Rayon

Dando sequencia aos artigos sobre polímeros fáceis de serem produzidos em um homelab (Resina Uréia-Formol, um polímero "fácil"), vamos agora falar das fibras de celulose, que descobertas em 1884 por Hilaire Bernigaud, posteriormente receberiam esse nome: rayon.

A celulose, na forma de algodão ou papel, é dissolvida em uma solução contendo íons [Cu(NH₃)₄]²⁺, produzindo um líquido viscoso azul. Este líquido é então injetado em ácido sulfúrico com uma seringa para formar fibras de rayon.

Materiais necessários

• Carbonato básico de cobre (CuCO₃.Cu(OH)₂.H₂O), 10 g
• Solução de amônia concentrada (30%), 100ml
• Ácido sulfúrico (1 mol/L), 500ml
• Algodão (puro), 2g - papel filtro ou jornal é OK, mas dê preferência ao algodão

Procedimento

1) Pesar 10g de dihidroxi-carbonato de cobre em um béquer de 250ml, e em capela, adicionar 100ml de amônia 30%.

2) Agitar por 2 minutos, deixar em repouso e então decantar a solução azul escura sobrenadante - que contem os íons tetraminocuprato (II) - em um outro béquer de 250ml. Esta solução é chamada de Reagente de Schweizer.

3) Adicionar pequenas quantidades de algodão (1.0 a 1.5g) finamente divididos, sob agitação constante, até que a solução ganhe a consistência viscosa, como a de um detergente líquido.

4) Mexer bem para evitar a formação de caroços e aglomerados, mas com cuidado e evitando criar uma emulsão com o ar. A dissolução completa deve levar cerca de uma hora.

Polimerização

1) Retirar alguns mililitros dessa solução viscosa - que é chamada de "viscose" - com uma seringa evitando carregar junto bolhas de ar.

2) Adaptar a agulha na seringa (preferencialmente hipodérmica), e injetar um fluxo de viscose dentro de aproximadamente 500ml de H2SO4 diluído em um béquer de 1 litro.

A solução viscosa de celulose no reagente de Schweizer
sendo injetada no ácido sulfúrico [2]

3) Uma fina fibra azul de rayon se formará, e aos pouvos se tornará branca assim que o ácido neutralisa a solução e destrói o complexo de cobre.

4) Depois de alguns minutos, remover a fibra cuidadosamente e lavar com bastante água e deixar secar. A fibra é relativamente fraca, e o único propósito da experiência é a ilustração da síntese de um polímero.

As fibras secando em um papel filtro

Teoria

O polímero de rayon possui cerca de 270 unidades(monômeros) de glicose por molécula comparada com o algodão, na qual contém entre 2000 e 10000.

O primeiro passo é a demonstração da reação entre o carbonato básico de cobre com a amônia aquosa, formando íons tetraminocobre (II):

CuCO₃.Cu(OH)₂.H₂O(s) + 4NH₃(aq) → CuCO₃(s) + [Cu(NH₃)₄]²⁺(aq) + 2OH^–(aq) + H₂O(l)

Quando a insolúvel celulose é adicionada nesta solução, converte-se em um complexo solúvel. Que é convertida no rayon insolúvel uma vez que o pH é reduzido para um valor baixo (ácido). Dessa forma o rayon precipita e a cor azul desaparece na medida que o complexo de cobre é difundido na solução.


Referências

[1] Cellulose in Schweizer's Reagent: A Stable, Polymeric Metal Complex with High Chain Stiffness, Prof. Dr. Walther Burchard, Dr. Norbert Habermann, doi:10.1002/anie.199408841

[2] http://www.liv.ac.uk/Chemistry/Events/SchoolsEvents/MolsMaterials/rayon.html

[3] http://www.gorni.eng.br/hist_pol.html

[4] http://inventors.about.com/library/inventors/blfabric.htm
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