Aula 16 Derivados de Celulose

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.png


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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.png


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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.png


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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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