INDÚSTRIAS DE EXPLOSIVOS
INDÚSTRIAS DE FIBRAS E PELÍCULAS SINTÉTICAS
PROF. MS. Fernanda Palladino
INDUSTRIA DE EXPLOSIVOS
Nitrocelulose
Introdução:
• Matéria-prima para a fabricação da nitrocelulose é a celulose;
• A madeira e linter de algodão são as principais fontes de obtenção
de celulose, utilizando polpas com mais de 98% de pureza;
• Cada unidade de β-D-glucose contém uma hidroxila primária e duas
hidroxilas secundárias que representam papel importante na
transformação química da celulose em nitrocelulose.
• São estes grupos funcionais que reagem parcialmente com ácido
nítrico formando a nitrocelulose.
• Os grupos hidroxílicos primários apresentam maior reatividade que
os secundários sendo os primeiros a reagirem durante a nitração;
• Por um processo de imersão, faz-se a nitração da celulose com
mistura sulfonítrica
INDUSTRIA DE EXPLOSIVOS
Nitrocelulose
Introdução:
• É considerada uma das mais antigas resinas sintéticas utilizadas na
fabricação de tintas e vernizes de alta performance. Produzida pela primeira
vez há mais de 160 anos, passou a ser largamente empregada em tintas após
a 1ª Guerra Mundial.
• A nitrocelulose representou um marco no desenvolvimento da indústria de
tintas mundial, foi responsável pela popularização das lacas automotivas e
industriais, propiciando acabamentos de fácil aplicação, rápida secagem e
alto desempenho. Devido à sua rápida secagem, foi o principal fator que
tornou possível a produção em massa na indústria automobilística .
• Por tratar-se da resina de mais rápida secagem, é usada em segmentos
como repintura automotiva, seladores e acabamentos para madeira, tintas de
impressão por rotogravura e flexografia, cosméticos (esmalte de unha) e
acabamentos para couro, além de diversas outras aplicações, mesmo com o
aparecimento de novos sistemas de resinas.
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Nitrocelulose
Introdução:
• Há muito tempo foram detectadas propriedades explosivas do algodão
nitrado. A descoberta de métodos de gelificar o material,
transformando-o numa massa uniforme e densa, de aparência resinosa,
reduziu a superfície e a rapidez da explosão. Com a descoberta de
métodos apropriados de estabilização, para prolongar a vida em
depósitos, a nitrocelulose logo deslocou a pólvora negra como
propelente militar. É uma das principais matérias-primas para pólvoras
e dinamites.
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Nitrocelulose ( NC)
• O processo de fabricação consiste na purificação do linter bruto para
obtenção de celulose, nitração da celulose com mistura sulfonítrica,
estabilização e fervimentos para extração de ácido residual ocluso nas
fibras da NC. Durante o processo, algumas variáveis são controladas de
acordo com a necessidade de sua aplicação. Os diferentes tipos do
produto são caracterizados principalmente em relação ao teor de
nitrogênio e à viscosidade (ou grau de polimerização).
• A nitrocelulose com alto teor de nitrogênio possui entre 11,8% a 12,3%
do elemento em sua fórmula. Atua com solvente nas áreas de tintas e
vernizes.
• Nitrocelulose com teor de nitrogênio acima de 12,5% a 13,6%,
praticamente insolúvel em álcoois, são destinadas na fabricação de
pólvoras e cargas para diversos explosivos de aplicações civil e militar.
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Nitrocelulose
INDUSTRIA DE EXPLOSIVOS
Nitrocelulose
Descrição do processo:
• Purificam os linters de algodão, ou a polpa de madeira especialmente
preparada, mediante a fervura em vasos ( Kier), com solução de Soda
Caústica diluída;
• É realizado um alvejamento com Ca(Ocl)2 ou NaOCl ( Perclorato de
Cálcio ou de Sódio)
• O algodão é seco, afofado e pesado;
• A mistura ácida é feita com ácido concentrado e ácido usado, que são
aquecidos a uma temperatura apropriada e carregadas no nitrador;
• A nitração (esterificação) é em geral conduzida em condições
cuidadosamente controladas, num nitrador com submersão mecânica;
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Nitrocelulose
Descrição do processo:
• Uma carga do nitrador é constituída por 14,5 Kg de celulose purificada.
Ela é agitada com 680 Kg de mistura sulfonítrica a 30 C por 25 min;
• A composição da mistura sulfonítrica ácida é em média: 21% de HNO3,
63% de H2SO4, 0,5% de N2O4; 15,5% de H2O;
• Toda a carga no nitrador cai numa centrífuga, onde os ácidos são
expelidos do nitrador de celulose;
• O ácido usado é parcialmente concentrado para ser reutilizado, sendo
uma outra parte vendida ou empregada de outra forma, por exemplo pela
desnitrificação ou concentração do H2SO4;
• O nitrato de celulose é lavado abundantemente com água, lavado a
fervura e novamente relavado numa batedeira;
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Nitrocelulose
Descrição do processo:
• Para se produzir uma pólvora sem fumaça mais estável durante o
armazenamento, emprega-se a seguinte purificação em duas etapas,
seguido por lavagem, para destruir os ésteres instáveis do ácido sulfúrico
e remover completamente o ácido livre;
• Etapa 1 Quarenta horas de fervura, usando-se pelo menos 4 águas de
lavagem;
• Etapa 2: Maceração da fibra numa batedeira ou numa máquina de
Jordan, seguida pela lavagem do algodão nitrado por solução fervente de
Na2CO3 ( 2,5 Kg de barrilha por 1 Kg de nitrato de celulose) e depois,
diversas lavagens com água pura fervente;
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Nitrocelulose
Descrição do processo:
• A nitrocelulose lavada é separada da maior parte da água mediante
centrifugação. Com isso o teor de água fica em torno de 28%;
• Neste ponto a nitrocelulose é armazenada até que seu uso seja desejado,
e se pode fazer um exame completo em laboratório;
• O teor de água do algodão nitrado é reduzido a um valor baixo
mediante a colocação de álcool, numa desidratação a pressão;
• O nitrato de celulose é desintegrado e , depois gelificado pela adição de
álcool, éter, difenilamina e de outros agentes modificadores;
• Forma-se grãos por extrusão através de uma matriz perfurada, os grãos
são secos e misturados para construir a pólvora sem fumaça; (Fig. 22.3)
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Nitrocelulose
Descrição do processo:
• A nitrocelulose reduzida desta forma contém cerca de 12,6% de N2 e é
conhecida como pinoalgodão. Com ácido mais concentrado o teor de N2
pode ir até 13,6%. O algodão nitrado com 13,2% de N2 ou mais é conhecido
como algodão pólvora;
• A pólvora sem fumaça é a nitrocelulose gelificada contendo cerca de 1%
de difenilamina para melhorar sua duração no armazenamento, e uma
pequena quantidade de plastificador ( por ex. o ftalato de dibutila). (Fig.
22.3)
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Nitrocelulose
INDUSTRIA DE FIBRAS E PELÍCULAS SINTÉTICAS
Embora a palavra fibra seja referente apenas aos materiais naturais
(algodão,lã, etc.) é usada atualmente para indicar também os produtos
sintéticos, incluindo não só as fibras celulósicas mas também as
polifibras.
As celulósicas formam-se quando materiais polimerizados, como a
celulose, são dissolvidos ou dispersados e, depois, fiados em finos
filamentos.
O raiom viscose, os acrílicos e os poliésteres formam-se mediante os
dois métodos de constituição de cadeias moleculares longas:
polimerização por condensação e por na polimerização por adição
INDUSTRIA DE FIBRAS E PELÍCULAS SINTÉTICAS
A listagem das fibras sintéticas, que em 1900 incluía
apenas a nitrocelulose, tem hoje muitos produtos, sendo
os mais importantes as poliamidas ou náilons as fibras
feitas de poliacilonitrila, os poliésteres,as olefinas, as
fibras spandex (lycra), as fibras de vidro, e as fibras
celulósicas.
INDUSTRIA DE FIBRAS E PELÍCULAS SINTÉTICAS
Tres das propriedades mais importantes das fibras são:
• Comprimento:
• Filamentos contínuos : são fibras individuais cujo comprimento
é quase infinito. (ex. a seda, o raiom, o náilon são fabricados
desta forma)
• Fios: o algodão e a lã são exemplos de fibra natural em forma
de fio, de comprimento mais ou menos uniforme e curto.
• Frisado: é o ondulado que se imprime a fibras sintéticas mediante
ação química e mecânica e tem grande importância no
processamento das fibras de fio.
• Denier: é uma medida de peso por unidade de comprimento . Um
fibra tem uma seção reta correspondente a 1 denier, se 9000 m da
fibra pesam 1 g.
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Fibra de Poliamida ou Nailon:
Foi a primeira fibra inteiramente sintética, resultante das pesquisas da
Du Pont Co.
O nailon 66 é fabricado pela reação da hexametilenodiamina com o
ácido adípico, para formal o sal de nailon, ou o adipato de
hexametilenodiamônio, este composto pela polimerização com a
remoção de uma molécula de água se transforma numa poliamida
linear.
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Fibra de Poliamida ou Nailon:
Características:
• O náilon é também um pó de moldagem bastante popular;
• O náilon é o mais forte que qualquer fibra natural e apresenta uma
resistência quando úmido, que corresponde a 80-90% da resistência a
seco;
• Suas boas propriedades de flexibilidade tornaram-se muito
conveniente para lingerie e confere-lhe boa capacidade do
estiramento;
• A elevada tenacidade do náilon, atribui-lhe grande importância nos
tecidos de para-quedas e em tecidos análogos;
• Ele pode ser tingido por todos os corantes ácidos e dispersos
(acetatos), tem baixa afinidade para os corantes de algodão e aos
corantes de enxofre;
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Fibra de Poliamida ou Nailon:
INDUSTRIA DE FIBRAS E PELÍCULAS SINTÉTICAS
Fibra de Poliamida ou Nailon:
• Ácido adípico é bombeado à autoclave, junto com a etileno diamina
e o ácido acético ( este para estabilizar a viscosidade);
•A solução do sal de náilon passa para um evaporador e entra
novamente em outra autoclave;
• Após a evaporação, a solução de sal escorre para autoclaves
encamisados equipados com serpentinas internas e aquecidos a vapor
de Dowtherm, nesta etapa o resto da água é removido, adiciona-se o
pigmento agente de dispersão ( TiO2) e ocorre a polimerização;
• Depois de a polimerização estar completa, o polímero fundido e
viscoso é forçado, por nitrogênio especialmente purificado à 2,7 – 3,4
atm, a sair pelo fundo, caindo sobre um tambor de casting;
• Cada grupo de 907 Kg da massa é extrusado tão rapidamente quanto
possível, a fim de tornar mínimas as diferenças de tratamento do
polímero;
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Fibra de Poliamida ou Nailon:
• Sobre o tambor de casting, com 1,8 m, forma-se uma fita do
polímero, com 30 cm de largura e 0,6 cm de espessura.
• Borrifos de água no interior do tambor resfriam e endurecem o
verso da fita, a face é resfriada por ar e água;
• As fitas são cortadas em pequenos pedaços ou escamas antes de
serem misturadas. Misturam-se duas ou mais partidas para aumentar
a uniformidade da carga da máquina de fiação;
• Os misturadores são esvaziados em moegas montadas num
monotrilho, as quais alimentam a área de fiação;
• Uma unidade típicas de fiação é constituída por um vaso metálico
com uma camisa aquecida a vapor de Dowtherm, no qual a
temperatura é mantida no ponto de fusão ( 263 C) do náilon.
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Fibra de Poliamida ou Nailon:
• Mais uma vez, são tomadas precauções especiais para manter a
massa de fiação livre de oxigênio. Quando as escamas de náilon
entram no vaso, são lançados sobre uma grade, onde são fundidas; o
líquido goteja para a câmara de magma abaixo;
• O polímero fundido passa pelos bocais da câmara de fusão,
entrando nas bombas de fiação, lançando num filtro de areia, que é
seguido por peneiras e pelas fieiras;
• Os filamentos são solidificados no ar, numa chaminé de
arrefecimento, e passam, na forma de um feixe, por câmaras de
umidificação a vapor, onde o teor de umidade é equilibrado, a fim de
se estabilizar o comprimento do polímero fiado;
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Fibra de Poliamida ou Nailon:
•Após a lubrificação num cilindro de acabamento, o filamento é
esticado, ou estirado, até o ponto desejado, mediante passagem por
um sistema de cilindros, que irá desenvolver as características de
resistência e elasticidade do náilon, pois as moléculas são orientadas
em contraste com o arranjo mais ou menos desordenados que tinham
antes
• O estiramento pode ser de 3 a 6 vezes, conforme as propriedades
mecânicas desejadas;
•O filamento de náilon está pronto para ser enviado aos diversos
fabricantes;
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Fibra de Poliamida ou Nailon: