Viscose e Liocell Final

7/25/2019 Viscose e Liocell Final

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Tecnologia das Fibras Txteis

4.2. PRINCPIO DO PROCESSO E MATRIAS-PRIMAS.

O processo comum s fibras artificiais celulsicas parte da celulose de linter dealgodo ou da polpa da madeira. Todas as instalaes pertinentes ao processo

viscose baseiam-se em dissolver esta matria prima atravs de transformaesqumicas e num processo continuo de extruso, transform-la em fios, quecoagulados e, regenerada a celulose, podem ser utilizados como fios contnuos oufibras cortadas em flocos (fiocco ou fioco).

A celulose purificada para separar das fibras as matrias aglutinantes tais como asligninas, as ceras, as resinas vegetais, as pectinas e as celuloses de baixo pesomolecular denominadas hemiceluloses.

Alm da celulose entram na fabricao do raiom:

- A soda caustica eletroltica suficientemente pura,- O sulfeto de carbono, fabricado comumente nas prprias fabricas de raiom. um liquido de ponto de ebulio 46,25C, inflamvel e venenoso e deve serisento de enxofre e cido sulfrico e- O cido sulfrico.

4.3 PROCESSO PRODUTIVO

O fluxograma de trabalho de processo viscose o seguinte:

Figura 1


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4.3.1. PREPARAO DA VISCOSE.

Nesta seo a celulose dissolvida e a soluo (viscose) filtrada, desareada elevada ao grau desejado de maturao para ser transformado em fio. A preparao

da viscose subdivide-se nas seguintes operaes:

4.3.1.1. Mercerizao da celulose

Impropriamente chamada mercerizao (na realidade o tratamento decaustificao) esta operao consiste em imergir completamente a celulose naforma de folhas grossas em soluo de soda caustica a 17,5 a 18% a temperaturaspouco abaixo da ambiente durante meia uma hora.Descarregada a soda da mquina mercerizadeira, segue-se a espremagem dasfolhas, agora de sdio-celulose, na prpria mquina pelo curso de um pistopneumtico, para eliminao do excesso de soda. As folhas contm a seguinte

composio aproximada:

Substncia Teor (%)Celulose 29 a 31Soda custica (absorvida e combinada) 14,5 a 15,5gua A diferena

4.3.1.2. Desfibragem

Consiste em desfibrar as folhas de lcali celulose por ao mecnica em um

desfibrador helicoidal. Nas mquinas tradicionais esta operao dura de 2 a 3 horas.4.3.1.3. Maturao lcali

Normalmente, a celulose para raiom, tanto a extrada do linters como a de polpa demadeira, possuem graus de polimerizao mdios, elevados, da ordem de 800,1000 ou mais. Para que esta celulose possa ser transformada em fios, deve-sepromover a reduo do grau de polimerizao, sem a qual tornam-se necessriaspresses tremendamente elevadas para o transporte da viscose, sua filtrao,extruso etc.

A operao de maturao lcali consiste em despolimerizar a celulose atravs deum processo oxidativo controlado em meio alcalino. Dependendo do tipo de fibradescontinua que se quer fabricar o grau de polimerizao reduzido at um valor,por exemplo, entre 250 a 300, para fios de filamentos contnuos entre 300 a 350. Amaturao lcali de acordo com o sistema mais antigo se processa a 22C duranteum perodo longo 3 a 3,5 dias.

4.3.1.4. Sulfurao do lcali-celulose

A lcali celulose posta em sulfeto de carbono (CS2) em determinadas condies detemperatura e tempo reage de acordo com a seguinte reao:


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Figura 2

Esta reao exotrmica e deve ser efetuada mantendo-se constante atemperatura, geralmente entre 20 e 25C. Para estar completa leva de 1,5 a 2 horas.

O produto chamado xantogenato de sdio-celulose, solvel em solues diludas

(2 a 4%) de soda custica e apresenta-se na forma de bolas aglomeradas de coramarelo-alaranjado. Na realidade, o xantogenato branco transparente, pormdevido a reaes secundrias na sulfurao apresenta-se colorida.

4.3.1.5. Dissoluo do xantogenato de sdio celulose

O xantogenato dissolvido em soluo de soda, a 2 a 4% formando um lquidoviscoso amarelado chamado viscose. A composio mdia da soluo a seguinte:

8 % de celulose na forma de xantogenato 7 % de soda custica

85 % de gua


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4.3.1.6. Filtrao

A viscose (lquido viscide) deve agora ser filtrada para eliminao de impurezas taiscomo fibras de celulose no reagidas e, portanto, no dissolvidas. Esta operao

efetuada em filtros, chamados filtros-prensa.

4.3.1.7. Maturao da viscose

Em seguida a viscose submetida a uma segunda maturao. Esta maturao umprocesso inverso ao da sulfurao; aos poucos, o xantogenato se decompe emcelulose, CS2e soda, at a insolubilizao total da celulose. O processo reguladopara se obter uma viscose com um grau de solubilidade baixo a fim de viabilizar acoagulao e regenerao da celulose quando fiada. Esta maturao dura de 4 a 5dias temperatura ao redor de 18 C, porm o processo sempre acompanhadocom testes. Um teste simples para este fim o de verificar o volume de uma soluo

de cloreto de amnio 10% necessria para coagular 20g de viscose diluda em30ml de gua.

Durante a maturao efetua-se tambm a eliminao das bolhas de ar ou demateriais volteis (DESAREAO) que ficaram retidas durante a dissoluo doxantogenato. Esta operao obtida pela ao do vcuo sobre a soluo viscoseque flui pelas paredes de um reservatrio cilndrico.Quando se deseja obter fio ou fibras com um certo grau de opacidade adiciona-se odixido de titnio (TiO2) (OPACIZANTE) que um slido cristalino muito branco eestvel. O dixido de titnio finamente dividido (partculas menores de 0,5 mcron) epode ser misturado durante a desfibragem da lcali celulose ou durante a dissoluodo xantogenato de sdio celulose.

As propores variam de 0,8 a 1,1% para fibras semi-opacas e 2 a 3% para fibrasopacas e super opacas.

A influncia do xido de titnio na fibra pode ser apreciada considerando-se que aspartculas deste produto no s aumentam a refrao da luz incidente causandouma diminuio do brilho da fibra, mas tambm incrementam a difrao da luz nointerior da fibra, no que resulta uma menor transparncia.

Tratando das propriedades do raiom viscose, existem outras influncias do xido detitnio sobre estas. Tanto para ilustrar podemos destacar o aumento do poderabrasivo da fibra e uma diminuio da resistncia luz.

4.3.2. FIAO DA VISCOSE

A fiao executada extrudando em modo contnuo e regular o lquido viscose emum banho em sais e cido sulfrico diludo.


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Nesta operao ocorrem quase simultaneamente dois fenmenos distintos:

1) a coagulao que a solidificao do xantogenato de sdio celulose, pelaeliminao do lquido que o dissolve e

2) a regenerao da celulose pela hidrlise cida do xantogenato.

A fiao uma operao delicada onde esto envolvidas reaes diversas. A queprevalece a reao de regenerao da celulose visualizada a seguir.

Figura 4

As possibilidades de variao da composio dos banhos de fiao so numerosas,porm requerem grande cuidado e experincia na sua formulao.

A ttulo ilustrativo, a composio normal do banho de fiao a seguinte:

PRODUTO (g/L) DE BANHOSulfato de sdio anidro 250 a 350

Sulfato de zinco 10 a 40cido sulfrico 110 a 150

A funo do cido, j implcito na reao anterior, tambm a de neutralizar a sodacustica que dissolve o xantogenato. Esta soda se difunde para o banho, para reagircom o cido e vice-versa.


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O sulfato de sdio tem um efeito coagulante sobre a viscose e isto significa que oprocesso regenerativo causado pelo cido retardado pela maior compactao doxantogenato na forma de fio. O sulfato de zinco tem tambm a finalidade de retardara ao do cido, mas aqui de maneira diferente. Neste caso, o on metlico Zn ++secombina com dois grupos xantogenato em substituio ao on Na+. Forma-se desta

maneira um complexo metlico intercadeia mais estvel. Sua substituio pelo cidoe conseqentemente regenerao da celulose retardada pela menor velocidadede difuso do Zn++para fora da fibra.

Comparativamente temos as seguintes reaes:

Figura 5

Existem ainda outros produtos coadjuvantes no banho de fiao. Assim, produtoscom a funo de lubrificantes, reguladores de viscosidade do banho entre outros sonormalmente utilizados. Quando se realiza a estiragem do fio aps a extruso, porexemplo, a glicerina atua como um lubrificante molecular, isto , facilita a orientao

molecular da celulose no sentido longitudinal do fio.Alm destes fatores, deve-se ter em conta a temperatura do banho da fiao. Umaumento de temperatura resulta num aumento da velocidade de difuso dosprodutos do banho para a fibra e vice-versa e igualmente acelera a reao deregenerao da celulose pelo cido.

Se de um lado o tempo de permanncia dos filamentos no banho reduzido, o quesignifica maior produtividade, de outro, acarreta diminuio nas propriedadesmecnicas da fibra, pela influncia que este processo exerce sobre sua estruturamolecular. Assim, deve haver um compromisso e trabalha-se a temperaturas da

ordem de 50C.

4.3.3. ESTIRAGEM

De modo geral, a estiragem dos fios de raiom efetuada quando a regenerao dacelulose ainda no foi completada e existe uma certa liberdade molecular para oalinhamento no sentido longitudinal do fio. Para os raions normais a taxa deestiragem relativamente baixa, da ordem de 20 a 30%.


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Para os fios tcnicos de maior resistncia esta taxa alcana 60 a 70 % e raramentesuperam os 100%. Nas fibras polinsicas e modais as taxas de estiragem vo at200%.

4.4. ESTRUTURA MOLECULAR E MORFOLOGIA DA VISCOSE

As fibras de raiom viscose possuem uma estrutura micelar devido ao baixo pesomolecular das macromolculas. A rpida passagem do estado lquido viscoso para oslido limita a movimentao molecular e conseqentemente a cristalizao. A baixaestiragem determina a baixa orientao molecular. A cristalinidade resultante de30 a 35 %. A rigidez molecular, cria no entanto um elevado grau de ordem dasregies amorfas.

Outra conseqncia derivada da rpida coagulao se reflete na seo transversalda fibra que aparece em forma irregular, dita serrada. Longitudinalmente as fibras efilamentos de raiom aparecem listrados.Abaixo esto sees transversais de fibras de raiom viscose. A fibra oca maismoderna e obtida com um furo de fieira em forma de C ao invs de redondo. Aexpanso visco-elstica causada pela reduo de presso na sada da viscose dafieira fecha o circulo formando um tubo oco. A fibra de alta tenacidade foi bem maisestirada que a de raiom regular e assim, perde a forma serrada.

Fibra regular Fibra OCA Alta tenacidade

Figura 6


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6. AS FIBRAS DE LIOCEL.

6.1 INTRODUO

Fibras de Liocel so fibras celulsicas que se obtm mediante um processo defiao com solvente orgnico.

Estas fibras so o resultado de duas necessidades:

1 Encontrar um processo melhor que o da viscose, com menores exigncias demanuteno, menor periculosidade, poluio e impacto ambiental,2 Melhorar as caractersticas das fibras celulsicas regeneradas j existentes, comoa viscose, o modal etc.

A marca que se imps mais ao mercado mundial e Brasileiro o Tencel. ACourtaulds inglesa, foi a primeira a fabricar comercialmente esta fibra de Liocel. Em1980, foi construda em Coventry uma pequena planta piloto da Courtaulds e emseguida em Grimsby uma linha de 120 t/ms.

A primeira planta da Courtaulds foi construda nos EUA no estado do Alabama emjunho de1992. Sucessivamente a Akzo Nobel adquiriu as unidades de produo daCourtaulds.

Um concorrente da Courtaulds a Lenzing da ustria, que fabricou o Lenzing

Lyocell a partir de 1995.

6.2. PROCESSO DE FABRICAO.

Resumidamente as etapas de fabricao do liocel so:

Dissoluo da celuloseFiao a mido e tratamentos posteriores das fibrasRecuperao e reciclagem do solvente.

O solvente usado na fabricao do Liocel altamente polar. Este solvente o xidode N- metil Morfolina (NMMO), cuja formula est a seguir.

Figura 1

O diagrama do processo est ilustrado abaixo.


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O esquema de fiao est a seguir.

A fiao a mido do liocel se realiza a 200 m/min em banho aquoso a 115C. nestebanho ocorre a coagulao da celulose e o reciclo do banho permite a recuperaoe purificao do solvente que retorna ao processo.


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7. CARACTERSTICAS ESTRUTURAIS, MORFOLOGIA EPROPRIEDADES DAS FIBRAS CELULOSICAS ARTIFICIAIS.

7.1. MORFOLOGIA DAS FIBRAS

A seo transversal e vista longitudinal ao microscpio das fibras de viscose, modal,polinsica e liocel apresentam as seguintes caractersticas.

Fibra Viscose Modal Polinsica Liocel

Seo transversal

Serrada LobadaRedonda Ovalada/redonda

Vista longitudinal

Listrada ListradaPorosa Lisa

Observa-se com clareza as distines morfolgicas entre a fibra de viscose, a fibra

modal, a fibra polinsica e a fibra de liocel.Estas diferenas, entre as fibras geram variaes de brilho. As fibras de raiom sobrilhantes, pois as sinuosidades da seo transversal funcionam como pequenosespelhos cncavos e concentram a luz refletida. As fibras de Modal e Liocel sofoscas. A superfcie convexa refrata a luz refletida.

7.2. CONSTITUIO QUMICA E ESTRUTURA MOLECULAR DASFIBRAS.

Embora todas as fibras sejam celulsicas, devido aos processamentos fsico-quimicos diferentes, como veremos adiante, nem todas possuem mesmo grupos detomos. Assim, podemos apontar:

A fibra de viscose, alm do grupo caracterstico que a hidroxila (OH) se distinguedas demais por possuir grande quantidade de grupos aldedos (O=CH-), cetonas (-C2H2-C=O) e carboxlicos (COOH).

J as fibras polinsica e modal possuem estes grupos em pequena proporo e afibra de liocel praticamente isentas destes grupos qumicos.


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As conseqncias imediatas da presena destes grupos so:

Fibra de viscose:

Maior carter redutor devido aos grupos aldedo e cetonasMaior sensibilidade fotodegradao,Maior intumescimento em gua e solues alcalinas

Fibra modal e polinsica:

Carter redutor muito menorMenor sensibilidade fotodegradao,Intumescimento em gua e solues alcalinas muito menor.

Fibra de liocel:

Nenhum carter redutorSensibilidade a fotodegradao muito menorIntumescimento em gua e solues alcalinas muito menor.

7.3. ESTRUTURA MOLECULAR

Na tabela esto as principais caractersticas moleculares e estruturais das fibrasdescontinuas em comparao.

FibraComprimento

molecularTipo de arranjo

molecular**% de regies

cristalinaOrientao

molecular***Viscose GP*~250 a 350 Micelar 25 a 30 Muito baixa a baixa

Modal GP*~300 a 600 Mista micelarfibrilar

25 a 30 Mdia a alta

Polinsica GP*~500 a 600 Mista micelarfibrilar

35 a 40 Alta

Liocel GP* 700 a 5.000 Fibrilar 40 Mdia

Estas observaes so muito importantes como elementos diferenciadores dasfibras e justamente por causa destas diferenas que as propriedades das fibrasso to distintas e, por conseguinte o comportamento dos artigos com elasproduzidos tambm muito diferente.


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7.4. PROPRIEDADES FSICAS DAS FIBRAS.

Uma das melhores maneiras de visualizar as diferenas entre as fibras de viscose,

modal, polinsica e liocel justamente a comparao de propriedades, que colocabem em evidncia que as diferenas entre estas fibras no so meras variaes deprocesso entre fabricantes de um mesmo produto, mas sim, diferenas atribudas aprodutos muito diferentes com comportamentos mecnicos diferentes porque asestruturas da qual nos referimos anteriormente so diferentes.

Na tabela abaixo esto as principais propriedades fsicas destas fibras, obtidas daliteratura tcnica.

Propriedade/Fibra Unidade Viscose Modal Polinsica LiocelTenacidade cond.* cN/tex 22 a 25 34 a 36 35 a 42 35 a 44Tenacidade mida cN/tex 10 a 15 19 a 21 24 a 30 29 a 35Alongamento cond.* % 18 a 20 13 a 15 8 a 12 13 a 17Alongamento mido % 21 a 25 15 a 18 10 a 15 16 a 18Mdulo de elastic. amido a 5%

cN/tex 50 110 ~110 270

Absoro umidade % 13,0 12,5 11,0 11,5Reteno de gua % 90 60 a 75 65 65Intumescimento % 88 63 - 67* Condies standard de laboratrio: 21C e 65% de umidade relativa do ar.

Observaes tcnicas importantes relacionando as caractersticas moleculares eestruturais indicadas na tabela anterior:

1. A resistncia funo principalmente da estiragem. Mais estirada a fibra, maisresistente ela . A polinsica e o liocel so as mais resistentes.

2. A perda de resistncia da fibra quando umedecida est relacionada ao tipo deestrutura, sendo a micelar aquela de maior perda, seguida das estruturas mistasmicelar/fibrilar e por ltimo a fibrilar. Neste aspecto a maior perda esta na viscose,seguida da modal, polinsica e por ltimo o liocel.

3. O alongamento a ruptura segue o inverso da resistncia. Mais orientada a fibra,menor o alongamento ruptura. A fibra polinsica a de menor alongamento mdioe a viscose a de maior alongamento.

4. Mdulo de elasticidade representa a fora necessria para uma pequenadeformao da fibra (digamos, por exemplo, de 5%). O mdulo maior na medidaque a fibra mais estirada. A fibra liocel a de maior mdulo devido a sua estruturafibrilar.

5. A reteno de gua a capacidade de reter gua na estrutura molecular. Maiscristalina a fibra, menor a capacidade de reteno de gua.


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7.5. PROPRIEDADES QUMICAS

Este captulo ser tratado apenas superficialmente, haja visto ter sido ser similar aoalgodo, tratado em fibras I (Vide apostila de Fibras I). Apenas algumas

consideraes que diferenciam o comportamento das fibras artificiais celulsicascom o algodo esto aqui mencionadas.

7.5.1. AO DOS CIDOS

Tem sobre as fibras de celulose regenerada ao similar quela sobre o algodo. Ahidrlise cida funo do tipo de cido (forte ou fraco), da sua concentrao e datemperatura. Alm disso, a compacticidade maior ou menor da estrutura molecularda fibra, determina tambm a intensidade do ataque.Os sais cidos e os cidos de Lewis tm ao semelhante aos cidos que osoriginaram ou que do origem. A mistura cloreto de zinco e cido frmico dissolve afibra de raiom standard e serve para uma anlise quantitativa, em especial quandoem mistura com algodo.

7.5.2. AO DOS LCALIS

Como para o algodo, o meio alcalino propicia a oxidao da fibra com conseqenteclivagem das macromolculas e formao de oxicelulose. A parte este fato, devidoao baixo peso molecular da celulose, menor orientao molecular e menor

cristalinidade, as solues alcalinas intumescem fortemente as fibras de raiomenfraquecendo-as drasticamente e at mesmo dissolvendo boa parte da celulose debaixo peso molecular existente na fibra.

Normalmente, do mesmo modo que para o algodo, os tratamentos alcalinos devemser posteriormente neutralizados visto que, algumas hidroxilas podem ter-setransformado em alcoolatos.

O zincato de sdio substncia indicada para dissolver o raiom tradicional, quandoem mistura, com outra fibra celulsica. Este no , no entanto suficiente paradissolver as fibras modais e polinsicas.

7.5.3. AO DOS AGENTES OXIDANTES E REDUTORES

As fibras de celulose regeneradas tambm so oxidadas lentamente por produtosoxidantes, os mais freqentes, clorito e hipoclorito de sdio, gua oxigenada,normalmente utilizados para o alvejamento dos artigos txteis. Os agentes redutoresso praticamente sem ao sobre a celulose. As reaes de oxidao j foramtratadas nas fibras naturais.


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7.5.4. AO DOS SOLVENTES ORGNICOS

So geralmente sem ao danosa sobre a celulose, sendo os de uso comum para

lavagem a seco (percloroetileno, triclorietileno etc.), perfeitamente aplicveis.

7.5.5. AO DOS MICROORGANISMOS

As fibras celulsicas artificiais so atacadas por fungos e bactrias especialmentequando a umidade relativa do ar alta e a temperatura favorvel (ao redor de30C). A ao destes microorganismos se baseia na hidrlise da celulose paraformar acares que so posteriormente digeridos.

7.5.6. AO DO CALOR

As fibras no fundem, amarelam acima de 120C por oxidao e se decomperapidamente a temperaturas entre 175 a 240C at a destilao dos produtosvolteis e carbonizao da fibra. Expostas a chama as fibras queimam rapidamenteeliminando cheiro de papel queimado.

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