Nitração da Celulose final

Nitração da Celulose final

SÃO PAULO 2009

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Professor: Edivaldo Rossini

SÃO PAULO 2009

Química da Universidade Camilo

Relatório apresentado como parte Dos requisitos para aprovação na Disciplina de Química Orgânica do Curso de Licenciatura Plena em Castelo Branco – Unicastelo.

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1. INTRODUÇÃO01
1.1. CELULOSE01
1.2. NITROCELULOSE01
1.3. MISTURA ETANOL E ÁGUA02
2. OBJETIVO03
3 MATERIAIS E REAGENTES04
3.1. Materiais04
3.1.1. Reagentes04
4. PROCEDIMENTO05
5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS06
6. CONCLUSÃO07
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS08

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1. INTRODUÇÃO

1.1. Celulose: Matéria-prima para a produção da nitrocelulose. Madeira e linter de algodão são as principais fontes de obtenção de celulose; utilizam-se polpas com mais de 98% de pureza. É um polímero de alto peso molecular, de estrutura linear, que tem como unidade repetidora a β-D- glucose (C6H10O5)n ao longo de sua cadeia, chegando a ter de 1.500 a 10.0 unidades ou mais, podendo atingir peso molecular de até 300.0 (Figura 01). 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.

1.2. Nitrocelulose: 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 (Figura 02). 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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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.

O grau de polimerização da nitrocelulose é determinado pelo número médio de β-D- glucose que existe em uma molécula de resina. O índice nos revela a viscosidade do produto.

A nitrocelulose pode ser umectada em etanol ou em isopropanol. O processo de fabricação consiste na purificação do linter bruto para obtenção de celulose, nitração da celulose com mistura sulfonítrica, estabilização e fervura 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 1,8% a 12,3% do elemento em sua fórmula. O produto tem boa solubilidade em ésteres, cetonas e glicois e é insolúvel em álcoois, exceto com metanol e quando em mistura com os solventes acima. Atua com solvente nas áreas de tintas e vernizes. O produto com baixo teor de nitrogênio possui entre 10,8% a 1,3% do componente em sua fórmula e tem boa solubilidade em álcoois, sua maior aplicação encontra-se na fabricação de filmes. 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.

1.3. Mistura homogenia: Devido às interações moleculares, a medida do volume total, resultante da mistura de dois líquidos reais etanol e água, desvia do volume total calculado a partir dos volumes das espécies individuais (contração de volume). Para descrever este comportamento não ideal, define-se uma classe de propriedades (termodinâmicas) chamada de propriedade parcial molar (PPM), na qual inclui o volume parcial molar. Esta classe de propriedades é dependente da composição do sistema e pode ser determinada experimentalmente. .

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2. OBJETIVO EXPERIMENTO 1: Preparação do algodão “celulose” para produção de nitrocelulose

“nitração” em laboratório. EXPERIMENTO 2: Determinar o volume parcial molar dos componentes presentes em misturas formadas por etanol e água.

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3. MATERIAS E REAGENTES 3.1 Materiais Experimento 1 - Béqueres de 250mL

- Pinça de metal - Bastão de Vidro

- Luva de borracha - Papel toalha

- Vidro de relógio

Experimento 2 - Pipeta volumétrica

- balão volumétrico

3.1.1 Reagentes Experimento 1 - Ácido sulfúrico concentrado (18M)

- Ácido nitrico fumegante (ou concentrado)

- Algodão hidrófilo

Experimento 2 - Etanol

- Água

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4. Procedimento Experimento 1

Todo o trabalho deve ser executado em capela, usando-se luvas de borrachas (ver cuidados). Para preparar a mistura sulfonítrica, misture lentamente e com alguma agitação, 30 mL de ácido nítrico fumegante com 70 mL de ácido sulfúrico concentrado em um béquer de 250 mL. Mergulhe o algodão na mistura, já separado em chumaços, por uma hora. Após isto escorrer o

Maximo possível da mistura com o auxilio da pinça e do bastão de vidro. Lave até completa remoção do ácido. Seque por pressão no papel toalha e espalhe, de preferência na capela, até secagem completa. Esta etapa pode ser apressada utilizando-se o secador de cabelo. A mistura sulfonítrica pode ser reutilizada algumas vezes, desde que bem guardada em recipiente fechado, uma vez que ela absorve umidade.

Cuidados

Tanto a mistura sulfonítrica (MSN) como os ácidos concentrados são agentes oxidantes muito forte podendo causar graves queimadura em contato com a pele. Respingos na bancada podem ser neutralizados com carbonato de sódio sólidos. A nitrocelulose seca é relativamente segura, mas deve-se tomar cuidado ao estocá-la em recipiente fechado, pois nestas condições ao invés de queimar ela explode.

O ácido nítrico fumegante libera grande quantidade de dióxido de nitrogênio (NO2), gás extremamente tóxico. Ao se lavar pela primeira vez o algodão nitrado o gás também é liberado. Ao se preparar a mistura sulfonítrica é liberado uma quantidade considerável de calor. Em (1), o autor recomenda o uso de um banho de gelo. O tempo de nitração (1 hora) não pode ser muito estendido pois o algodão acaba se dissolvendo.

Experimento 2 Com o medidor de volume, separe 25 mL de água e coloque no copo. Com o mesmo medidor de volume, separe 25 mL de álcool e também coloque no mesmo copo que contém a água. Retire a mistura de líquidos e verifique o volume total.

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5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Experimento 1 - A reação não é de queima e sim de decomposição da nitrocelulose, que possui oxigênio suficiente dentro da própria molécula para conversão total em produtos gasosos.

A nitrocelulose é um explosivo, também conhecida como algodão pólvora. A sua “queima” é tão rápida que não há tempo para troca de calor (processo adiabático). Por isso pequenos pedaços de nitrocelulose podem ser queimados na palma da mão sem perigo (quando a preparação é bem feita).

Experimento 2 - Quando você adicionou a quantidade de álcool em água ocorreu uma contração de volume, ou seja, quando foi adicionado álcool à água, as ligações de hidrogênio existentes entre as moléculas de água foram rompidas para formarem com o álcool, ocorrendo assim a redução do volume total da mistura.

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6. CONCLUSÃO Experimento 1: 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. A Molécula da Nitrocelulose 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. O grau de polimerização da nitrocelulose é determinado pelo número médio de -D-glucose que existe em uma molécula de resina.

Experimento 2: Os volumes parciais molares encontrados no experimento, determinou o volume real de uma solução formada 25 mL de etanol e 25 mL de água. O álcool quando misturado com água sofre contração de volume porque ela forma pontes de hidrogênio com as moléculas de água. As pontes de hidrogênio fazem com que as moléculas de água e de álcool fiquem mais próximas, provocando a contração de volume.

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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) “Nitrocelulose – Manual Técnico de Aplicação - Nitroquìmica”. (2) “Escola de Engenharia de Lorena – EEL – USP”

(3) “http://educa.fc.up.pt/ciclo.php?ciclo”

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