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

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

Campus Blumenau

Engenharia têxtil

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

CAIO HENRIQUE GOEDE

FERNANDA COUTO DE OLIVEIRA

LARISSA OLIVEIRA SANTOS

PEDRO EDGAR BACHMANN

RAPHAEL FERREIRA DOS SANTOS BARALDI

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 (GuaratiniZanoni, 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.
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
Cationização do AlgodãoFARELL,, 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.

Tabela 1 — Lista de materiais usados

MaterialEspecificaçãoEmpresa
NaOHCatalizador básicoNeon Comercial Ltda, Suzano,Brasil
H2O2Concentração de 35 % Neon Comercial Ltda, Suzano,Brasil
NaCl P.A. ACSAlphatec, São José dos Pinhais,Brasil
 CH2O2Concentração de 85 %Werken Química, Indaial, Brasil 
Ecodyeing A230Detergente não iônicoWerken Química, Indaial, Brasil 
Ecodyeing IR 4Agente equalizanteWerken Química, Indaial, Brasil 
CHPTACAgente catiônico, concentração de 65 %Werken Química, Indaial, Brasil 
 StabplexEstabilizador de peróxidoWerken Química, Indaial, Brasil 
Buffer CS 85Agente alcalizanteWerken Química, Indaial, Brasil 
Corante Reativo Red195Corante reativoColor Química, Blumenau, Brasil
Óleo vegetal óleo vegetal de sojaSoya

Os autores (2020)

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
Distribuição das amostrasOs 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
Espaço de coordenadas CIElabhttps://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
CronogramaOs autores (2020)

Referências

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

ClarkM. Handbook of Textile an Industrial dyeing: Principles, processes and types of dyes. Cambridge: Woodhead Publishing, v. 1, 2011. 680 p. (Woodhead publishing series in textiles).

Enzimas e sua importância para a indústria de alimentos . ResearchGate. Disponível em: https://www.researchgate.net/figure/Figura-11-Esquema-representando-fibrilas-microfibrilas-e-celulose-na-parede-celular-de_fig10_316884106. Acesso em: 8 dez. 2020.

FARELL,Matthew J; FuSha; AnkenyMary A.. Cationic Cotton Prepared withHydrophobic Alkyl Chlorohydrin Quats: A New Fiber with New Properties. 29/03/2017.

GuaratiniCláudia C. I. ; ZanoniMaatia Valnice B.. CORANTES TÊXTEIS. Revista Química Nova, v. 23, 2000, p. 74-78.

Juliano Dra. Luciane N.; achecoMsc. Sabrina M. V.. Estamparia e Beneficiamento Têxtil . Ararangua: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA, 2013.

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

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

OLIVEIRAFernando 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.

Perfil do Setor. ABIT. dezembro de 2019. Disponível em: https://www.abit.org.br. Acesso em: 8 dez. 2020.

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

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

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

VeríssimoSilvagner Adolpho. EXTRAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO DO CORANTE DE URUCUM (Bixa Orellana L.) NO TINGIMENTO DE FIBRAS NATURAIS. Natal, 2003. 99 p. Dissertação (Engenharia química)Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2003.

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