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Universidade do Minho
Escola de Engenharia
Maria Madalena Alves Martins de S
Aplicao de -Ciclodextrinas no
Tingimento de Materiais Txteis
Tese de Mestrado em Qumica Txtil
Trabalho Efectuado sob a Orientao da
Professora Doutora Graa Maria Barbosa Soares
Julho de 2008
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil ii
Agradecimentos
Ao iniciar a apresentao deste trabalho queria aqui expressar
publicamente os meus mais
sinceros agradecimentos a todos aqueles que me apoiaram na
realizao deste trabalho,
nomeadamente:
minha orientadora, Professora Doutora Graa M. B. Soares, por
todo o apoio, constante
incentivo, disponibilidade, ensinamentos transmitidos e pela
orientao ao longo de todo este
trabalho; tambm quero aqui exprimir o meu sincero agradecimento
pela sua dedicao, pela
ajuda e pela oportunidade proporcionada de participarmos no 21st
IFATCC INTERNATIONAL
CONGRESS em Barcelona no corrente ano. A presena neste to
importante congresso
incentivou-me ainda mais para a realizao deste trabalho.
Ao Professor Doutor Jorge Santos pelo apoio, suporte e
esclarecimentos que se revelaram to
importantes em determinadas fases deste trabalho.
TEBE Empresa Txtil de Barcelos, em particular ao seu presidente
Eng. Franois Gros, ao seu
gestor Eng. Amncio Torres e aos responsveis da Tinturaria pelo
constante apoio, incentivo e
disponibilidade para apoiar em tudo o que fosse necessrio.
minha famlia, em particular aos meus pais e ao Antnio, que
sempre me apoiaram e
acarinharam, apesar da minha constante falta de tempo e da pouca
ateno que lhes dediquei
ao longo da realizao de todo este trabalho.
A todos muito obrigada.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil iii
Resumo
A aplicao de -Ciclodextrinas (CD) no tingimento txtil tem vindo
a assumir um interesse
crescente entre a comunidade cientfica. A modificao das
propriedades fsico-qumicas dos
corantes, tais como, solubilidade, estabilidade ou afinidade
para os materiais txteis conseguida
pela sua capacidade de formar complexos de incluso com as
CDs.
A produo de materiais celulsicos fluorescentes condicionada pela
indisponibilidade de
corantes no mercado para este fim. Assim sendo, o objectivo da
primeira parte deste trabalho foi
desenvolver um mtodo que permitisse o tingimento de fibras
celulsicas usando os corantes
fluorescentes disponveis para fibras sintticas. Para isso, duas
-Cicloclodextrinas comerciais,
um derivado metilado e um hidroxipropilado, foram testadas num
processo de tingimento,
usando a Rodamina B como corante modelo. Analisou-se influncia
de todos os parmetros de
processo, como o pH, concentrao de corante, tipo e concentrao de
CD e agente catinico.
Verificou-se que o mtodo em duas fases, consistindo num processo
de impregnao com
corante -CD a pH alcalino e temperatura ambiente, seguido de uma
fixao o processo mais
conveniente para a obteno materiais fluorescentes com desempenho
conveniente.
A segunda parte do trabalho foi dedicada ao desenvolvimento de
um processo de aplicao
alternativo de corantes de cuba ao algodo, sem recurso a
processos de oxidao-reduo.
Escolheram-se como corantes modelo trs corantes vulgarmente
usados na indstria, baseado no
facto de apresentarem capacidade de complexao com CD em estudos
de modelizao
molecular previamente feitos.
Todos os factores que podiam influenciar o processo de aplicao
do corante foram analisados.
Obtiveram-se materiais de algodo tingidos com um aspecto
envelhecido interessante usando
uma combinao de corante, CD, fosfato trissdico, carbonato de
sdio e agente catinico, para
melhorar as propriedades de solidez gua e lavagem. Os melhores
resultados foram obtidos a
95C e pH 11 e as amostras tingidas apresentaram um bom
compromisso em termos de
propriedades de solidez lavagem e comportamento mecnico.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil iv
Abstract
The application of -cyclodextrins (CD) in the textile dyeing
processes has been coming to
assume a growing interest among the scientific community. The
modification of physical and
chemical properties of dyes, such as, solubility, stability or
even affinity for the textile materials is
guaranteed by their ability to form inclusion complexes with
CDs.
The production of fluorescent cellulosic materials is
conditioned by the unavailability of dyes in
market for these propose. Therefore, the aim of the first part
of the present work was to find out
suitable method of dyeing cellulosic fibers using available
fluorescent dyes for the dyeing of
synthetic fibers. To that, two different commercial
-cyclodrextrins, methylated and
hydroxypropilated derivatives were tested in a dyeing process
using Rhodamine B as model dye.
The influences of process parameters, like pH, dye
concentration, type of CD and concentration
as well as cationic agent were analysed. It was found that the
two-step method, consisting of one
impregnation process with dye dye-CD complexes, at alkaline pH
and room temperature followed
of a fixation step is the most convenient process to obtain
fluorescent dyed fabrics with suitable
performance.
The second part of work was dedicated to develop an alternative
process to apply vat dyes in
cotton materials without the oxidation-reduction process. Three
dyes widely uses in industrial
applications were chosen as model compounds based in their
ability to complex with CD previous
defined by molecular modelling studies.
All factors that could influence the application of the dye were
analysed. An interesting aged
dyed cotton material were obtained using a combination of vat
dye, CD, trisodium phosphate,
sodium carbonate and a cationic agent, to improve water and
washing fastness properties. The
best results were obtained at 95C and pH 11 and the obtained
samples presented good balance
between washing fastness and mechanical properties.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil v
ndice Geral
Agradecimentos
________________________________________________________ ii
Resumo
______________________________________________________________
iii
Abstract
______________________________________________________________
iv
ndice Geral
___________________________________________________________ v
ndice de Figuras
______________________________________________________ viii
ndice de Tabelas
_______________________________________________________xi
Lista de Smbolos e Abreviaturas
_________________________________________ xiv
DESENVOLVIMENTO TERICO
____________________________________________ 1
Captulo 1 Fibras Celulsicas, Corantes e Tingimento
_______________________ 2
1.1. Fibras Txteis
_______________________________________________________ 3
1.1.1. Introduo
_______________________________________________________________
3
1.1.2. Fibras Celulsicas
__________________________________________________________ 4
1.1.2.1. Algodo
____________________________________________________________ 4
1.2. Corantes
___________________________________________________________ 9
1.2.1. Introduo
_______________________________________________________________
9
1.2.2. Estrutura Molecular dos Corantes
______________________________________________ 11
1.2.3. Corantes e Tingimento de Fibras Celulsicas
______________________________________ 14
1.2.3.1. Corantes de Cuba
____________________________________________________ 15
1.2.3.2. Corantes cidos
_____________________________________________________ 22
1.2.4. Fluorescncia e Corantes Fluorescentes
_________________________________________ 24
1.3. Mtodos e Processos de Tingimento
___________________________________ 26
1.3.1. Introduo
______________________________________________________________
26
1.3.2. Factores Fsico-Qumicos que Influenciam o Processo de
Tingimento _____________________ 27
1.3.3. Fixao do Corante na Fibra Txtil durante o Processo de
Tingimento ____________________ 29
1.3.4. Alguns Produtos Auxiliares usados no Processo de
Tingimento de Materiais Txteis __________ 29
1.3.5. Processos de Tingimento
____________________________________________________ 30
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil vi
1.3.5.1. Processo de Tingimento por Esgotamento ou Processo
Descontnuo ________________ 31
1.3.5.2. Processo de Tingimento por Impregnao ou Processo
Contnuo ___________________ 32
1.4. Avaliao de Cor e Tingimento
________________________________________ 37
1.4.1. Introduo
______________________________________________________________
37
1.4.2. Medio da Reflectncia em Materiais Txteis
_____________________________________ 37
1.4.3. Avaliao do Rendimento Colorstico dos Corantes
__________________________________ 38
1.4.4. O Sistema CMC
__________________________________________________________ 40
1.4.5. Avaliao dos Materiais Tingidos
______________________________________________ 43
1.4.5.1. Importncia da Qualidade nos Materiais Tingidos
______________________________ 43
1.4.5.2. Princpios de Solidez dos Corantes
________________________________________ 44
1.4.5.3. Resistncia dos Materiais Tingidos a Agentes
Prejudiciais ________________________ 45
1.4.5.4. Testes de Solidez Lavagem (ISO C01-C06)
_________________________________ 46
1.4.5.5. Outras Propriedades de Solidez
__________________________________________ 47
Captulo 2 Ciclodextrinas e sua Aplicao nos Processos Txteis
_____________ 48
2.1. Ciclodextrinas
_____________________________________________________ 49
2.1.1 Introduo
______________________________________________________________
49
2.1.2. Ciclodextrinas Modificadas
___________________________________________________ 52
2.1.2.1. Ciclodextrinas Metiladas
_______________________________________________ 53
2.1.3. Toxicidade das CDs
________________________________________________________ 53
2.2. Aplicao de Ciclodextrinas nos Processos Txteis
_______________________ 55
2.2.1. Introduo
______________________________________________________________
55
2.2.2. Complexao com Ciclodextrinas
______________________________________________ 58
2.2.2.1. Encapsulao de Corantes com Ciclodextrinas
________________________________ 60
PARTE EXPERIMENTAL
_________________________________________________ 62
Captulo 3 - Estudo da Aplicao da Rodamina B com -Ciclodextrinas
ao Algodo 63
3.1. Introduo
________________________________________________________ 64
3.2. Materiais e Mtodos
________________________________________________ 65
3.2.1. Materiais
_______________________________________________________________
65
3.2.1.1. Substrato txtil
______________________________________________________ 65
3.2.1.2. Reagentes
_________________________________________________________ 65
3.2.1.3. Ciclodextrinas
_______________________________________________________ 65
3.2.1.4. Corante
___________________________________________________________ 67
-
Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil vii
3.2.2. Procedimento Experimental
__________________________________________________ 69
3.2.2.1. Tingimento do Algodo com o Corante Rodamina B
____________________________ 69
3.2.2.2. Processo de Fixao do Corante Rodamina B ao Algodo
________________________ 69
3.2.3. Controlo de Qualidade dos Materiais Tingidos
_____________________________________ 70
3.3. Apresentao e Discusso de Resultados
_______________________________ 71
3.3.1. Aplicao da Rodamina B na Ausncia de -CD
____________________________________ 72
3.3.2. Aplicao da Rodamina B com 2-Hidroxipropil--CD e Metil--CD
_______________________ 72
3.4. Concluses
________________________________________________________ 86
Captulo 4 - Estudo da Aplicao de Corantes de Cuba com
-Ciclodextrinas a
Materiais Celulsicos
__________________________________________________ 87
4.1. Introduo
________________________________________________________ 88
4.2. Materiais e Mtodos
________________________________________________ 89
4.2.1. Materiais
_______________________________________________________________
89
4.2.1.1. Substrato txtil
______________________________________________________ 89
4.2.1.2. Reagentes
_________________________________________________________ 89
4.2.1.3. Ciclodextrinas
_______________________________________________________ 89
4.2.1.4.
Corantes___________________________________________________________
90
4.2.2. Procedimento Experimental
__________________________________________________ 91
4.2.2.1. Tingimento Tradicional do Algodo com Corantes de Cuba
_____________________ 91
4.2.2.2. Tingimento com Corantes de Cuba e -Ciclodextrinas
___________________________ 92
4.2.3. Controlo de Qualidade dos Materiais Tingidos
_____________________________________ 93
4.3. Apresentao e discusso de resultados
________________________________ 93
4.3.1. Corantes de Cuba e Ciclodextrinas
_____________________________________________ 94
4.3.2. Aplicao dos Corantes de Cuba usando o Processo de
Oxidao-Reduo ________________ 95
4.3.3. Aplicao dos Corantes de Cuba usando -CD
____________________________________ 98
4.4. Concluses
_______________________________________________________ 118
Capitulo 5 - Perspectivas Futuras
_______________________________________ 119
5.1. Perspectivas Futuras
_______________________________________________ 120
Capitulo 6 - Bibliografia
______________________________________________ 121
6.1. Bibliografia
_______________________________________________________ 122
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil viii
ndice de Figuras
Figura1- Estrutura da celulose destacando a unidade bsica
repetitiva (celobiose) e
extremidades
Figura 2- Reaco de diazotao
Figura 3- Estrutura molecular (a) Naftaleno, (b)
Antraquinona
Figura 4- Exemplo do processo de reduo do corante de cuba com
ditionito de sdio.
Figura 5- Reaces qumicas envolvidas na formao de um ster
leucoderivado
Figura 6- Exemplo de uma reaco de oxidao-reduo
Figura 7- Exemplo de uma reaco redox considerando os seus pares
redox conjugados
Figura 8- Esquema das reaces qumicas durante o tingimento de
corantes cidos
Figura 9- Ilustrao da aceptibilidade eplisoide da equao da
diferena de cor CMC (nos trs
semi-eixos)
Figura 10- Estrutura molecular das ciclodextrinas
Figura 11- Estrutura molecular das ciclodextrinas alfa, beta e
gama
Figura 12- Estrutura externa da CDs so hidroflicas e
internamente so hidrofbicas
Figura 13- Pontos de modificao mais frequentes, nos hidroxilos
das CDs
Figura 14- Modificao superficial com ciclodextrinas
Figura 15- Estrutura qumica da Cavasol W7 M
Figura 16- Estrutura qumica da Cavasol W7 HP
Figura 17- Estrutura qumica da Rodamina B
Figura 18- Espectro de excitao (a) e espectro de emisso da
Rodamina B (b)
Figura 19- Modelagem molecular do complexo Rodamina-CD
Figura 20- Amostra resultante da impregnao da Rodamina B
(1%)
Figura 21- Valores de reflectncia (%) das diferentes amostras
tingidas com Rodamina B e HP-
-CD nas seguintes condies: A12- 10% CD, 1%RdB e com tratamento
posterior; A1-
10% CD HP e 1%RdB; A2- 20% CD HP, 1%RdB; A3- 10% CD e 2%RdB.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil ix
Figura 22- Valores de reflectncia (%) das diferentes amostras
tingidas com Rodamina B e M- -
CD nas seguintes condies: B12- 10% CD M e 1%RdB e com tratamento
posterior,
B1- 10% CD M e 1%RdB; B2- 20% CD M e 1%RdB; B3- 10% CD M e
2%RdB.
Figura 23- Estrutura qumica do corante Vermelho Cibanon 2B
Figura 24- Estrutura qumica do corante Azul Cibanon RSJ
Figura 25- Amostras de algodo tingidas com corante Cuba (1%) e
2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%)
Figura 26- Amostras de algodo tingidas com corante Cuba (1%) e
Optifix (60gL-1)
Figura 27- Amostras de algodo tingidas com corante Cuba (1%),
2-Hidroxipropil--Ciclodextrina
(10%) e Optifix (60gL-1)
Figura 28- Amostras de algodo tingidas a 40C com corante Cuba
(1%), 2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%) e Carbonato de Sdio (15gL-1)
Figura 29- Valores de K/S para as amostras de algodo tingidas a
40C com corante Cuba (1%),
2-Hidroxipropil--Ciclodextrina (10%) para cada um dos corantes,
que correspondem
a Am1, Vm1 e Az1; os valores de K/S para as amostras de algodo
tingidas a 40C
com corante Cuba (1%), 2-Hidroxipropil--Ciclodextrina (10%) e
Carbonato de Sdio
(15gL-1) para cada um dos corantes correspondem aos ensaios Am7,
Vm7 e Az7
Figura 30- Amostras de algodo tingidas com corante Cuba (1%),
2-Hidroxipropil--Ciclodextrina
(10%) e Optifix (60gL-1)
Figura 31- Amostras de algodo tingidas a 70C com corante Cuba
(1%), 2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%) e Optifix (60gL-1) adicionado 10 minutos
antes do fim do
tingimento
Figura 32- Amostras de algodo tingidas a 70C com corante Cuba
(1%), 2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%) e Carbonato de Sdio (15gL-1)
Figura 33- Valores de K/S para as amostras de algodo tingidas a
40C (Am7, Vm7 e Az7) e a
70C (Am8, Vm8 e Az8) para cada um dos corantes, com corante Cuba
(1%), 2-
Hidroxipropil--Ciclodextrina (10%) e Carbonato de Sdio
(15gL-1)
Figura 34- Amostras de algodo tingidas a 70C e 95C com corante
Cuba (1%), 2-Hidroxipropil-
-Ciclodextrina (10%), e Carbonato de Sdio (60gL-1)
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil x
Figura 35- Valores de K/S para as amostras de algodo tingidas a
70C e 95C com corante
Cuba (1%), 2-Hidroxipropil--Ciclodextrina (10%), e Carbonato de
Sdio (60gL-1)
Figura 36- Amostras de algodo tingidas a 95C com corante Cuba
(1%), 2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%), Carbonato de Sdio (15gL-1), Soda Custica
38B (6gL-1), Sulfato
de Sdio (20gL-1) e Optifix (60gL-1) adicionado 10 minutos antes
do fim do tingimento
Figura 37- Amostras de algodo tingidas a 95C com corante Cuba
(1%), 2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%), Carbonato de Sdio (15gL-1), Fosfato
Trissdico (20gL-1) e Optifix
(60gL-1) adicionado 10 minutos antes do fim do tingimento
Figura 38- Valores do rendimento colorstico (K/S) para as
amostras de algodo tingidas a 95C
com corante Cuba (1%), 2-Hidroxipropil--Ciclodextrina (10%),
Carbonato de Sdio
(15gL-1), Fosfato Trissdico (20gL-1) e Optifix (60gL-1)
adicionado 10 minutos antes do
fim do tingimento (Am19/Vm19/Az19) e amostras de algodo tingidas
a 95C com
corante Cuba (1%), Carbonato de Sdio (15gL-1), Fosfato Trissdico
(20gL-1) e Optifix
(60gL-1) adicionado 10 minutos antes do fim do tingimento
(Am17/Vm17/Az17)
Figura 39- Amostras de algodo tingidas com corante Cuba vermelho
ou azul (1%), 2-
Hidroxipropil--Ciclodextrina (10%), Carbonato de Sdio (15gL-1),
Fosfato Trissdico
(20gL-1) e Optifix (60gL-1) adicionado 10 minutos antes do fim
do tingimento pelos
processo 1 e 2 acima descritos
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil xi
ndice de Tabelas
Tabela 1- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina ou Metil--Ciclodextrina em diferentes concentraes,
usando um
banho a pH 9 e temperatura ambiente, a uma temperatura de fixao
de 170C
Tabela 2- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B em
diferentes concentraes e 2-
Hidroxipropil--Ciclodextrina (10%), usando um banho a pH 9 e
temperatura
ambiente, e uma temperatura de fixao de 170C
Tabela 3- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B em
diferentes concentraes e
Metil--Ciclodextrina (10%), usando um banho a pH 9 e temperatura
ambiente, e
uma temperatura de fixao de 170C
Tabela 4- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%) ou Metil--Ciclodextrina, usando um banho a
pH 9 e a diferentes
temperaturas
Tabela 5- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%), usando um banho a diferentes valores de
pH
Tabela 6- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
Metil--Ciclodextrina (10%),
usando um banho diferentes valores de pH
Tabela 7- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%) ou Metil--Ciclodextrina, usando um banho a
pH 9 e na presena
ou ausncia de sal
Tabela 8- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%), usando um banho a pH 9 e com fixao ps
tingimento a
diferentes temperaturas com calor seco
Tabela 9- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
Metil--Ciclodextrina (10%),
usando um banho a pH 9 e com fixao ps tingimento a diferentes
temperaturas
com calor seco
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil xii
Tabela 10- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
2-Hidroxipropil--
Ciclodextrina (10%), usando um banho a pH 9 e a adio do agente
fixador, a
temperatura de fixao ps tingimento a 170C ou ps tratamento com
resinas a
180C
Tabela 11- Amostras resultantes da aplicao da Rodamina B (1%) e
Metil--Ciclodextrina
(10%), usando um banho a pH 9 e adio do agente fixador, a
temperatura de
fixao ps tingimento a 170C ou ps tratamento com resinas a
180C
Tabela 12- Resultados dos testes de solidez gua e lavagem das
amostras tingidas com
Rodamina B (1%), 2-Hidroxipropil--Ciclodextrina ou
Metil--Ciclodextrina (10%),
usando um banho a pH 9 e temperatura ambiente, e uma temperatura
de fixao
de 170C (ensaio sem fixador)
Tabela 13- Resultados dos testes de solidez gua e lavagem das
amostras tingidas com
Rodamina B (1%), 2-Hidroxipropil--Ciclodextrina ou
Metil--Ciclodextrina (10%),
com o fixador (30gL-1), usando um banho a pH 9 e a temperatura
ambiente, e uma
temperatura de fixao de 170C
Tabela 14- Resultados dos testes de solidez gua e lavagem das
amostras tingidas com
Rodamina B (1%), 2-Hidroxipropil--Ciclodextrina ou
Metil--Ciclodextrina (10%),
fixador (30gL-1), usando um banho a pH 9 e a temperatura
ambiente, e uma
temperatura de fixao de 180C com o ps tratamento com resinas
Tabela 15 - Propriedades mecnicas dos ensaios
Tabela 16- Amostras resultantes do tingimento por esgotamento
pelo processo tradicional
para cada um dos corantes (1%)
Tabela 17- Resultados obtidos, para o corante Amarelo Cibanon G
pelo processo tradicional,
a nvel de manchamento e alterao de cor nos testes de solidez gua
e
lavagem
Tabela 18- Resultados obtidos, para o corante Vermelho Cibanon
2B pelo processo
tradicional, nvel de manchamento e alterao de cor nos testes de
solidez
gua e lavagem
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil xiii
Tabela 19- Resultados obtidos, para o corante Azul Cibanon RSJ
pelo processo tradicional",
nvel de manchamento e alterao de cor nos testes de solidez gua e
lavagem
Tabela 20- Resultados dos testes de solidez obtidos para as
amostras tingidas com corante
Amarelo Cibanon G, a nvel de manchamento e alterao de cor nos
testes de
solidez gua e lavagem
Tabela 21- Resultados dos testes de solidez obtidos para as
amostras tingidas com corante
Vermelho Cibanon 2B, a nvel de manchamento e alterao de cor nos
testes de
solidez gua e lavagem
Tabela 22- Resultados dos testes de solidez obtidos para as
amostras tingidas com corante
Azul Cibanon RSJ, a nvel de manchamento e alterao de cor nos
testes de
solidez gua e lavagem
Tabela 23- Resultados dos testes de solidez obtidos para as
amostras tingidas com corante
Amarelo Cibanon G, processo 2
Tabela 24- Resultados dos testes de solidez obtidos para as
amostras tingidas com corante
Vermelho Cibanon 2B, processo 2
Tabela 25- Resultados dos testes de solidez obtidos para as
amostras tingidas com corante
Azul Cibanon RSJ, processo 2
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil xiv
Lista de Smbolos e Abreviaturas
i. Smbolos Latinos
A- rea
ab- Coordenadas CIELab
c- Velocidade de Luz Absorvida
C*- Croma
C*- Variao de croma
Cf- Concentrao de corante na fibra
Cmax- Concentrao de corante mximo da fibra
Cs- Concentrao de corante em soluo
D- Coeficiente de Difuso (Fick)
dc/dx- Gradiente de Concentrao (Fick)
ds/dt- Gradiente de Concentrao (Fick)
e- - electro
E- Variao de Energia
ECMC- Variao de cor para a equao CMC
Ft- Fora Motriz
h- Constante de Planck
H*- Tonalidade
H*- Variao de tonalidade
k- Constante de equilbrio
L*- Luminosidade
Log- Logaritmo
L*- Variao de luminosidade
n- Nmero de electres
Ox- Forma oxidada
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R- Resistncia penetrao das molculas de corante
Red- Forma reduzida
SL, SC, SH- Variaes de Luminosidade, croma e tonalidade
Vt- Velocidade de Tingimento
101010 zyx ++ - Coordenadas do sistema CIE
ii. Smbolos Gregos
- Alfa
- Beta
- Gama
- Variao finita
- Comprimento de Onda
- Frequncia
- Somatrio total
iii. Abreviaturas e Siglas
Am- Amarelo
Az- Azul
BSI- British Standards Institution
BOD- Carncia Bioqumica de Oxignio de Efluentes
Cel- Celulose
CD- Ciclodextrina
CDs- Ciclodextrinas
CD M- Ciclodextrina Metilada
CD HP- Ciclodextrina Hidroxipropilada
CIE Comission Internationale de L`Eclairage
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil xvi
CIELab- Comission Internationale de L`Eclairage usando as
coordenadas Lab
CMC- Colour Matching Comittee
COD- Carncia Qumica de Oxignio de Efluentes
DIMEB- Dimetil-beta-ciclodextrina
EN- Norma Europeia
HPCD- Hidroxipropil beta Ciclodextrina
ISO- Internatinal Standard Organization
Min- Minutos
Owf- On weight fiber
RdB- Rodamina B
SDC- Society of Dyers and Colourists
TRIMEB- Trimetil-beta-ciclodextrina
K/S- Rendimento Colorstico
UV- Ultravioleta
Vm- Vermelho
TOC- Carbono Orgnico Total de Efluentes
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DESENVOLVIMENTO TERICO
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Captulo 1 Fibras Celulsicas, Corantes e Tingimento
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1.1. Fibras Txteis
1.1.1. Introduo
As fibras txteis podem ser divididas em dois grandes grupos
denominadas fibras naturais e
sintticas. As fibras naturais mais utilizadas so celulsicas (com
cadeias polimricas lineares de
glucose) e protecas (polmero complexo composto por diferentes
aminocidos). Nas primeiras se
incluem o algodo e linho, fazendo a l e a seda parte do segundo
grupo.
As fibras sintticas so comercializadas como viscose (xantato de
celulose obtida da madeira),
acetato de celulose (triacetato obtido da madeira), poliamida
(condensao do cido adpico e
hexametileno diamina), polister (polmero do cido terefltico e
etilenoglicol) e acrlica
(polimerizao da acrilonitrilo). Todas estas fibras podem ser
coloridas numa larga gama de
cores, apresentando propriedades de solidez diversas, sendo
usadas numa imensido de
diferentes produtos txteis. Cada uma destas fibras requer
corantes com caractersticas bem
definidas, aplicados de acordo com mtodos de tingimento
adequados.
Muitas vezes os materiais apresentam-se em misturas de fibras,
mas o tingimento da maioria das
fibras secundrias frequentemente similar ao das fibras
principais.
As fibras naturais apresentam uma srie de desvantagens
inerentes. Estas fibras apresentam
variaes significativas em termos de durabilidade, delicadeza,
forma, entre outras propriedades
fsicas, dependendo das condies de origem em termos de localizao
e condies de
crescimento. As fibras animais e vegetais tambm contm
considerveis quantidades de
impurezas, que devem ser removidas antes do tingimento txtil. As
fibras fabricadas
artificialmente so bastante mais uniformes em termos de
propriedades fsicas. Estas fibras
possuem apenas como contaminantes pequenas quantidades de
oligomeros, polmeros de baixo
peso molecular e ligeiramente solveis assim como alguns
lubrificantes que foram produtos
qumicos adicionados para facilitar o processo de produo das
fibras. Estes aditivos so
relativamente fceis de remover comparativamente com a
dificuldade de purificar as fibras
naturais.
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Mas as fbras naturais apresentam um sem nmero de vantagens que
as tornam comercialmente
muito atractivas. Para alem de propriedades de conforto e
caractersticas estticas atraentes, tm
capacidade de absoro de gua que vai condicionar o seu
comportamento, nomeadamente no
que se refere possibilidade de serem tingidas ou acabadas. As
fibras celulsicas ou proteicas
so hidroflicas e absorvem elevadas quantidades de gua, o que
provoca um inchao radial. Pelo
contrrio, as fibras sintticas so hidrofbicas, e quase no
absorvem gua.
O carcter hidroflico ou hidrofbico das fibras vai influenciar o
tipo de corante a usar no seu
tingimento (GUARATINI ET AL., 2000; BROADBENT, 2001).
1.1.2. Fibras Celulsicas
1.1.2.1. Algodo
O algodo sem dvida uma das fibras txteis mais importantes. A
fibra de algodo resulta de
sementes de plantas do gnero Gossypium, cultivadas em climas
sub-tropicais. A morfologia da
fibra do algodo extremamente complexa.
A fibra de algodo apresenta uma cutcula ou parede celular
exterior que relativamente
hidrofbica, contendo alguma celulose e acompanhada de gorduras e
ceras. Estas sero
quebradas e removidas durante o processo de preparao (lavagem e
branqueamento) para
tornar as fibras mais absorventes. A cutcula uma camada das
clulas primrias composta de
fibrilas entrecruzadas de celulose contendo algumas
pectinas.
A camada interior, secundria, constituda por sucessivas camadas
de fibrilas. Estas so
estruturas longas e esta espiral envolve a fibra de uma forma
helicoidal. De tempos em tempos,
as espirais mudam de direco e so responsveis pelas
caractersticas convulses da fibra de
algodo que se desenvolvem na primeira secagem. Por sua vez, as
fibrilas so compostas por
pequenas microfibrilas, as mais pequenas so a combinao de
molculas de celulose.
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O lmen, a cavidade que pode permanecer depois do protoplasma no
interior da clula ser
evaporado, tem protenas e a matria corada e minerais so
depositados nas suas paredes
(BROADBENT, 2001).
Quimicamente o algodo constitudo por celulose pura, e contm uma
pequena quantidade de
impurezas, entre as quais, gorduras e ceras naturais, pectina,
matria corada e compostos de
azoto (substncia que enche o lmen).
Os cidos inorgnicos diludos a frio no atacam o algodo, porm, se
aps a impregnao com
estes cidos secarmos o substrato, este ser fortemente
danificado. O cido sulfrico
concentrado e em aco prolongada transforma o algodo em compostos
solveis como a
dextrina.
O algodo pode ser fervido em solues alcalinas sem ser
prejudicado, sendo, porm
recomendvel a ausncia de ar, pois na presena do mesmo pode haver
enfraquecimento da
fibra pela formao de oxicelulose (TWARDOKUS, 2004).
As fibras celulsicas absorvem largas quantidades de gua (20-30%
para uma humidade relativa
de 100% a 25C). A celulose um polialcool, mas as ligaes fortes
de hidrognio entre os
grupos hidroxilo de molculas de polmero vizinhas no so
facilmente quebradas, mesmo na
presena de gua. Na realidade, a gua no penetra no interior
compacto das regies cristalinas
da celulose. Contudo, o algodo relativamente hidroflico, sendo
uma fibra absorvente. A sua
estrutura porosa permite uma penetrao rpida de molculas de gua
entre as fibrilas e no
interior da regio amorfa do polmero, onde podem ser facilmente
formadas ligaes de
hidrognio com grupos hidroxilo de celulose livres.
O elevado peso molecular e a cristalinidade da celulose so assim
responsveis pelas suas boas
propriedades mecnicas e a sua estrutura fibrilar e as regies
amorfas pelo seu carcter
hidroflico. Desta forma, as propriedades fsico-qumicas e
mecnicas da celulose esto
relacionadas com a sua constituio qumica. Este polissacardeo
formado por unidades de -
D-glicopiranose unidas por ligaes glicosdicas; a unidade
estrutural a celobiose ou anidro
glicose sindiottica (Figura 1); os seus grupos terminais so
diferentes quanto reactividade.
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Figura 1- Estrutura da celulose
As cadeias de celulose formam ligaes de hidrognio
intramoleculares (entre grupos hidroxilo da
mesma cadeia) e intermoleculares (entre grupos hidroxilo de
cadeias adjacentes). O primeiro tipo
de interaco responsvel pela rigidez da cadeia e o segundo pela
formao da fibra vegetal, ou
seja, as cadeias de celulose agregam-se formando as
microfibrilas, que por sua vez se agregam
formando as fibrilas que se ordenam para formar as sucessivas
paredes celulares da fibra.
As fibras de celulose so constitudas de regies ordenadas
tridimensionalmente (cristalitos) que
se alternam com as regies amorfas (completamente desordenadas).
A relao entre regies
ordenadas e desordenadas varia consideravelmente conforme a
origem da celulose. Os cristalitos
da celulose possuem vrias formas polimrficas. Estas dependem das
condies em que as
regies cristalinas foram formadas. As regies amorfas da celulose
so determinantes no seu
comportamento em processos a molhado, uma vez que elas permitem
que os compostos
acedam fibra. Um exemplo disso o tingimento das fibras em que a
penetrao dos corantes
acontece atravs destas zonas no cristalinas.
A reactividade da celulose governada por grupos funcionais
presentes na estrutura qumica e
interaces fsicas entre as cadeias do polimero. A presena de
regies amorfas e cristalina na
fibra da celulose determina a acessibilidade dos agentes qumicos
aos grupos reactivos
(BROADBENT, 2001; INGAMELLS, 1993).
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Um nvel relativamente elevado de absoro de gua e boas
propriedades de frescura contribuem
para que o algodo seja uma das fibras mais confortveis. Devido
aos grupos hidroxilos da
celulose, o algodo tem uma grande capacidade de atraco pela gua.
Assim que, a gua
penetra na fibra, o algodo incha e a sua seco cruzada torna-se
mais arredondada. A elevada
capacidade de inchar quando est hmido permite ao algodo absorver
at cerca de um quarto
do seu peso em gua. Isto significa que em presena de
temperaturas elevadas a transpirao do
corpo humano absorvida pelos tecidos de algodo, sendo
transportado ao longo dos fios para a
superfcie exterior da roupa e evaporados para o ar. Assim, o
corpo ajudado pelo tecido a
manter a sua temperatura.
Talvez a maior desvantagem das peas de algodo seja a sua
tendncia para amarrotar e a
dificuldade para remover os vincos formados. A rigidez das
fibras de algodo reduz a capacidade
dos fios para resistir ao amarrotamento. Quando as fibras so
dobradas formando uma nova
configurao, as ligaes de hidrognio que mantm as cadeias de
celulose juntas rompem-se e
as molculas dispem-se de modo a reduzir o stress dentro da
fibra. As ligaes de hidrognio
reorganizam-se em novas posies, sendo que, quando a fora de
presso retirada as fibras
mantm-se nas novas posies. a ruptura e a nova organizao das
ligaes de hidrognio que
permitem a permanncia dos vincos, sendo assim o algodo tem de
ser passado a ferro.
O algodo uma fibra moderadamente forte, com uma boa resistncia
abrasiva e uma boa
estabilidade dimensional. resistente aos cidos, lcalis e
solventes orgnicos habitualmente
usados. Mas, sendo um material de origem natural, est sujeito
aos ataques dos insectos e dos
fungos, evidenciado pela tendncia do algodo para ganhar mofo se
permanecer hmido.
O algodo resiste bem luz solar e ao calor, embora uma exposio
permanente a uma luz solar
intensa cause o amarelecimento e a eventual degradao da fibra. O
amarelecimento pode
tambm ocorrer quando as peas de algodo so secas em secadores a
gs. A alterao da cor
o resultado das reaces qumicas entre a celulose e o oxignio ou o
xido de azoto contido no
ar quente do secador. O algodo manter a sua brancura mais tempo
quando seco em
secadores elctricos.
Uma caracterstica interessante do fio de algodo que ele mais
resistente molhado do que
quando est seco. Esta propriedade uma consequncia das
caractersticas micro e macro
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estruturais da fibra. Quando a gua absorvida, a fibra incha e a
sua seco cruzada torna-se
mais arredondada. Normalmente esta absoro pelas fibras vai
causar um stress interno
conduzindo ao seu enfraquecimento. Contudo, no caso do algodo, a
absoro da gua causa
uma diminuio do stress interno da fibra. Assim, com menos stress
interno para compensar a
fibra torna-se mais forte. Ao mesmo tempo, as fibras inchadas no
interior dos fios aumentam
fortemente a presso entre elas. A frico interna torna o fio mais
forte. Adicionalmente, a gua
absorvida actua como um lubrificante interno que contribui para
um maior nvel de flexibilidade
das fibras. Isto contribui para o facto de as roupas de algodo
so mais fceis de passar a ferro
quando hmidas. As fibras de algodo so mais susceptveis de
encolher aps a lavagem.
Mais do que qualquer outra fibra, o algodo satisfaz os
requisitos da indstria do vesturio, da
decorao para o lar e de outras utilizaes. Fornece tecidos leves,
fortes, flexveis, fceis de
secar e de lavar. No vesturio, o algodo possibilita roupas que
so confortveis, fceis de secar,
com cores duradouras e que so fceis de cuidar. Os aspectos mais
desfavorveis so a
propenso dos fios de algodo para encolher e a roupa de algodo
para amarrotar. O
encolhimento pode ser controlado pela aplicao de acabamentos
anti-encolhimento. Alm disso,
propriedades de presso durveis podem ser aplicadas por
tratamentos qumicos ou misturando
com o algodo fibras mais resistentes ao vinco como o
polister.
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1.2. Corantes
1.2.1. Introduo
As cores sempre exerceram fascnio na humanidade. Por toda a
histria, corantes e pigmentos
foram objecto de actividades comerciais. Hoje, so mais de 8 mil
compostos diferentes,
substncias que podem ser orgnicas ou inorgnicas. So elas que do
cor s nossas roupas,
papeis, casas, carros ou na cosmtica.
H mais de 20 mil anos que o homem utiliza materiais com cores. J
se tingiam materiais 3000
A.C. Os corantes naturais que usavam eram extrados a partir das
plantas ou animais com gua,
por vezes em condies de fermentao. Os tecidos eram tingidos
sendo envolvidos no extracto
aquoso e secos de seguida. Estes corantes possuam um limite de
cores condicionado pela flora
local.
Com o tempo, muitos corantes naturais foram sendo descobertos.
As capas dos centuries
romanos eram tingidas de vermelho a partir de um corante obtido
de um molusco chamado
Murex, um caramujo marinho. Outro corante muito utilizado era o
ndigo, conhecido desde os
egpcios extrado da planta Isatis tinctoria.
O primeiro corante orgnico sinttico foi o Mauve, obtido em 1856,
por William H. Perkin, atravs
da oxidao da fenilamina (anilina) com dicromato de potssio
(K2Cr2O7).
No fim do sculo XIX, surgiram fbricas de corantes sintticos na
Alemanha, Inglaterra, Frana e
Sua, fornecendo os corantes para as indstrias de tecidos, couro
e papel. J mais
recentemente, nos anos de 1994 e 1995, por questes comerciais e
ambientais, as grandes
empresas produtoras de corantes migraram para os pases asiticos,
como China, ndia e
Indonsia, implantando unidades prprias ou em parcerias com
fabricantes locais (ABIQUIM,
2005).
Os corantes tm que apresentar algumas particularidades
estruturais nas suas molculas. As
cores dos corantes e pigmentos so devidas absoro de radiao
electromagntica pelos
compostos na faixa da luz visvel (400-720nm). As cores esto
relacionadas com a absoro da
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radiao em comprimentos de onda particulares, por exemplo a faixa
entre 480-530 corresponde
ao vermelho enquanto que para o azul entre 600-700. Esta
caracterstica dos compostos
orgnicos poderem absorver radiao electromagntica aproveitada
pelas tcnicas de anlise
de infravermelho ou espectroscopia de ultravioleta. Contudo,
somente os compostos com vrias
ligaes duplas conjugadas na sua estrutura qumica que so capazes
de absorver radiao na
faixa de luz visvel. A forma e frequncia onde ocorre a absoro
que define a cor do composto
e a cor observada a complementar cor absorvida. Por exemplo, os
corantes pretos, absorvem
radiao em toda a faixa visvel, enquanto que os brancos reflectem
toda a luz visvel, e quanto
mais estreita for a faixa de absoro, mais intensa e brilhante
ser a cor apresentada. Sem
duvida que estas caractersticas contriburam para a popularidade
dos corantes sintticos, que
absorvem em comprimentos de onda bem definidos.
A maioria dos corantes utilizados actualmente so compostos
orgnicos sintticos que se fixam,
no caso, fibra txtil e devido ao seu grupo cromforo conferem
colorao fibra. Eles so
adsorvidos pela fibra e permanecem retidos por reteno mecnica,
ligaes inicas ou
covalentes. Segundo a estrutura qumica que os corantes
apresentam, podem ser classificados
como azo, antraquinona, etc.
De acordo com o tipo de aplicao os corantes so classificados
como, reactivos, directos,
dispersos, cuba, cidos, entre outros.
H inmeros factores envolvidos na seleco de corantes para corar
as fibras, nomeadamente o
tipo de fibra presente, o destino do material txtil e o grau de
exigncia pretendido, as
propriedades de solidez exigidas no artigo final, o mtodo de
tingimento a ser usado estando
interligado o custo e maquinaria disponvel, e invariavelmente a
cor pretendida pelo cliente
(BROADBENT, 2001; INGAMELLS, 1993).
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Devido a exigncias do mercado, milhes de compostos qumicos com
cor tm sido sintetizados
nos ltimos 100 anos, dos quais cerca de 10.000 so produzidos em
escala industrial. Estima-se
que 2.000 corantes diferentes esto disponveis para a indstria
txtil actualmente. Este grande
nmero de corantes justificado pela diversidade de fibras
existentes, uma vez que cada tipo de
fibra a ser tingida requer corantes com caractersticas prprias e
bem definidas. Alm disso, h
uma constante necessidade de novas cores e de corantes com maior
capacidade de fixao e
especificidade para com as fibras (GUARATINI, 2000).
1.2.2. Estrutura Molecular dos Corantes
A estrutura das molculas de corante so complexas quando
comparadas com a maioria dos
compostos orgnicos.
A formao da cor deriva da deslocalizao de electres atravs de
sistemas conjugados de
ligaes duplas e simples. Isto implica que, as molculas que
compem o corante sejam
insaturadas, sendo na sua maioria conjuntos de anis aromticos
ligados entre si por grupos
designados por cromforos, que fornecem a conjugao necessria.
Estruturalmente, a maioria dos corantes contm um ou mais anis
aromticos, unidos num
sistema conjugado. Isto significa que, existe uma longa sequncia
de ligaes duplas e simples
alternadas entre o carbono e outro tomo ao longo da maior parte
da estrutura. Este tipo de
arranjo frequentemente chamado de cromforo. O sistema conjugado
permite deslocalizaes
extensas de electres a partir das ligaes duplas e resulta em
pequenas diferenas de energia
entre as orbitais moleculares ocupadas e desocupadas para estes
electres. necessrio pelo
menos 5 ou 6 ligaes duplas na estrutura molecular do composto
para ser corado. O
comprimento de onda da luz absorvida capaz de excitar um electro
a partir da orbital ocupada
para a orbital molecular desocupada corresponde luz visvel. A
diferena de energia menor, o
comprimento de onda mais longo de energia absorvida, corresponde
equao de Planck:
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hchE ==
(1)
Nesta equao, E corresponde diferena de energia entre a molcula
orbital implicada, h a
constante de Planck, a frequncia e c a velocidade da luz
absorvida, e o comprimento
de onda.
Uma reaco particularmente importante na sntese de corantes a
reaco de diazotao, que
permite a sntese dos corantes azo. A Figura 2 ilustra esta reaco
de diazotao, na qual a
amina diazotada com o cido nitroso para formar o sal diaznio (no
se forma o sal diaznio se
for usada uma amina aliftica). Estes sais reagiro prontamente
com um agente apropriado para
formar a molcula de corante.
Figura 2- Reaco de diazotao
muito usual em molculas de corantes encontrar anis fundidos,
como o naftaleno (Figura 3a),
ou anis unidos atravs de outros grupos, como a antraquinona
(Figura 3b).
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Figura 3- Estrutura molecular (a) Naftaleno, (b)
Antraquinona
Existem inmeras possibilidades de construir molculas de corante
usando estruturas de formas
conjugadas em que os grupos funcionais de tomos podem ser
agregados de forma a obter
propriedades especficas e caractersticas fundamentais que
permitem a sua obteno
sistemtica (BROADBENT, 2001; INGAMELLS, 1993).
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1.2.3. Corantes e Tingimento de Fibras Celulsicas
A difuso e desenvolvimento do uso de fibras celulsicas naturais
como o algodo e linho assim
como de fibras celulsicas regeneradas, conduziu necessidade de
obter estes materiais com
muitas cores e diferentes padres para as vrias utilizaes. Tambm
os requisitos de qualidade
tiveram que ser ajustados, por exemplo, em utilizaes como
uniformes militares e navais, ou
gabardinas de alta performance essencial uma boa solidez luz,
mas outras utilizaes podem
requerer bom desempenho em termos de outras propriedades de
solidez, nomeadamente
lavagem.
A diversidade de requisitos pretendidos no estabelecimento de
requisitos de qualidade dos
materiais txteis conduziu ao desenvolvimento de corantes e
mtodos de aplicao diferentes
para as fibras celulsicas. Existem corantes solveis em gua
aplicados num s banho de
tingimento sem o uso de mordentes (corantes directos), existem
corantes solveis em gua que
formam uma ligao qumica com a fibra (corantes reactivos) e ainda
existem corantes insolveis
na gua, que so solubilizados para serem aplicados e
posteriormente so convertidos em
pigmentos insolveis aps a sua difuso no interior da fibra
(corantes de cuba, azicos e
sulfurosos).
Quando as fibras celulsicas so imersas em gua adquirem uma carga
negativa. Como a carga
da fibra a mesma que a do anio do corante, a fibra repele o
corante, dificultando ou at
impedindo a sua aproximao. A maioria dos corantes aninicos so
solveis em gua e a adio
de electrlitos feita para vencer esta repulso electrosttica
entre a fibra e o corante e explicada
pela teoria da membramna de Donnan, permitindo que este seja
adsorvido e se ligue ao material.
A fora das ligaes entre corante e fibra obviamente dependente do
tipo de corante usado,
assim como o rendimento colorstico e a solidez a hmido dos
materiais tingidos. A fora
combinada das interaces moleculares envolvidas denominada como
afinidade do corante
para o substrato. Esta uma quantidade termodinmica que pode ser
medida, ento a seleco
do corante pode ser ajudada pelo ordenamento dos membros de
qualquer classe de corante por
ordem de afinidade.
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Contudo, como a afinidade medida sob condies especificamente
definidas de temperatura,
pH e concentrao de sal, os valores obtidos permitem a comparao
entre corantes somente
sob condies especficas.
As condies alteram sempre durante o processo de tingimento, e o
termo menos especfico, a
substantividade, o mais til para o tintureiros, porque pode
indicar-lhes o nvel de esgotamento
do corante a obter (ver o corante desaparecer do banho de
tingimento para a fibra, em boas
condies). Geralmente, a afinidade de um corante para um
substrato em particular est
relacionada com a substantividade sob aplicaes prticas.
1.2.3.1. Corantes de Cuba
Os corantes de cuba so usados em tingimento e estamparia em todo
o tipo de fibras celulsicas
e em misturas de algodo e polister. Apresentam-se como pigmentos
insolveis, sendo a sua
aplicao dependente de reaces reversveis de oxidao-reduo. No
banho de tingimento, o
pigmento convertido para a sua forma solvel, sendo necessrio
para isso uma soluo
fortemente alcalina na presena de um poderoso agente redutor.
Forma-se o composto leuco
do corante, o qual solvel em gua mas com uma cor frequentemente
diferente da cor original
do pigmento. Por este motivo, possvel tingir as fibras de
celulose na forma solvel do corante;
quando o esgotamento do corante estiver completo o composto
leuco oxidado, obtendo
assim a forma corada.
A maior parte dos corantes de cuba so baseados em cromforos de
antraquinona ou de ndigo.
O ndigo um dos corantes mais antigos que ainda continua em uso,
pelo facto de um largo uso
do efeito Denim. Muitos corantes de antraquinona so complexos de
quinonas policiclicas, e
todos possuem dois grupos carbonilo (C=O) unidos por um sistema
alternado de ligaes duplas
e simples. Este arranjo molecular responsvel pela fcil
reversibilidade da reaco redox, da
qual a aplicao dos corantes de cuba depende.
Os corantes de cuba sintticos so caros porque so difceis de
preparar, e o seu uso
normalmente directo para tecidos de alta qualidade. No obstante,
os corantes de cuba so
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largamente usados para artigos de elevada solidez luz, tais
como, uniformes militares e navais,
toldos, cortinas, tapearia e gabardinas de alta qualidade.
Os corantes de cuba antraquinnicos so largamente usados no
fabrico de, por exemplo, para
camisas, toalhas de mesa, roupas de desporto, roupa para criana
e mulher. Com uma cuidada
seleco de corantes, o uso de corantes de cuba permite que
materiais sejam preparados com
uma garantia contra a alterao de cor. Contudo, a limitao destes
corantes a falta de
algumas gamas de cores como o escarlate, castanho e os
lilases.
i. Formas de Reduzir os Corantes de Cuba
A solubilizao dos corantes de cuba feita por reduo, em meio
alcalino, sendo vulgarmente
utilizado como composto redutor o hidrossulfito de sdio ou
derivados estabilizados do mesmo e
como agente alcalino a soda custica. Durante este processo de
reduo, o composto redutor
usado oxidado, frequentemente de forma irreversvel.
A quantidade de agente redutor depende da estrutura qumica do
corante, nomeadamente do
nmero de grupos redutveis, massa molecular relativa e contedo em
corante puro, da rea
especfica do corante, da temperatura e agitao do banho e do
arejamento da reaco (BOZIC
ET AT., 2008).
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Figura 4- Exemplo do processo de reduo do corante de cuba
com ditionito de sdio.
Embora seja possvel isolar a forma reduzida do corante, esta
prontamente oxidada pelo ar para
promover a cor com o leuco derivado. Contudo, possvel converter
o cido leuco no ster leuco,
um derivado que apresenta uma maior resistncia oxidao e uma
maior solubilidade na gua.
Estes steres podem ser formados por reaco de um grupo hidroxilo
na forma leuco cida,
formando um ster sulfrico (Figura 5).
Figura 5- Reaces qumicas envolvidas na formao de um ster
leucoderivado
Os sais de sdio destes steres so estveis e podem ser armazenados
at ao uso pretendido.
Como o grupo ster apenas fracamente ligado restante molcula do
corante, facilmente
removido por uma aco de nitrito de sdio em cido sulfrico diludo.
O leuco derivado
regenerado pode ser novamente oxidado pela forma de
pigmento.
O hidrossulfito pode fazer dois tipos de decomposio: Trmica e
Oxidativa.
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A decomposio trmica em funo da temperatura, de tal forma que a
100C se decompe
cerca de 80% do total do composto em 1hora.
A decomposio oxidativa produz-se atravs da aco oxidativa, do
oxignio do ar, do oxignio
dissolvido na gua e contido na prpria matria-prima. Por tudo
isto, deve-se utilizar um excesso
de hidrossulfito de sdio, j que durante o processo de
tingimento, se vai consumindo o redutor,
e se este no existir em quantidade suficiente, poder produzir-se
oxidao do corante apenas
15-20% do total.
A soda custica o agente alcalino usado no processo, e gasta-se
em:
Formao do leucoderivado solvel dependendo a quantidade necessria
da
estrutura qumica e da percentagem da saturao por fibra do
corante.
Transformao da celulose em lcali-celulose
Cel-OH + NaOH Cel-ONa + H2O
A quantidade de soda adsorvida pela fibra da ordem de 7-25% do
total, sendo
funo da temperatura, tempo, concentrao de soda e tipo de fibra
celulsica.
Neutralizao dos produtos cidos de decomposio do hidrossulfito,
sendo esta
quantidade muito difcil de calcular uma vez que varia em funo
das condies de
trabalho.
Por tudo isto, se adiciona sempre um excesso de soda custica
(PINTO, 1999; BROADBENT,
2001; INGAMELLS, 1993).
O uso de agentes redutores no re-oxidveis causa vrios problemas
inerentes sua descarga,
quer nos equipamentos quer nos efluentes, onde estes produtos
podem ser txicos, resultantes
do processo de tingimento com estes corantes. Por esta razo,
alguma ateno tem sido dada a
alternativas mais ecolgicas para reduzir os corantes de
cuba.
Em 1990, a BASF lanou um novo processo que implica a utilizao de
um auxiliar composto por
sulfato de sdio hexahidratado e um catalisador. um mtodo
econmico, abrangente mas
limitado obteno de cores pastel (BOZIC ET AL., 2008).
Em 1999, a Dystar apresentou o sistema pro VAT plus que permitiu
optimizar a quantidade de
redutor usado, usando um sistema automatizado de doseamento e a
medio on-line da variao
do potencial redox no sistema de reduo do corante (BOZIC ET AL.,
2008).
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 19
Outra estratgia foi o uso de compostos auxiliares do tipo
enodiol de baixo peso molecular e -
hidroxicetons. Mas os resultados foram insatisfatrios no que diz
respeito reprodutibilidade de
cor e solidez.
Temos ainda os sistemas com tioureia mas com efeito adverso na
carga poluente dos efluentes
(faz aumentar o TOC; COD ou BOD).
Podem usar-se tambm acares redutores mas apenas para corantes
sensveis a reduo.
Na realidade, o desenvolvimento de processos mais ecolgicos de
aplicao txtil de corantes de
cuba permanece um desafio que se coloca aos investigadores.
ii. Mecanismo de Oxidao/Reduo
Como j foi referido anteriormente, a aplicao de corantes de cuba
baseia-se num mecanismo
de oxidao-reduo. Historicamente, o termo oxidao, tal como foi
utilizado pela primeira vez
por Lavoisier, significava reaco com o oxignio. Posteriormente,
foi introduzida a noo
oxidao-reduo, referindo-se transferncia de oxignio de uma espcie
qumica para outra,
conceito depois alargado para outras reaces, como a transferncia
de hidrognio entre
espcies qumicas.
Com descoberta do electro, por Thomson em 1897, e a introduo do
modelo atmico de em
1913, o conceito oxidao-reduo passa a designar processos de
transferncia electrnica.
Assim, a oxidao e a reduo de uma espcie qumica corresponderiam,
respectivamente,
perda ou ganho de electres por essa espcie. Neste conceito,
espcie oxidante ser aquela com
tendncia a captar electres, enquanto que a redutora ser a que
cede electres. As mesmas
noes podem ser definidas, mais formalmente, em termos de variao
do grau de oxidao
(aumento, no caso de oxidao ou diminuio, no caso de reduo)
(SARRAZIN ET AL., 1991).
Um oxidante capta electres e reduzido, ao mesmo tempo que outra
espcie, o redutor, perde
electres oxidando-se. Deste facto surge a noo de par oxi-redutor
ou par redox, referindo-se a
um oxidante e a um redutor conjugados. A passagem reversvel de
uma espcie a outra pode ser
representada por uma equao de semi-reaco,
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 20
Figura 6- Exemplo de uma reaco de oxidao-reduo
Considerando este tipo de reaco como uma transferncia electrnica
reversvel entre duas
espcies qumicas, no possvel oxidar uma delas sem a reduo
simultnea da outra. Assim,
numa reaco de oxidao-reduo, ou reaco redox, devem ser
considerados dois pares redox
conjugados e a reaco total pode ser traduzida por uma equao que
englobe os dois processos
parciais.
Figura 7- Exemplo de uma reaco redox considerando os seus pares
redox conjugados
Forma oxidada + n electres Forma reduzida
Ou
Ox + n e- Red
Ox1 + n1e- Red1
Red2 Ox2 + n2 e-
n2 Ox1 + n1 Red2 n1 Ox2 + n2 Red1
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 21
iii. Estrutura e Afinidade dos Corantes de Cuba
Seria natural esperar que as condies que governam a relao entre
a estrutura e a afinidade
nos corantes directos seriam tambm de aplicar aos corantes de
cuba. Contudo, a situao
mais confusa porque no somente muitas molculas so no lineares,
mas so tambm
deficientes em grupos capazes de formar pontes de hidrognio. Em
1936 Phomson (PHOMSON
ET AL., 1936) sugere que a substantividade dos corantes
antraquinnicos depende da
complexidade molecular. Todavia, em 1955 Peters e Sumner (PETERS
ET AL., 1955) estudaram
o assunto e chegaram concluso que a possibilidade de formao de
pontes de hidrognio
entre o corante e a fibra no podia ser ignorada. Todavia, esta
explicao no suficiente para
explicar o que acontece, sugerindo-se que as foras de Van der
Waals tambm so um factor
importante, sobretudo medida que a complexidade molecular do
corante aumenta. Embora a
molcula de corante de cuba possa ser no linear, ela deve ser
suficientemente planar para
permitir que se aproxime da zona das foras de ligao com a fibra
(PINTO, 1999; GUARATINI,
1999; BROADBENT, 2001; INGAMELLS, 1993).
iv. Velocidade de Tingimento com Corantes de Cuba
Os corantes de cuba possuem uma elevada velocidade de tingimento
e, mesmo atingindo o
ponto em que o esgotamento no aumenta mais ao longo do tempo,
tal no significa que se
tenha atingido o equilbrio porque, embora a fibra no absorva
mais corante, o corante est
apenas situado superfcie da fibra e pode ainda migrar. A
igualizao destes corantes
medocre, pelo que convm retardar a sua velocidade de tingimento
controlando factores como a
relao de banho e a temperatura. Quanto menor a relao de banho
mais rpida ser a
absoro do corante pela fibra.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 22
1.2.3.2. Corantes cidos
Os corantes cidos so normalmente sais de sdio de cidos
sulfnicos, ou menos
frequentemente, de cidos carboxlicos e so corantes aninicos em
soluo aquosa. Estes
corantes tingem as fibras com cargas positiva em soluo. Isto
implica normalmente a
substituio de grupos de ies amnio em fibras como a l, seda e
poliamida. Estas fibras
absorvem cidos. O cido protona os grupos amina da fibra e ento
eles tornam-se catinicos.
O processo de tingimento envolve a mudana de um anio associado
com um anio amnio da
fibra com um anio do corante no banho de tingimento
Figura 8- Esquema das reaces qumicas durante o tingimento de
corantes cidos
Os corantes cidos tm um peso molecular entre 300-1000 gmol-1. Os
que apresentam
molculas grandes tm elevada substantividade para a l e a
poliamida. Por outro lado, estes
corantes tm uma difuso lenta na fibra e por isso menos
capacidade de migrar e de tingir a
fibra. O corante mais hidrofbico, mais alto peso molecular tem,
e portanto tem melhor solidez
nos processos a molhado.
A absoro dos corantes pelas fibras de l e poliamida tambm
envolvem interaces do corante
com grupos hidrofbicos na fibra, que incluem pontes de hidrognio
e interaces de Van der
Waals. Por este motivo, a fixao do corante no ocorre apenas por
uma simples atraco inica.
Os corantes cidos tm diferentes estruturas qumicas apresentando
vrios sistemas
cromofricos. Permitem, por isso, obter um largo espectro de
cores e podem ser aplicados sob
vrias condies.
FibraNH2 (s) + H+ (aq) + HSO4 (aq) FibraNH3
+ HSO4
(s)
FibraNH3+ HSO4
(s) + CoranteSO3
(aq) FibraNH3
+ CoranteSO3 (aq) + HSO4 (aq)
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 23
Todas as molculas de corante cido tm como caracterstica comum o
facto de possurem pelo
menos um grupo de tomos que lhes permite serem solveis em gua.
Normalmente, so
grupos sulfnicos, sendo a maior parte destes compostos, corantes
azo sulfonados,
principalmente mono e bis-azo.
Os corantes cidos, normalmente, tm pouca substantividade para as
fibras celulsicas e no
permitem esgotamentos de corante apreciveis. Contudo, alguns
corantes cidos azo de alto
peso molecular so difceis de distinguir dos corantes directos
para o algodo. A caracterstica
que distingue os corantes cidos dos directos, a planaridade
molecular dos corantes, que no
essencial para os corantes cidos, mas condio obrigatria para que
os corantes directos
tenham substantividade para o algodo (BROADBENT, 2001;
INGAMELLS, 1993).
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 24
1.2.4. Fluorescncia e Corantes Fluorescentes
No mercado, os corantes fluorescentes disponveis so apenas para
fibras sintticas, com a nica
excepo do Amarelo Luminous Remazol FL, da Dystar, lanado para
fibras celulsicas e
disponvel no mercado em data posterior ao incio deste trabalho.
Apesar disto, estamos
restringidos ao tingimento de fibras celulsicas amarelas
fluorescentes e a produo de materiais
celulsicos fluorescentes de outros tons tem que ser feita por
estamparia. Os pigmentos usados
no so solveis e no apresentam qualquer substantividade para com
as fibras txteis,
precisando a sua fixao na superfcie da fibra de recorrer a um
ligante.
Em tinturaria, a utilizao de pigmentos rara pois, tm imensos
problemas ao nvel do toque e
de solidez frico, inviabilizando o uso de pigmentos
fluorescentes para tingir os materiais
txteis.
O fenmeno da fluorescncia consiste na absoro de energia por
electres, que passam do
estado fundamental para o excitado, electres esses que ao
retornarem ao estado fundamental
libertam energia a um comprimento de onda superior do absorvido.
Os corantes fluorescentes
so assim corantes que absorvem na regio ultravileta do espectro
electromagntico e emitem
radiao na regio do visvel.
Os compostos qumicos fluorescentes conhecem-se h muito tempo. Em
1971, o qumico
alemo Adoph Von Bayer descobriu que o aquecimento do anidrido
ftlico com resorcinol (1,3-di-
hidroxibenzeno) em soluo aquosa produzia um novo composto,
designado por fluorescena. At
hoje, este composto usado em corantes como a eosina
(tetrabromofluorescena) e a eritrosina.
A fluorescena um xanteno, uma classe de compostos largamente
usada em corantes. Os
corantes de acridina, xanteno e os derivados da rodamina e da
ftalena tambm podem ser
includos neste grupo.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 25
O uso de corantes fluorescentes promove um aumento significativo
do brilho das cores no
material, o que torna os materiais mais facilmente perceptveis,
aumentando assim a sua
visibilidade. Tambm permitem criar efeitos estticos
interessantes em roupas de criana, em
roupas desportivas, em uniformes de servios especiais (ex.
Polcia) e em materiais de proteco
(SZUSTER ET AL., 2004; USFC).
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 26
1.3. Mtodos e Processos de Tingimento
1.3.1. Introduo
O objectivo do processo de tingimento obter uma colorao uniforme
das fibras que constituem
o material a tingir, normalmente destinado a ter uma determinada
cor especfica.
Qualquer diferena em termos da cor obtida e da cor pretendida
pelo cliente imediatamente
visvel. Isto porque o processo delicado e nele interferem um
grande nmero de factores que
podem influenciar a aparncia da cor final, entre os quais, as
caractersticas da fibra (a textura,
titulo de fio, corte transversal), construo do artigo e os
parmetros do processo (pH,
temperatura, tempo de tingimento, agitao).
A colorao do material txtil obtida de muitas formas diferentes,
nomeadamente:
1. tingimento directo, em que o corante est numa soluo aquosa em
contacto com o
material, sendo gradualmente absorvido para o interior da fibra
por causa da sua
inerente substantividade;
2. tingimento com o corante na sua forma solvel em que o
composto corado forma um
pigmento insolvel dentro da fibra num tratamento aps o
tingimento;
3. tingimento directo seguido de uma reaco qumica do corante com
um grupo
apropriado da fibra;
4. adeso do corante ou pigmento na superfcie da fibra usando o
mtodo de ligao
propriado.
O processo de tingimento consiste, por isso, na unio do corante
apropriado fibra respectiva.
Essa unio apresenta uma determinada resistncia, consequncia da
energia da ligao qumica
entre o corante e a fibra; energia de ligao que depende das
relaes existentes entre as
estruturas moleculares dos corantes e das fibras e da forma como
foi feito o tingimento.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 27
Sempre que o corante em soluo apresenta carga igual da fibra, o
processo de tingimento tem
de ser feito na presena de um electrlito. Os electrlitos mais
correntemente usados so o
cloreto de sdio (sal comum) e o sulfato de sdio (sal de
Glauber).
Outras operaes precedentes ou posteriores ao processo de
tingimento so necessrias. O pr-
tratamento, que inclui a preparao e branqueamento do material,
pode ser realizado por
operaes contnuas e separadas ou por processos batch na mquina de
tingimento. Nestes
tratamentos promove-se a remoo das impurezas naturais e
sintticas do material a tingir, para
assim poder obter um bom resultado a nvel de uniformidade de
penetrao do banho de
tingimento.
Aps o processo de tingimento, o material lavado para remover
restos de resduos. Podem,
ainda, ser necessrios tratamentos adicionais, enquanto o
material permanece na mquina, e
que podem incluir:
1. lavagem com detergentes, para remover o corante no fixado na
superfcie das fibras
(ensaboamento);
2. podem ser usados banhos com produtos qumicos para melhorar as
propriedades de
solidez do material tingido que, no entanto, podem por vezes
causar complicadas
mudanas de tom e tingimentos no uniformes; aplicao de
acabamentos qumicos
simples de que exemplo vulgar o amaciamento (BROADBENT, 2001;
INGAMELLS,
1993).
1.3.2. Factores Fsico-Qumicos que Influenciam o Processo de
Tingimento
Os factores que influenciam o processo de tingimento podem ser
de natureza fsica e qumica. Os
primeiros esto relacionados com a estrutura do material, dizem
respeito aos espaos vazios na
estrutura das fibras que permitiro a difuso do corante no
material txtil. Os factores qumicos
incluem caractersticas referentes s molculas dos corantes, tais
como a geometria das
molculas (corantes lineares tm maior substantividade); a valncia
residual, as ligaes duplas
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 28
conjugadas (maior substantividade); os ncleos benznicos e
naftalnicos num mesmo plano, o
que facilita a unio fibra/corante (maior substantividade); a
distncia entre grupos substantivos
do corante que deve conter a unidade da cadeia celulose (maior
substantividade) e a ligao
entre corante e fibra (por exemplo, pontes de hidrognio, ligaes
de Van der Waals). Assim, o
comportamento dos corantes em soluo vai depender do estado dos
corantes em soluo, da
interaco entre os corantes no banho, da velocidade de adsoro do
corante na superfcie da
fibra, da velocidade de difuso do corante na fibra e da
concentrao que permite a saturao da
fibra.
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Mestrado em Qumica Txtil 29
1.3.3. Fixao do Corante na Fibra Txtil durante o Processo de
Tingimento
No processo de tingimento estabelecem-se vrios tipos de ligaes
qumicas entre o corante e a
fibra, tais como, ligaes inicas (para l, poliamida e acrlicas),
pontes de hidrognio
(usualmente nas fibras proteicas e poliamida), interaces tipo de
Van Der Waals e ligaes
covalentes, que implicam a partilha de electres entre corante e
fibra. Geralmente os corantes
fixam-se fibra atravs de qualquer das ligaes descritas (regra
geral pelo sumatrio de vrios
tipos de ligaes) com a excepo das ligaes covalentes que apenas
ocorrem entre os corantes
reactivos e as fibras txteis.
1.3.4. Alguns Produtos Auxiliares usados no Processo de
Tingimento de
Materiais Txteis
Nos processos de tingimento de fibras txteis, alm dos corantes
que visam conferir cor aos
materiais, encontram-se presentes outras substncias que permitem
que ocorra o fenmeno de
adsoro do corante, aumentando o rendimento de fixao ou
melhorando a sua distribuio no
material, contribuindo assim para uma boa igualizao e para
aumentar os nveis de solidez dos
materiais depois de tingidos. So, pois, produtos que se destinam
a apoiar, complementar ou
preparar a aco dos corantes no processo. Estes produtos
auxiliares incluem os mais variados
compostos, nomeadamente compostos redutores, oxidantes,
fixadores, tensioactivos, cidos,
bases, amaciadores e retardadores.
Entre os produtos auxiliares usados para melhorar a fixao dos
corantes s fibras txteis,
utilizam-se substncias fixadoras que criam pontes entre a
molcula de corante e a fibra, evitam
a migrao do corante do interior da fibra para o meio externo.
Desta forma, melhoram-se os
nveis de solidez do material tingido a processos a molhado, de
que so exemplo as lavagens.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 30
A maior utilizao dos oxidantes no branqueamento das fibras.
Normalmente usa-se o
hipoclorito de sdio ou diversos perxidos para esse efeito. Mas
podem tambm utilizar-se outros
compostos oxidantes, como por exemplo, o dicromato de potssio,
cloreto de ferro (III) e o nitrito
de sdio.
Os produtos redutores so menos frequentemente usados na indstria
txtil em comparao com
os compostos oxidantes. O redutor mais utilizado o hidrossulfito
de sdio para a reduo dos
corantes cuba, bem como para a eliminao dos corantes dispersos
superfcie das fibras
sintticas, a operao ps-tingimento designada por limpeza
redutora. ainda um agente eficaz
para a desmontagem de tintos.
1.3.5. Processos de Tingimento
O tingimento o processo no qual so aplicados os corantes ao
material txtil, ocorrendo uma
modificao fsico-qumica do substrato de forma que a luz
reflectida provoque uma percepo de
cor.
Os corantes so normalmente substncias orgnicas capazes de corar
substratos txteis ou no
txteis, de forma que a cor no material seja relativamente
resistente (slida) luz e a tratamentos
hmidos.
Os corantes so compostos solveis ou dispersos no meio de aplicao
que normalmente a
gua e durante o tingimento so adsorvidos e difundem-se para o
interior da fibra.
De uma forma geral, os processos de tingimento de fibras txteis
podem ser classificados em
processos de esgotamento e de impregnao (PRESTON, 1986; CEGARRA,
1981).
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 31
1.3.5.1. Processo de Tingimento por Esgotamento ou Processo
Descontnuo
No processo de tingimento por esgotamento, o material imerso no
banho, assim
permanecendo durante todo o processo. Os corantes so deslocados
do banho para a fibra e tem
de haver contacto frequente entre o banho e a fibra mediante
movimentao de um deles ou dos
dois. O corante desloca-se do banho para a fibra devido ao facto
de apresentar substantividade
com ela. A substantividade a propriedade do corante que resulta
de um conjunto de
caractersticas estruturais da molcula e que se reflecte na
afinidade que vai apresentar para a
fibra.
A penetrao do corante na fibra determinada pela velocidade de
tingimento que, por sua vez,
depende da velocidade de difuso e adsoro do corante no material.
Nestes processos
fundamental o estabelecimento das condies de reaco apropriadas,
tais como o valor de pH,
de temperatura, concentrao de electrlito e agitao uniforme do
sistema banho-fibra.
Pode dividir-se o processo de tingimento em trs etapas
importantes: a montagem, a fixao e
o tratamento final. A fixao do corante fibra feita atravs de
reaces qumicas ou da simples
insolubilizao do corante (ou de derivados gerados), e ocorre
usualmente durante a fase de
montagem e fixao. Todos os processos de tingimento envolvem uma
operao final de
lavagem para retirar o excesso de corante original ou o corante
hidrolisado no fixado nas etapas
precedentes.
Podem tambm considerar vrios processos de tingimento de acordo
com o tipo de material a
tingir. O tingimento por esgotamento em Barca ou Jet utilizado
no caso de material em malha e
em Jigger no caso de tecido. Estes processos diferem na
velocidade e no modo como o material
a tingir passa pelo banho.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 32
1.3.5.2. Processo de Tingimento por Impregnao ou Processo
Contnuo
No processo de impregnao, o banho permanece estacionado enquanto
o substrato passa
continuamente por ele, espremido mecanicamente e fixado por
calor seco, vapor ou por
repouso prolongado. O corante deslocado do banho para a fibra
por contacto frequente entre o
banho e a fibra.
Em geral, este mtodo limita o processo de difuso do corante, por
esse motivo, essencial a
distribuio uniforme do corante durante a fase de impregnao.
Vrios sistemas de tingimento por impregnao podem ser
considerados, tais como, Pad Batch,
Pad Roll, Pad Steam, Pad Dry e Pad Steam. Em todos estes
processos, o tecido passa pelo
banho de tingimento, espremido por um sistema de rolos designado
por Foulard e enrolado.
As principais diferenas referem-se existncia ou no de uma fase
de repouso aps o
enrolamento e ao modo de fixao do corante fibra (vapor ou calor
seco) (BROADBENT, 2001;
INGAMELLS, 1993).
muito importante o conhecimento do processo de tingimento
sobretudo no que se refere ao
mecanismo de reaco corante-fibra e das variveis envolvidas de
processo envolvidas. Disso
depende a possibilidade de actuar no processo, optimizando o seu
desempenho ou mesmo
desenvolver novos processos que permitam cumprir os requisitos
de qualidade que se pretendem
novos corantes, conhecimentos estes que no seriam alcanados
baseando-se somente em
experincias prticas.
O processo de tingimento pode ser analisado em termos cinticos,
determinando a velocidade de
transferncia do corante do banho para a fibra, da adsoro do
corante na superfcie da fibra e
da difuso do corante para o interior da fibra.
Estas velocidades dependem da concentrao de corante e
electrlitos no banho de tingimento,
do valor de pH do banho, da temperatura e relao de banho usadas
no processo.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 33
A difuso ocorre conforme a Equao de Fick (equao 2):
dx
dcD.A.
dt
ds= (2)
Nesta equao, dt
ds corresponde velocidade de difuso,
dx
dc ao gradiente de concentrao, D
ao coeficiente de difuso e A corresponde rea.
Nesta fase ocorrem a maior parte dos problemas identificados no
material tingido. O factor
determinante para se conseguir um tingimento uniforme reside no
controlo da velocidade de
adsoro do corante pela fibra. O estudo da cintica do tingimento
, portanto, to importante
quanto fase de equilbrio (fase termodinmica).
Geralmente confunde-se a velocidade em que o processo ocorre
(cintica) e a grandeza da fora
que provoca o processo. A existncia de uma fora motriz num
sistema mecnico no
suficiente para garantir um movimento, visto que, esta fora deve
vencer certa resistncia antes
que o movimento seja possvel. Quanto maior a resistncia ao
movimento, menor a velocidade
para uma determinada fora. No processo de tingimento admite-se
uma fora motriz ou
afinidade, responsvel para a ocorrncia do fenmeno. um parmetro
de velocidade ou o grau
de resistncia difuso do corante no interior da fibra (SALEM,
2000).
A forma mais simples de expressar esta ideia mediante a equao da
velocidade de tingimento
(equao 3),
R
FtVt = (3)
Nesta equao, Vt corresponde velocidade de tingimento, Ft fora
motriz de tingimento e R a
resistncia penetrao das molculas de corante.
Tambm, podemos expressar a velocidade de tingimento atravs da
equao 4,
R
1FtVt = (4)
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 34
Nesta equao, Ft corresponde ao parmetro de afinidade e R
1 corresponde ao parmetro de
velocidade.
O processo de tingimento pode tambm der analisado do ponto de
vista termodinmico. Desta
forma, analisam-se os factores que favorecem a fixao do corante
na fibra, sendo denominados
de afinidade do corante para o material.
A tendncia de um sistema passar espontaneamente de um estado de
alta energia a outro de
menor energia estudado pela termodinmica, a qual relaciona as
mudanas de energia no
incio e no final do processo, quando ocorre o equilbrio, no
considerando as fases
intermedirias.
Num sistema de tingimento pareceria existir uma contradio ao
princpio de liberdade de
movimento: uma soluo relativamente diluda de corante
transfere-se em pouco tempo para um
espao bem mais reduzido na fibra. Uma fora interveio para forar
as molculas dos corantes a
permanecer na fibra; esta fora descreve-se vulgarmente por
afinidade.
A permanncia do corante na fibra afectada por vrios factores,
onde se inclui a vibrao da
estrutura molecular da fibra, a cada momento, tomando novas
configuraes, durante o processo
de tingimento existe um constante choque entre as molculas da
gua e o corante, dificultando a
sua fixao na fibra e com o aumento da temperatura do sistema,
aumenta a vibrao das
molculas da fibra e o movimento das molculas da gua. Todos estes
factores influenciam o
esgotamento, uma vez que, o rendimento no total, nem a solidez
aos tratamentos hmidos
absoluta.
Aps a fase cintica, o tingimento entra em equilbrio com o
corante remanescente no banho, o
que constitui a fase termodinmica.
No estado de equilbrio, a relao corante na fibra-corante no
banho expressa por uma
constante de equilbrio K.
As isotrmicas de adsoro demonstram a concentrao da substncia
adsorvida numa
superfcie slida em relao sua concentrao de fluido que circunda,
quando o sistema est
em equilbrio e a temperatura constante. Existem principalmente
trs tipos de isotrmicas de
adsoro no tingimento, normalmente referidas como as de Nernst,
Langmuir e Freundlich.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 35
Muitos sistemas de tingimento envolvem apenas adsoro
completamente reversvel. As
isotrmicas de equilbrio, estabelecidas pela adsoro do corante a
partir da soluo sobre fibras
no tingidas inicialmente, so idnticas s obtidas por desadsoro do
corante a partir das fibras
tingidas em um banho de tingimento inicialmente com espaos
livres.
A isotrmica de Nernst simples e dada pela equao 5,
kCsCf = (5)
Nesta equao Cf corresponde concentrao de corante na fibra, k a
constante de equilbrio e
Cs corresponde concentrao de corante em soluo. Graficamente, os
valores de Cf em
funo de Cs representam uma linha linear at um certo ponto, aps
este ponto uma linha de
estagnao iniciada, que corresponde saturao do corante na fibra e
na gua.
A isotrmica de Langmuir aplicada a processos de adsoro em
condies bem especificas no
substrato slido, o qual frequentemente em nmero limitado. Esta
situao existe no tingimento
de fibras como a poliamida com um simples mecanismo de mudana de
um io, com corantes
cidos. A adsoro de Langmuir engloba caractersticas, como, o
corante e a fibra interagem
fortemente, os corantes e fibras tm polaridade oposta e o
corante tem afinidade especfica
(limite de saturao fibra tem stios limitados).
KCs1
KCs
C
Cf
max += (6)
Nesta equao Cf corresponde concentrao de corante na fibra, Cmax
a concentrao
mxima da fibra,
A isotrmica de Nernst, descrita atrs, um caso particular da
isotrmica de Langmuir para a
condio onde KCs bastante pequeno quando comparado com a
unidade.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 36
A isotrmica de Freudlich aplica-se em situaes onde a absoro do
corante sobre a fibra no
limitada por um nmero especfico de lugares especficos de adsoro
e a fibra no se torna
saturada com corante. A equao emprica que descreve esta
isotrmica a seguinte:
( ) ( ) ( )CslogklogCflogoukCsCf +== (7)
Nesta equao, Cf corresponde concentrao de corante na fibra, k a
constante de equilbrio
e Cs a concentrao de corante em soluo, o expoente frequentemente
tem um valor que
ronda os 0.5 para a adoro de corantes aninicos nas fibras
celulsicas. A quantidade de
corante adsorvido pela fibra de algodo depende dos poros
disponveis na rea de superfcie
(BROADBENT, 2001; SALEM, 2000).
A isotrmica de adsoro para determinado sistema de tingimento tem
que ser sempre
determinada experimentalmente.
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Aplicao de -Ciclodextrinas no Tingimento de Materiais Txteis
Mestrado em Qumica Txtil 37
1.4. Avaliao de Cor e Tingimento
1.4.1. Introduo
A medio da cor apresentada pelos materiais um