MODIFICAÇÃO DE FIBRA DE RAION: COMPORTAMENTO REOLÓGICO

Transcrição

1 MODIFICAÇÃO DE FIBRA DE RAION: COMPORTAMENTO REOLÓGICO Peres, A.C.C., Nunes, R.C.R., Visconte, L.L.Y. Instituto de Macromoléculas Professora. Eloísa Mano Universidade Federal do Rio de Janeiro Caixa Postal CEP , Rio de Janeiro, RJ, Brasil. RESUMO As fibras de raion são industrialmente obtidas por fiação a úmido, num processo que data de 1904 e que se baseia na coagulação de xantato de celulose em meio ácido. Neste trabalho novas fibras foram desenvolvidas usando o mesmo processo de fiação, porem ao xantato de celulose foi adicionada uma composição vulcanizável de látex de borracha natural (NR). O teor da composição de látex no xantato de celulose foi variado de 0 a 30phr, e em distintas diluições (0, 1:1 e 1:2). As diferentes misturas foram inicialmente caracterizadas quanto ao comportamento reológico, usando o viscosímetro Brookfield numa temperatura constante de 25ºC, e operando a diferentes taxas de cisalhamento. Foram produzidos filamentos destas novas formulações na planta industrial da fabricação de raion e analisadas as propriedades mecânicas e morfológicas. Os resultados obtidos mostraram que o melhor desempenho mecânico do filamento está vinculado ao comportamento reológico, que deve permanecer similar ao do xantato de celulose puro, apresentando um aumento médio de 20% e de 30% respectivamente para tenacidade e o alongamento. A análise morfológica por microscopia óptica demonstrou que o comportamento reológico no processo de fiação é o responsável pelos defeitos no perfil longitudinal do filamento, gerando imperfeições que causam baixos desempenhos mecânicos. Palavras-chave: Comportamento reológico, Raion, Borracha natural. INTRODUÇÃO A busca do crescimento sustentável cada vez mais se torna uma realidade, e com isto a pesquisa e o uso de materiais de fontes renováveis mostra um novo impulso. A celulose é uma das matérias prima mais abundante na natureza e por isto reascendeu o interesse pelo desenvolvimento de novas fibras celulósicas (He & Wang, 1999). As fibras celulósicas apresentam, por sua vez, restrições em algumas características, específicas das fibras sintéticas que são: alta tenacidade, estabilidade mecânica, regain adequado e elasticidade, entre outras. Para se contornar estas restrições duas linhas de desenvolvimento são destaques: modificações químicas da cadeia celulósica e inserção de outros polímeros através do desenvolvimento de compósitos nanométricos ou não (Vigo, 1998).

2 Os nanocompósitos são de singular importância visto que permitem o incrementos de propriedades já existentes com pequenas quantidades de materiais incorporados na matriz polimérica (LeBaron et al, 1999). A fiabilidade das fibras celulósicas e as propriedades finais são função do peso molecular (grau de polimerização), reticulação física (entrelaçamento), ligações intermoleculares, grau de cristalinidade e tamanho dos cristais entre outras. Sendo assim, a introdução de substâncias poliméricas ou não, que causam modificações na matriz polimérica devem ser controladas de maneira a se garantir a fiabilidade e a otimização das propriedades obtidas (Nunes et al, 2001; Meredith, 1996). Neste trabalho novas fibras foram desenvolvidas usando o mesmo processo de fiação do raion, porem ao xantato de celulose (XC) foi adicionada uma composição vulcanizável de látex de borracha natural (NR). O teor da composição de látex no XC foi variado de 0 a 30phr, e em distintas diluições (0, 1:1 e 1:2). As diferentes misturas foram inicialmente caracterizadas quanto ao comportamento reológico, usando o viscosímetro Brookfield. Foram produzidos filamentos destas novas formulações na planta industrial da fabricação de raion e analisadas as propriedades mecânicas e morfológicas. PARTE EXPERIMENTAL a) Materiais e Equipamentos Látex Natural. Tipo 1-60% Inducompre Indústria, Comércio e Prestação de Serviços. Sistema de vulcanização. - 30% - INAL Indústria Nacional de Artefatos de Látex Ltda. Solução alcalina de xantato de celulose, com teor de hidróxido de sódio de 6%, Enxofre xântico de 1,45%, enxofre total de 2,20% e celulose regenerada de 8,00% - Vicunha Têxtil S.A. Viscosímetro Brookfield mod.lvt com adaptador para pequenas amostras, fuso SC 4-31/13RBanho - Ultratermostato Criostato Série 521 3D200 - Nova Ética Ind., Com. e Serv. Ltda. Microscópio eletrônico de varredura JEOL modelo JSM Dinamômetro - Instron modelo nº4402. b) Preparo das composições e Fiação As composições foram preparadas a partir de uma pré-mistura de látex natural e 6phr do sistema de vulcanização que foi mantida sob agitação por 16h. A pré-mistura foi diluída nas proporções de 0, 1:1 e 1:2 com água deionizada antes de ser adicionada ao xantato de celulose nas proporções de 10, 20 e 30%. As composições foram fiadas através do processo de fiação a úmido em unidade industrial com uma velocidade de fiação de 140m/min, grau de estiramento de 18% e fieira de 32 orifícios, 95microns.

3 c) Ensaios O comportamento reológico das misturas foi caracterizado no viscosímetro Brookfield a temperatura constante de 25ºC em diferentes taxas de cisalhamento. As propriedades físico-mecânicas medidas foram: título (ASTM D862), tenacidade e alongamento(astm D885). RESULTADOS E DISCUSSÃO a) Comportamento Reológico. As Figuras 1, 2 e 3 mostram o comportamento reológico do xantato de celulose e de sua mistura com 10, 20 e 30% de látex de borracha natural, respectivamente, em três diferentes diluições. Viscosidade (Pa.s) 4,2 3,9 3,6 3,3 3, Xantato 10% % - 1:1 10% - 1:2 Taxa de cisalhamento (s -1 ) Figura 1: Comportamento reológico das composições de xantato de celulose com 10% de borracha natural em diferentes taxas de cisalhamento e temperatura de 25ºC. Viscosidade (Pa.s) 4,40 4,10 3,80 3,50 3, Xantato 20% % - 1:1 20% - 1:2 Taxa de cisalhamento (s -1 ) Figura 2: Comportamento reológico das composições de xantato de celulose com 20% de borracha natural em diferentes taxas de cisalhamento e temperatura de 25ºC. Viscosidade (Pa.s) 5,50 5,10 4,70 4,30 3,90 3,50 3, Xantato 30% % - 1:1 30% - 1:2 Taxa de cisalhamento (s -1 ) Figura 3: Comportamento reológico das composições de xantato de celulose com 30% de borracha natural em diferentes taxas de cisalhamento e temperatura de 25ºC.

4 De maneira geral, na faixa de taxa cisalhamento estudada (0 a 2 s -1 ), a viscosidade aumenta em baixo cisalhamento, passando por um máximo e decrescendo a seguir. Este comportamento é mais bem definido com o aumento do teor de borracha natural no sistema. A presença do látex de borracha natural, independente da quantidade e da diluição utilizada, aumenta a viscosidade do xantato de celulose, com exceção da composição 10% - 1:2. Os resultados reológicos são importantes neste trabalho por que as novas formulações em desenvolvimento serão fiadas usando as variáveis de processo, tradicionalmente adotadas para a fiação do raion. Isto significa que a mistura que apresentar o comportamento reológico mais próximo ao do xantato, deverá ter o melhor desempenho. A composição que atendeu a observação anterior foi a com 10% em látex de NR na diluição 1:1. b) Propriedades físico-mecânicas. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1. Pode-se observar que a composição com 10% de borracha natural apresentou o melhor desempenho físico-mecânico, corroborando as observações anteriores. Tabela 1: Propriedades Físico -Mecânicas das composições. Composições Propriedades Físico-mecânicas 10% 20% 30% 0 1:1 1:2 0 1:1 1:2 0 1:1 1:2 Tenacidade (cn/dtex) 1,27 1,34 1,19 0,89 1,08 1,21 1,10 1,15 1,26 Alongamento (%) 8,6 10,0 8,6 7,0 7,7 8,2 7,8 8,3 8,8 Título (dtex) c) Análise Morfológica A Figura 4 apresenta os resultados da análise morfológica dos filamentos de raion com diferentes teores de borracha natural. Podem se observados os seguintes defeitos no perfil longitudinal: redução no diâmetro e depressões. Os filamentos com maior tenacidade e alongamento apresentaram um perfil mais regular com superfície mais homogênea.

5 10% 20% 30% 0 1:1 1:2 Figura 4: Micrografias dos filamentos de raion e borracha natural obtidos das composições de xantato de celulose e látex de borracha natural. Utilizou-se o microscópio eletrônico de varredura com um aumento de 500vezes. CONCLUSÃO Os resultados obtidos mostraram a importância do comportamento reológico na previsão de propriedades. O melhor resultado obtido, quando da modificação da fibra de raion, foi para a composição com o mesmo perfil reológico. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq e a CAPES pelo suporte financeiro, a Vicunha Têxtil S.A. pelo fornecimento do xantato de celulose e por permitir a utilização de suas instalações fabris, a INAL Indústria Nacional de Artefatos de Látex Ltda pelo fornecimento do sistema de vulcanização e a Inducompre Indústria, Comércio e Prestação de Serviços pelo fornecimento do látex natural. REFERÊNCIAS 1. He, C.; Wang, Q. Rheological properties of cellulose solution in paraformaldehyde / dimethyl sulfoxide system (1). Polymers for Advanced Technologies, v. 10, p , 1999.

6 2. LeBaron, P. C.; Wang, Z.; Pinnavaia, T. J. Polymer-layered silicate nanocompósitos; an overview. Applied Clay science, v.15, p.11-29, Meredith, R. Rheology of Fibers. Rheology Theory and Applications. New York: Academic Press, Publishers, Nunes, R. C. R.; Peres, A. C. C.L.; Visconte, L. L. Y. Prioridade Industrial PI , Vigo, T. Cellulose Fibers Review. Polymers for Advanced Technologies, v.6, p , RAYON FIBER MODIFICATION: RHEOLOGICAL BEHAVIOR. ABSTRACT The rayon has been obtained industrially by wetting process since 1904, which is based on xanthate cellulose coagulation in a acid solution. In this researcher, new fibers were developed using the same spinning process, however the natural rubber (NR) latex solution with system curing was added to cellulose xanthate. The amount of natural latex in cellulose xanthate was change from 0 through 30%, in specific dilutions (0, 1:1, 1:2). The rheological behavior of different compounds were initially characterized using Brookfield viscometer at constant temperature (25ºC) in a specific shear rate. The filaments were produced in a rayon plant using these new formulations and the mechanical and morphological properties were evaluated. The results showed that the best filament performance depends on the rheological behavior, which should be similar to the pure cellulose xanthate, because tenacity and elongation increased 20 and 30 % respectively. As for morphological analyses, using optical microscopy, the results showed that rheological behavior of spinning process is responsible to the damage on the filament longitudinal direction, leading to the production of weak regions, which produce poor mechanical performance. Key-words: Rheological behavior, Rayon, Natural rubber.