MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO

Para caracterizar as propriedades da fibra de meta-aramida bem como verificar a eficiência do tratamento da superfície da mesma, diversas técnicas podem ser utilizadas. Dentre as mais indicadas encontram-se: Ângulo de contato, Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier, Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia, as quais serão exploradas nessa seção.

3.6.1MOLHABILIDADE E ÂNGULO DE CONTATO

A molhabilidade de um sólido por um líquido pode ser melhor entendida através do estudo do ângulo de contato. A molhabilidade é o processo inicial que envolve a propagação do fluído. Neste processo a interface fibra-líquido deixa de ser nula,(Yi e Qingyong, 2003). O ângulo de contato (θ) corresponde a uma medida quantitativa do processo de molhabilidade (hidrofilidade) de uma superfície plana ao contato com uma gota de líquido, geralmente a água, no qual o grau de umectação é determinado pelo equilíbrio das forças de aderência e coesivas. O ângulo que o líquido forma em relação à superfície sólida e a tangente à superfície do líquido num ponto da linha de contato com o sólido é denominado ângulo de contato (BARNES; GENTLE, 2005). A Figura 09 mostra a tripla interface entre Líquido (L), superfície sólida (S) e vapor (V), e descrito pela equação de Young-Dupre (equação 1), No caso de um material têxtil, as fibras representam a parte sólida.( ARAÚJO, 2013)

Figura 09 - Ângulo de contato de equilíbrio entre um líquido e uma superfície sólida ideal.

Fonte: (FREITAS, 2015).

Segundo Ogeda (2014) γSl na Figura 09 corresponde à energia de superfície do sólido, quando este se encontra no vácuo (tensão superficial sólido-líquido). A diferença é chamada de pressão de espalhamento pe (pe = γS – γSV), sendo γSV atribuído à energia de superfície do sólido em equilíbrio com o vapor. No caso de

polímeros, a adsorção de vapor em sólidos é de baixa energia de superfície, podendo ser considerado desprezível. Sendo assim, γSV = γS, o que representa a energia de superfície do sólido para qualquer atmosfera. Diante disso γS e γlv correspondem respectivamente, à energia de superfície do sólido e à tensão superficial. A gota estando em equilíbrio, tem-se a equação de Young. De acordo com SHAW (1975, apud ROCHA, 2014).

γSv = γSl + γlv.cos θ (1)

O ângulo de contato (θ) pode apresentar uma das situações apresentada na Quadro 03

Quadro 03 - Diagrama de gotas sobre superfícies com diferentes graus de molhabilidade e ângulo de contato

Fonte: OLIVEIRA, 2011.

Ao observar o quadro, nota-se que à direita da figura, a gota do líquido não molha a superfície, com ângulo de molhamento superior a 150°. A molhabilidade pode ser quantificada através do ângulo de molhamento θ, o qual é igual a 0° para molhamento total como identificado no diagrama no regime super hidrofílico e 180° para situações sem molhamento, regime hidrofóbico. Macroscopicamente, a molhabilidade de uma superfície é caracterizada pelo parâmetro chamado ângulo de contato (θ), o ângulo medido entre a linha de tangência e a gota do líquido teste e nas imediações da superfície e a linha horizontal que compreende a superfície. Utilizando a água como líquido teste, as superfícies são classificadas como hidrofílicas quando o θ é menor que 90° ou hidrofóbicas, quando o θ é igual ou superior a 90°. É possível destacar casos extremos em que θ é igual ou superior a 150°, caracterizando superfícies super-hidrofóbicas, ou quando o ângulo é 0° e a água é rapidamente absorvida em amostras porosas, caracterizando superfícies super-hidrofílicas.

3.6.2MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)

A microscopia eletrônica de varredura permite a observação e caracterização de materiais heterogêneos orgânicos e inorgânicos numa escala nanométrica ou micrométrica. Através do MEV pode-se obter imagens de superfície de um grande número de materiais (Yip, et al., 2004; Canal, et al., 2007).

O microscópio eletrônico de varredura utiliza um feixe de elétrons de pequeno diâmetro para examinar ponto a ponto a superfície da amostra, com linhas sucessivas e transmitindo o sinal do detector para uma tela catódica, no qual a varredura é sincronizada com aquela do feixe incidente. Logo, sob uma voltagem suficientemente grande, por exemplo, 50 kV, elétrons de comprimento de onda extremamente curto e, portanto, com poder de resolução potencialmente alto como fonte de iluminação podem ser produzidos. O MEV tem uso nas mais diversas aplicações na engenharia. Essa técnica é utilizada para analisar a morfologia dos materiais sólidos, permitindo uma caracterização rápida e precisa da sua superfície, pois conserva a profundidade de campo e é compatível com superfícies rugosas (DEDAVID, GOMES E MACHADO, 2017).

3.6.3ANÁLISE DAS PROPRIEDADES TÉRMICAS (TGA E DSC)

A calorimetria diferencial de varredura é uma técnica de análise térmica que registra o fluxo de energia calorífica associada a transições nos materiais em função da temperatura. É um método de variação entálpica, no qual a diferença no fornecimento de energia calorífica entre uma substância e um material de referência é medida em função da temperatura, enquanto a substância em estudo e a referência são submetidas a um mesmo programa de aquecimento, ou arrefecimento, rigorosamente controlados (Casimiro et al, 2000). Estas medidas fornecem dados qualitativos e quantitativos em processos endotérmicos (absorção de energia calorífica) e exotérmicos (libertação de energia calorífica), permitindo obter informações referentes a alterações de propriedades físicas e/ou químicas tais como: temperatura de fusão, cristalização e vítrea, grau de cristalinidade de um polímero, entalpias de transição de fase e de reação, estabilidade térmica e oxidativa, grau de pureza e cinética de reações. (Vladimir & Victor, 1994).

3.6.4 ESPECTOFOTÔMETRIA DE INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER

(FTIR)

A Espectroscopia no infravermelho na forma de reflectância total atenuada (ATR) é um tipo de espectroscopia de reflexão interna utilizada para análise rápida e fácil obtenção de espectros de infravermelho de materiais que são espessos e fortemente absorventes para serem analisados por espectroscopia de transmitância. É importante para dar informações sobre as características de um determinado material, incluindo identificação, modificação e adsorção em superfícies.

A espectroscopia no infravermelho baseia-se no fato de que as ligações químicas das substâncias possuem frequência de vibração específicas, as quais correspondem a níveis de energia da molécula (chamados nesse caso de níveis vibracionais). Os níveis de vibração das moléculas dependem de vários fatores, como geometria molecular, massas dos átomos e acoplamento de vibrações. Se a molécula receber radiação eletromagnética com a mesma energia de uma dessas vibrações, a luz será absorvida somente se a molécula sofrer uma variação no seu momento dipolar durante essa vibração (CASANOVA, 2010).

4 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

Neste capítulo estão descritos os procedimentos e os materiais utilizados para o desenvolvimento experimental deste trabalho. Todos os reagentes utilizados foram de grau analítico (PA) e as soluções foram preparadas com água destilada. O procedimento experimental deste trabalho dividiu-se nas seguintes etapas.

 Caracterização física, química e morfológica de fio de meta-aramida.  Tingimento em alta temperatura com diferentes classes de corante.

 Planejamento experimental 3³ para tingimento com as seguintes variáveis: temperatura, tempo e concentração de PDDACL.

 Análise da força colorística para escolha das condições ótimas para realização dos tingimentos;

 Verificação da uniformidade e repetitividade do tingimento;  Tingimento com os parâmetros ótimos obtidos

 Avaliação química e física das amostras tratadas;

 Análise comparativa dos tingimentos realizados, amostras sem e com tratamento através do estudo das suas propriedades mecânicas e tribológicas após serem submetidas às modificações superficiais propostas (cationização e tingimentos).