APLICAÇÃO DE METODOLOGIAS DE TESTES DE TRANSMISSÃO E CARACTERÍSTICAS FOTOGÁFICAS DE MATERIAIS DE ALTA ENERGIA

APPLICATION OF FTIR METHODOLOGIES OF TRANSMISSION AND PHOTOACOUSTIC TO THE CHARACTERIZATION OF HIGHLY ENERGETIC MATERIALS ¾ PART II. Materials obtained during the synthesis of octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine (HMX) were characterized by Fourier transform infrared (FTIR) transmission spectroscopy and/or Fourier transform infrared photoacoustic spectroscopy (FTIR-PAS). By these techniques the spectrometric alterations that occurred during the process were observed. The characterized species during the synthesis of HMX were a-HMX, b-HMX, hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX) and HMX/RDX mixtures. The FTIR-PAS was verified to be a promising technique of great usefulness of the characterization of highly energetic materials because it is fast, simple and requires no sample preparation unlike Fourier transform infrared transmission technique (KBr pellet). The FTIR-PAS analysis showed that with small sample quantity is possible to distinguish between the a-HMX and b-HMX and to detect even in a qualitative way different HMX / RDX ratios.

Keywords: energetic materials; FTIR-PAS; HMX.

INTRODUÇÃO

A síntese de materiais altamente energéticos constitui uma pesquisa importante, desenvolvida nos laboratórios da ASB-CTA, fazendo parte de modernos programas espaciais brasileiros. A elaboração de métodos para a caracterização destes materiais é imperiosa para assegurar a qualidade dos produtos obtidos. Metodologias de cromatografia líquida (HPLC)1 vêm sendo empregadas na ASB para tal fim. Atualmente, em nossos laboratórios (AQI-ASB-CTA) estão sendo desenvolvidos métodos que utilizam diferentes técnicas de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) que, associadas ou não a outros métodos, caracterizam e quantificam os materiais energéticos sintetizados2-4.

Inicialmente, a preparação da pastilha de KBr, que não altera o teor de cristalinidade do material5, foi utilizada na obtenção dos espectros no infravermelho médio (MIR) e distante (FIR) para a caracterização das formas a e b de HMX2. Com metodologia simples e rápida foi possível diferenciar essas formas polimórficas de HMX. A identificação da forma a também foi confirmada por meio de difração de raios-X.

Em outro trabalho3, no qual utilizaram-se técnicas FTIR de transmissão (pastilha de KBr) e reflexão, tais como microscopia-FTIR, na região MIR, e refletância-difusa (DRIFT) na região do infravermelho próximo (NIR), técnica DRIFT-NIR, foi possível estabelecer bandas analíticas para o desenvolvimento e metodologias com possibilidade de aplicação quantitativa para HMX e RDX, dados que foram aproveitados para gerar outra pesquisa4.

Nesse estudo4, misturas de HMX/RDX foram preparadas, analisadas por meio de cromatografia líquida (HPLC) e por espectroscopia no infravermelho de transmissão, nas regiões MIR e NIR. Foi observado que para aplicação dos métodos MIR e NIR é utilizado um número menor de etapas do que a metodologia HPLC, portanto os métodos IR aplicados são mais rápidos. Em adição, foi possível mostrar que os valores encontrados pelas três metodologias, HPLC, MIR e NIR, foram bastante concordantes, e que o método NIR é mais preciso para esse tipo de determinação.

Outras metodologias FTIR, menos convencionais, tais como espectroscopia fotoacústica (PAS)6 podem ser aplicadas à caracterização de diferentes materiais. São usadas, em certos casos, em auxílio às técnicas usuais de transmissão, visando avaliação mais completa do material.

A técnica PAS utiliza detecção do sinal acústico de uma amostra gerada por absorção de radiação modulada. A amostra é colocada numa pequena câmara, a qual um microfone é acoplado7,8. Radiação modulada é focalizada sobre a amostra, e certas radiações que correspondem ao espectro de absorção do material são absorvidas.

A radiação absorvida causa flutuações de temperatura na superfície. Estas flutuações de temperatura na superfície da amostra induzem a mudanças periódicas de pressão do gás na célula fotoacústica. Uma onda sonora se desenvolve e é detectada por um microfone. Se uma freqüência particular não é absorvida, então, a amostra não aquecerá e nenhuma onda sonora se desenvolverá. Na espectroscopia PAS, ondas sonoras são usadas para detectar freqüências de absorção no infravermelho.

A técnica PAS, de acordo com dados da literatura7,8 e experiência em desenvolvimento de metodologias, reúne várias vantagens com relação às técnicas de transmissão: a primeira, é a capacidade de analisar materiais opacos, explorada em compósitos, fibras de carbono, etc.

Com relação à técnica pastilha de KBr, por exemplo, PAS não inclui a interferência de bandas de umidade de KBr, e embora a exclusão dessa umidade não seja uma tarefa difícil, há necessidade de deixar o material em estufa,