SÍNTESE DO RAYON

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUÍMICA DOS MATERIAIS E AMBIENTE

Relatório nº 2

SÍNTESE DO RAYON

Realizado por:- Cesário Camacho- Duarte Paulo Correia


ÍNDICE

Págs.

Resumo 3

Introdução Teórica 4

Descrição Experimental 6

Conclusão 7

ApêndicesApêndice I 9

Apêndice II 10

Bibliografia 15

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RESUMO

Nesta experiência procedeu-se à síntese e caracterização do Rayon. Para identificação do polímero obtido foi efectuada uma série de testes, quer físicos, quer químicos, nomeadamente a combustão, o estudo da densidade perante vários solventes e ainda uma análise por I.V.

Deste modo, verificou-se que o Rayon apresentava um intervalo de densidade de 1,00-1,33 Kg/L.

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INTRODUÇÃO TEÓRICA

As fibras podem ser de dois tipos: naturais, são aquelas obtidas a partir de diversas plantas e animais como o linho, a seda, etc; ou ainda sintéticas são as fibras artificiais produzidas pelo Homem como o Nylon, o Poliester, o Rayon e outros. Existem ainda produtos, nomeadamente tecidos que resultam da mistura destes dois tipos de fibras.

Vulgarmente as fibras são definidas como um objecto cuja razão entre o comprimento e o diâmetro é 100 [1].

A celulose é um polímero que existe em grandes quantidades uma vez que é o componente principal das paredes celulares de todas as plantas. Trata-se de um polímero linear que pode ser comercialmente modificado para a produção de fibras sintéticas, e não só, através da acetilação dando origem a materiais susceptíveis de serem aplicados em raios X e filmes cinematográficos [2].

O acetato é obtido a partir da celulose, contudo é considerado uma fibra sintética uma vez que ocorre uma alteração signiticativa das suas propriedades. Comportamento semelhante é verificado para o Rayon atribuindo-lhe assim uma certa relação com o acetato [4].

O Rayon ocorre sob duas formas, ambas obtidas a partir da celulose: viscoso e cupramónio. A celulose regenerada, também conhecida genéricamente por Rayon viscoso apresenta essencialmente a mesma composição química do que a celulose natural, mas apresenta um peso molecular muito menor, contendo apenas entre 300-500 unidades de glucose. Este decréscimo do peso molecular, diminui enormemente as forças intermoleculares entre as cadeias individuais, permitindo desta forma a obtenção da celulose na forma de solução. Esta redução do peso molecular é acompanhada por um tratamento químico especial com hidróxido de sódio e subsequentemente tratado com disulfito de carbono para produzir uma solução fortemente viscosa.

Assim a produção do Rayon baseia-se na passagem sob pressão de uma solução de celulose-viscosa- por pequenos orificios que em contacto com o meio ácido solifica sob a forma de filamentos. [5]

O Rayon composto por celulose regenerada de madeira e da fibra de algodão apresenta facilidade na adição de pigmentos e oferece alta abosrção de mistura, flexibilidade, maneabilidade é confortável e macio, sendo um bom tecido com tendência mínima para desenvolver variações estáticas.

De uma forma análoga ao primeiro passo químico da produção da pasta de papel, a produção do Rayon viscoso pode ser um processo ambientalmente complicado. Porém, o rayon de Cupramónio que é um outro tipo de fibra com propriedades similares àquelas do rayon viscoso ou regular apresenta um processo de fabrico diferente do rayon regular e é menos amigo do ambiente.[3]

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Actualmente existem diversos tipos de fibras de Rayon cuja designação depende do processo envolvido na conversão da celulose na respectiva fibra.

Embora o rayon seja feito a partir da polpa de madeira, que é um recurso relativamente barato e renovável, o seu processamento requer o uso elevado da água e de energia contribuindo assim para a poluição do ar e da água.

Contudo, verifica-se que a grande maioria dos derivados de celulose que têm sido sintetizados, como os ésteres de ácidos orgânicos e inorgânicos, éteres e outros, relativamente poucos têm importância comercial.

O rayon e o algodão competem frequentemente para usos de fim similares. Embora o rayon fosse uma fibra relativamente barata, em anos recentes, o preço do algodão foi consideravelmente mais baixo, dando assim uma vantagem sobre o rayon [6].

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DESCRIÇÃO EXPERIMENTAL

Com o objectivo de sintetizar o Rayon, deitou-se 33,3mL de água destilada num erlenmeyer e dissolveu-se 8,3274 g de sulfato de cobre pentahidratado com agitação continua. Após a total dissolução procedeu-se à adição lenta de 4,3 mL de amónia concentrada (15M) à solução de sulfato cúprico de modo a formar o hidróxido cúprico. Obtido o hidróxido cúprico procedeu-se ao isolamento deste procedendo-se ao isolamento deste recorrendo a uma filtração a vácuo tendo-se lavado o precipitado com água fria de modo a remover o sulfato de amónia. Posteriormente colocou-se o hidróxido cúprico obtido num erlenmeyer e adicionou-se 50 mL de amónia 15M e com agitação magnética adicionou-se algumas folhas de papel de filtro cuidadosamente desfeitas de forma a que a mistura total se dissolvesse.

Assim, para a total dissolução esperou-se cerca de 25-30 minutos verificando-se que após este período a mistura reaccional apresentava uma tonalidade azul anil e algo viscosa.

Finalmente para a obtenção do fio de celulose regenerada, recorreu-se a uma montagem experimental que não era mais do que a injecção da mistura reaccional na solução de ácido sulfúrico 0,5M com auxílio de uma pipeta de Pasteur, estando o sistema colocado sob vácuo.

De forma a obter o produto pretendido livre de impurezas lavou-se os fios azuis de Rayon obtidos com ácido sulfúrico 0,5M e posteriormente com água destilada tendo-se finalmente procedido a uma filtração a vácuo.

Relativamente à caracterização do composto obtido recorreu-se a três técnicas, nomeadamente combustão, densidade e I.V.

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CONCLUSÃO

Com a realização deste trabalho experimental pretendeu-se sintetizar o silicone recorrendo à hidrólise do diclorodimetilsilano por intermédio de uma polimerização por condensação. Contudo, o processo experimental a que se recorreu implica alguns cuidados, nomeadamente a adição da água ao diclorodimetilsilano uma vez que esta reacção é muito violenta e exotérmica o que justifica a utilização do banho de gelo aquando da hidrólise. Por outro lado, a mistura reaccional acidifica devido à formação do HCl pelo que a adição do bicarbonato de sódio foi essencial para a neutralização da solução. Por outro lado, verificou-se que a adição do éter é essêncial dada a volatilidade que este apresenta permitindo assim a remoção fácil da fase orgânica onde se encontra o produto pretendido. Contudo, o processo a que se recorreu para a eliminação do éter possívelmente não é o mais aconselhado pelo que, era conveniente ter-se recorrido ao evaporador rotativo.

Obtido um óleo incolor de dimetilsilicone constatou-se que o rendimento da reacção foi de 83,12%. Este rendimento apesar de ter sido consideravelmente satisfatório, pode estar afectado por pequenas perdas ocorridas durante a realização das várias extracções efectuadas. Contudo podemos concluir que o processo para a obtenção do dimetilsilicone é realmente adequado.

Saliente-se que a utilização do diclorodimetilsilano como material de partida deve-se sobretudo ao facto das ligações Si-Cl serem facilmente hidrolisadas permitindo assim que o composto seja muito reactivo, bem como à dupla funcionalidade que advém da existência dos dois cloretos. A cadeia assim pode propagar-se nas duas direcções resultando num polímero de alto peso molecular.

Quanto à obtenção do polímero de silicone verificou-se que a adição do óxido bórico ao óleo obtido tem como função catalizar a reacção no sentido de se obter um grau de polimerização mais avançado.

Finalmente verificou-se que o composto obtido é inclolor, opaco e ligeiramente moldável apresentando alguma flexibilidade.

A massa de silicone obtida foi de 5,0821 g.

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APÊNDICE I

Tabela 1 - Lista de material e reagentes

Material Reagentes

Balança analítica 2-propanolBarra magnética AcetonaBureta Ácido SulfúricoCaixa de Petri Água destiladaErlenmeyer Amónia concentradaEspátula BenzenoFunil de Buckner ClorofórmioGobelets DiclorometanoKitasato EtanolLamparina Sulfato de cobre pentahidratadoPapel de filtroPapel indicador de pHPipeta de PasteurPipetas de PasteurPipetas graduadasPlaca de agitação magnéticaSuporte para âmpola de decantaçãoSuporte universalTrompa de vácuo

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Tabela 2- Fichas de segurança [5].

CompostoMassa

molecularg.mol-1

Ponto de fusão(ºC)

Ponto de ebulição

(ºC)

Densidade(L/Kg)

Solubilidade Riscos e Segurança Outros

2-propanol(C3H5OH)Acetona(C3H6O)

58,08 -95 56 0,79 Inflamável

Ácido Sulfúrico(H2SO4)

98,08 -15 330 1,834 -R 35

S 2-26-30Benzeno(C6H6)

Clorofórmio(CHCl3)

Diclorometano(H2Cl2)

84,94 -95,1 39,8 1,326Volátil.Tóxico

Etanol(C2H5OH)

46,07 -114,1 78,5 0,789 nD=1,361

Solução de amóniaNH4OH

35R 35

S 7-26-30Sulfato de cobre pentahidratado( CuSO4.5H2O)

249,68 - - R22

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Frases - S – segurança

Conselhos de prudência

9- Conservar o recipiente em lugar bem ventilado.3/7- Manter o recipiente bem fechado e em lugar fresco.16- Proteger de fontes de ignição.22- Não respirar o pó. 23- Não respirar os vapores.

24/25- Evitar o contacto com os olhos e a pele.26- Em caso de contacto com os olhos, lavar imediatamente com água e consultar o médico.29- Não deitar os resíduos pelo esgoto.33- Evitar a acumulação de cargas electrostáticas.36- Usar protecção adequada..45- Em caso de acidente ou mal estar consultar imediatamente o médico (se for possível mostrar a etiqueta).

Frases – R – Riscos

Indicação sobre os riscos

10- Inflamável.11- Facilmente inflamável.12- Extremamente inflamável.19- Pode formar peróxidos explosivos.

20- Nocivo por inalação.20/21- Nocivo por inalação e por contacto com a pele.22- Nocivo por ingestão.23/25- Tóxico por inalação e por ingestão.

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34- Provoca queimaduras.36- Irrita os olhos.36/37/38- Irrita os olhos, a pele e as vias respiratórias.

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Tabela 3 - Quadro de registo de ensaioTrabalhar na hotte

SequênciaDe acções

Procedimentos Tempo Observações/Registos Segurança Operador

1Deitar 100mL de água destilada num erlenmeyer de 250 mL.

Cesário

2Colocar o erlenmeyer numa placa de agitação magnética.

Cesário

3Pesar 25 g de sulfato de cobre pentahidratado

(*) m = 8,3274 g Duarte

4Dissolver no erlenmeyer com agitação contínua.

Duarte

5

Adicionar, lentamente, à solução de sulfato cúprico, 13 mL de amónia concentrada 15 M. (evitar adicionar excesso de amónia).

Formação de uma solução azul anil de hidróxido cúprico..

Manusear com cuidado devido à elevada concentração da amónia.

Duarte

6

Preparar uma montagem para filtração e filtrar a mistura, utilizando um funil de Buckner e papel de filtro.

Obtenção de um composto azul escuro.

Cesário/Duarte

7Lavar o precipitado várias vezes com água fria.

Duarte

8Colocar o hidróxido cúprico obtido num erlenmeyer e adicionar 150mL de amónia 15 M

Manusear com cuidado devido à elevada concentração da amónia.

Cesário

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9 Agitar para dissolver. Cesário

10Adicionar 4 folhas de papel de filtro de 11 cm, totalmente desfeitas.

Cesário

11Agitar a mistura até a dissolução total do papel.

30 mA mistura obtida apresentava características viscosas.

-

12Armazenar a mistura numa garrafa bem fechada.

-

13Deitar 300mL de ácido sulfúrico 0,5 M num erlenmeyer.

Duarte

14Encher uma pipeta ou seringa com a mistura obtida.

Docente

15Introduzir a seringa abaixo do nivel de ácido do recipiente e expelir a mistura azul.

Formação de um fio azul de celulose regenerada.

Docente

16Proceder à filtração a vácuo do produto obtido.

Duarte

17Lavar o produto com ácido sulfúrico 0,50 M e depois com água.

Obtenção de celulose regenerada com tonalidade azul-clara.

Cesário/Duarte

18 Armazenar o produto obtido. Duarte NOTAS:Ponto 7 - A filtação deverá ser lenta uma vez que o tamanho das partículas do precipitado é pequena.Ponto 10 - Caso a mistura apresente-se muito viscosa adicionar mais um pouco de amónia 15 M.Ponto 15 - Em contacto com o ácido, deverá observar-se a formação de um fio azul de celulose regenerada.(*) As quantidades foram reduzidas para 1/3.

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BIBLIOGRAFIA

[1]- Chang, Raymond, “Química”, 5ª Edição, McGraw-Hill;

[2]- Morrison, R. and Boyd,; “Química Orgânica”, 13ª ed., Fundação calouste Gulbenkian, Lisboa, 1996;

[3]- NN. Greenwood and A.Earnshaw, “Chemistry of the Elements”, Pergamon Press;

[4]- Szafran, Zvi, et all; “Microscale Inorganic Chemistry-A Comprehensive Laboratory Experience”, John Willey & Sons, Inc., New York, 1991;

[5] J.R., Fred W. Billmeyer, “Text Book of Polymer science”, 3rd edition, Canadá, 1984;

[6] http://www.ag.ohio-state.edu/~ohioline/hyg-fact/5000/5538.html

15

http://www.ag.ohio-state.edu/~ohioline/hyg-fact/5000/5538.html

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