UMIDADE DAS FIBRAS

A quantidade de umidade absorvível por materiais fibrosos varia como mostra a Tabela 1. As fibras hidrofílicas de origem natural podem reter consideráveis quantidades de umidade, ao passo que algumas fibras artificiais são pouco ou nada higroscópicas.

Tabela 1 - Valores médios do conteúdo de umidade na base seca (kgágua /kgfibra) para a

adsorção de vapor de água a 30oC (KEEY, 1995).

Umidade relativa do meio secante Fibras 20% 50% 100% Caseína 0,0615 0,1115 1,05 Algodão 0,0305 0,0565 0,23 Algodão mercerizado 0,0420 0,0775 0,335 Nylon 0,0127 0,0287 0,050 Orlon 0,0031 0,0088 0,050 Rayon 0,0515 0,0935 0,360 Viscose 0,0555 0,1010 0,460 Polpa de madeira 0,0340 0,0620 0,250 Lã 0,0620 0,1100 0,380

A variação do conteúdo de umidade de equilíbrio com a umidade relativa do meio secante, à temperatura constante, é mostrada na Figura 3 através de curvas de adsorção isotérmica (CASSIE, 1945) para diversos tipos de fibras, entre 20 e 35ºC.

Considera-se que a água pode ser absorvida pelas fibras hidrofílicas de dois modos: ou fortemente retida pela estrutura, ou como líquido livre. Enquanto muitas fibras têxteis aproximam-se assintoticamente de um máximo conteúdo de umidade, em altas umidades relativas, algumas fibras feitas pelo homem, tais como nylon e viscose, parecem ter valores máximos bem definidos para o mesmo. Jaafar e Michalowski

(1990) interpretam este comportamento como o efeito térmico de adsorção, sendo igual ao calor de condensação somente após a formação de uma camada multicelular. Muitas isotermas de adsorção podem ser normatizadas plotando-se o conteúdo de umidade de equilíbrio (X’E) em função da variação da energia livre de adsorção

(-ℜ.T.ln ϕ). 1- Alginato de Berílio 2- Alginato de Cálcio 3- Viscose 4- Lã 5- Juta 6- Algodão mercerizado 7- Cânhamo, linho 8- Algodão especial 9- Acetato de Rayon 10- Tecido de linho 11- Nylon 12- Acetato de celulose 13- Rayon

Figura 3 - Isotermas de adsorção para fibras têxteis (CASSIE, 1945)

Admite-se que as isotermas de desadsorção possam ser similarmente correlacionadas, particularmente em moderada umidade relativa quando a adsorção multimolecular é o mecanismo dominante de ligação e o conteúdo de umidade está diretamente relacionado à espessura da camada adsorvida. Uma correlação pode ajustar-se muito bem a dados experimentais sobre uma faixa limitada de umidade relativa, mas pode dar resultados enganadores se extrapolados além da faixa testada, particularmente para umidade relativa mais alta quando diferentes mecanismos de retenção de umidade acontecem. Walker (1993) adverte sobre esta constatação com respeito à água em madeira. Resumidamente, o ponto de saturação da fibra corresponde ao máximo conteúdo higroscópico de umidade quando as paredes da célula das fibras estiverem totalmente preenchidas pelo líquido. Porém, em umidade

relativa acima de 98%, as cavidades naturais ou artificiais das fibras começam a encher-se pela condensação capilar, causando uma brusca variação ascendente na curva de adsorção. Uma vez que a umidade adsorvida evapora mais rapidamente em altas temperaturas, o conteúdo de umidade de equilíbrio torna-se menor com o aumento de temperatura, a uma dada umidade relativa.

Nas condições no interior de um secador para madeira, o conteúdo de umidade de equilíbrio pode tornar-se muito baixo: na temperatura de bulbo seco de 120oC com uma queda de 30oC na temperatura de bulbo úmido, este valor é da ordem de apenas 3%. Na prática, quando um “teste de secagem em forno” é utilizado para determinar o conteúdo de umidade de uma massa fibrosa, é freqüentemente assumido que a umidade residual é desprezível.

O calor de adsorção é a diferença, em conteúdo de calor específico ou entalpia, entre a umidade da fronteira e aquela livre adjacente, à mesma temperatura e pressão total. Esta diferença de entalpia é normalmente derivada de uma forma da equação de Clausius-Clapeyron, supondo-se que a fase líquido-vapor age como um gás ideal, e o volume molar da fase condensada é desprezível quando comparado com o do vapor. Segue-se que o calor de umidificação pode ser encontrado plotando-se –ln ϕ em função de 1/T, se dados de adsorção forem disponíveis em várias temperaturas. A variação de energia livre (–ℜ.T.ln ϕ) é às vezes utilizada como uma aproximação do calor de umidificação.

A umidade pode ter um profundo efeito nas propriedades mecânicas das fibras. A água retida pelas paredes das células das fibras causa seu inchaço e a perda de umidade, o seu encolhimento. Os esforços de secagem introduzem tensões na estrutura da fibra a qual pode não se recuperar totalmente quando estes esforços cessam, sendo isto conhecido como deformação residual permanente.

Com materiais hidrofílicos, é verificado que a umidade reduz a rigidez e aumenta a fluência, possivelmente como resultado do efeito plástico do material. As variações no conteúdo de umidade aumentam a fluência. Se as fibras forem expostas a um meio ambiente no qual a umidade relativa varia de forma cíclica, então ocorre um aumento considerável nas taxas de deformação (ERICKSON, 1985). A 60oC, a oscilação entre

5% e 95% na umidade relativa produz a mesma deformação em 2 dias que a esperada em 5 anos se o material fosse mantido na mais alta umidade relativa.

Fibras de madeira encolhem anisotropicamente em secagem abaixo do seu ponto de saturação. Walker (1993) cita algumas possíveis razões para este comportamento, incluindo a possibilidade de que microfibras na parede da célula retenham a matriz original da espécie, e as diferenças no comportamento entre anéis de crescimento do segmento mais novo e o do mais velho. O efeito da secagem nas propriedades das fibras de polpa de madeira molhada é resumido por Kumar e Mujumdar (1990). A secagem enfraquece o entrelaçamento da fibra causando diminuição substancial no comprimento médio resistente a um determinado esforço. As propriedades óticas também são afetadas pela secagem, com uma diminuição na capacidade de dispersão da luz.

Materiais fibrosos são secados comercialmente em vapor superaquecido assim como em ar. Secagem com vapor superaquecido tem vantagens no baixo consumo de energia comparado com secagem a ar, ausência de oxidação, e menos contaminação do produto. A cor branca das fibras com conteúdo de matéria seca maior que 80%, secadas com ar quente, é preservada, mas o seu amarelamento ocorre quando secadas com vapor superaquecido.