Fibra Acrlica PAC l Fibras Sintticas Uma Introduo

Fibra Acrílica PAC

l Fibras Sintéticas – Uma Introdução Fibras Acrílicas (PAC): o acrílico é, basicamente, um tipo de plástico. As fibras acrílicas são fibras sintéticas formadas pela polimeração em cadeia da acrilonitrila. Quando o teor de acrilonitrila é igual ou superior a 85%, elas são denominadas fibras acrílicas, enquanto se o teor estiver entre 35% e 85% em peso das fibras, elas são denominadas Modacrílicas.

Histórico l. A primeira síntese de poliacrilonitrila foi publicada por Mouren em 1894. l Até 1931/32, esta síntese permaneceu sem interesse técnico, pois o material não era solúvel em solventes conhecidos. Nem mesmo poderia ser fundido, pois entrava em decomposição quando submetido a aquecimento.

l Foi então que em 1931 e 1932, o Dr. Hebert Rein da I. G. Farbenindustrie (Alemanha), descobriu os primeiros solventes para os poliacrilonitrílicos: soluções concentradas de sais hidrofílicos, tais como o isocianato de cálcio, Br. Li, Zn. Cl 2, etc. l Tentou desenvolver as primeiras fibras a partir destas soluções.

l Em 1942 e 1943, Rein da I. G. Farbenindustrie (Alemanha) e Houtz da Dupont (E. U. A. ), tiveram êxito ao encontrarem solventes orgânicos para dissolução das poliacrilonitrilas, como: l Dimetilformaldeida; l Dimetilsulfóxido; l Butirolactama.

Ciência das fibras Fibra Acrílica ou Poliacrílicas (PAC).

Classificação da fibra acrílica. CORTE TRANSVERSAL CORTE LONGITUDINAL

Histórico l. A Segunda Guerra Mundial contribuiu consideravelmente para que as pesquisas fossem intensificadas quanto à produção de fibras sintéticas, principalmente acrílicas. l Em 1944 a Dupont construiu a primeira unidade de produção com capacidade para 10 toneladas mensais com objetivos têxteis.

Histórico l Como resultado desses estudos, em 1944 a Dupont lança a primeira fibra acrílica no mercado, a Orlon. l Seguiu-se o Acrilan da Chemestrand, o Dolan da Süddeustche Chemiefaser, o Redon da Philips e o Dralon da Bayer (já nos anos 50).

Preparação da Acrilonitrila A acrilonitrila pode ser produzida industrialmente a partir de: a. Óxido de Etileno e do Cianeto de Hidrogênio (Union Carbide); b. Acetileno e do Cianeto de Hidrogênio (American Cyanamid, Du Pont, Goodrich e Monsanto); c. Acetaldeído e do Cianeto de Hidrogênio (Knapsack-Griesheim); d. Propileno. l

Processo utilizando o Propileno: O desenvolvimento industrial do processo baseado no uso do propileno representou uma considerável quebra da tecnologia tradicional de produção de acrilonitrila, com início em 1960. Hoje as novas plantas partem de propileno como material cru pois os investimentos e os custos de operação são muito menores do que as antigas tecnologias empregadas.

Produção de Fibras Acrílicas l. A fabricação de fíbras acrílicas requer polimeriação da acrilonitrila (ACN) em combinação com outros monômeros, formando a poliacrilonitrila. l Como a poliacrilonitrila (PACN) e seus copolímeros decompõe antes de fundir, as fíbras acrílicas são produzidas em solução de fiação

O polímero é produzido por poliadição em lama, obtendo peso molecular numérico médio na ordem de 50. 000 a 100. 000 g/mol, tendo uma densidade de 1, 18 g/cm³. Se torna um termoplástico amarelado, transparente. Suas principais aplicações são em fibras têxteis e na substituição a lã. H H H C–C C=C H CN Acrilonitrila H PAN H CN n A fibra acrílica é um polímero com no mínimo 85% em peso de acrilonitrila.

Produção de Fibras Acrílicas l Os solventes usados na preparação da solução são: l Dimetilformamida (DMF) l Dimetilacetamida (DMAC) l Dimetilsulfóxido (DMSO) l Soluções concentradas de ácido nítrico (HNO 3), tiocianato de sódio (Na. SCN) e cloreto de zinco (Zn. Cl 2)

Produção de Fibras Acrílicas l. A solução é extrudada através de furos de fieiras para formar filamentos. Podem ser obtidas tanto em processo à seco quanto a processo à úmido.

l Na “fiação seca” a solução é extrudada verticalmente dentro de uma câmara aquecida e quase todo o solvente é evaporado e deve ser reaproveitado.

l Na “fiação úmida” a solução é extrudada em uma mistura de solvente e água ou em alguns coagulantes não aquosos.

Processamento Têxtil - Fiação Os fios obtidos da fiação à úmido à seco, apresentam um percentual de solvente residual de cerca de 10% e ainda não possuem nenhuma propriedade mecânica. l Os fios devem ser submetidos a um tratamento de estiragem, com o objetivo de orientar as cadeias poliméricas ao longo do eixo da fibra, e ao processo de lavagem para retirada dos resíduos que acompanham a fibra. l No processo de estiragem, para se obter elevada relação de estiragem, eleva-se a temperatura do fio acima da transição vítrea de cerca de 80°C. Com a estiragem, a resistência tensil da fibra é aumentada. l

Processamento Têxtil - Fiação Produz-se o “tow” que é um cordão grosso de filamento contínuo, destinado a produção de fibras cortadas. Estas fibras são cortadas em tamanhos pré-definidos, são enfardadas e encaminhadas para o processo de fiação. l O processo de fiação é semelhante aos utilizados para o algodão, lã cardada, lã penteada e outros modernos sistemas de fiação, inclusive o “Open. End”. O processo de lã penteada é o mais popular para obtenção do fio de acrílico. l

Processamento Têxtil - Tingimento As fibras acrílicas foram os primeiros materiais sintéticos produzidos e que apresentam uma forma quase que impossível de permitir o tingimento. l Alta temperatura, uso de “carriers” e agentes entumescedores falharam nas primeiras tentativas de tigimento. Tingimento com sucesso requeria modificação no polímero, criando pontos de ancoragem para as moléculas de corante. l

Processamento Têxtil - Tingimento Primeiramente muitos esforços realizados na modificação do polímero foram direcionados para tornar as fibras tingíveis com corantes ácidos, portanto seria possível uniões com a lã. l Em 1954 uma classe de corantes básicos (catiônicos) foi desenvolvida e isto tornou um importante evento na história das fibras acrílicas. l Os corantes dispersos também podem ser utilizados para tingir as fibras acrílicas, entretanto, eles não são eficientes para cores médias e escuras. l

CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DAS FIBRAS POLIACRÍLICAS (PAC) l l l l Conservação do calor: Altíssima, em especial em fios de fibras para fiação. Absorção de umidade e entumescimento: reduzido, a taxa de absorção da água é de 2 - 2, 5 %. Os acrílicos são, portanto, hidrófobos o que confere uma grande estabilidade às propriedades dinamométricas relativamente ao molhado, assim como uma secagem rápida. Dilatação na água: praticamente nula. Lavabilidade, solidez à fervura: sujeira pode ser eliminada a baixa temperatura. Sólidas na fervura, mas é preferível lavá-las em água tépida, porque em fervuras mais altas o movimento da lavagem pode causar deformação. A limpeza química é possível sem qualquer dificuldade. Comportamento térmico: Firmes até calor contínuo de 140ºC. Assinala-se que as fibras acrílicas acumulam facilmente as cargas de eletricidade estática. Como todas as fibras hidrófobas, são excelentes isoladores Temperatura de passar no ferro: Não ultrapassar 150ºC. usar pano úmido para passar a ferro. Teste de combustão: Queimam e carbonizam, deixando bolinhas duras e pretas. Comportamento nas intempéries: Excelente solidez contra a luz e intempéries. Não apresentam sintomas de alteração.

PROPRIEDADES MAIS IMPORTANTES l l Possuem resistência à ruptura bastante alta para artigos têxteis. Reduzida absorção de umidade e intumescimento, secam depressa e são resistentes ao calor de irradiação. Sobressaem pela aspecto lanoso e toque do mesmo tipo, pesam pouco, conservam bem o calor, resistem ao amassamento e tem ótima resistência a luz e à intempéries. São dignas de menção a alta capacidade para encolher de um lado e a solidez da forma de fibras encolhidas de outro.

Usos Finais l Como todas as fibras sintéticas, as fibras acrílicas são largamente usadas em misturas com outras fibras: lã, viscose, algodão, etc. , como também manufaturas das mais variadas espécies de produtos, como: vestimentas de malhas (sueter, jersey), carpetes que apresentam resistência a manchas superior à lã, boa estabilidade e alta resiliência, l cobertores que dão aquecimento sem serem excessivamente pesados devido a baixa densidade da fibra, l tecidos felpudos (pelúcia) que imitam peles, l tecidos agulhados, tecidos técnicos, etc. l l

Aplicações das fibras acrílicas

Propriedades da Fibra Volume e resiliência compressional Excelente Recuperação ao amarrotamento Boa Absorção Deficiente Alvejantes domésticos Funcionam Resistência à estática Regular Resistência à abrasão Regular Resistência ao suor Boa Resistência ao calor Boa Resistência ao desbotamento Boa Estabilidade Excelente

Polimerização por Suspensão e por Solução

Fiação 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Nafta Propeno Acrilonitrila Polímero de Acrílico Funil de Alimentação Fusão Fiação a Seco Fiação Úmida Fibra

Estatísticas do Mercado Brasileiro

Reação de Polimerização l l n H 2 C= CH. CN (-HC-CH-) n l l CN

R’ [( CH 2 CH) X - (CH 2 C)y ] n. CN R” x 85% , y 15%

A molécula do PAC tende a formar uma cadeia helicoidal. A interação entre os grupos -CN é muito forte As moléculas tendem as se juntar como peças de giz em uma caixa, o que configura uma ordem pseudo cristalina.

Características químicas Densidade: 1, 14 - 1, 18 g/cc Absorção: 0, 6 - 1, 7% Ponto de Fusão: 235°C Ponto de Plastificação: 80 -90°C Sendo uma fibra Hidrófoba

Comportamento Térmico Resist. ao calor seco: 1350 C 0 Tempt. de passar: 160 -200 C Tempt. de Termofixação: 2200 C Tempt. de descoloração: 2350 C Temp. de amolecimento: 2102600 C

Boa resistência aos ácidos Baixa resistência aos álcalis Excelente resistência a luz Solúvel em dimetilformamida a quente Limite de umidade 2. 0%

Classificação HB = High-bilk : volumoso Semelhante a Lã : artigos de inverno Regular = Non-bulk: Não volumoso Artigos de meia estação

Comonômeros aumentam a tingibilidade. Pelo aumento da velocidade de difusão: Acetato de vinila, cloreto de vinila, metacrilato de metila

Substantividade l. A substantividade com os corantes básicos é dada por monômeros contendo grupos sulfônicos, fosfóricos ou carboxílicos

Devido a variação das porcentagens e tipos de copolímeros existentes nas inúmeras fibras acrílicas encontradas no mercado, as suas propriedades de tingimento (velocidade de montagem, saturação, etc) variam muito de uma para outra

Termofixação Tendo maior resistência ao encolhimento que as demais fibras sintéticas, a termofixação dos tecidos de acrílico é desnecessária, a não ser em casos de esticamento excessivo

Tingimento: É muito difícil o tingimento da fibra 100% poiacrilonitrila, devido sua pouca afinidade aos corantes e sua baixa velocidade de difusão

Por isso são acrescentados comonômenos na polimerezação, os quais proporcionam novas propriedades à fibra, como tingibilidade, inclusive com corante ácidos, à cuba e azocorantes

Purga: Tripolifosfato Detergente não iônico *Solvente orgânico emulsionado 30 minutos a fervura

Alvejamento Clorito de Sódio 50% Nitrato de Sódio Tetrapirofosfato de Sódio Umectante* Ácido Oxálico ou Fosfórico -p. H: 3 30 -60 minutos a fervura

Neutralização Bissulfito de Sódio 20 minutos a 50°C ou Hidrosulfito de Sódio 70°C

Corantes Catiônicos l. Os corantes catiônicos também são chamados de básicos modificados. Foram desenvolvidos quando da introdução da fibras acrílicas e são especialmente adaptados às exigências dessas fibras.

Os corantes catiônicos, como próprio nome sugere, apresentam cargas positivas em meio ácido, ligando-se eletricamente à fibra com carga negativa

O tingimento ocorre em 3 fases:

• Os cátions do corante, em estado dissociado no banho, migram para os sítios aniônicos da fibra e são adsorvidos na superfície

• Os cátions se difundem da superfície para o interior

• Os cátions se ligam aos grupos da fibra estabelecendo ligações

Genericamente, a receita de tingimento é constituída por: Retardante Dispersante Acetato de Sódio Corantes Ácido Acético Sal

Temperatura A igualização do tingimento depende quase que exclusivamente da subida uniforme dos corantes dentro da zona crítica de temperatura de montagem da fibra, que corresponde ao seu ponto de plastificação, sendo lenta e gradual nesta faixa

Assim sabendo que o ponto de plastificação é em torno de 80°C, eleva-se 1°C/minuto de 50 a 80°C e depois 1°C/3 minutos, tingindo de 60/120’ a ebulição. Após resfria-se até 75°C e depois com água fria até 60°C

Solidez l. Esta ligação salina, associada ao fechamento da fibra, abaixo da temperatura de transição vítrea (70 - 85 o. C dependendo da fibra), explica a excelente solidez aos tratamentos úmidos de tingimentos.

l Bibliografia Curso técnico têxtil, vol. 3, vários autores EPU – editora pedagógica universitária. l Fibras Têxteis, vol. 1 e 2, Pedro Pita SENAI-CETIQT l l Fonte www. demet. ufmg. br/docentes/rodrigo/r 6. htm l www. jorplast. com. br/secoes/aulas-5. htm l http: //educar. sc. usp. br/licenciatura/2003/quimica/paginahtml/po limeros 7. htm l