Aramida - Aramid
As fibras de aramida , abreviação de poliamida aromática , são uma classe de fibras sintéticas fortes e resistentes ao calor . Eles são utilizados em aplicações aeroespaciais e militares, para balístico-classificado armadura tecido e compósitos balísticos, em cordéis marinho , casco marinho reforço, e como um amianto substituto.
As moléculas da cadeia nas fibras são altamente orientadas ao longo do eixo da fibra. Como resultado, uma proporção maior da ligação química contribui mais para a resistência da fibra do que em muitas outras fibras sintéticas. As aramidas têm um ponto de fusão muito alto (> 500 ° C).
As marcas comuns de aramida incluem Kevlar , Nomex e Twaron .
Terminologia e estrutura química
Aramida é uma forma abreviada de poliamida aromática . O termo foi introduzido em 1972, aceito em 1974 pela Federal Trade Commission dos EUA como o nome de uma categoria genérica de fibra distinta do náilon e adotado pela International Standards Organization em 1977.
Aromático no nome refere-se à presença de anéis aromáticos de seis átomos de carbono. Em aramidas, esses anéis são conectados por meio de ligações amida, cada uma compreendendo um grupo CO ligado a um grupo NH.
Para atender à definição FTC de uma aramida, pelo menos 85% dessas ligações devem ser anexadas a dois anéis aromáticos.
Para-aramidas e meta-aramidas
As aramidas são divididas em dois tipos principais, de acordo com a localização das ligações nos anéis. Numerando os átomos de carbono sequencialmente em torno de um anel, os para-aramídeos têm as ligações anexadas nas posições 1 e 4, enquanto os meta-aramídeos os têm nas posições 1 e 3. Ou seja, os pontos de ligação são diametralmente opostos entre si nos para-aramídeos, e dois átomos separados em meta-aramidas. A ilustração mostra, portanto, uma para-aramida.
História
As poliamidas aromáticas foram introduzidas pela primeira vez em aplicações comerciais no início dos anos 1960, com uma fibra meta- aramida produzida pela DuPont como HT-1 e então sob o nome comercial Nomex . Essa fibra, que tem um comportamento semelhante ao das fibras têxteis normais de vestuário, é caracterizada por sua excelente resistência ao calor, pois não derrete nem se inflama em níveis normais de oxigênio. É amplamente utilizado na produção de roupas de proteção, filtragem de ar, isolamento térmico e elétrico, bem como um substituto para o amianto .
Meta-aramidas também são produzidas na Holanda e no Japão por Teijin Aramid sob o nome comercial Teijinconex, na Coréia por Toray sob o nome comercial Arawin, na China por Yantai Tayho sob o nome comercial New Star e pelo SRO Group sob o nome comercial X -Fiper e uma variante da meta-aramida na França por Kermel sob o nome comercial de Kermel.
Com base em pesquisas anteriores da Monsanto Company e Bayer , a fibra para- aramida com tenacidade e módulo de elasticidade muito maior também foi desenvolvida nas décadas de 1960 e 1970 pela DuPont e AkzoNobel , ambas lucrando com seu conhecimento de processamento de rayon , poliéster e náilon. Em 1973, a DuPont foi a primeira empresa a lançar uma fibra de para-aramida, chamando-a de Kevlar ; esta continua a ser uma das para-aramidas e / ou aramidas mais conhecidas.
Em 1978, a Akzo lançou uma fibra semelhante com aproximadamente a mesma estrutura química, chamando-a de Twaron . Devido a patentes anteriores no processo de produção, a Akzo e a DuPont se envolveram em uma disputa de patentes na década de 1980. Posteriormente, Twaron passou a ser propriedade da Teijin Aramid Company. Em 2011, Yantai Tayho introduziu uma fibra semelhante, que é chamada de Taparan na China (veja Produção ).
Os para-aramídeos são usados em muitas aplicações de alta tecnologia, como aplicações aeroespaciais e militares, para tecidos de coletes à prova de balas .
As fibras de meta-aramida e para-aramida podem ser usadas para fazer papel de aramida. O papel de aramida é usado como material de isolamento elétrico e materiais de construção para fazer o núcleo do favo de mel. A Dupont fez papel de aramida durante a década de 1960, chamando-o de papel Nomex. A Yantai Metastar Special Paper lançou um papel de aramida em 2007, que é chamado de papel de metastar . Tanto a Dupont quanto a Yantai Metastar fazem papel de meta-aramida e para-aramida.
Saúde
Durante a década de 1990, um teste in vitro de fibras de aramida mostrou que elas exibiam "muitos dos mesmos efeitos sobre as células epiteliais que o amianto , incluindo o aumento da incorporação de nucleotídeos radiomarcados no DNA e indução da atividade da enzima ODC ( ornitina descarboxilase )", aumentando a possibilidade de implicações cancerígenas . No entanto, em 2009, foi demonstrado que as fibrilas de aramida inaladas são encurtadas e rapidamente eliminadas do corpo e representam pouco risco. Uma declaração de correção de juros foi fornecida posteriormente pelo autor do estudo, afirmando que "Esta revisão foi encomendada e financiada pela DuPont e Teijin Aramid, mas o autor sozinho foi responsável pelo conteúdo e redação do artigo."
Produção
A capacidade mundial de produção de para-aramida foi estimada em cerca de 41.000 toneladas por ano em 2002 e aumenta a cada ano em 5-10%. Em 2007, isso significa uma capacidade de produção total de cerca de 55.000 toneladas por ano.
Preparação de polímero
As aramidas são geralmente preparadas pela reação entre um grupo amina e um grupo halogeneto de ácido carboxílico . Os homopolímeros AB simples podem parecer
- n NH 2 −Ar − COCl → - (NH − Ar − CO) n - + n HCl
As aramidas mais conhecidas ( Kevlar , Twaron , Nomex , New Star e Teijinconex) são os polímeros AABB. Nomex, Teijinconex e New Star contêm predominantemente a meta-ligação e são poli-meta- fenileno isoftalamida s (MPIA). Kevlar e Twaron são ambos p- fenileno tereftalamidas (PPTA), a forma mais simples da para-poliamida AABB. PPTA é um produto de p- fenilenodiamina ( PPD ) e dicloreto de tereftaloil (TDC ou TCl) .
A produção de PPTA depende de um co-solvente com um componente iônico ( cloreto de cálcio , CaCl 2 ) para ocupar as ligações de hidrogênio dos grupos amida e um componente orgânico ( N-metil pirrolidona, NMP ) para dissolver o polímero aromático . Esse processo foi inventado por Leo Vollbracht, que trabalhava na empresa química holandesa Akzo . Além da triamida hexametilfosforosa cancerígena ( HMPT ), ainda não se conhece nenhuma alternativa prática de dissolução do polímero. O uso do sistema NMP / CaCl 2 levou a uma extensa disputa de patente entre a Akzo e a DuPont.
Fiação
Após a produção do polímero, a fibra de aramida é produzida girando o polímero dissolvido em uma fibra sólida a partir de uma mistura química líquida . O solvente de polímero para fiação de PPTA é geralmente ácido t sulfúrico 100% anidro (H 2 SO 4 ).
Aparências
Outros tipos de aramidas
Além de meta-aramidas como Nomex, outras variações pertencem à gama de fibras de aramida. Estes são principalmente do tipo copoliamida , mais conhecido pela marca Technora , desenvolvido por Teijin e introduzido em 1976. O processo de fabricação de Technora reage PPD e 3,4'-diaminodifeniléter (3,4'-ODA) com cloreto de tereftaloil (TCl) . Este processo relativamente simples usa apenas um solvente de amida e, portanto, a fiação pode ser feita diretamente após a produção do polímero.
Características da fibra de aramida
As aramidas compartilham um alto grau de orientação com outras fibras, como o polietileno de ultra-alto peso molecular , uma característica que domina suas propriedades.
Em geral
- boa resistência à abrasão
- boa resistência a solventes orgânicos
- não condutor
- ponto de fusão muito alto (> 500 ° C)
- baixa inflamabilidade
- boa integridade do tecido em temperaturas elevadas
- sensível a ácidos e sais
- sensível à radiação ultravioleta
- propenso ao acúmulo de carga eletrostática, a menos que terminado
Para-aramidas
- fibras de para-aramida, como Kevlar e Twaron, fornecem excelentes propriedades de resistência ao peso
- módulo de acorde alto
- alta tenacidade
- fluência baixa
- baixo alongamento na ruptura (~ 3,5%)
- difícil de tingir - geralmente tingido com solução
Usos
- roupas resistentes a chamas
- roupas e capacetes com proteção térmica
- armadura corporal , competindo com produtos de fibra à base de polietileno , como Dyneema e Spectra
- materiais compósitos
- substituição de amianto (por exemplo, lonas de freio )
- tecidos de filtragem de ar quente
- pneus , recentemente como Sulfron ( Twaron modificado com enxofre )
- reforço mecânico de artigos de borracha
- cordas e cabos
- Correias em V (automotivas, máquinas, equipamentos e muito mais)
- mechas para dança do fogo
- sistemas de cabos de fibra óptica
- pano de vela (não necessariamente velas de barco de corrida )
- artigos esportivos
- peles
- palhetas para instrumentos de sopro , como a marca Fibracell
- diafragmas de alto-falante
- material de barco
- concreto reforçado com fibra
- tubos termoplásticos reforçados
- cordas de tênis , por exemplo, pelas empresas de tênis Ashaway e Prince
- tacos de hóquei (normalmente em composição com materiais como madeira e carbono)
- snowboards
- caixas de motor a jato
- sistemas de arrasto de carretel de pesca
- reforço de asfalto
- Prusiks para alpinistas (que deslizam ao longo da corda principal e podem derreter devido ao atrito).
Veja também
Para-aramida
Meta-aramida
- Nomex
- Teijinconex
Outros
Notas e referências
Leitura adicional
- JA Reglero Ruiz; M Trigo-López; FC Garcia; JM Garcia (2017). "Poliamidas aromáticas funcionais" . Polímeros . 9 (12): 414. doi : 10.3390 / polym9090414 .
- JWS Hearle (2000). Fibras de alto desempenho . Woodhead Publishing LTD., Abington, UK - Instituto Têxtil . ISBN 978-1-85573-539-2.
- Doetze J. Sikkema (2002). "Fibras sintéticas cem anos: Polímeros e design de polímeros". J Appl Polym Sci (83): 484–488.
- Kh. Hillermeier e HG Weijland (1977). "Um fio de aramida para reforço de plásticos". Plastica (11): 374–380.
- DuPont e Teijin vão expandir a produção de aramida - setembro de 2004