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7/25/2019 Aula 16 Derivados de Celulose
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Sumrio do tpicoBreve reviso sobre celulose e matria prima para
produo de derivados de celulose
Processos de preparao de derivados com aplicao
comercial
- celulosato de sdio
- steres de celulose
- teres de celulose
Derivados de Celulose
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Derivados de Celulose
Para efeitos de reatividade frente a produo de derivados, a
celulose pode ser considerada como um poli-lcool no estado
slido (insolvel em gua)
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Material de origem Teor de celulose(%, g/100g base seca)
Algodo 95-99
Rami (Boehmeria nivea) 90-90Bambu (Phyllostachysspp.) 40-50
Bagao de cana (Saccharum officinarum) 35-45
Madeiras 40-53
Cascas de madeira 20-30Bactria (Acetobacter xylinum) 20-30
Ocorrncia de celulose em diferentes tipos de materiais
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Material Grau de polimerizaoAlgodo, antes de abrir 15.300
Algodo, aps aberto 8.100
Rami (Boehmeria nivea) 10.800Pinuns ssp. 7.900
Betulaspp 9.400
Bactria (Acetobacter xylinum) 4.000-6.000
Polpa kraft dePinusspp. 975
Fibras de Rayon 305
Grau de polimerizao de amostras de celulosepreparadas a partir de diferentes materiais
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Matria pr ima para produo de der ivados de celulose
Requer o emprego do polmero na forma mais pura possvel
Linter de algodo ou
Polpa de dissoluo, originada em processos de polpao como osulfito cido ou
Polpas kraft aps hidrlise cida branda
O teor de -celulose deve ser superior a 92%, preferentemente
da ordem de 96%
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Polifuncionalidade3 HIDROXILAS LIVRES em cada anidro-monmero
>> liberdade de gerar uma enorme diversidade de produtos>> porm, haver dificuldades de gerar produtos em que a
substituio seja homognea
Susceptibilidade da ligao glicosdica>> reaes de hidrliselimitam a margem de procedimentosexperimentais ou de processos possveis de aplicao
Caractersticas fundamentais da molcula
OHHOH
2C HOH
2C
OO
OO
O O
O OOH
O
HO HO HO
HO
HO
HO
CH2
OHCH
2OH
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Principais derivados de celulose
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Celulosato de sdio - precursor de inmeros der ivados de celulose
Formados aps areao com solues alcalinas (usualmentehidrxido de sdio) concentradas (acima de 20%)
A reao gera uma molcula cuja funo lcool pode estar
desprotonada >> pode atuar como excelente doador de eltrons
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Fenmeno relevante no celulosato >> inchamento das microfibrilas>> ocorre em tempos curtos aps a exposio da celulose soluo
alcalina (alguns segundos at poucos minutos )
>> processo controlado pela difuso da soluo alcalina no interior dafibrila
>> NaOH (18 a 22 %) gera Na-cellulose I. No ocorre dissoluo. >>Solubilizao efetiva somente com celulose de baixo DP
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Inchamento observado por microscopia eletrnica de varredura
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Celulose mercer izada
Processo industrial de produo de derivados de celulose mais simples
Transformao de celulose nativa (celulose I)em celulosato de sdio e aregenerao subsequente da celulose por neutralizao, que gera celulose II.
Aplicado em fios ou tecidos de algodo >> tratamento alcalino feito sob efeito
de tenso mecnica (mercerizao) >> melhorar a maciez e asusceptibilidade da superfcie ao tingimento.
Mercerizao frio:NaOH 30 % a 20 oC; velocidade de processamento da ordem de 30-40 m/min
com um tempo de contato do tecido com o banho alcalino da ordem alguns
minutos.
O tecido lavado para eliminar o alcali
Mercerizao a quente:NaOH 22-24 % a 60-70 oC
Maciez e susceptibilidade do tingimento >> decorrncia do aumento dos porosno tecido
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STERES DE CELULOSE
Pense: Contr aponto com a produo de celulose
>> no Brasil, a produo anual de polpa celulsica da ordem de 15 milhes de
toneladas
>> os derivados de celuose, apesar de representar produtos de maior valor
agregado, so produzidos em escala menor do que o produto de consumo massivo
que a polpa celulsica destinada produo de papel e embalagens
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Ex: Xantato de celulose (viscose)
Formao do xantato
Cel -OH + OH- Cel-O-+ H2O
Cel-O-+ S=C=S [Cel-O-(CS)=S]-
Regenerao da celulose (na forma de celulose II)
[Cel-O-(CS)=S]-
+ H+
[Cel-O-(CS)=S]H
Cel-OH + S=C=S
(ou cido de Lewis)
steres de celulose com cidos inorgnicos
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Aplicaes
Celofane
Rayon (viscose)
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Substituio das hidroxilas no uniforme
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Diagrama de processo
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Ex: nitrato de celulose
Cel -OH + HONO2 Cel-OH2++ -ONO2 Cel-ONO2+ H2O
steres de celulose com cidos inorgnicos
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Nitrocellulose-2D-skeletal.png7/25/2019 Aula 16 Derivados de Celulose
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Aplicaes do nitrato de celulose de acordo com o grau desubstituio
Bolas de tnis de mesa
fabricadas com materiais
que contm cerca de 70%
de nitrato de celulose
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Substituio dashidroxilas no
uniforme
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Nitrocellulose-2D-skeletal.png7/25/2019 Aula 16 Derivados de Celulose
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Velocidade de nitrao em diferentes temperaturas
Pense: Qual a implicao da temperatura??
1. eficincia de nitrao versus hidrlise da ligao glicosdica
2. trinitrocelulose explosiva
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Diagrama de
processo
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Ex.: acetato de celulose
steres de celulose com cidos orgnicos
Cel -OH + H+
+ CH3COOH Cel-OCOCH3+ H+
tambm se emprega anidrido actico
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Cellulose_acetate_preparation.pnghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Cellulose_acetate_preparation.pnghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Cellulose_acetate_preparation.pnghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Cellulose_acetate_preparation.pnghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Cellulose_acetate_preparation.png7/25/2019 Aula 16 Derivados de Celulose
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Teor grupos
acetila (%)
Grau de
susbtituio
Solventes
comuns
Aplicao
22,2-32,2 1,2-1,8 Metoxi-etanol Plsticos, lacas
36,5-42,2 2,2-2,7 Acetona Fibras e filmes fotogrficos
43,0-44,8 2,8-3,0 Clorofrmio Tecidos, membranas, fibras
Aplicaes do acetato de celulose de acordo com o grau desubstituio
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Processo industrial de obteno do acetato de celulose
(exemplo de processo usado na empresa Celanase)
Etapas:1. Material de partida polpa de dissoluo com alto teor de alfa-
celulose
2. Reao com anidrido actico
3. O produto obtido chamado de floco de acetato de celulose
4. O material lavado e seco5. O floco seco dissolvido em acetona (gera uma soluo viscosa)
6. A soluo submetida extruso em bicos de metal com
perfuraes microscpicas, gerando fios longos e finos.
7. Os fios so passados por cmaras aquecidas para eliminao do
solvente.8. Um rolo formado com a juno de um grande nmero de fios.
9. O material ento dimensionado e empacotado.
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Sntese do acetato de celulose
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Processamento do acetato de celulose
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- teres de celuloseem meio cidoCel -OH + H+ Cel-OH2
+
Cel-OH2
++ R-OH Cel-OR + H2O
em meio alcalinoCel -OH + OH-+ R-Cl Cel-OR + Cl-+ H2O
exemplo caracterstico - carboximetilceluloseCel -OH + OH-+ Cl-CH2COO-Na+ Cel-OCH2-COO-Na+
CMC solvel em gua a partir de um grau de
substituio entre 0,5-1,2 - muito usada como
espessante e volumoso na indstria de alimentos
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Novos produtos a partir de celulose
- alongamento da cadeia celulsica com epxidos
Cel -OH + (CH2)2O Cel-OCH2CH2OH
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