PRODUÇÃO DE FIBRAS SINTETICAS

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UNIOESTE - UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PESTE DO PARANÁ
CECE - CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS SINTÉTICAS: POLIÉSTER
JOÃO LUCAS MARQUES BARROS
MATHEUS SOARES BENATTI
MURILO HENRIQUE HERNANDEZ CANDELARIA
URIEL DILELI LUPEPSA
VICTÓRIA LANZANA
TOLEDO- PR
2017
ÍNDICE
1 – Introdução....................................................................................................1
2- Matéria prima.................................................................................................3
3- Processos operacionais...............................................................................3
3.1. Polimerização...........................................................................................4
3.2. Secagem..................................................................................................4
3.3. Fiação.......................................................................................................5
3.3.1. Filamento...............................................................................................5
3.3.2. Grampo..................................................................................................6
4 – Exportação e Importação............................................................................6
5- Referências....................................................................................................7
Introdução
Em geral, fibras sintéticas são resultados de pesquisas feitas com intuito de melhorar as fibras de animais e plantas. Joseph Swan foi quem inventou a primeira fibra sintética, no início da década de 80. Esta fibra fora extraída de um líquido de celulose, quimicamente modificado da fibra contida na casca de árvore (BRITANNICA). Já o próximo passo foi dado por Hilaire de Chardonnet, que inventou a primeira seda artificial. A partir daí o ramo de fibras sintéticas vem evoluindo (ALFRED, 1963).
Fibras sintéticas são feitas de polímeros sintetizados de pequenas moléculas. As matérias primas empregadas para sua produção são produtos químicos àbase de petróleo ou produtos petroquímicos. Estes por sua vez são polimerizados para então formar os compostos que originam as fibras.
Tais fibras são vantajosas, pois são mais resistentes do que a maioria das fibras natuais, além de que algumas fornecem características favoráveis para determinados produtos, como alongamentos, impermeabilização, resistência a manchas, etc. 
Referente a algumas desvantagens das que as fibras sintéticas apresentam, podemos citar alguns aspectos, em sua maioria relacionado a baixa temperatura de fusão dessas fribras, como propensas a danos causados pelo calor, carga eletrostática causada pela fricção e não biodegradável .
Visto que as vantagens das fibras sintéticas são maiores que suas desvantagens, elas representam cerca de metade de todo o uso de fribra, com aplicações em todos os campos de fibras e tecnologia têxtil. Dentre todas as classes de fibras à base de polímeros, potencialmente valiosos, o nylon, poliéster, acrílico e poliolefina são os que dominam o mercado, representando cerca de 98% em volume de produção de fibras sintéticas. (MCLNTYRE)
John Rex Whinfield e James Tennant Dickson foram os responsáveis pela primeira fibra de poliéster, tal fibra foi produzida e patentiada como “Terylene” (ou Dacron), com resistência e resiliência igual ou superior ao nylon (WHINFIELD).
Dentro do ramo do setor têxtil, o Poliéster é a fibra sintética de maior consumo, representando cerca de 50% da demanda geral de fibras químicas. Esta fibra pode ser utilizada em seu estado puro, ou ainda misturada com algodão, viscose, nylon, linho ou lã (sendo essas misturas encontradas em diversas proporções). Essa ampla utilização se deve ao baixo custo do material em relação às demais fibras têxteis (tanto químicas quanto naturais), à elevada resistência apresentada à umidade e agentes químicos (ácidos e álcalis), ao fato de ser não alergênica e possuir grande resistência à tração, sendo que a adição de 10% dessa fibra ao algodão gera um aumento de 8% na resistência do fio, permitindo um acréscimo significativo na velocidade do processo têxtil, resultando em maior produtividade. (ROMERO et al, 1995). 
 Os polímeros de condensação têm destaque entre os materiais poliméricos mais utilizados pelo homem, visto que, além de englobarem vários dos polímeros de ocorrência natural, como as proteínas, também estão entre os primeiros obtidos por via sintética, como os obtidos a partir do formaldeído. O Poliéster destaca-se, dentro dos polímeros sintetizados por condensação, por ser um dos mais produzidos. (PERES, 2008).
A reação de poliesterificação direta é um tipo de reação de policondensação, na qual ocorre a reação entre uma substância contendo o grupo carboxila (ácido carboxílico) e outra que contém o grupo hidroxila (álcool), formando moléculas grandes com a função éster repetindo-se através da cadeia e com liberação de moléculas de água. Nesse tipo de processo, a funcionalidade dos compostos deve ser maior ou igual a dois, de forma a garantir que ocorra propagação da cadeia polimérica. (PERES, 2008).
Matéria prima
A produção de poliéster é realizada por meio de recursos não renováveis, a partir de substâncias químicas extraídas do petróleo bruto ou do gás, e de recursos renováveis como a reciclagem de garrafas PET´s, contando também com grande utilização de água para resfriamento do produto.
O poliéster é constituído por ácido tereftálico purificado (PTS) ou o seu tereftalato de dimetilo (DMT) e monotelueno glicol (MEG).
Um subproduto de petróleo, álcool e ácido carboxílico são misturados para formar um composto conhecido como monómero ou "éster". Essa reação é conhecida como polimerização.
O poliéster é composto de polímeros de cadeia longa. Hoje, existem dois tipos primários de poliéster chamado tereftalato de polietileno (PET) e poli-1, 4-ciclo-hexileno-dimetileno (PCDT). O PET é o tipo mais popular, pois é aplicável a uma maior variedade de usos e é mais forte do que o PCDT. No entanto, o PCDT é mais elástico e resiliente e é usado em aplicações de consumo mais pesadas.
Aspectos operacionais
O poliéster pode ser fabricado por vários métodos. O fator determinante de qual método será usado é a forma que o poliéster acabado tomará. As quatro formas básicas são o filamento, o grampo, o reboque e o enchimento de fibra. Na forma de filamento, cada fio individual de fibra de poliéster é contínuo em comprimento, produzindo tecidos de superfície lisa. Na forma de grampo, os filamentos são cortados em comprimentos curtos e predeterminados. Nesta forma, o poliéster é mais fácil de misturar com outras fibras. O reboque é uma forma em que os filamentos contínuos são desenhados vagamente juntos. As duas formas utilizadas mais frequentemente são filamentos e grampos.
Em geral, a produção do poliéster é feita a partir dos seguintes processos:
Polimerização
Primeiro, o polímero é criado. No caso do poliéster, o polímero é preparado por aquecimento de tereftalato de metilo (DMT) ou de ácido tereftálico (TPA) com etilenoglicol na presença de um catalisador (usualmente antimônio) a 280°C por 30 minutos à pressão atmosférica e depois para 10 horas sob vácuo. O excesso de etilenoglicol é removido por destilação. O químico resultante, um álcool de monômero (molécula única, não repetitiva), é combinado com ácido tereftálico e elevado a uma temperatura de novamente 280°C. O poliéster recém-formado, que é transparente e fundido, é extrudido através de uma ranhura para formar fitas longas.
Secagem
Depois que o poliéster emerge da polimerização, as longas fitas fundidas são deixadas para esfriar até ficarem quebradiças. O material é cortado em pequenas aparas e completamente seco para evitar irregularidades na consistência.
Fiação
As fibras são classificadas de acordo com o tipo de fiação que sofre o polímero: pode ser a fiaçãopor fusão, a fiação a seco ou a fiação húmida:
A fiação por fusão é o mais simples desses três métodos: na fiação por fusão, as pastilhas de polímero são fundidas a 260 - 270 ºC para formar uma solução semelhante a um xarope. A solução é colocada em um recipiente de metal chamado fiação e forçado através de seus pequenos orifícios. O número de furos na fieira determina o tamanho do fio, uma vez que as fibras emergentes são reunidas para formar uma única cadeia. A fiação por fusão é usada com polímeros como nylon, polietileno, cloreto de polivinilo, triacetato de celulose e tereftalato de polietileno e na extrusão multifilamento de polipropileno.
Fiação a seco: o polímero é primeiro dissolvido em um solvente. A solução de polímero é então extrudida através das fieiras. O solvente é evaporado com ar quente e recolhido para reutilização. A fibra passa então sobre os rolos e é esticada para orientar as moléculas e aumentar a resistência da fibra. O acetato de celulose, o triacetato de celulose, o acrílico, o nylon modacrílico, aromático e o cloreto de polivinilo são feitos por centrifugação a seco.
Na fiação por via húmida, a solução de polímero (isto é, polímero dissolvido em um solvente como em fiação seca) é centrifugada em uma solução de coagulação para precipitar o polímero. Este processo foi utilizado com fibras acrílicas, modacrílicas, de nylon aromático e de cloreto de polivinilo.
Para cada libra de fibra produzida com processos de centrifugação por solvente (seco ou molhado), uma libra de polímero é dissolvida em cerca de 3 libras de solvente. Assim, a captura e recuperação destes solventes é parte integrante do processo de centrifugação por solvente. No presente, a maioria dos solventes são recuperados, porém as emissões da operação de fiação são consideráveis. Mas as emissões de poluição atmosférica provenientes da produção de fibra de poliéster também incluem pó de polímero de operações de secagem, monómero residual volatilizado, lubrificantes de fibra (sob a forma de fumo ou fumaça de óleo) e o polímero queimado e produtos de combustão da limpeza do equipamento de fiação.
Na fase de fiação, outros produtos químicos podem ser adicionados à solução para alcançar vários efeitos, como fazer o material retardador de chama, antiestático ou colorido (adicionando produtos químicos de corantes). Como essas fibras são criadas a partir de petróleo bruto, são altamente inflamáveis ​​(na verdade, são consideradas um acelerador) e representam uma grande ameaça para lesões por incêndio. O desenvolvimento de um retardador de chama durável para sintéticos foi fundamental no uso seguro de fibras sintéticas.
É na fase de fiação que as duas variedades de fibras de poliéster são criadas: fibras de filamento e grampo:
Filamento
Quando o poliéster emerge da fiação, é macio e facilmente alongado até cinco vezes o comprimento original. Para criar filamentos, as fibras estão esticadas. O alongamento força as moléculas de poliéster aleatórias a alinhar em uma formação paralela. Isso aumenta a força, tenacidade e resiliência da fibra. Desta vez, quando os filamentos se secam, as fibras tornam-se sólidas e fortes em vez de quebradiças. Esticadas ou desenhadas, as fibras podem variar muito em diâmetro e comprimento, dependendo das características desejadas do material acabado. Além disso, à medida que as fibras são desenhadas, elas podem ser texturizadas ou torcidas para criar tecidos mais macios ou mais aborrecidos. Depois que o fio de poliéster é desenhado, ele é enrolado em bobinas grandes ou em embalagens planas, prontas para serem tecidas em material.
Grampo
Para criar fibra de grampo, a fiação tem muitos outros orifícios do que quando a produção é fibra de filamento. A corda como feixes de poliéster que emergem são chamados de reboque.
O reboque recentemente formado é rapidamente arrefecido em latas que reúnem as fibras grossas. Vários comprimentos de reboque são reunidos e depois desenhados em rolos aquecidos para três ou quatro vezes o comprimento original.
O reboque desenhado é então alimentado em caixas de compressão, que forçam as fibras a dobrar como um acordeão, a uma taxa de 9-15 fricções por polegada (3-6 por cm). Este processo ajuda a manter a fibra durante os estágios de fabricação posteriores.
Após o engate ser engolido, ele é aquecido a 100 a 150°C para secar completamente as fibras e colocar o prensado. 
Após o ajuste do calor, o reboque é cortado em comprimentos mais curtos. O poliéster que será misturado com algodão é cortado em peças de 3,2-3,8 cm; Para tecidos mais pesados, como o tapete, os filamentos de poliéster são cortados em comprimentos de 15 cm.
Exportação e Importação
O comércio das fibras não segue um padrão com o passar dos anos. A exportação do poliéster vem diminuindo entre 2013 e 2016, a importação tem queda em 2015 e em 2016 aumenta já a produção era alta entre 2013 e 2014 mas depois tem queda. Essas variações tem diversas variáveis envolvidas, econômicas e sociais e também dependem do comércio de outras fibras. O consumo de poliéster diminui muito entre 2014 e 2015, assim como o náilon, mas o consumo desse em 2016 tem quantidade muito parecida com a de 2013. As fibras sintéticas são mais consumidas do que as artificiais devido as suas propriedades. Entre 2013 e 2014 houve uma queda considerável no consumo de fibras artificiais e as sintéticas supriram esse consumo. Observa-se uma grande relação entre o comércio de diferentes fibras no mercado durante os anos.
6. REFERÊNCIAS
Encycloedia Britannica. “Sir Joseph Wilson Swan" 
G., Alfred (1963). The Flash of Genius. Princeton, Nova Jersey: D. Van Nostrand Company, Inc. pp. 48-49.
J.E., McIntyre.  Synthetic fibers: Nylon, polyester, acrylic, polyolefin.  Woodhead Publishing – Series in textiles. 36 . Cambridge.
P., Eduardo Ulisses Xavier. "Síntese e avaliação da atividade de catalisadores obtidos a partir de ácido ricinoleico na produção de poliéster de óleo de mamona (Ricinum communis) e ácido tereftálico." (2008).
Romero, Luiz Lauro, et al. "Fibras artificiais e sintéticas." BNDES Setorial, Rio de Janeiro 1 (1995).
T., GALE . World of Chemistry on John R. Whinfield, disponível em http://www.bookrags.com/biography/john-r-whinfield-woc/#gsc.tab=0. Acesso 27 de Agosto, 2017.