AGREGAÇÃO DO ÓLEO E DA CATIONIZAÇÃO NO TINGIMENTO DE FIBRAS CELULÓSICAS DIVERSAMENTE O TINGIMENTO TRADICIONAL

Resumo

A utilização do óleo e da cationização no processo de tingimento de fibras celulósicas tem sido pouco explorada, apesar de ter suas vantagens econômicas e seus efeitos positivos na salinidade dos efluentes com a redução do consumo de sal. O objetivo deste Projeto é a comparação de dois sistemas de tingimento inovador para otimização do processo convencional, com menos poluição e gasto de produção. Este estudo contempla o uso da máquina de esgotamento TexControl e do espectrofotômetro de reflectância Datacolor 500, onde foram cortadas e separadas 84 amostras cruas de meia malha de algodão, e alvejadas 12 amostras extras, das quais 6 foram cationizadas. O pré-alvejamento e cationização com CHPTAC foram dados a partir da separação das amostras, uma em cada um dos 12 canecos utilizados, finalizando ambos os processos com a lavagem e a extensão das amostras no varal para secagem normal. Ambos os processos foram realizados novamente até que todas as amostras fossem pré-alvejadas e cationizadas. No processo de tingimento tradicional, foram-se separadas 6 amostras cationizadas e 6 amostras alvejadas, e em ambas foi-se adicionada a solução, finalizando o processo retirando a solução, lavando as amostras e deixando-as para secar naturalmente. O processo foi-se realizado mais uma vez. Já no tingimento com óleo foram separadas 12 amostras alvejadas nas quais foram submetidas aos processos com as soluções, que por fim, após retirar a solução, lavou-se a amostras e colocou-as em um varal para a secagem natural. Após as amostras de todos os processos estarem devidamente secas e separadas, foram-se realizados os seguintes testes: Coordenadas CieLAB e solidez à fricção.

Palavras-chave: Algodão. Cationização. Tingimento.

Introdução

O tingimento de substratos têxteis é uma arte antiga e por muitos séculos foram empregados corantes naturais, por métodos totalmente empíricos (SALEM, 2010). A preparação da fibra e do sedimento têxtil é realizada nas etapas do processo de beneficiamento, como colocado por Veríssimo (2003, p.37):

[…] qualquer processo químico ou mecânico, que modifique as propriedades de tingimento, isto é, capacidade de tingimento dos materiais têxteis, deve ser controlado para evitar irregularidade no tingimento subseqüente. A difusão do corante nas fibras individuais e o eventual grau de absorção do corante dependem altamente da física e química da estrutura da fibra e da habilidade para ser modificada antes ou durante o tingimento.

Em 1856, a descoberta do primeiro corante sintético resultou na produção e descoberta de inúmeros outros, que hoje são a vasta maioria dos corantes conhecidos e utilizados na indústria. Desta forma, existem corantes reativos, que são utilizados no tingimento de fibras celulósicas, naturais e regeneradas. Os três grupos funcionais do corante reativo são: cromóforo, solubilizante e reativo, que se faz presente pela sua reatividade. Assim, em um processo de tingimento por meio deste tipo de corante, há duas fases principais: adição de eletrólito e adição de álcali.

A adição de eletrólito é importante para extinguir a aversão entre a fibra e corantes aniônicos e garantir maior exaustão do corante em questão. Por conseguinte, no tratamento de efluentes, a quantidade de sal empregada pode ser prejudicial após os processos de tingimento. Reduzir o consumo de sal tem efeitos positivos na salinidade dos efluentes e no bom funcionamento das estações de tratamento de águas residuais. Os corantes reativos com baixo teor de sal são corantes de alta afinidade, o que os torna menos fáceis de lavar do que os tipos de baixa a média afinidade (CLARK, 2011).

Desta forma, procuram-se meios de tingir fibras celulósicas com eliminação ou diminuição drástica na quantidade de sal empregada, sem diminuição da qualidade do tingimento. A cationização, que é a incorporação de grupos catiônicos na celulose, similar ao eletrólito, mas que reduz os resíduos de corantes nos efluentes.

A utilização do óleo nos processos de tingimento é um método mais econômico, porém menos conhecido, que pode trazer esta redução de corantes nos efluentes.

JUSTIFICATIVA

A relevância da comparação de métodos de tingimento se deve principalmente ao tratamento de efluentes. A caracterização dos métodos juntamente a comparação, nos levará a uma maior praticidade na hora de definir os processos que serão utilizados no beneficiamento das fibras celulósicas.

A realização do trabalho é possível, principalmente por parte teórica de conceituação, em um momento futuro a testagem da hipótese será possível.

PROBLEMA

Como fazer para tornar o processo alternativo de tingimento do algodão páreo e promissor ao método convencional vastamente utilizado?

OBJETIVO GERAL

Fundamentar um sistema de tingimento por óleo e através do método de cationização que gere eficiência proporcional e supra o convencional. 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS  

• Enunciar a manutenção do processo de tingimento de fase dupla de óleo e água;
• Traçar e reconhecer a importância da validação de um novo método;
• Ilustrar como ocorre o esgotamento pela adsorção e seu papel na relação da fibra do algodão com o corante;
• Contrastar as vantagens da incorporação de grupos catiônicos na molécula de celulose ao invés da adição de eletrólitos;
• Identificação das amostras por divergente preparação.

HIPÓTESE

Pela viabilidade dos métodos de tingimento escolhidos se obtém ambos redução do descargue de corante nos efluentes e do gasto de água na produção.

REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO

Sendo a maior cadeia têxtil completa do ocidente (ABIT, 2019), ou seja, o mercado têxtil tem indústria deste a produção da matéria-prima até a finalização do produto, isso mostra a importância que o setor têxtil tem na economia brasileira.

Tal setor é o segundo maior gerador do primeiro emprego e empregador da indústria da transformação, perdendo apenas para a indústria de comida e bebida juntas. Em 2018, o faturamento da cadeia têxtil e confecção foram de US$ 48,3 bilhões.

Algodão  

Uma das fibras mais consumidas no mundo todo, tendo diferentes tipos e cores. Sendo utilizado desde a antiguidade.

A cultura do algodão é a quarta mais importante do país, a indicação é de que o cultivo seja rotativo para diminuir o impacto do solo, ou até minimizar o uso dos agrotóxicos por um controle biológico; sendo que apenas 1% da produção de algodão do mundo é considerado orgânico, o que não implica numa cadeia de cultivo sustentável. De acordo com a Abit, o consumo pelas indústrias nacionais chega a 900 mil toneladas.

Sua molécula é constituída de 88 % a 96% de celulose, a qual é um polímero longo, que é formado de celobiose vinda da ligação de duas moléculas de glicose. É possível observar sua estrutura na Figura 1. 
 

PRÉ-ALVEJAMENTO   

Existe muitas substâncias que chamamos de impurezas nas fibras naturais, como gorduras, graxas e resquícios de produtos químicos proveniente de inseticidas (no caso de fibras celulósicas) e usados nos processos de fiação e malharia/tecelagem. Tais impurezas podem atrapalhar no processo de tingimento e de beneficiamento terciário, então é muito importante que sejam retiradas. Utiliza-se um banho alcalino para que essas impurezas sejam retiradas, geralmente utilizando-se o peróxido de hidrogênio (H₂O₂) junto ao hidróxido de sódio (NaOH) que age como catalisador da solução, assim tirando as impurezas e, consequentemente, branqueando a fibra. 

O pré-alvejamento resultará em nível de branqueamento menor do tecido em relação ao alvejamento, em torno de 50 a 55 WI CIE [D65/10], obtendo uma cor de fundo adequada ao tingimento de cores claras e/ou limpas e o alvejamento em um branqueamento maior, cerca de 60 WICIE [D65/100] (KARMAKAR, 1999).

TINGIMENTO 

O tingimento é o processo secundário do beneficiamento, é nele onde se tingi as fibras. O ato de se tingir as fibras com corantes acontece em três etapas de natureza físico-químico, que são a migração, absorção e difusão/fixação do corante (SALEM, 2010).

Um dos processos por onde acontece o tingimento é chamado de esgotamento, que o corante é deslocado de um banho para a fibra pela movimentação do corante ou da fibra, sendo possível a movimentação de ambos, devido a uma das propriedades dos corantes chamada de substantividade (TWARDOKUS, 2004).

A coloração adentra o fio com mais facilidade após estas etapas, proporcionando um tingimento liso, uniforme e sem manchas. A pré-mordentagem é um processo feito após a purgagem e antes do tingimento, ela pode ser feita com uma fonte de tanino. O tanino é um fixador (mordente), bons corantes são aqueles ricos em taninos, pois sua afinidade com fibras proteicas é maior, o que caracteriza uma cor sólida e intensa.

Muitos dos pigmentos e corantes utilizados no tingimento convencional provêm das mesmas moléculas dos corantes extraídos de plantas, porém estes são sintetizados em laboratório, sendo portanto bioquimicamente a mesma molécula; um exemplo disso é a base por Rubia tinctorium no processo de síntese do corante alizarina.

Corante Reativo  

Corante utilizado para o tingimento de fibras de origem vegetal. Possuem um grupo eletrofílico (reativo) que é capaz de formar uma ligação covalente com os grupos hidroxila das fibras celulósicas (Guaratini; Zanoni, 2000). Os grupamentos livres da molécula é o que torna possível a interação com outros grupos, como hidroxilas das fibras celulósicas (SALEM, 2010).  Como mostrado na Figura 1.

Figura 1 — Exemplo da interação covalente entre um corante contendo grupos reativos (triazina) e grupos hidroxila presentes na celulose da fibra de algodão.
Guaratini e Zanoni (2000)

Questão ambiental    

Os beneficiamentos e tingimentos têxteis correspondem a 20% da poluição da água potável mundial, sendo que o tingimento convencional consume até 600L de água para tingir apenas um quilo de tecido. Estima-se que entre 17 e 20% da água poluída tem origem da indústria têxtil, onde são usados 72 químicos altamente tóxicos, deles 30 impossíveis de se retirar do ambiente (água ou solo) após a contaminação. 

A principal causa pela poluição no processo de tingimento pelo método tradicional é a fixação do corante sintético na fibra, que não é completa, ou seja grande parte do corante e dos auxiliares (fixadores) é perdida com os enxágues e despejada na forma de efluentes.

Do ponto de vista ambiental, a remoção da cor do banho de lavagem é um dos grandes problemas do setor têxtil. Estima-se que cerca de 15% da produção mundial de corantes é perdida para o meio ambiente durante a síntese, processamento ou aplicação desses corantes (SILVA, 2001, p.17).

Os resíduos de ferro não são tóxicos mas podem prejudicar a qualidade da água no sentido da ferrugem se depositar nos canos e produzir bactérias ferrosas, por isso existem decretos que impõem limitações de liberação de ferro na água residual das industrias.

Cationização  

Para sanar tais problemas, a necessidade de estudos para diminuir tais processos se mostra bem importante. Entra os estudos que foram realizados, a cationização da fibra de algodão antes do processo de tingimento e o processo de tingimento com óleo se mostraram bem interessante para redução de efluentes. 

A cationização e um processo na qual, por meio de um agente cationizante, que neste caso é o CHPTAC (3-cloro-2cloreto de hidroxipropiltrimetilamónio), que por onde de um banho alcalino com a fibra de algodão, o CHPTAC é transformado em EPTAC, o que facilita a reação de cationização, como mostrado na Figura 2. 

Figura 2 — Cationização do Algodão
FARELL,, Fu e Ankeny (29/03/2017)

A fibra de algodão cationizado, de modo bem simplificado, é uma fibra de algodão que tem uma característica catiônica, o que em tese resolve o problema de repulsão referente ao processo tradicional e diminui drasticamente o efluente gerado e aumenta a afinidade da fibra com o corante reativo.

O outro processo se trata de um processo de tingimento por meio de óleo de soja que pela presença dos ácidos graxos contidos no óleo, os mesmos se prendem nas fibras e promovem a fixação do corante, assim podendo diminuir em muito a utilização de sal.

Materiais e Métodos

materiais

Para a realização dos experimentos foram utilizados os materiais descritos na Tabela 1.

métodos

Os experimentos foram realizados no Laboratório de Beneficiamento (LABENE) e no Laboratório de Cuidados Têxteis (LABCT) na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), no polo de Blumenau.

Os experimentos de beneficiamento foram feitos no Laboratório de Beneficiamento (LABENE), utilizando a máquina de esgotamento TexControl, de modelo TC 2200, com aquecimento por infravermelho. As amostras do substrato continham massa de 15 gramas e os processos foram realizados com uma relação de banho de 1:10. As análises foram feitos no Laboratório de Cuidados Têxteis (LABCT), no espectrofotômetro de reflectância Datacolor 500.

Todos os procedimentos foram realizados em duplicadas.

Preparação das amostras

  Foram cortadas e separadas 84 amostras cruas de meia malha de algodão, dessas separou-se conforme mostrado no Fluxograma 1, todas as amostras foram padronizadas com um peso de 15 gramas. A fibra apenas alvejada mo processo de tingimento tradicional é a fibra padrão.

Foi-se alvejado 12 amostras extras, e dessas, 6 foram cationizadas.

Fluxograma 1 — Distribuição das amostras
Os autores (2020)

beneficiamento  

É denominado beneficiamento têxtil os processos executados nos tecidos pós tecelagem. Mediante tratamentos químicos que melhoram as caraterísticas físico-químicas do material têxtil. Este por sua vez se divide em três etapas: Beneficiamento primário, secundário e terciário ou final.

O beneficiamento primário é a preparação do substrato, englobando purgagem, pré-alvejamento e alvejamento. O secundário é caracterizado pelo tingimento do substrato. O beneficiamento terciário ou final é o processo onde se é dado características onde se físico-químicas para agregar mais valor na peça (JULIANO; ACHECO, 2013).

Pré-alvejamento   

Separou-se as amostras colocando-as em cada um dos 12 canecos utilizados.

Preparo-se uma solução contendo 1g/L de A230, 1g de Stabplex EP 243, 8mL/L de NaOH 50% e 10 mL/L de H₂O₂ 35%. Utilizando-se razão de banho de 1:10, transferiu-se 150 mL da solução para os canecos que foram fechados na máquina de esgotamento, à 95°C durante 45 minutos.

Após os 45 minutos, retirou-se os canecos e a solução dos mesmos, acrescentando-se uma solução de 2g/L de A230, colocando-os na máquina novamente à 60°C por mais 10 minutos.

Ao fim deste processo, as amostras foram devidamente lavadas e estendidas no varal para secagem normal.

Foi-se realizado o processo novamente até que as 84 amostras fossem pré-alvejadas.

Cationização com CHPTAC  

Colocou-se 12 amostras alvejadas nos 12 canecos. Preparou-se uma solução contendo 2  g/L de A230, 10 g/L de NaOH 50% e 20 g/L de CHPTAC. Transferiu-se para os canecos a solução e coloco-os na máquina de esgotamento por 25 minutos à 75°C. Após esse tempo, retirou-se a solução dos canecos e adicionou-se uma outro solução contendo 0,5 g/L de AF85 ecolocou-se novamente na máquina à 35°C por 5 minutos.

Ao final dos 5 minutos, retirou-se a solução e colocou-se água deionizada nos canecos, na mesma relação de banho e colocou-os na máquina por mais 10 minutos à 40°C. Ao termino, as amostras foram lavadas em água corrente e colocadas em um varal para secar naturalmente. 

Foi realizado novamente esse processo até que todas as 30 amostras destinadas foram cationizadas.

Tingimento Tradicional com fibra padrão e cationizada

Separou-se 6 amostras alvejadas e 6 amostras cationizadas, todas pesando 15g.

Canecos 1,2,3,4,5 e 6 foram colocadas as amostras alvejadas;

Canecos 7,8,9,10,11 e 12 foram colocadas as amostras cationizadas;

Preparou-se uma solução com 2 g/L de IR 4, 60 g/L de NaCl e 0,4 g/L de Corante Reativo Red 195, colocou-se a solução nos canecos e colocou-os na máquina de esgotamento por 20 min à 60°C.

Após os 20 minutos, retirou-se a solução e acrescentou-se uma solução contendo 4,7 g/L de CS 85 nos canecos, em seguida colocou-os na maquina de esgotamento novamente a mesma temperatura anterior, pelo tempo de 30 minutos. Ao termino do tempo, retirou-se a solução e colocou-se água deionizada nos canecos, e colocou-os na máquina à 40°C por 10 minutos, retirando-se a água ao termino dos 10 minutos e colocando uma solução contendo 1,2 g/L de AF85 e 1,0g/L de RW 710 a uma temperatura de 75°C por 10 minutos. Ao termino retirou-se a solução e colocou-se água deionizada nos canecos por 10 minutos à 40°C.

Finalmente retirou-se a solução e lavou-se as amostras e colocou-as em um varal para secar naturalmente.

O processo foi-se realizado mais uma vez.

Tingimento com óleo

Separando-se 12 amostras alvejadas, todas pesando 15g, colocando-as nos canecos.

Preparou-se uma solução com 4 mL de óleo e 0,45 g/L de Corante Reativo Red 195, que foi homogeneizada por 30 minutos. Após isso colocou-se a solução nos canecos e colocou-os na máquina de esgotamento por 20 min à 60°C.

Após os 20 minutos, retirou-se a solução e acrescentou-se uma solução contendo 4,7 g/L de CS 85 nos canecos, em seguida colocou-os na maquina de esgotamento novamente a mesma temperatura anterior, pelo tempo de 30 minutos. Ao termino do tempo, retirou-se a solução e colocou-se água deionizada nos canecos, e colocou-os na máquina à 40°C por 10 minutos, retirando-se a água ao termino dos 10 minutos e colocando uma solução contendo 1,2 g/L de A 230 e 1,0g/L de RW 710 a uma temperatura de 90°C por 10 minutos. Ao termino retirou-se a solução e colocou-se água deionizada nos canecos por 10 minutos à 40°C.

Finalmente retirou-se a solução e lavou-se as amostras e colocou-as em um varal para secar naturalmente.

Análise das Amostras

Após as amostras estarem secas e devidamente separadas, irão ser realizados os seguintes testes.

Coordenadas CieLAB  

Antes e após cada processo irá ser feito uma análise no espectrofotômetro de reflectância Datacolor 500 para determinação dos valores das coordenadas colorimétricas CIELab, que tem como componentes a coordenada L*, que representa a luminosidade; a coordenada a*, que representa os eixos vermelho e verde (+a indica a cor vermelha enquanto -a indica verde); e a coordenada b*, que representa os eixos amarelo e azul ( +b indica amarelo enquanto -b indica azul). Na Figura 3 se pode observar uma figura que representa essas coordenadas.

Figura 3 — Espaço de coordenadas CIElab
https://www.xrite.com/blog/lab-color-space

Além das coordenadas CIELab, esta análise tem como finalidade também encontrar a força colorística (K/S) de cada amostra, segundo Soleiman & Taylor (2006 apud OLIVEIRA, 2009, pg. 4) um K/S mais elevado é proporcionado pela atração dos grupos aminos protonados consequente ao elevado grau de sulfonação. Tal força colorística relaciona a equação de Kulbelka e Munk, como mostrado abaixo: Solidez à fricção.

Solidez à fricção

Realizou-se o teste de solidez à fricção utilizando como base a norma NBR ISO 105-X12. Ensaios de solidez da cor: Solidez da cor à fricção, realizadas no equipamento Crockmeter de marca Kimak de modelo CA-11, utilizando um tecido testemunha de algodão alvejado.

Realizou-se os testes em uma programação de 20 ciclos, na velocidade de um ciclo por minuto, tanto à úmido quando a seco.

Após o processo, as amostras foram para análise colorimétrica no CIELab.

CRONOGRAMA

A realização do projeto se deu ao longo de um semestre, descrito conforme as especificações na Tabela 2.

Tabela 2 — Cronograma
Os autores (2020)

Referências

. Disponível em: https://www.xrite.com/blog/lab-color-space. Acesso em: 8 dez. 2020.

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FARELL,, Matthew J; Fu, Sha; Ankeny, Mary A.. Cationic Cotton Prepared withHydrophobic Alkyl Chlorohydrin Quats: A New Fiber with New Properties. 29/03/2017.

Guaratini, Cláudia C. I. ; Zanoni, Maatia Valnice B.. CORANTES TÊXTEIS. Revista Química Nova, v. 23, 2000, p. 74-78.

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KARKAMAR, S. R. Chemical Technology in the Pre-Treatment Processes of Textiles, v. 12. 1999.

KARMAKAR, Samir R.. Chemical Technology in the Pre-treatment Processes of Textiles. Textile Science and Technology, v. 12, 1999.

OLIVEIRA, Fernando Ribeiro. Tingimento da poliamida 6.6 com corantes ácidos, reactivos e directos após modificação superficial com descarga plasmática de Dupla Barreira Dieléctrica (DBD). 2009. 104 p. Tese (Química Têxtil) – Universidade do Minho.

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SALEM, Vidal. TINGIMENTO TÊXTIL: Fibras, conceitos e tecnologias. 1. ed. São Paulo: Editora Blucher, 2010. 300 p.

Silva, Ramon Fernandes. Produção Biotecnológica de um Novo Corante a partir do Streptoverticillium sp da UFPE 13729. Recife, 2001. Dissertação (Ciências Farmacêuticas) – Universidade Federal de Pernambuco.

TWARDOKUS, Rolf G. REUSO DE ÁGUA NO PROCESSO DE TINGIMENTODA INDÚSTRIA TÊXTIL. Florianópolis, 2004. Dissertação (Engenharia química) – Universidade Federal de Santa Catarina.

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