Identificação de fibras aromáticas de poliamida-imida

Resumo
Fibras aromáticas de poliamida-imida foram identificadas por meio de combustão, microscopia, dissolução e espectroscopia de infravermelho. Elas foram comparadas com meta-aramida, para-aramida , e as fibras P84, que possuem propriedades semelhantes. As fibras de poliamida-imida aromáticas emitem luz vermelha quando queimadas, têm seção transversal circular e se dissolvem em N,N-dimetilformamida à temperatura ambiente. Seu espectro de absorção no infravermelho exibe frequências características. A identificação precisa dessa fibra pode ser obtida utilizando uma ou mais dessas características.

0 Introdução

As fibras de poliamida aromática podem ser classificadas de acordo com sua estrutura molecular em: fibras de poliamida aromática ligadas por grupos amida, tipicamente representadas por fibras de meta-aramida ( meta-aramida ) e fibras de para-aramida (para-aramida); fibras de poliimida aromáticas ligadas por grupos imida, como fibras de polifenilenotetrametilimida e fibras de poliimida (P84); e fibras de poliamida-imida compostas de grupos amida e imida alternados.

Atualmente, existem padrões de identificação correspondentes para algumas fibras de poliamida aromática. O Apêndice A da norma GB/T 41418—2022, "Análise Química Quantitativa de Têxteis — Misturas de Fibras de Meta-aramida e Para-aramida (Método de Cloreto de Lítio/N,N-Dimetilacetamida)", fornece claramente métodos de identificação para fibras de meta-aramida e para-aramida; o Apêndice A da norma GB/T 36976—2018, "Análise Química Quantitativa de Têxteis — Misturas de Fibras de Poliimida e Certas Outras Fibras", registra o método de identificação para P84. No entanto, atualmente não existe um método de identificação específico para fibras de poliamida-imida aromática.

Este artigo utiliza o método de combustão, microscopia, método de dissolução e espectroscopia infravermelha para analisar qualitativamente fibras de poliamida-imida aromáticas e compará-las com meta-aramida, para-aramida e P84 estruturalmente semelhantes, formando um método completo de identificação para fibras de poliamida-imida aromáticas, fornecendo uma base para testes de rotina.

1. Seção Experimental

1.1 Reagentes e Instrumentos

Reagentes: Parafina líquida, ácido sulfúrico (grau analítico, 70%), ácido sulfúrico concentrado (grau analítico, 95%~98%), ácido nítrico concentrado (grau analítico, 65%~68%), hipoclorito de sódio (quimicamente puro), hidróxido de sódio (grau analítico, 30%), dimetilsulfóxido (grau analítico, ≥99,5%), tiocianato de potássio (grau analítico, ≥98,5%), N,N-dimetilformamida (grau analítico, ≥99,5%), brometo de potássio [espectralmente puro, 99,99%].

Instrumentos: analisador de finura de fibra E5723 CU-6, espectrômetro de infravermelho com transformada de Fourier Nicolet Summit Lite, bomba de vácuo 2XZ-4D, agitador de banho-maria com temperatura constante, cadinho de vidro sinterizado, frasco Erlenmeyer, extrator Soxhlet, proveta, béquer, fatiador de Hastelloy.

1.2 Preparação da Amostra

Fibras aromáticas de poliamida-imida, meta-aramida, para-aramida e fibra solta P84 foram selecionadas como objetos de teste. Para garantir a precisão e a confiabilidade dos dados dos testes, quatro amostras foram selecionadas para cada fibra utilizando um método de amostragem multiponto.

1.3 Métodos de teste

1.3.1 Método de Combustão

De acordo com os requisitos de teste das normas relevantes, as amostras foram observadas e registradas da seguinte forma: quando a amostra era aproximada da chama, observava-se sua reação ao calor, verificando se havia contração ou fusão; durante o contato da amostra com a chama, registrava-se seu estado de combustão, incluindo a emissão de luz e a cor da chama; após a amostra ser retirada da chama, o estado de combustão era observado continuamente; quando a chama da amostra se extinguia, seu odor era sentido; após o resfriamento da amostra, o estado do resíduo era registrado, incluindo sua cor e forma.

1.3.2 Método de Microscopia

De acordo com as normas pertinentes, feixes de fibras foram inicialmente coletados e segmentos de fibras em quantidade adequada foram cortados utilizando um micrótomo Hartsch. Parafina líquida foi gotejada sobre uma lâmina de vidro para distribuir as fibras uniformemente, preparando-se assim uma lâmina longitudinal. Posteriormente, colódio foi aplicado em um micrótomo Hartsch. Após a evaporação, seções de fibras com espessura de 10–30 μm foram cortadas utilizando o micrótomo, preparando-se assim lâminas transversais. Finalmente, as lâminas longitudinais e transversais preparadas foram colocadas sob um microscópio com aumento de 500x para observar cuidadosamente as características morfológicas das seções transversais das fibras e registrar os resultados.

1.3.3 Método de dissolução

Seguindo os requisitos padrão relevantes, amostras e reagentes foram colocados na proporção de 1:50 sob diferentes condições ambientais para observação. Um grupo foi mantido à temperatura ambiente (20–30 °C) com agitação contínua por 5 minutos, e a dissolução das fibras durante esse período foi cuidadosamente observada e registrada. O outro grupo foi fervido, com a solução mantida em ebulição por 3 minutos, e a dissolução das fibras durante esse processo foi monitorada e registrada imediatamente.

1.3.4 Espectroscopia de Infravermelho

De acordo com as normas pertinentes, as amostras em filme foram preparadas utilizando o método de pastilha de brometo de potássio. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier foi utilizada para escanear e registrar o espectro de infravermelho na faixa de número de onda de 4000–400 cm⁻¹.

2 Resultados e Discussão

2.1 Resultados do Teste de Combustão

Os registros dos testes de combustão para quatro fibras — fibra de poliamida-imida aromática, meta-aramida, para-aramida e P84 — são mostrados na Tabela 1.


Conforme demonstrado na Tabela 1, a fibra de poliamida-imida aromática emite uma chama vermelha durante a combustão, deixando um resíduo preto e duro após a queima. Esse comportamento de combustão é muito semelhante ao da para-aramida e do P84, enquanto a meta-aramida não apresenta chama vermelha durante a combustão. Com base nessa característica, o método de combustão pode distinguir eficazmente a fibra de poliamida-imida aromática da meta-aramida.

2.2 Resultados dos Testes Microscópicos

As descrições morfológicas transversais e longitudinais das quatro fibras são apresentadas na Tabela 2.


Consultando as descrições morfológicas das quatro fibras na Tabela 2, observa-se que a seção transversal das fibras de poliamida-imida aromática é circular. Essa característica é semelhante à das fibras de meta-aramida e para-aramida, enquanto a seção transversal das fibras P84 é trilobada, o que difere significativamente da das fibras de poliamida-imida aromática. Em termos de morfologia longitudinal, as fibras de poliamida-imida aromática exibem a superfície lisa característica das fibras químicas, enquanto as fibras de para-aramida apresentam uma morfologia segmentada visível em sua seção longitudinal. Portanto, pela observação da morfologia longitudinal, as fibras de poliamida-imida aromática podem ser distinguidas das fibras de para-aramida.

Em resumo, a observação cuidadosa da seção transversal e da morfologia longitudinal das fibras usando um microscópio pode distinguir claramente as fibras de poliamida-imida aromáticas das fibras de para-aramida e P84.

2.3 Resultados do Teste de Dissolução

As propriedades de dissolução das quatro fibras são apresentadas na Tabela 3.


A Tabela 3 mostra a solubilidade das quatro fibras. Os testes foram conduzidos em condições de temperatura ambiente e ebulição, utilizando ácido sulfúrico a 70%, ácido sulfúrico concentrado, ácido nítrico concentrado, hidróxido de sódio a 30% e tiocianato de potássio a 65%. O desempenho de solubilidade das fibras de poliamida-imida aromática, meta-aramida, para-aramida e P84 apresentou pouca diferença. Em ácido sulfúrico a 70%, a fibra P84 dissolveu-se parcialmente, enquanto as outras três fibras não. Em ácido sulfúrico concentrado, as fibras de poliamida-imida aromática, meta-aramida e P84 dissolveram-se, enquanto apenas a para-aramida dissolveu-se parcialmente à temperatura ambiente. Em ácido nítrico concentrado, quase todas as quatro fibras não se dissolveram, com apenas as fibras de poliamida-imida aromática e P84 dissolvendo-se parcialmente em condições de ebulição. A situação foi semelhante com hidróxido de sódio a 30%; as fibras de poliamida-imida aromática, meta-aramida e P84 dissolveram-se apenas parcialmente após a ebulição. Em condições de tiocianato de potássio a 65%, nenhuma das quatro fibras se dissolveu.

Em condições de hipoclorito de sódio, todas as quatro fibras são insolúveis à temperatura ambiente. No entanto, quando fervidas, a fibra de poliamida-imida aromática se dissolve, enquanto as outras três fibras permanecem insolúveis. Essa característica de solubilidade pode ser usada para distinguir a fibra de poliamida-imida aromática das outras três fibras. Em N,N-dimetilformamida, a diferença de solubilidade entre as quatro fibras é ainda mais pronunciada. A fibra de poliamida-imida aromática se dissolve à temperatura ambiente, uma condição de teste facilmente alcançada e que a distingue prontamente das outras fibras. Em condições de dimetilsulfóxido à temperatura ambiente, todas as quatro fibras são insolúveis. Quando fervidas, a fibra de poliamida-imida aromática e a P84 se dissolvem. Essa propriedade de solubilidade pode ser usada para distinguir a fibra de poliamida-imida aromática das fibras de meta-aramida e para-aramida.

O dimetilsulfóxido (DMSO) pode ser usado para distinguir fibras de poliamida-imida aromáticas de fibras de meta-aramida e para-aramida por meio de um método de dissolução. A N,N-dimetilformamida (NDM) e o hipoclorito de sódio (NSC) podem distinguir fibras de poliamida-imida aromáticas de fibras de meta-aramida, para-aramida e P84. A NDM, em particular, é simples de operar e as condições experimentais são fáceis de alcançar.

2.4 Resultados da Espectroscopia Infravermelha

As principais bandas de absorção e frequências características dos espectros de absorção no infravermelho das quatro fibras são mostradas na Tabela 4.


Na Tabela 4, os picos de absorção no infravermelho das fibras de poliamida-imida aromática aparecem em 3379, 2923, 1704, 1505, 1361, 1081 e 719 cm⁻¹. Essa característica espectral é significativamente diferente daquela das fibras de meta-aramida, para-aramida e P84. Em comparação com as fibras de P84, a diferença é muito evidente e facilmente distinguível. Com base nisso, a espectroscopia no infravermelho pode não apenas identificar com precisão as fibras de poliamida-imida aromática, mas também distingui-las facilmente dos outros três tipos de fibras.

3. Conclusões

(1) Combustão e Microscopia O método de combustão pode distinguir eficazmente fibras de poliamida-imida aromática de fibras de meta-aramida; enquanto a microscopia pode ser usada para distinguir fibras de poliamida-imida aromática de fibras de para-aramida e P84. A combinação dos métodos de combustão e microscopia permite distinguir ainda mais as fibras de poliamida-imida aromática de fibras de meta-aramida, fibras de para-aramida e P84.

(2) Método de dissolução: O hipoclorito de sódio e a N,N-dimetilformamida podem ser usados para distinguir fibras de poliamida-imida aromáticas de fibras de meta-aramida, fibras de para-aramida e P84; o dimetilsulfóxido pode ser usado para distinguir fibras de poliamida-imida aromáticas de fibras de meta-aramida e fibras de para-aramida. Dentre esses solventes, a N,N-dimetilformamida é o método mais simples e conveniente para identificar fibras de poliamida-imida aromáticas, apresentando alta viabilidade em aplicações práticas.

(3) Espectroscopia infravermelha: A espectroscopia de infravermelho permite distinguir fibras de poliamida-imida aromáticas de meta-aramida, para-aramida e P84. Através da análise das posições dos picos característicos no espectro de absorção de infravermelho, as fibras de poliamida-imida aromáticas podem ser identificadas com precisão, tornando-se um método de identificação altamente eficaz.

Com base nos resultados experimentais acima, as fibras aromáticas de poliamida-imida podem ser identificadas por meio de diversas características significativas: emitem luz vermelha quando queimadas; sua seção transversal é circular quando observada ao microscópio; são solúveis em N,N-dimetilformamida à temperatura ambiente; e possuem frequências características específicas em seu espectro de absorção no infravermelho. Na identificação prática, podemos nos basear em uma dessas características ou combinar múltiplas características de forma flexível para obter uma identificação mais precisa e confiável.