, neutraliza-se com Amoníaco (100 ml/l) e enxágua-se novamente com água destilada. 10.9.2 Processo – ácido fórmico A amostra é tratada três vezes, durante 15 minutos de cada vez, com Ácido Fórmico 80% num frasco Erlenmayer (fechado com rolha). Proporção do banho 1:100. Agitar freqüentemente o frasco. Após filtrar, através de placa porosa, enxaguar bem, neutralizar com Amoníaco e enxaguar novamente, com água destilada. 10.9.3 Processo – potassa cáustica A amostra é tratada durante 15 minutos com uma solução a 2% de Potassa Cáustica num balão com destilador de refluxo. Proporção do banho 1:50. Após filtrar, enxaguar bem e neutralizar com Ácido Acético a 1%. Enxaguar novamente com água destilada. 10.9.4 Processo– dimetilformamida A amostra é tratada durante 60 minutos com Dimetilformamida em banho-maria à fervura. Proporção do banho 1:100. Em seguida a amostra é tratada novamente com Dimetilformamida durante 30 minutos à fervura, em banho na proporção de 1:50. Após a filtragem lavar a amostra com 2 litros de água destilada a 70-80o C. 10.9.5 Processo – ácido fórmico/ cloreto de zinco A amostra é tratada durante 120 minutos A 40o C. (banho-maria) com uma solução de 80 partes Ácido Fórmico 85% e 20 partes Cloreto de Zinco anidro. Proporção do banho 1:100. Após a filtragem enxaguar com 2 litros de água destilada. Em todos os cinco casos a placa porosa é secada, pesada e a fibra restante calculada em % em relação ao peso inicial.

10.10 Métodos de identificação de fibras principalmente as sintéticas Fibras sintéticas individuais podem facilmente ser identificada em função de suas diferentes solubilidades em solventes orgânicos. Acabamentos com resinas sintéticas podem afetar consideravelmente a análise ou mesmo torná-la incorreta.

Fibras Têxteis Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam

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ACETONA, quente SOLÚVEL INSOLÚVEL Acetona / Água 80:20 5 minutos à frio

Ácido Acético Glacial à Fervura

SOLÚVEL INSOLÚVEL SOLÚVEL INSOLÚVEL CLOROFORMIO

5 minutos à frio CICLOHEXANONA à fervura

TETRAHYDROFURAN à frio

SOLÚVEL

INSOLÚVEL

SOLÚVEL INSOLÚVEL SOLÚVEL

INSOLÚVEL

DIMETILFORMAMIDA/ ÁCIDO FÓRMICO 85% 75:25 à fervura

DIMETILFORMAMIDAquente

SOLÚVEL

INSOLÚVEL

SOLÚVEL INSOLÚVEL

XILOL, quente SOLÚVEL INSOLÚVEL NITROBENZEN

O, quente SOLÚVEL Acetato Secundário

Triacetato

Dynel Poliamida 11

Poliamida 6

Poliamida 6.6

Cloreto de Polivinila

Fibras Acrílicas

Polipropileno

Poliéster


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11. AULAS PRÁTICAS 11.1 Monte e focalização de um microscópio A. Objetiva de baixa potência - para estudo de campo 1. Monte o microscópio numa mesa resistente. 2. Coloque a lâmpada a 15 - 5cm de distancia e ligue-a. 3. Ajuste o microscópio no angulo conveniente. 4. Use o espelho plano para refletir a luz na direção do tubo. 5. Selecione a objetiva de baixa potência (16mm) e também o ocular. 6. Ajuste o tubo na marca de 16mm (ou na sua posição inferior). 7. Coloque uma lâmina já preparada na platina. 8. Baixe a objetiva até que fique muito próximo à lamina. Temos que olhar pelo

lado, enquanto este movimento está sendo feito, para evitar que a lente toque a lâmina.

9. Focalize o tubo principal, até que uma imagem da lamina possa ser visualizada tão claramente quando possível.

B) FOCALIZAÇÃO DO CONDENSADOR 10. Abra o porta-filtro do condensador. 11. Concentre a luz no objeto, levantando ou abaixando o condensador até que a

objetiva seja focalizada (passe um lápis acima da lâmpada quando sua imagem for vista claramente através do microscópio, ao mesmo tempo que a lamina, a lente do condensador estava colocada corretamente).

12. Para ajustar, visando a quantidade de luz correta, remove o ocular e feche os porta-filtro até a objetiva estar bem iluminada.

13. Recoloque o ocular. 14. Com relação às amostras transparentes o contraste pode ser melhorando

pelo fechamento ligeiro do porta-filtro. 15. Se for necessário, ajuste o espelho para dar um campo bem iluminado. C) OBJETIVA DE ALTA-POTÊNCIA - PARA EXAME DAS FIBRAS 1. Substitua a objetiva de potência baixa (16mm) pela objetiva de potência lata

(4mm). 2. O objeto será visto e será necessário, apenas um ligeiro ajustamento com a

parte para as mudanças micrométricas. 3. É possível melhorar o contraste pelo ligeiro ajustamento do porta-filtro. D) MAGNIFICAÇAO DAS COMBINAÇOES DAS LENTES OBJETIVA Só Com x 6 oculares Com x 10 oculares

16mm x 10 x60 x100

4mm x 40 x240 x400

Para reduzir o esforço da vista durante observações prolongadas, é aconselhável manter os dois olhos abertos e usá-los alternativamente.


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11.2 Aula prática 2 - índice de refração das fibras • O índice de refração das fibras regula a visibilidade de todos os objetos

transparentes ou sem cor, e é uma das principais considerações na escolha do meio aglutinante. Além disso é uma das poucas constantes numéricas que se pode determinar com exatidão com microscópio, e constitui um critério útil para a classificação e identificação de sólidos e líquidos. Quando examinamos as fibras ao ar, o índice de refração relativamente alto da fibra faz com que aproximadamente 5% da luz incidente seja refletida, e que os raios transmitidos marcadamente sejam refratados. Estes efeitos produzem fortes sombras que escurecem pequenos detalhes da estrutura das fibras. Para reduzir o grau de contraste nas regiões escuras, as fibras são colocadas num meio de refração adequada.

• Se as fibras aglutinarem com um meio de índice de refração semelhante, as

características da superfície ficam praticamente invisíveis, porque a estrutura interna e a presença de inclusões ou materiais estranhos, tais como pigmentos, se revelam muito claramente. Quando se deseja examinar os detalhes da superfície, deve-se selecionar um meio aglutinante de índice de refração marcadamente diferente; pode ser indistintamente mais alto ou mais baixo que o da fibra.

• Os aglutinantes deverão ser relativamente estáveis, líquidos não voláteis que

não reagem com os polímeros normais usados para as fibras. O aglutinante mais usado para identificação das fibras é a parafina líquida, que da um contraste satisfatório para todas as fibras, exceto o acetato e o triacetato de celulose, para as quais se recomenda o n-decano.

• Uma geleia de glicerina tem efeitos satisfatórios quando usada com as fibras

naturais de celulose, mas produz ligeiro inchamento. Os líquidos que dão uma certa combinação a certas fibras, com relação ao índice de refração com luz branca não polarizada, estão indicados na tabela seguinte.


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Líquidos aglutinantes para análise em microscópio Índice de refração (nD20) Fibras n água 1,33 diacetato 1,476 n-heptano 1,39 triacetato 1,469 n-decano 1,41 courtelle(acrilico) 1,511 estearato de butililo 1,445 nailon 6 1,575 geléia de glicerina 1,45 nailon 6,6 1,578 parafina líquida 1,47 terileno 1,706 azeite de cedro 1,513 polietileno 1,574 metilo salicilato 1,54 lã 1,557 bromobenzeno 1,56 algodão 1,577 iodeto de metileno 1,74 linho 1,58-1,60 o-diclorobenzeno 1,549 seda 1,591

Em geral as fibras variam ligeiramente o índice de refração de uma parte a outra, tanto axial como transversalmente. Devido a isto, só em algumas partes das fibras será possível alcançar um índice de refração do meio exatamente igual ao das fibras. Estas variações locais da refração só são, geralmente, detectadas por meios muito refinados, e qualquer região com uma refração marcadamente diferente, provavelmente indica a presença de uma outra substancia tal como ar, azeite ou dióxido de titânio.

Os fatores que condicionam o índice de refração das fibras são: a natureza química das moléculas. A disposição física das mesmas, a longitude da luz incidente, o conteúdo da umidade e outras substancias que podem aparecer nas fibras. Para se conseguir medições exatas é preciso usar luz polarizada em condições controladas de temperatura e umidade relativa.

As substâncias birefrigentes ou opticamente anisotrópicos dão índices de refração diferentes para uma determinada longitude de onda, dependendo tanto da direção de vibração da luz que as atravessa, como da direção de transmissão. Nas fibras, as direções de índices de refração máximos e mínimos correspondem, geralmente, ao eixo largo da fibra e à direção em ângulos retos com o eixo. Em algumas fibras naturais estas diremos são paralelas e perpendiculares a uma direção espiral na fibra.

Os valores n⎟⎟ e n⊥ são freqüentemente úteis com objetivos de identificação. A diferença dos valores do índice de refração n⎟⎟ - n⊥ é conhecido como birefringência. O procedimento para determinar o índice de refração da fibra, orientada paralelamente ou (n⎟⎟) ou perpendicularmente (n⊥ ) à direção de vibração da luz polarizada, é encontrar o líquido do índice de refração maior ou menor que o da fibra. Deve-se empregar luz monocromática, preferivelmente de uma lâmpada de sódio ou de um filtro de interferências com a linha de sódio.


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11.3 Aula prática 3 - Fibras Protéicas - Reações 11.3.1 Lã - Identificação da presença de enxofre A lã contém uma média de 2,5 a 5 % de enxofre: 1. Dissolve-se a lã em solução de 5% de soda caustica. A solução deve estar

em ebulição. A adicionar-se uma gota de acetato de chumbo o que faz com que a solução apresente uma coloração marrom que indica a formação de PbS.

2 A lã é solúvel em 5% de NaOH quente. 3 Ao ser tratada com ácido nítrico a lã torna-se amarelada. Com esta coloração

a lã é tratada com alcali cáustica e sua coloração passa a ser alaranjada.(reação xantoprotéica)

4 A ação do cloro remove as escamas. 5 Teste de queima - observa-se o odor, cor da cinza, etc. 6 Adiciona-se soda caustica forte em uma solução de acetato de chumbo

saturado, até que o precipitado que se formou no início seja dissolvido. Deixe a solução sentar. Depois disso, decante a solução clara. A lã é a única fibra que ao ser colocada nessa solução torna-se marrom. (Acetato de chumbo alcalino)

11.3.2 SEDA 1. Teste para indicar a ausência de enxofre na fibra. (repita o testeI.1) 2. Repita o teste I 2 3. Use álcali diluído para remover a sericina da fibra de seda. 4. A fibra incha e se dissolve em HCl concentrado e em 80%H2SO4 no frio. 5 Em HNO3 concentrado, a fibra torna-se amarelada, incha e se desintegra. 6. O comportamento com HCL distingui-se da lã, pelo e proteínas regeneradas. 7 A seda gelatinisa-se rapidamente e dissolve-se a 5% de soda cáustica, mas

não tão rapidamente como a lã.


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11.4 Aula prática 4 - Identificação das fibras pelo calor 11.4.1 Teste No.1 Segure um tufo de fibras e leve para perto da chama, mas não dentro. Observe se a fibra se retrai ou se derrete. 11.4.2 Teste No.2 Coloque um conjunto de fibras perto de um cristal de nitrato de potássio numa placa de metal que pode ser aquecida. Eleve a temperatura de 337-339c na qual o cristal é fundido. Observe se as fibras queimam para formar um material preto ou se derretem. Use uma agulha para mexer as fibra. 11.4.3 TESTE NO.3 Leve um conjunto de fibras para dentro da chama e observe se as fibras queimam e anote o cheiro do vapor produzido.


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11.5 Aula prática 5 - Fibras termoplásticas em temperaturas baixas. 1. Teste para indicar a presença de nitrogênio (Soda –lime test ). Coloque algumas

fibras num tubo de ignição e cubra com cal de soda (uma mistura de Ca(OH)2 e NaOH. Depois coloque um punhado de algodão ou fibra de vidro para cobrir a boca do tubo para não espalhar a mistura. Aqueça o tubo e teste o vapor com torno solo vermelho úmido. Se o vapor é fortemente alcalino ele contém amônia e indica a presença de nitrogênio.

2. Teste para indicar a presença de enxofre (Sodium Fusion Test) Coloque um

pequeno pedaço de sódio metal (tamanho de um feijão) num tubo de ignição, cubra com 20-25mg da fibra. Aqueça o tubo vagarosamente até que o sódio se dissolva depois mais rapidamente até que o fundo do tubo amoleça. Em seguida coloque o tubo num beker contendo de 10ml de água destilada e transfira a mistura para o tubo de ensaio. Ferva e filtre a solução. Para uma porção da solução adicione uma gota de uma solução diluída de acetato de chumbo com alcali. Um precipitado preto ou ( uma coloração escura ) indica a presença de enxofre na amostra.

3. Teste para indicar a presença de cloro: (Beilstein test)

Aqueça uma fibra de cobre num bico de bunsen até que a cor verde desapareça. Remova o cobre da chama e toque a fibra com ele até que algumas fibras adira ao cobre. Novamente coloque o cobre na chama. O aparecimento da cor verde indica a presença de cloro.

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