CARACTERÍSTICAS DOS ELASTANOS NOS PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO

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1 CARACTERÍSTICAS DOS ELASTANOS NOS PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO INTRODUÇÃO Este trabalho foi uma solicitação da Golden Química do Brasil Ltda à Universidade Politécnica da Cataluña (UPC) Barcelona Espanha, com o objetivo de comparar quatro fios de elastano utilizados no mercado Brasileiro. Não existiu em algum momento a intenção de se mostrar qual marca é melhor do que outra, mas simplesmente diagnosticar quais as melhores condições de trabalho para os fios em questão. O trabalho foi realizado pelo Engenheiro Joel L. Gutierrez e a Engenheira Marta F. Martin, sob a orientação do Prof. Dr. Josep Valldeperas Morel. Todos procedimentos analíticos foram baseados em metodologia já estabelecidas e aprovadas para estes tipos de ensaio. Dado a extensão da pesquisa, esta é a primeira parte que foi realizada em 12 meses. Pretendemos dar continuidade a estes trabalhos. OBJ ETIVO Este projeto tem como objetivo realizar um estudo comparativo das propriedades físico-químicas de quatro fibras de elastano, cada uma delas pertencente à uma determinada marca. Será observado a influência da água, ácido, e álcali, sob diferentes temperaturas e tempo, e sobre as propriedades das fibras. As quatro fibras serão avaliadas quanto ao, tenacidade e alongamento máximo de ruptura, e alongamento residual submetido a diferentes estiramentos. Este estudo se realizará com a intenção de poder-se otimizar os processos têxteis aos quais podem estar submetidos os artigos contendo elastano. PARTE EXPERIMENTAL 1. Preparação do material As quatro fibras utilizadas neste estudo são: Dorlastan, DuPont, Acelan, e Fillatice, e o título das mesma é de 40 deniers. Preparar meadas com a ajuda de uma haste. O comprimento da meada deverá ser de ± 100 metros e terão um peso entre 3 e 4 gramas. Para cada processo serão preparadas 3 meadas. 2. Tratamento Químico Uma vez que as meadas estejam preparadas serão processados os tratamentos com as mesmas. A máquina utilizada para realizar os diferentes tratamentos será o Linitest, e a relação de banho fixada para todos os processos será de 1/20. A água utilizada será água destilada. As condições de trabalho para cada processo serão: H 2 O Rb 1/20 CH 3 COOH glacial Rb 1/20 [CH 3 COOH]=0,3 g/l CH 3 COOH glacial Rb 1/20 [CH 3 COOH]=1,2 g/l Proc. o C Min Proc. ºC Min. Proc. ºC Min NaOH 50 ºBe Rb 1/20 NaOH 50 ºBe Rb 1/20 [NaOH] = 0,3 g/l [NaOH] = 1,2 g/l Proc. o C Min Proc. o C Min

2 3. Controle de do banho O contolre de será realizado sempre antes de iniciar o processo, e quando finalizado o processo. 4. Dinamometria As provas de dinamometria estarão divididas em duas partes: A primeira consiste nas provas para se obter o alongamento e a tenacidade máxima de ruptura. A segunda consiste nas provas para se obter o alongamento residual, repetida para os estiramentos. O dinamômetro escolhido para realizar os ensaios será um Instron. - Tenacidade e alongamento máximo Este ensaio consiste em colocar a fibra de elastano entre as mordaças do dinamômetro e deixar que a fibra se estire até chegar em seu ponto de ruptura (alongamento máximo de ruptura). Antes de romper-se, a fibra irá exercer uma força para evitar a ruptura (está relacionada com o título do filamento, e é o que conhecemos como a tenacidade de ruptura). Estes ensaios serão realizados 25 vezes para cada processo e fibra, com estes resultados obtemos o valor médio e seus desvios padrões (intervalos de segurança). A amostra a ser ensaiada deverá ter um cumprimento de 5 cm e uma pré tensão de 0,5 cn, desta maneira nos asseguramos que em cada ensaio todas as fibras estejam estiradas por igual. - Alongamento residual X estiramento Este ensaio consiste em colocar a fibra entre as mordaças e deixar que esta se estire até um certo comprimento pré determinado. Uma vez que a fibra é estirada, fazemos ela retornar ao ponto de início do estiramento e se quantifica o comprimento da fibra que ficou deformado, quer dizer, o comprimento que não conseguiu retornar ao seu estado inicial. O estiramento escolhido para as fibras de elastano é de 200% e 400%, e o motivo é porque a partir de 200% de estiramento a fibra de elastano começa a manifestar deformação. O motivo pelo qual foi escolhido 400% de estiramento é porque uma vez superado 600% de estiramento, muitas fibras começam a quebras, chegando assim a romper. A amostra do ensaio que será tratada é de 5 cm e será utilizada uma pré tensão de 0,5 cn. CONSIDERAÇÕES Buscamos mostrar os dados da maneira mais ilustrativa e clara possível, apresentando essencialmente os resultados e algumas conclusões tiradas dos inúmeros testes realizados. A seguir apresentamos alguns gráficos que são necessários para a ilustração e compreensão das observações feitas. VARIAÇÃO DE POR PROCESSO AGUA 60ºC AGUA 135ºC 9 9,5 8, ,5 7 8,5 8 7,5 7 6,5 6,

3 VARIACÃO DE POR PROCESSO ÁCIDO ACÉTICO 0,3 g/l 60ºC ÁCIDO ACÉTICO 0,3 g/l 135ºC 4,4 5 4,2 4 3,8 3,6 3,4 4,8 4,6 4,4 4,2 4 3,8 3,6 3,2 3 3,4 3,2 3 ÁCIDO ACÉTICO 1,2 g/l 60ºC ÁCIDO ACÉTICO 1,2 g/l 135ºC 3,9 4,2 3,8 3,7 4 3,6 3,5 3,4 3,3 3,8 3,6 3,4 3,2 3,1 3,2 3 3 NaOH 1,2 g/l 60ºC NaOH 1,2 g/l 135ºC 12,4 12,4 12,2 12, ,8 11, ,8 11,6 11,4 11,4 11,2 11,2 3

4 Espectr oscopia de Infr a Ver melho Um dos propósitos a se cumprir com este projeto era o de tentar dar uma justificativa química ao comportamento físico das fibras testadas. Depois de realizar todos os ensaios convenientes com espectroscopia de Infra Vermelho,não foi possível chegar ao propósito do estudo devido à complexidade do teste e ao motivo de que seria necessário criar um novo projeto baseando-se unicamente no estudo dos espectros. A seguir são apresentados os espectros pertinentes de cada fibra tratada com água, ácido acético, e soda cáustica e uma rápida análise sobre qual dos fatores, tempo e temperatura, influem mais na estrutura química da fibra. O espectro está dividido em duas partes com o objetivo de facilitar sua análise. As longitudes mais importantes na hora de se realizar a análise são a 1730 cm -1, 1550cm -1, 1250cm -1, e cm -1. LYCRA ÁGUA DupontH2O DuPont H2O ' DuPontH2O 60 15' DuPontH2O 60 45' DupontH2O DuPont H2O ' DuPontH2O 60 15' DuPontH2O 60 45' A fibra apresenta um comportamento a respeito da temperatura definindo-se especialmente em 1025 cm -1 y 2960 cm -1. Pode-se observar que ao aumentar o tempo de processo se define principalmente em cm -1. ÁGUA AcelanH2O AcelanH2O135 15' AcelanH2O 60 15' AcelanH2O60 45' AcelanH2O AcelanH2O135 15' AcelanH2O 60 15' AcelanH2O60 45' A estrutura permanece constante em cada temperatura, definindo-se à alta temperatura em 1025 cm -1 e atenuando-se em 2730 cm -1. 4

5 ÁGUA Fillatice H2O FillaticeH2O60 45' FillaticeH2O60 15' FillaticeH2O135 15' Fillatice H2O FillaticeH2O60 45' FillaticeH2O60 15' FillaticeH2O135 15' A fibra apresenta maior sensibilidade ao tempo de processo, produzindo uma atenuação a longos tempos em 1730 cm -1 y 1540 cm -1. ÁGUA DorlastanH2O135º45 DorastanH2O135 15' DorlastanH2O60º15' DorlastanH2O60 45' DorlastanH2O135º DorastanH2O135 15' DorlastanH2O60º15' DorlastanH2O60 45' A fibra apresenta maior sensibilidade ao tempo de processo que à temperatura. O incremento de tempo produz uma maior definição da estrutura, especialmente em 2923 cm -1 e em 1540 cm -1. LYCRA 1,2 g/l de NaOH 0,100 *DuPont135º45 *DuPont60º45 *DuPont60º15 0,090 *DuPont135º15 *DuPont135º15 0,100 * *DuPon t13 5º45 **D up ont60º45 **D up ont60º15 0,090 * *DuPon t13 5º , ,90 Abs orb anc e Wavenumbers (cm -1 ) 600 O comportamento desta fibra é mais sensível ao tempo que à temperatura, já que os espectros correspondentes à 60º 15 e 135º 15 apresentam uma variação estrutural mínima. Entretanto os processos, com tempos de 45 apresentou-se um comportamento distinto frente à temperatura. Para 60ºC o tempo influi definindo claramente a microestrutura da fibra, contrariamente ao observado para 135ºC, especialmente refletido em ondas com comprimento de cm -1, 1540 cm -1, 1705 cm -1 e cm -1. 5

6 1,2 g/l de NaOH *A cel an60º45 0,160 *Ac elan135º45 0,150 *A cel an60º15 *Ac elan135º15 0,140 *A cel an60º45 *Ac elan135º45 0,18 *A cel an60º15 *Ac elan135º15 0,16 0,130 0,120 0,110 0,100 0, , , , , , , ,80 0,14 0,12 0,10 0, , ,36 803,06 0,06 0,04 771,04 511,68 0, , Esta fibra possui maior sensibilidade à temperatura, enquanto que a variação estrutural provocada pelo tempo é pouco significaiva, em especial quando processada a baixa temperatura. Ao aumentar a temperatura é provocada uma clara definição geral da estrutura, de forma mais acentuada em 803 cm -1, cm -1,1540 cm -1, 1730 cm -1 e cm -1. 1,2 g/l NaOH *Dorla sta n13 5º45 *Dorla sta n13 5º15 0,055 * Dorlastan6 0º15 * Dorlastan6 0º ,2 6 0,06 5 0,06 0 *D orla s ta n13 5º45 *D orla s ta n13 5º15 * Dorlas tan6 0º15 * Dorlas tan6 0º45 0,05 5 0,045 0,05 0 0,04 5 Abs orb anc e 0,035 0, ,1 5 A bs orb anc e 0,04 0 0,03 5 0,03 0 0,02 5 0,015 0,02 0 0,01 5 0,01 0 0,005 0,00 5 0, Wavenumbers (cm -1 ) Os espectros dos distintos processos apresentam constância frente à temperatura e ao tempo. Ligeiramente mais sensível ao tempo de processo, e em especial à temperatura de 135ºC, na zona característica do elastano, de a 1730 cm W av e num be rs (c m -1 ) ,2 g/l NaOH 0,090 *Fillatice135º15 1,2g/LNaOH *Fillatice60º45 1,2g/LNaOH *Fillatice135º45 1,2g/LNaOH *Fillatice60º15 1,2g/LNaOH 1636,39 0,07 5 0,07 0 *Fil la tic e 135 º45 1,2 g/ln aoh *Fil l atic e60 º15 1,2 g/ln aoh **F illa tic e 135 º15 1,2 g/ln ao H * *Fill atic e60 º45 1,2 g/ln aoh 0, , ,80 A bs orb anc e 0,06 0 0,05 5 0,05 0 0,04 5 0,04 0 0,03 5 0, ,5 6 0,02 5 0,02 0 0,01 5 0,01 0 0, W av e num be rs (c m -1 ) 1 Observa-se maior sensibilidade da fibra ao tempo de processo do que à temperatura submetida. Não apresenta grandes variações estruturais, mas ligeiras atenuações com o tempo e em especial a temperatura de 135 ºC, para cm -1, 1550 cm -1 e 1730 cm -1. 6

7 1,2 g/l ÁCIDO ACÉTICO 0,090 *Dorlastan60º15 Ac1,2g/L**123b *Dorlastan60º45 Ac1,2g/L *Dorlas tan135º 15 Ac1,2g/L *Dorlas tan135º 45 Ac1,2g/L *Dorla sta n60 º15 A c1,2g /L** 123b *Do rlas tan1 35º 15 Ac 1,2g/L 0,1 4 *Do rlas tan1 35º 45 Ac 1,2g/L **D orla stan60º 45 Ac 1,2g/L 0,1 2 0,1 0 0,0 8 Abs orb anc e 0,0 6 0,0 4 0,0 2 0, , ,0 4 1 Wavenumbers (cm -1 ) A fibra apresenta sensibilidade à temperatura e ao tempo de processo, e o aumento de ambos produz maior definição de sua estrutura, ainda que não sofra variações funcionais importantes. LYCRA 1,2 g/l ÁCIDO ACÉTICO * DuPont60º 45 Ac 1,2g/L 0,075 * DuPont60º 15 Ac 1,2g/L *DuPont135º 15 Ac 1,2g/L *DuPont135º 45 Ac 1,2g/L 0,065 0,055 0,045 0,035 0,025 0,015 0,005 Abs orb anc e 0,075 * DuPont60º 45 Ac 1,2g/L * DuPont60º 15 Ac 1,2g/L *DuPont135º 15 Ac 1,2g/L *DuPont135º 45 Ac 1,2g/L 0,065 0,055 0,045 0,035 0,025 0,015 0,005-0, , Wavenumbers (cm -1 ) Pode-se observar como é afetada principalmente sua estrutura à temperatura de processo, atenuando as zonas características do elastano, tais como em 1730 cm -1, 1540 cm -1, cm -1 e 1250 cm -1. 1,2 g/l ÁCIDO ACÉTICO 0,090 * Acelan60º 15 Ac 1,2g/L * Acelan60º 45 Ac 1,2g/L *Acelan135º 15 Ac 1,2g/L *Acelan135º 45 Ac 1,2g/L 0,140 * Acelan60º15 Ac 1,2g/L * Acelan60º45 Ac 1,2g/L 0,130 *Acelan135º 15 Ac 1,2g/L *Acelan135º 45 Ac 1,2g/L 0,120 0,110 0,100 0, Nestes casos cada temperatura tem uma tendência distinta, pois para 60ºC o tempo define os grupos estruturais, enquanto que para 135ºC o tempo de processo atenua estes grupos, que se encontram principalmente em cm -1, 1250 cm -1, 1540 cm -1 e 1730 cm -1. 7

8 1,2 g/l ÁCIDO ACÉTICO *Fillatice60º45 Ac 1,2 g/l 0,090 *Fillatice60º15 Ac 1,2 g/l *Fillatice135º15 A c 1,2 g/l 0,085 *Fillatice135º45 A c 1,2 g/l 0,075 0,110 *Fillatice60º45 Ac 1,2 g/l *Fillatice60º15 Ac 1,2 g/l *Fillatice135º15 Ac 1,2 g/l 0,100 *Fillatice135º45 Ac 1,2 g/l 0,090 Abs orb anc e 0,065 0,055 0,045 0,035 0,025 0,015 2 Wavenumbers (cm -1 ) 1 A fibra apresenta maior sensibilidade ao tempo de processo, especialmente para 60ºC, produzindo desordem na estrutura capaz de provocar maior detecção de grupos estruturais em 1730 cm -1 e principalmente em 1540 cm -1. OBSERVAÇÕES Avaliação dos resultados do controle de Nos gráficos observa-se que os processos em meio neutro são aqueles que apresentam maior variação, e devemos considerar este aspecto como sendo muito importante, pois o processo termina em meio alcalino. O processo em meio alcalino tem um praticamente constante no caso de 1,2 g/l, e a baixa temperatura no caso de 0,3 g/l. Em meio ácido, existe certa variabilidade, o que diminui ao incrementar a concentração, sendo de menor magnitude do que no meio neutro. Em geral, a estabilidade do processo diminui ao incrementar a temperatura e se mantém ao aumentar o tempo de processo. O processo de tratamento com água, em geral aumenta o à 60ºC com o tempo e de forma mais acentuada ao incrementar a temperatura. A 135ºC se estabiliza e não varia em nenhuma fibra em relação ao tempo. O comportamento mais regular neste processo é o da fibra Fillatice, e a mais irregular a Lycra, neste caso. No processo 2, com baixa concentração de ácido acético, a variação de em geral não é como no processo 1 com água, no entanto também pode ser importante em determinados casos. Igual ao que ocorre em água, parece que o aumento é produzido basicamente pela variação de temperatura. Neste caso a fibra que apresenta maior variação é a da Fillatice. No terceiro processo, com 1,2 g/l de ácido acético, a variação geral de é menos significativa, aumentando ligeiramente ao aumentar a temperatura, sem ultrapassar o 4, o que não apresentaria um efeito tão importante como nos casos anteriores. No processo com 0,3 g/l de NaOH, pode-se considerar um estável a 60ºC, enquanto que ao aumentar a temperatura o diminui de uma foram mais significativa, especialmente para o Dorlastan e Fillatice. O quinto processo, com alta concentração de álcali, pode ser considerado como o tratamento mais estável em relação ao, porque praticamente não é afetado pelo tempo e nem a temperatura do processo. Em geral, os tratamentos alcalinos oferecem uma estabilidade superior durante todo o processo, em relação ao meio ácido, e muito mais acentuada se comparada com o meio neutro. 8

9 TENACIDADE ALONGAMENTO Tenacidad cn/den 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 Tem per atur a ºC Elongación % Tem per atur a ºC Tenacidad cn/den 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 LYCRA 0,8 Tem per atur a ºC 9

10 LYCRA Elongación % Tem per atur a ºC Tenacidad cn/den 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 Tem per atur a ºC Elongación % Tem per atur a ºC 10

11 Tenacidad cn/den 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 Temperatura ºC Elongación % Temperatura ºC 11

12 OBSERVAÇÕES Avaliação dos resultados de Tenacidade - Alongamento: No estudo por fibra, pode-se observar que para o Dorlastan, existe uma diminuição importante e progressiva de tenacidade ao aumentar as condições do processo. O processo 1 e 2, apresentam uma diminuição de tenacidade mais brusca, enquanto que as de concentração 1,2 g/l de ácidos e álcali, oferecem uma queda menor. O reflexo desta diminuição de tenacidade encontra-se no aumento do Alongamento ao aumentar o tempo e temperatura. Neste caso, os tratamentos com ácido oferecem melhor estabilidade. Diferentemente do Dorlastan, a Lycra, apresenta tendência a aumentar sua tenacidade com o incremento das condições do processo, a não ser nos tratamentos com álcali, que oferecem importante inflexão ao ser submetido a 135ºC e 45. O processo 1 com água, ainda que seja o de menor magnitude, é o mais constante ao longo dos distintos processos. Nestes casos o alongamento aumenta, basicamente com o aumento da temperatura, ainda que o tempo a 60ºC produz uma pequena diminuição, e a 135ºC produz um pequeno incremento, diferentemente dos processos 2 e 4 que no processo mais extremo diminui o seu alongamento. No caso do Acelan, a tenacidade decresce ao aumentar-se as condições, a não ser nos tratamentos em que diminuem significativamente ao variar a temperatura, e posteriormente recuperam a 135ºC e 45. O alongamento dos processos 3 e 5 aumenta gradualmente ao incrementar as condições, enquanto que nos outros processos é produzido um salto brusco ao aumentar a temperatura, e posteriormente decresce na última condição. Fillatice parece ter um comportamento mais regular em função do intervalo das cotas do gráfico, no entanto são mais complexas devido à progressão das mesmas. Com água a tenacidade aumenta até as condições de 135ºC e 15, comportamento similar ao processo 3 com ácido 1,2 g/l, sendo que este último apresentou um processo mais regular. Os processos 2 e 4, com baixas concentrações de produtos, começam a diminuir sua tenacidade com o aumento da temperatura, sendo a queda mais brusca no caso do ácido à 0,3 g/l. Por último, o processo 5, com 1,2 g/l de álcali, é constante, apresentando uma pequena diminuição na condição de 135ºC e 15. A respeito do alongamento, a tendência geral é de aumento gradual com o aumento das condições, um pouco mais importante nos processos 1, 2 e 4. CONCLUSÕES Uma dúvida sempre paira na escolha do processo adequando de tingimento. Qual o melhor meio para se tingir um PES / PUE? meio alcalino ou ácido? Qual a temperatura adequada? Quanto tempo posso deixar no patamar para não afetar as características do meu fio?. Estas são dúvidas comuns e que surgem na escolha de qualquer artigo beneficiado com o elastano, seja ele PES/PUE, CO/PUE, PA/PUE, etc... Buscando trazer os dados mensurados nesta pesquisa ao nosso dia a dia dentro de um processo de beneficiamento de artigos com elastano, podemos tirar algumas conclusões claras, sendo que a primeira e mais importante delas é que cada fio de elastano reage diferentemente quando submetido à um mesmo tratamento químico. A Golden Química buscou com esta matéria apresentar aos senhores leitores que existe a necessidade de se testar e conhecer com profundidade o fio que estamos utilizando. Sejam testes em suas características físicas, como a perda de elasticidade em diversos meios, ou testes em suas características químicas, como a resistência à produtos e óleos utilizados. Acreditamos que estas informações podem se úteis, e que só assim é possível se desenvolver um processo realmente seguro e eficiente ao seu artigo. 12