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UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
Departamento de Cincia e Tecnologia Txteis
Tratamento de Auto Limpeza
de Materiais Txteis Sintticos
lvaro Jos Gonalves Monteiro Lino
Dissertao para obteno do Grau de Mestre em
Engenharia Txtil
Orientador: Professor Doutor JOS MENDES LUCAS
Co-orientador: Professora Doutora AMLIA RUTE DOS SANTOS
Covilh, Outubro de 2010
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Agradecimentos
Chegando ao fim deste trabalho gostaria de fazer alguns
agradecimentos, nomeadamente:
Ao Professor Doutor Jos Mendes Lucas, que, como orientador,
demonstrou sempre
compreenso e apoio. Agradeo-lhe todos os ensinamentos ao longo
do caminho acadmico e
concretamente ao longo deste trabalho.
Ao Co-orientador deste trabalho, Professora Doutora Amlia Rute
dos Santos, pela
compreenso e imediata disposio em abraar este projecto.
Senhora Engenheira Ana Paula Gomes, e ao Senhor Joo Nuno Cruz do
Centro ptico, da
Universidade da Beira Interior.
Ao Senhor Machado, pelo apoio dado no Laboratrio de Tinturaria,
Estampagem e
Acabamento Departamento de Cincia e Tecnologia Txteis da
Universidade da Beira
Interior.
Ao Departamento de Engenharia Txtil da Universidade do Minho,
nas pessoas dos Professores
Doutores Nomia Carneiro Pacheco e Antnio Pedro Souto por terem
possibilitado o
tratamento Corona sobre amostras de pvc
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Resumo
O presente trabalho tem como objectivo estudar a degradao de
matrias orgnicas (e.g.
corante txtil) sobre substratos txteis sintticos, tecido de
polister, tecido de
polister/policloreto de vinilo (PVC) e filmes de PVC. Para o
efeito, os substratos txteis
foram tratados com nanopartculas de dixido titnio, usando
tcnicas fsicas e qumicas.
Assim iniciou-se o estudo da actividade fotocataltica do dixido
de titnio na presena de
radiao (UV), verificando-se que o corante Astrazon BN sofre uma
decomposio efectiva. A
escolha de um corante txtil como exemplo de uma matria orgnica
prende-se com o facto
de facilmente se poder fazer uma avaliao colorimtrica da sua
degradao durante o
trabalho experimental.
Da literatura sabe-se que o dixido de titnio consegue degradar a
generalidade de compostos
orgnicos, podendo inferir-se que este agente seja adequado para
enfrentar os poluentes do
mundo exterior que se possam depositar sua superfcie dos
objectos, exibindo assim um
comportamento auto-limpante desejado.
Ao longo deste trabalho apresentam-se, discutem-se e comentam-se
os resultados da
degradao efectiva ao longo do tempo de um corante de aplicao
txtil. Os resultados
obtidos so bastante promissores, de forma a se pensar que este
mtodo vivel em
acabamentos de auto-limpeza de materiais e mesmo no tratamento
de efluentes orgnicos.
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Abstract
The present work aims to study the degradation of organic
materials (eg textile dye) on
synthetic textile substrates, polyester fabric,
polyester/polyvinyl chloride (PVC) fabric and
PVC films. For this, the textile substrates were treated with
nanoparticles of titanium
dioxide, using physical and chemical techniques.
Thus the study of the photocatalytic activity of titanium
dioxide in the presence of UV
radiation was done, thus verifying that the Astrazon BN dye
undergoes an effective
decomposition. The choice of a textile dye as an example of
organic matter relates to the
fact that one can easily make a colorimetric evaluation of its
degradation during the
experimental work.
From literature it is known that titanium dioxide can degrade
the majority of organic
compounds, which can be inferred that this agent is adequate to
address the pollutants of the
outside world that may be placed on the surface of objects, thus
exhibiting a required self-
cleaning behaviour.
Throughout this paper we present, discuss and comment the
results of the actual degradation
over time of a textile dye. The results are very promising, so
we think that this method is
feasible in of self-cleaning finishing of materials and even in
the treatment of organic
wastewater.
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Palavras-chave
Tratamentos txteis, Efeito auto-limpeza, Tecidos de polister,
Tecido de polister/PVC,
Filmes de PVC, nanotecnologia, Dixido de titnio
Keywords
Textile treatments, Self-cleaning effect, Polyester fabrics,
Polyester/PVC fabrics, PVC films
Nanotechnology, Titanium dioxide
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ndice
Agradecimentos
Resumo
Abstract
Palavras-chave
Keywords
ndice
-ndice de figuras
-ndice de Tabelas
-ndice de Grficos
Capitulo 1: Introduo
1.1-Justificao do trabalho
1.2-Objectivos do trabalho
1.3-Metodologia seguida
1.3.1-Pesquisa de bibliografia
1.3.2-Ensaios experimentais
1.3.3-Analise de resultados e concluses
1.3.4-Elaborao da dissertao
1.4-Estrutura da dissertao
Capitulo 2: Reviso bibliogrfica
2.1-Consideraes sobre mtodos e materiais apresentados
2.1.1-Diferentes tipos de poliester
2.1.2-Sintese do poliester (PET)
2.1.3-Formao de fibras (PET)
2.1.4-Propriedades fsicas (PET)
2.1.5-Propriedades qumicas (PET)
2.1.6-Propriedades trmicas do polister (PET)
2.1.7-Resistncia luz solar
2.1.8-Filme de poliester
2.2-Consideraes gerais sobre o PVC
2.2.1-Historia do PVC
2.2.2-Fabricao do PVC
2.2.3-Caracteristicas
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ii
iii
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iv
v
viii
x
xi
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1
1
2
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2.2.4-Propriedades do Policloreto de Vinilo (PVC)
2.2.5-Aplicaes
2.2.6-Compostos de pvc
2.2.6.1-O que um composto
2.2.7-Aditivos funcionais
2.2.7.1-Estabilizantes trmicos
2.2.7.2-Lubrificantes
2.2.7.3-Plastificantes
2.2.8-Aditivos opcionais
2.2.8.1-Compostos rgidos
2.2.8.2-Compostos flexveis
2.3-Fundamentos tericos sobre propriedades do dixido de
titnio
2.3.1-Consideraes sobre material semi-condutor
2.3.2-Energia de Fermi
2.3.2.1-Conduo em termos de modelos de bandas e de
ligaes atmicas
2.3.2.2-Isolantres e semi-condutores
2.3.2.3-Conceito de lacuna catinica
2.3.3-Semi-condutorese e actividades fotocatalticas
2.4-Morfologia e sntese do dixido de titnio
2.5-consideraes gerais sobre auto-limpeza
2.5.1-Auto-limpeza dos vidros
2.6-efeito ltus
2.7-aplicao da tcnica dos nanocristais
Capitulo 3: Parte experimental
3.1-Degradao de material orgnica pela aco directa do TiO2
3.2-Medio da decomposio da matria orgnica
3.3-Caracterizao dos substratos utilizados
3.4-Caracterizaodo dixido de titnio
3.5-Mtodos de preparao dos substratos txteis
3.5.1-Descrio dos processos de preparao
3.5.1.1-Processo de polimento
3.5.1.2-Processo Plasmtico Corona
3.6-Mtodos de impregnao
3.6.1-Mtodo de disperso
3.6.2-Mtodo de ultra-sons
15
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17
18
18
18
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18
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3.6.3-Mtodo de inchamento (sweling)
3.7-Processo de degradao do material orgnico
3.7.1-Recta de calibrao
3.7.2-Procedimento de colheita de amostras
Capitulo 4: Resultados e discusso
Concluses
Perspectivas de estudos futuros
Bibliografia
Webgrafia
Anexos
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40
41
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55
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ndice de Figuras
Figura 1-Produo mundial de plsticos
Figura 2-Equao geral de um diol com um cido
Figura 3-Formao de fibras polimricas de (pet)
Figura 4-Resistncia ao (UV) de fibras de polister
Figura 5-Estrutura de pvc
Figura 6-Lminas de pvc rgido
Figura7-Esquema energtico das bandas electrnicas em materiais;
condutores,
semicondutores, e isolantes.
Figura 8-Esquematizao da energia de Fermi para os diferentes
materiais; condutores,
semicondutores, e isolantes.
Figura 9-Esquema de formao de lacuna electrnica
Figura 10-Esquema simplificado de aco fotocataltica do TiO2
Figura 11-Estrutura cristalina do TiO2
Figura 12-Esquema de fotocatalise superfcie de materiais
auto-limpantes
Figura 13-Agua na superfcie da folha de Lotus
Figura 14-computao grfica da superfcie da folha Lotus
Figura 15-Diferena de transmitncia em superfcies de vidro
auto-limpante e no auto-
limpante
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Figura 16-Molcula de corante
Figura 17-Imagem de polister depois de tratada com dixido de
titnio.
Figura 18-Imagem de polister/PVC depois de tratada dixido de
titnio.
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ndice de Tabelas
Tabela 1-Estrutura qumica dos principais tipos de polister
Tabela 2-Propriedades de fibras de polister
Tabela 3-Propriedades qumicas do polister
Tabela 4-Nveis de energia de band-gap para vrios
semi-condutores
Tabela 5-Tratamentos superficiais
Tabela 6-Valores de clculo da recta de calibrao
Tabela 7-Valores de absorvncia
Tabela 8-Valores de absorvncia de; poliester/corante
Tabela 9-Valores de absorvncia de; corante
Tabela 10-Valores de concentrao de; o corante
Tabela 11-Valores de concentrao de; poliester/corante
Tabela 12-Valores de concentrao de; poliester/pvc e corante
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ndice de Grficos
Grfico 1-Curvas de absorvncia
Grfico 2-Recta de calibrao a 610nm
Grfico 3-Concentraes a 610nm
Grfico 4-Recta de calibrao a 490nm
Grfico 5-Concentraes a 490nm
Grfico 6-Curva de absorvncia de; corante e dixido de titnio
Grfico 7-Curva de absorvncia de; poliester e corante
Grfico 8-Curva de absorvncia de; corante
Grfico 9-Curva de absorvncia de; poliester/pvc e corante
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Capitulo 1
Introduo
1.1 Justificao do Trabalho
Por circunstncias profissionais, estudou-se os fenmenos de
auto-limpeza, sobre superfcies
lisas de substratos txteis, nomeadamente tecidos de polister e
de PVC/polister e filmes de
PVC. Fenmenos estes potenciados por nanopartculas de dixido de
titnio (TiO2), devido s
suas potencialidades naturais fotocatalticas induzidas com uma
energia gratuita, localizada
na luz do Sol, e com esta induo evidenciar um grande potencial
de degradao de matrias
orgnicas (e.g. sujidades) que posteriormente sero transportadas
por gua da chuva,
deixando a superfcie em causa completamente limpa.
Esta fase do trabalho consistiu em utilizar lmpadas
ultravioletas aplicadas degradao de
um corante txtil, como exemplo de uma matria orgnica.
1.2 Objectivos do trabalho
A aplicao de nanopartculas de dixido de titnio foi efectuada
sobre tecidos de polister e
de polister/PVC e sobre filmes de PVC por vrios mtodos fsicos e
qumicos, adiante
descritos. Ir averiguar-se que estes tratamentos ajudam a
proporcionar aos substratos
txteis em causa potencialidades fotocatalticas que lhes permitam
evidenciar eficcia em
termos de:
-Aco de auto-limpeza;
-Aco de decomposio de matrias orgnicas em efluentes (e. g.
corantes txteis).
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1.3 Metodologia seguida
1.3.1 Pesquisa Bibliogrfica
Foi feita, como desenvolvimento inicial, uma pesquisa
bibliogrfica de informao existente
explorando os objectivos do trabalho.
1.3.2 Ensaios Experimentais
Tendo em conta um estudo preliminar, definiram-se os mtodos a
utilizar, nomeadamente:
- Num primeiro passo, a preparao dos substratos:
Polimento superficial com material abrasivo dos filmes de
pvc
Tratamento plasmtico Corona sobre os filmes de pvc.
-Como segundo passo, foram utilizados os mtodos propriamente
ditos de impregnao do
substrato que se descrevem:
Disperso
Ultra-sons
Estes mtodos no foram considerados eficazes, pelo que se aplicou
um mtodo de
inchamento dos substratos estudados, com resultados
favorveis:
Inchamento (sweling).
1.3.3 Anlise dos Resultados e Concluses
Assim ao estudarmos com objectividade a degradao de um corante,
ao longo do tempo, pois
esta seria facilmente mensurvel, pelo equipamento disponvel no
Departamento Txtil,
conseguindo assim obter tabelas de absorvncia, que traduzidos em
grficos, nos permitem
uma interpretao adequada dos resultados obtidos ao longo de todo
o procedimento
experimental, acompanhados de perto, foram feitos os respectivos
comentrios e concluses.
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1.3.4 Elaborao da Dissertao
Posteriormente procedeu-se recolha de toda a informao obtida
para a preparao e
elaborao da dissertao.
1.4 Estrutura da Dissertao
No Capitulo 1, e depois de apresentado o resumo do trabalho,
feita uma exposio do
problema, isto , a justificao da dissertao, bem como os seus
respectivos objectivos e
metodologias seguidas.
No Captulo 2 feita uma reviso bibliogrfica, ou seja, aps uma
pesquisa de documentao
cientfica e tecnolgica efectuado um aprofundamento acerca das
caractersticas gerais do
polister e do PVC. Apresentam-se consideraes sobre o dixido de
titnio (TiO2) e a suas
particularidades tcnicas e especficas para a fotocatalise. Ainda
neste captulo, faz-se uma
breve descrio do efeito auto-limpeza e consideraes sobre este
efeito em vidros e ainda
sobre o efeito Lotus, como outros mecanismos de auto-limpeza que
se podem aplicar aos
substratos txteis.
No Captulo 3 descrita a Parte Experimental, onde so apresentados
todos os ensaios
realizados, para se conseguir um efectivo estudo ao longo do
tempo da decomposio de
matrias orgnicas (e. g. corantes txteis).
No Captulo 4 so apresentados os resultados obtidos com os
ensaios e testes de controlo
feitos. So ainda efectuadas as anlises e a discusso de todos os
parmetros em estudo, que
iro permitir obter vrias concluses.
Em seguida so apresentadas as concluses inerentes ao
desenvolvimento do trabalho e
tambm, como concluso directa do nosso trabalho, apontam-se vrios
caminhos possveis de
estudos a efectuar.
Finalmente apresentada a bibliografia que foi consultada para
realizar este trabalho e, por
ltimo, os Anexos, que mostram as tabelas de apoio aos
grficos.
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Capitulo 2
Reviso Bibliogrfica
2.Consideraes sobre mtodos e materiais O facto de o nosso
trabalho usar nanopartculas de dixido de titnio, como agente
activador
na degradao das materiais orgnicos, prende-se com a similaridade
elctrica que estas
nanopartculas apresentam relativamente a um material denominado
de semi-condutor que,
por sua vez, na presena de quantidade mnima de energia aponta
para um alto desempenho
fotocataltico. Para se ultrapassar as dificuldades naturais
destas nanopartculas em
estabelecer ligaes qumicas com o substrato, foram aplicadas
tcnicas, para proporcionar
s superfcies lisas a possibilidade de alojamento das
nanopartculas de forma puramente
inica e mecnica.
Os mtodos utilizados para alojar as nanoparticulas de TiO2,
dividem-se em duas etapas:
Processo de preparao das superfcies:
i-processo fsico de preparao das superfcies (polimento)
ii-processo qumico de preparao das superfcies (corona)
Processo de impregnao das nanoparticulas:
i-disperso
ii-ultra-sons
iii-inchamento (sweling)
2.1 Consideraes sobre o Polister
A designao de PLSTICO tem origem no grego e exprime a
caracterstica dos materiais
quanto maleabilidade (mudana de forma fsica) Adopta-se este
termo para identificar
materiais que podem ser moldados por intermdio de condies de
presso e calor ou por
reaces qumicas. (Aprem etal,2003)
O primeiro acontecimento que levou descoberta dos plsticos foi o
desenvolvimento do
sistema de vulcanizao, por Charles Goodyear, em 1839,
adicionando enxofre borracha
bruta, este tornando-a mais resistente ao calor, e tambm
conferindo-lhe novas propriedades
mecnicas, tal como recuperar a forma inicial aps uma deformao
mecnica (Aprem et al,
2003)
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O segundo passo foi a criao do nitrocelulide, em 1846 por
Charles Schonboein, com a
adio de cido sulfrico e acido ntrico ao algodo. O nitrocelulide
era altamente explosivo
e passou a ser utilizado como alternativa plvora.
Posteriormente, foi desenvolvida a
celulide com a adio de cnfora. Esse novo produto tornou-se
matria-prima na fabricao
de filmes fotogrficos, bolas de pingue-pongue, prteses, etc.
Em 1909 Leo Baekeland criou a baquelite, o primeiro polmero
realmente sinttico, podendo
ser considerado, portanto, o primeiro plstico. Era resultado da
reaco entre o fenol e
formaldedo. Tornou-se til pela sua dureza, resistncia ao calor,
e electricidade (Hegde,
2009)
Os plsticos tiveram uma difuso a partir da no nosso quotidiano
pelo que no possvel
imaginar hoje os nossos dias sem o plstico. Wallace Hume
Carothers, pesquisador Norte-
americano que desenvolveu em 1935 a poliamida 6.6, tambm
efectuou estudos sobre
polmeros de polister, mas com resultados insatisfatrios, pois os
produtos obtidos
apresentavam baixa resistncia hidrlise e baixo ponto de fuso,
impossibilitando a
aplicao como fibra txtil (Gacen, J.Mailo.1995)
Em 1940, dois qumicos ingleses, James Dickon e John Whinfield,
retomaram as pesquisas
iniciadas por Carothers e alcanaram xito com o tereftalato de
polietileno, polmero de
polister que pelas suas excelentes propriedades, originou uma
das mais importantes fibras
sintticas j desenvolvidas.
Em 1950 a empresa inglesa ICI lanou comercialmente a fibra com a
marca Terylene, seguida
nos Estados Unidos pela DuPont com a fibra Dracon (Morton e
Hearle, 1975)
.
Os Plsticos por assim dizer, podem ser divididos em
termoplsticos e termofixos.
Termoplsticos: so polmeros com uma versatilidade e facilidade
de
utilizao, mas tm a desvantagem de ser necessria uma
tecnologia
financeiramente dispendiosa para os manusear (Brzezinski,
2009)
Termofixos: so polmeros de cadeia ramificada para os quais a
polimerizao consequncia de uma reaco qumica irreversvel
(Hongu, 2000)
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O polister um tipo de plstico com diversas aplicaes industriais.
Em especial na Indstria
Txtil, usado s ou em mistura com outras fibras, com vista a
melhorar propriedades em
termos de disponibilidade de vesturio (Kroschwitz, 1982)
Figura 1. A produo mundial de polister para uso em txteis,
resinas, garrafas, filmes e aplicaes especiais pode vir a
ultrapassar 50 milhes de toneladas em 2010 (retirado de Lucas,
2008)
2.1.1 Diferentes Tipos de Polister
O Polister um tipo de polmero que contm um grupo funcional -
ster - na cadeia
principal. Existem muitos polisteres, mas este termo refere-se
normalmente a um tipo
especfico: o poli (tereftalato) (PET). Dentro destes incluem-se
vrios polmeros sintticos,
sendo alguns biodegradveis (Brzezinski ,2009).
Tabela 1. Estrutura qumica dos principais tipos de polister.
(Retirado de Lucas, 2008)
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POLISTERES AROMATICOS so polmeros de cristais lquidos, obtidos
por fuso. O
VECTRAN (Equao 1), um exemplo destes polmeros, obtido a partir
da polimerizao por
acetilao dos cidos p-hidroxibenzoico e 6-hidroxi-2-naftico
(Hegde, 2009). usado em
condies extremas que necessitem de resistncia mxima ao desgaste,
com elevado
desempenho rotura e resistncia qumica. As suas principais
aplicaes so fitas de
desgaste, limpa pra-brizas, foles, impermeabilizaes, insuflveis
e luvas mdicas.
(1)
Polister BIODEGRADVEIS--O cido poli-lctico (PLA) (Equao 2) um
polister alifatico
termoplstico, biodegradvel, de cadeia linear, que se obtm de
milho. No incio esteve
limitado a aplicaes biomdicas, mas recentemente tem-se
desenvolvido a sua produo
para embalagens e fibras txteis. Estes polisteres so materiais
que se degradam
completamente pelo ataque dos microorganismos no meio ambiente
(Gunatillake, 2003).
(2)
2.1.2 Sntese do Poliester (PET)
As fibras de polister so formadas a partir de um polmero de
macromolculas lineares cuja
cadeia contm, em massa, pelo menos 85% de um ster de um diol e
de um dicido, o cido
tereftlico, sendo a sntese deste polmero geralmente efectuada
atravs de uma reaco de
policondensao (ver Figura 2).
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Figura 2. Reaco de um diol com um dicido. Como produtos
secundrios que resultam do equilbrio qumico nesta reaco podem
surgir oligmeros.
O polister comercial (PET) obtm-se apartir do cido tereftlico e
do etilenoglicol. O cido
tereftlico obtido por oxidao do p-xileno com o ar. Os xilenos
resultam da destilao
fraccionada do petrleo, resultando numa mistura dos ismeros
orto, meta e para.
Imediatamente antes da produo do polister, os ismeros so
cuidadosamente separados,
sendo o orto isolado por destilao e o meta e o para, por
cristalizao.(Mcintryra, 2005)).
2.1.3 Formao de Fibras (PET)
A sequncia para a produo de fibras (PET) depende das diferentes
formas de polimerizao
(em contnuo, descontnuo, ou em fase slida). O grau de
polimerizao controlado de
acordo com o fim em vista.
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O PET um polimero tipicamente fiado por fuso. No processo
convencional, o polimero
extrudido e enrrolado.
Figura 3.Formao de fibras poliester de (PET)
Para fins industriais o PET tem um maior grau de polimerizao,
conduzindo a uma massa
molecular e viscosidade mais elevadas. A massa molecular normal
situa-se entre 15000 a
20000. Num processo normal com uma extruso a temperaturas de 280
a 290, obtm-se uma
viscosidade baixa de 1000 a 3000 poise. O PET de baixa massa
molecular fiado a 265,
enquanto que o de elevada massa molecular fiado a 300 ou
mais.
A polimerizao em fase slida do PET utilizada quando se necessita
de uma massa
molecular mais elevada que a conseguida pela polimerizao por
fuso.
Os grnulos do polmero so sujeitos a uma secagem intensa e
tratados a uma temperatura
crescente at ao ponto de cristalizao maxima (160-170C).
Devido a uma cintica e energia de activao mais favorvel que na
polimerizao por fuso,
na polimerizao no estado slido h um maior crescimento das
cadeias macromuleculares do
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PET. Este assim produzido, tem aplicao tpica em garrafas para
bebidas. Ainda o PET
reciclado a partir deste muito utilizado em revestimentos de
cho, pois apresenta bastante
resistncia ao desgaste.
2.1.4 Propriedades Fsicas
medida que o grau de estiragem aumenta, dando maior
cristalinidade e orientao, a
resistncia traco e o mdulo inicial (mdulo e Young) aumentam e a
elasticidade diminui.
Um aumento da massa molecular aumenta a resistncia mecnica, o
mdulo, e o alongamento
(Morton e Hearle, 1975). Algumas propriedades das fibras de
polister apresentam-se na
Tabela 2).
Tabela 2. Propriedades de fibras de polister (PET) do tipo
normal
Densidade 1,38-1,50
Ponto de fuso 252-256 C
Ponto de amolecimento 230-250 C
Temp. de transio vtrea 68 C
Calor especfico (a 20C) 1,35 J/g/C
Calor especfico (a 150C) 1,75 J/g/C
Calor especfico (a 200C) 3,15 J/g/C
Resistncia rotura (filamento) 0,35 0,5 N/tex
Resistncia ao n 70% da resistncia rotura
Perda de resistncia em molhado 0%
Absoro de humidade (20C, 65%HR) 0,4%
Mxima temperatura de fixao 230C
Considerando as fibras txteis mais comuns, a resistncia abraso
do polister (PET) muito
boa comparada com generalidade das fibras txteis, sendo
ultrapassada apenas pela
poliamida 6.6 (Mcintryra, 2005).
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2.1.5 Propriedades Qumicas(PET)
Tabela-3-Propriedades qumicas do poliester
O polister apresenta uma excelente resistncia aos cidos
inorgnicos a concentraes
diludas, assim como aos cidos orgnicos em condies mais enrgicas
(tabela 3) O efeito dos
cidos depende, no entanto da aco conjunta da concentrao do cido,
da temperatura e
do tempo de tratamento.
Os cidos em geral, modificam pouca a resistncia do polister
quando actuam a temperatura
ambiente e a sua concentrao no ultrapasse os 30%.
Em condies suficientemente enrgicas de concentrao e temperatura
verifica-se uma
rpida destruio ou dissoluo da fibra por hidrlise cida.
A hidrlise tem lugar atravs da protonao do tomo de hidrognio do
grupo ester-,
seguida da reaco com a gua, dando origem aos grupos hidroxilos e
carboxilicos
2-1-6-Propriedades Trmicas do (PET)
Efeito do calor seco
As fibras de polister, quando submetidas a tratamentos trmicos,
sobretudo termomecnicos
(termofixao e texturizao), podem sofrer alteraes qumicas e
estruturais,
nomeadamente o encurtamento da cadeia polimrica e/ou alterao da
unidade estrutural,
SENSIBILIDADE AOS PRODUTOS QUMICOS
Boa resistncia maioria dos cidos minerais e
orgnicos.
Decompe-se em solues concentradas de
cido sulfrico.
Boa resistncia aos lcalis diludos.
Decompe-se em lcalis fortes a quente.
Sensvel aos solventes orgnicos a quente.
Boa resistncia a agentes branqueadores e
oxidantes
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12
que se manifestam, nas propriedades mecnicas das fibras, como a
curva carga/alongamento,
e eventualmente na afinidade tintorial (Morton e Hearle,
1975).
Desta forma, o conhecimento do processo trmico aplicado ao
polister torna-se
fundamental, j que dele depende o comportamento em tratamentos
posteriores como a
tinturaria, ou durante o uso do artigo final.
A termofixao, provoca um aumento da fraco cristalina, assim como
um maior tamanho
dos cristalitos. Por outro lado o aumento da temperatura de
termofixao aumenta tambm a
fraco cristalina, diminuindo a fraco no cristalina anisotrpica,
mantendo constante a
fraco no cristalina isotrpica (Brandrup, 1980)
Efeito simultneo da gua e temperatura
Os principais componentes da estrutura qumica do polister
convencional correspondem a
grupos fenlicos, metilnicos e ster, que no tm uma forte interaco
com gua, atravs de
ligaes de hidrognio. Esta a principal razo das pequenas alteraes
que se manifestam
ao nvel das propriedades mecnicas do polister, depois de ser
imerso em gua fria ou
morna.
Quando o polister tratado com gua fervura, sofre um ataque
hidroltico, que se traduz
nas propriedades mecnicas em molhado.
O tratamento com vapor tem efeito degradativo, que se manifesta,
nomeadamente, na
diminuio da tenacidade, e altera a cor do polister. Tanto com
gua ebulio e com
vapor, h ataque atravs da hidrlise dos grupos ster, que se
reflecte no encurtamento da
cadeia polimrica e, consequentemente, na diminuio da resistncia
(Brandrup, 1980).
2.1.7 Resistncia luz solar
As fibras de polister apresentam boa resistncia a luz solar,
embora, a longo prazo,
radiao ultravioleta cause degradao.
Se as fibras estiverem protegidas da luz solar ou, por exemplo,
atravs de um vidro, elas
apresentam um excelente desempenho, quando tratadas com um
estabilizador de UV, como
se verifica em aplicaes tais como cortinados e interiores de
automveis (Brandrup, 1980).
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Figura 4 -Resistncia aos raios ultravioletas das fibras de
polister.
Os semicondutores que vamos estudar so o TiO2 (dixido de
titnio), um ptimo agente
fotocataltico pois apresenta um baixo custo e no txico.
2.1.8 Filme de Polister (PET)
O filme de polister pode ser produzido num grande intervalo de
espessuras e pode ser
transparente ou opaco, ou seja, podem se manipular as
propriedades pticas de transmisso
de luz.
O filme de polister utilizado pela sua resistncia traco,
estabilidade qumica e
dimensional, transparncia, propriedades para eliminar gases e
odores e isolamento elctrico.
A resina de PET para produo de filmes produzida atravs de uma
reaco de condensao
utilizando os monmeros glicol etileno e o cido tereftlico, tendo
como resultado, alm do
polmero, compostos secundrios, como gua. O processo d-se por
extruso, utilizando
fieiras, e de seguida estirado para a forma final.
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Aplicaes de filme de polister compreendem a embalagem e proteco
de documentos,
materiais isolantes, aplicaes nuticas, indstria espacial,
aplicaes electrnicas e
acsticas (AMPEF, 2010). (AMPEF, Association of Manufacturers of
Polyester Film, Setembro
2010).
2.2 Consideraes Gerais sobre o Policloreto de Vinilo (PVC)
2.2.1 Historia do PVC
O policloreto de vinilo, denominado de PVC, dos materiais mais
tradicionais e
simultaneamente mais avanados dos nossos dias. O cloreto de
vinilo, matria-prima do PVC
foi sintetizado pela primeira vez em 1835, pelo cientista JUSTUS
VON LIEBIG.
O Cientista A.W. Hoffman, em 1860, publica as suas descobertas
sobre o polibrometo de
vinilo. Somente em 1872, com E. Baumann, surge o primeiro
registo da polimerizao do
cloreto de vinilo e a obteno do PVC.
Em 1912, Fritz Klatte desenvolveu a produo em grande escala do
PVC, mas a falta de
estabilidade trmica deste polmero, obrigou a novas investidas da
cincia. Teve de se
esperar at ao final de 1920 para a sua produo em escala
industrial. O primeiro produto em
PVC foi produzido nos Estados Unidos em 1929. Em Inglaterra s
dez anos mais tarde e na
Amrica do Sul s em 1950 comea a produo e comercializao de
produtos em PVC
(www.institutodoPVC.org,21-Agosto-2010).
2.2.2-Fabricao do PVC
O PVC um plstico que no depende totalmente do petrleo. Depende
em 57% do seu
peso de cloro (derivado do cloreto de sdio, o sal de cozinha) e
em 43% de eteno, um
derivado do petrleo. Hoje em dia a Indstria Brasileira consegue
obter eteno do lcool da
cana do acar, o que significa que as matrias-primas do PVC so de
origem natural e de
fontes 100% inesgotveis.
A partir do cloreto de sdio, pelo processo de electrlise,
obtm-se o cloro, soda custica e
hidrognio. Este mtodo consiste na passagem de uma corrente
elctrica por gua salgada
(sal moura). Na etapa seguinte, o gs eteno, vindo da cadeia
petroqumica, reage com o cloro
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em fase gasosa, formando um produto intermedirio o dicloroetano
(DCE). Este submetido a
alta temperatura para se transformar no gs cloreto de vinilo
(MCV). O polmero PVC obtido
da reaco de polimerizao do gs MCV. Na polimerizao as molculas de
MCV ligam-se,
formando a resina de PVC, um p muito fino, de cor branca
(Aluplast, 2000)
2.2.3-Caracteristicas tecnicas do PVC
O PVC um polmero, em que a sua molcula base se apresenta como na
figura seguinte:
Figura -5-extrutura molecular do monmero de PVC
O PVC um polmero muito verstil e leve o que facilita o seu
manuseio e aplicao. No
txico e resistente aco de fungos, bactrias, insectos, roedores e
tambm a reagentes
qumicos.
Tem uma excelente resistncia s condies climatricas adversas como
exposio ao sol,
chuva, vento e maresia, podendo ser lacado de vrias cores. Pode
ser transparente, opaco,
translcido, brilhante, metalizado e cristalino, podendo ainda
ser impresso e apresentar
forma rgida e flexvel.
Este polmero exibe um ptimo isolamento trmico, elctrico e
acstico, apresentando boa
durabilidade em construes, pois a sua vida til ultrapassa os 50
anos. impermevel a
gases e a lquidos e no propaga chamas devido molcula de cloro
que faz parte da sua
composio qumica. auto-extinguvel e resistente a choques, sendo
muito utilizado na
proteco de fios, cabos, etc.
O PVC ambientalmente correcto. Podendo ser reciclado e fabricado
com baixo custo
energtico.
2.2.4 Propriedades do policloreto de vinilo (PVC):
-Leveza-1,4g/cm333, o que facilita o manuseio e aplicao;
-Boa resistncia aco de fungos, bactrias e insectos;
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/PVC-polymerisatio
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-Boa resistncia maioria dos agentes qumicos;
-Bom isolamento trmico, acstico e elctrico;
-Resistente ao choque;
-Boa impermeabilidade a gases e lquidos;
-Boa resistncia s intempries;
-Vida til em construes de 50 anos;
-No propagao de chamas e auto-extinguvel;
-Elevada versatilidade e ambientalmente correcto;
-Fabricao com baixo custo energtico (Aluplast, 2000).
2.2.5-Aplicaes do PVC
O PVC tem grande importncia no nosso quotidiano. Devido s suas
propriedades,
caractersticas e ptima relao custo/beneficio, o PVC utilizado em
diversos segmentos e
contribui para o bem-estar e melhoria da qualidade de vida das
pessoas.
seguro e aprovado por rgos como:
- ANVISA (Agncia Nacional de Vigilncia Sanitria);
- FDA (Food and Drug Administration)
utilizado em reas sensveis como mdica e de produtos alimentares,
com toda a segurana.
A versatilidade e o baixo custo so os responsveis do sucesso do
PVC na arquitectura e
construo, sectores que necessitam de produtos acessveis e de boa
durao. Os produtos
utilizados nas edificaes e obras necessitam de vida til muito
longa, condio que os
produtos de PVC atendem perfeitamente, pois so resistentes ao
tempo e ao clima, mesmo
quando expostos a ambientes corrosivos, como o litoral, reas
rurais e urbanas. Ainda na rea
mdica, o PVC usado tambm nos pisos e forros das salas de
cirurgia, uma vez que estes
locais necessitam de bastante higiene. Alm disto, o PVC
utilizado para a fabricao de
mveis, brinquedos, e artigos inflamveis, tecidos espalmados
decorativos e tcnicos, peas
para acabamentos de automveis, entre outros.
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2.2.6-Compostos de PVC
Utilizados em milhares de produtos, na forma rgida ou flexvel,
podem assumir tantas
caractersticas quantos forem os processos de industrializao.
2.2.6.1-O que um composto
Na Figura 6, fotografia (a), ilustra-se um exemplo de uma
suferfcie em PVC, em que metade
sofreu o tratamento de deposio de TiO2, a da esquerda, e a outra
metade, no sofreu
tratamento algum, fotografia tirada a 22 de Julho 2004. Para as
mesmas superfcies de PVC,
observa-se que a 27 de Abril de 2007, na fotografia (b), o
resultado do tratamento com e sem
de TiO2 mostra a evidncia do poder de fotocatlise do TiO2.
Figura 6-Superfcies de PVC com e sem tratamento com dixido de
titnio, evidenciando o efeito de forocatlise deste agente.
O PVC um produto comercializado na forma de granulado,
proveniente da mistura
homognea do PVC e de outros componentes conhecidos como
aditivos, cuja composio visa
atender, em termos de transformao e propriedades fsicas/qumicas,
um determinado
produto transformado. O tipo e a quantidade adicionada destes
aditivos conferem
caractersticas especficas, tais como rigidez ou flexibilidade,
transparncia ou opacidade,
superfcie brilhante ou mate, resistncia luz e s intempries, cor,
propriedades elctricas,
etc.
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2.2.7-Aditivos funcionais
Estes incluem os estabilizantes trmicos, os lubrificantes, e no
caso do PVC flexvel; os
plastificantes.
2.2.7.1-Estabilizantes trmicos
Estes aditivos so necessrios em todas as formulaes de PVC para
prevenir a sua
decomposio pelo calor ou pela tenso de corte durante o
processamento. Normalmente
utilizado um co-estabilizante a fim de melhorar a estabilidade
do composto.
2.2.7.2-Lubrificantes
- Os lubrificantes internos so produtos que facilitam os
movimentos internos das cadeias do
polmero. So, por exemplo, lcoois gordos e steres de lcoois
gordos;
-Os lubrificantes externos so os que reduzem o atrito entre o
polmero e as superficiais
metlicas internas do equipamento. Entre estes encontram-se as
ceras de polietileno oxidado
e as parafinas;
-Os lubrificantes externo/internos tm um compromisso entre os
efeitos externos e internos
anteriores.
2.2.7.3-Plastificantes
Um plastificante uma substncia que torna o PVC flexvel,
resiliente e mais fcil de
manipular. A seleco de plastificantes depende das propriedades
finais requeridas pelo
produto final (resistncia a alta ou baixa temperatura). Os
plastificantes actuais monomricos
so os esteres como adipatos e ftalatos.
Os plastificantes polimricos so menos eficientes que os
monomricos. Estes so tipicamente
usados quando uma baixa migrao e uma baixa volatilidade so
requeridas, podendo ser
utilizados sozinhos ou em combinao com plastificantes
monomricos.
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2.2.8-Aditivos opcionais
Incluem uma gama de substncias que actuam no PVC conferindo
caractersticas
especficas como:
Agentes de expanso: formao de estrutura celular, com a
consequente reduo de
densidade;
Antibloqueio: reduo de aderncia entre camadas de filmes de
PVC;
Antiestticos: reduo de tendncia de formao de cargas estticas
superficiais;
Antifogging: reduo da tendncia de embaraamento dos filmes de PVC
decorrente
da condensao de humidade ou vapor;
Biocidas: reduo de tendncia de formao de colnias de fungos e
bactrias em
aplicaes flexveis;
Cargas: reduo de custos e alterao de propriedades mecnicas,
trmicas, e
dielctricas;
Deslizantes (slip): reduo do coeficiente de atrito entre camadas
de filmes de PVC;
Modificadores de fluxo: alterao do comportamento do fluxo
durante o
processamento;
Modificadores de impacto: aumento da resistncia ao impacto;
Pigmentos: modificao da cor e aparncia;
Retardantes de chama: modificao das caractersticas de
inflamabilidade.
Os compostos de PVC apresentam duas formas bsicas:
Dry Blend: composto de PVC na forma de p, obtido aps mistura da
resina com os
aditivos em misturadores rpidos. Devido porosidade das partculas
de PVC, obtido
pelo processo de polimerizao em suspenso, os aditivos lquidos so
absorvidos pela
resina e a mistura final apresenta-se na forma de p seco. Os
processos de
transformao no caso de compostos rgidos, utilizam o Dry Blend
directamente para
alimentao.
Composto Granulado: composto na forma de p (dry blend) pode
sofrer processo de
plastificao e homogeneizao em uma extrusora, que apresenta o dry
blend em
grnulos regulares
As vantagens de se utilizar o composto de PVC na forma de gro so
as seguintes:
Melhor disperso dos pigmentos e aditivos incorporados na
formulao
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Menor poluio do p manipulado no ambiente de fbrica
No danifica o equipamento de transformao (infiltrao de p nos
painis elctricos
e nas partes lubrificadas dos equipamentos)
Necessidade de utilizar uma extrusora para processar o p
Os compostos rgidos so utilizados na fabricao de diversos
produtos, desde embalagens a
produtos da construo civil. Possuem como caracterstica bsica a
dureza (penetrao ou
risco) e a tenacidade (traco e impacto).
Os compostos flexveis so compostos que tm a caracterstica de
flexibilidade devido
presena de plastificantes na estrutura molecular.
O plastisol obtido a partir da disperso de resina de PVC em
lquidos constitudos
exclusivamente por plastificantes.
2.3-Fundamentos tericos sobre as propriedades do dixido de
titnio (TiO2)
2.3.1 Consideraes sobre materiais semi-condutores.
As propriedades elctricas dos materiais dependem da aco de um
campo elctrico aplicado,
tendo em linha de conta os mecanismos de conduo por electres e a
estrutura de bandas de
energia de um material, determinando-se assim a sua capacidade
condutora.
Deste modo dizemos que os materiais slidos apresentam uma banda
vazia de electres,
onde estes se podem mover livremente, chamada banda de conduo, e
uma outra banda
preenchida onde os electres no se movem, chamada a banda de
valncia. No espao entre
estas duas bandas esta denominada da zona de band gap, estando
esta grandeza na razo
inversa da condutividade. Se esta diferena for grande, h muita
dificuldade de excitar
electres para que passem para a zona de conduo, assim haver
muita dificuldade de
conduo, o que caracterstico de um material isolante; se, de
outra forma, este espao
muito pequeno, ser muito fcil e rpido excitar os electres, de
modo a fazer evoluir estes
da banda de valncia para a banda de conduo, o que o caso de um
semi-condutor. Ainda,
no caso de um metal, em que as bandas de valncia podem estar
sobrepostas banda de
conduo, aqui quase automtico a excitao com a conduo.
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21
Na Figura 7 apresenta-se um esquema grfico para ilustrar as
bandas de valncia de conduo
e a banda de gap, para os materiais condutores, semicondutores e
isolantes.
Figura 7-Esquema energtico das bandas electrnicas em materiais,
condutores, semi-condutores e isolantes
2.3.2-Energia de Fermi (Ef)
As propriedades elctricas de um material slido dependem da sua
estrutura electrnica de
bandas mais exteriores e do modo como so ocupados pelos
electres.
As 0K (Kelvin) existem quatro tipos divergentes de disposies de
bandas de energia, como se
v na Figura 8.
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22
Figura 8-Esquema da energia de Fermi
-No primeiro caso (a), a banda de valncia est
desequilibradamente cheia de electres. A
energia relativa ao estado de mais alta energia a 0 K (Kelvin)
designa-se por energia de
Fermi (Ef).
-No segundo tipo de estrutura de bandas de energia (b), tambm
presente nos metais, tem a
banda de valncia cheia, mas sobrepe-se com a banda de conduo, a
qual, se no houvesse
sobreposio, estaria vazia. Por exemplo, o magnsio (Mg) tem este
tipo de disposio de
bandas.
-Os outros dois tipos de bandas so anlogos. Em ambos os casos
todos os estados da banda de
valncia esto integralmente carregados com electres. Porm, no
existe justaposio entre
estas e a banda de conduo vazia, suscitando assim, um intervalo
proibido de energia entre
ambos. A diferena entre os dois a magnitude do intervalo
proibido de energia (band gap)
que, para os materiais que so isolantes, este intervalo enorme
Figura 8 (c), enquanto para
os semi-condutores relativamente pequeno Figura 8 (d).
2.3.2.1-Conduo em termos de modelos de bandas e de ligaes
atmicas
Aqui vamos entender que apenas os electres com energias
superiores energia de Fermi
podem ser acelerados na presena de um campo elctrico. Os que
intervm no processo de
conduo, so chamados de electres livres. Nos semi-condutores e
nos isolantes existe outra
performance electrnica carregada e apelidada de lacuna catinica.
Estes tm energias
menores que a energia de Fermi e tambm cooperam na conduo
elctrica (Dowding, 1988).
A condutividade elctrica uma funo directa do nmero de electres
livres e lacunas
catinicas. Alm disto, a diferena entre condutores e no
condutores (ou isolantes e
semicondutores) reside no nmero de electres livres e buracos
transportadores de carga
(Callister, 2003).
-
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23
2.3.2.2-Isolantes e semicondutores
De forma a tornarem-se livres, os electres devem ultrapassar um
intervalo proibido de
energia para alcanar os primeiros estados de energia de banda de
conduo. Isto s
possvel se for dado ao electro uma quantidade de energia
equivalente energia do band-
gap. Em certos materiais, se este intervalo proibido tem uma
amplitude de poucos
electrovolts, estamos na presena de um semicondutor, se, pelo
contrrio, o intervalo mais
de dez electrovolts, estamos na presena de um isolante.
Por outras palavras, quanto maior for o intervalo proibido de
energia, menor ser a
condutividade elctrica para uma determinada temperatura.
Apresenta-se na Tabela 4 uma
comparao das energias de gap entre vrios materiais
semi-condutores.
Tabela 4-Valores da energia de gappara vrios semi-condutores
Material EGap /eV a 300K
Silica (Si) 1.11
Germnio (Ge) 0.67
Diamante (C) 5.5
xido de cobre(II) (CuO) 1.2
xido de zinco (ZnO) 3.37
Nitreto de alumnio (AlN) 6.3
Nitreto de glio (GaN) 3.4
Dixido de titnio, fase rutilo (TiO2)
fase anatase
3.0
3.2
A diferena entre semicondutores e isolantes a quantidade de
energia do intervalo proibido;
nos semicondutores pequena e nos isolantes bastante grande.
A condutividade de materiais isolantes e semicondutores pode
tambm ser compreendida
numa conjuntura de modelos de ligao qumica.
Nos isolantes a ligao inter-atmica inica ou fortemente
covalente, pois os electres de
valncia esto fortemente ligados a tomos individuais ou so
partilhados por eles.
As ligaes dos semicondutores so predominantemente covalentes e
relativamente frgeis,
de modo que as ligaes aos tomos so tambm frgeis.
Consequentemente estes electres
so mais facilmente desligveis que no caso anterior, por fora da
energia trmica (Callister,
2003).
-
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24
Vamos observar uma figura demonstrativa do processo de excitao
por via de energia
calorfica (Figura 9), em que (a) demonstra a fase antes e (b)
depois da excitao, desde a
banda de valncia banda de conduo, em cujo processo se forma um
buraco.
Figura 9-esquema da formao da lacuna electrnica/electro livre
num material semi-condutor
Nos materiais semi-condutores, a banda de valncia est
completamente saturada e separada
da banda de conduo, que est completamente vazia e separada desta
por um intervalo de
energia reduzido
2.3.2.3-Conceito de lacuna catinica
Nos semicondutores, cada electro excitado para a banda de
conduo, deixa atrs um
electro ausente numa das ligaes covalentes. Na terminologia de
bandas, corresponde a um
estado electrnico vago na banda de valncia, tal com se v na
Figura 9
2.3.3 Semicondutores e actividade fotocataltica
A fotocatalise heterognea um mtodo muito eficaz na decomposio de
materiais
orgnicos (Hoffman et al., 1995; Evgenidou et al., 2005). Os
semicondutores que actuam
como fotocatalisadores so caracterizados por bandas de valncia
(BV) e bandas de conduo
(BC). Ambas esto separadas por uma zona de energia denominada de
band gap. Assim que
uma quantidade suficiente de energia capaz de excitar um electro
(e-) da banda de
valncia, considera-se que essa quantidade de energia superior
energia de band gap, e
-
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25
o electro (e-) transferido da banda de valncia ate banda de
conduo e, em simultneo,
d origem a uma lacuna (h+) na banda de valncia (Hoffman et al.,
1995).
Figura-10-esquema simplificado da aco fotocataltica do TiO2 em
soluo, quando lhe Aplicada uma determinada quantidade de
energia.
O agente com caractersticas de semicondutores que vamos estudar
o dixido de titnio
(TiO2). Trata-se de um ptimo agente fotocataltico e apresenta um
baixo custo e no
txico.
2.4 Morfologia e sntese do dixido de titnio (TiO2)
O titnio o nono elemento mais abundante no nosso planeta.
Encontra-se sob trs formas
cristalinas: rutilo, anatase, e broquite. Neste trabalho vamos
utilizar na fase cristalina
anatase.
Das trs formas cristalinas, a fase anatase a termodinamicamente
mais instvel, tornando-a
assim mais susceptvel a excitao fotoelctrica. Na sua estrutura,
cada tomo de titnio
esterodeado por seis tomos de oxignio, numa configurao octadrica
mais ou menos
distorcida, e cada octaedro encontra-se em contacto com oito
octaedros vizinhos
(Diebold,2003)
-
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26
Figura 11-Representao esquemtica da estrutura cristalina de TiO2
anatase
Esta estrutura cristalina de TiO2 apresenta uma grande
actividade fotocataltica, devido a
elevada rea superficial e alta densidade em stios activos para
adsoro e catlise. A energia
de band gappara a anatase est definida em 3,2 eV. A actividade
fotocataltica
despoletada apenas por radiaes na zona do ultra-violeta.
Para sintetizar o TiO2 existem vrios mtodos:
Mtodo da coprecipitao que uma precipitao cido/base, onde o
precursor de
TiO2 adicionado a um meio alcalino recolhendo-se o TiO2 no
precipitado;
Mtodo solvotermal que a sntese de TiO2 partindo de um precursor
orgnico
seguindo-se um tratamento trmico;
Mtodo sol-gel onde um precursor orgnico suspenso em fase
coloidal e
posteriormente forado a polimerizar por aco de temperatura,
obrigando-o a
calcinar para separar os compostos orgnicos dos inorgnicos
(TiO2). (TiO2
Photocatalysis and related surface phenomena, surface Reports 63
(2008) 515-582
Embora existam mais mtodos de sntese estes so os principais, dos
quais o primeiro usado
escala industrial e os outros dois em sntese laboratorial.
importante salientar que o dixido de titnio usado neste trabalho
de granulometria
nanomrica, pois esta escala maximiza a rea superficial por massa
de catalisador
2-5 Consideraes gerais de auto-limpeza
As flores de Lotus so belssimas e as suas folhas esto sempre
limpas. Isto acontece graas
sua superfcie naturalmente repelente gua, em que as gotas
escorrem pelas folhas,
levando consigo todo e qualquer gro de poeira que esteja no
caminho.
-
Tratamento de auto-limpeza de materiais txteis sintticos
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27
H anos que os cientistas se inspiram nestas estruturas, tentando
desenvolver materiais que
possam significar o fim da limpeza em janelas das casas e at de
carros (Goetzendorf, 2004).
Do ponto de vista industrial, h dois interesses bsicos em
materiais que possam repelir
fortemente a gua:
Vesturio e tecidos que no se molham.
Vrios materiais auto-limpantes.
Se a gua da chuva, conseguir levar consigo todo o lixo
acumulado, as despesas com limpeza
de janelas e edifcios envidraados podem ser praticamente
eliminados. O segredo do efeito
de Lotus, como conhecido, est na microestrutura de minsculos
ndulos existentes sobre
as folhas da famosa planta.
Os microndulos no oferecem uma superfcie suficiente para que a
gua possa aderir a esta,
contraindo-se em gotas e rolando sobre a superfcie. Em
superfcies normais, a gua cobre
esta e assume uma estrutura hemisfrica, deixando o material
molhado (CeliK e Kadoglu,
2004).
Os cientistas japoneses foram mais alm e sintetizaram um
material que pode apresentar este
comportamento. O material sinttico inicialmente liso. Quando o
filme de diarileteno
irradiado com luz ultravioleta, a superfcie, antes incolor,
torna-se azul e repelente,
formando minsculas fibras de cerca de um micrmetro cada uma
delas (Qian e Hinestroza,
2004).
O efeito tem origem na estrutura molecular do material sinttico,
no qual cada molcula
formada de cinco anis. A luz ultra violeta causa a isomerizao da
molcula, resultando na
formao de quarto anel. O ismero com o quarto anel, cristaliza na
forma de agulhas, que
crescem para fora do cristal do ismero com o anel aberto assim
que se atinge uma
determinada concentrao. A luz na faixa visvel do espectro faz o
efeito contrrio, causando
a abertura do anel e o desaparecimento das agulhas. No actual
estgio da pesquisa no
possvel saber se o material ser economicamente vivel. Mas, se
depender das aplicaes
possveis, os cientistas faro com que seja possvel de o fabricar
de forma vivel (Lendlein,
2008).
-
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28
2-5-1 Auto-limpeza nos vidros
O vidro com actividade de auto-limpeza funciona graas aco
combinado de dois
elementos naturais: A luminosidade do sol (energia) e a chuva
(transportador de sujidade):
A luminosidade do sol, mesmo em tempo nublado, decompe as
sujidades
existentes sobre o vidro e torna a superfcie hidrfoba;
A chuva espalha-se, sem formar gotas, sobre a face exterior do
vidro e limpa
definitivamente os resduos decompostos pela radiao ultravioleta
do sol.
Podemos sintetizar este fenmeno em duas aces:
- A fotocatalise, por exposio aos raios ultravioleta da luz do
sol, provoca a decomposio
das sujidades orgnicas e torna a superfcie auto-limpante (Figura
12);
Figura 12. Esquema da fotocatalise superfcie de materiais
auto-limpantes
- Devido ao seu carcter hidrfilo, a gua da chuva que se espalha
sobre o vidro elimina os
resduos decompostos e as poeiras minerais.
Como vantagens podemos citar a reduo de frequncia de limpeza,
pois esta executada
pela luz solar. Reduzem-se os custos de manuteno/limpeza, com
vantagens para a
proteco do ambiente, pois reduz-se a utilizao de detergentes.
Ainda, torna-se mais
cmoda a viso continuada atravs das superfcies limpas dos
respectivos vidros.
A auto-limpeza de vidros baseou-se numa fina pelcula de dixido
de titnio de revestimento.
O vidro limpa-se em duas fases: A fase fotocataltica do processo
de degradao de materiais
orgnicos, utilizando radiao ultravioleta e luz visvel, faz com
que haja quebras de ligaes
na estrutura molecular das substncias que compem a sujidade No
passo seguinte a chuva
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29
lava a poeira e as sujidades, deixando quase sem manchas o vidro
que de natureza
hidrfoba, espalhando-se a gua uniformemente sobre sua
superfcie.
O dixido de titnio um material de eleio, pois caracterizado por
elevadas propriedades
fotocatalticas, estabilidade qumica e baixo preo. A sua fase
anatase a mais
fotocataltica. Quando sob a aco da irradiao UV, ento a aquela
aco manifesta-se em
grande escala, devido s suas propriedades semicondutoras. Das
diferentes fases cristalinas
do TiO2, a anatase que, devido a exibir uma estrutura totalmente
cristalina, a que melhor
desempenho prope para os processos de degradao.
H uma relao directa entre a absoro da radiao ultravioleta e a
actividade
fotocataltica, ou seja, a maior absoro UV implica que os
nanocristalitos apresentam uma
grande proximidade ou at sobreposio das bandas de valncia e de
conduo, onde os
electres passam com relativa facilidade e, por sua vez, criam as
lacunas inicas, este
incessante movimento que vai produzir a actividade
fotocataltica.
2-6-Efeito Lotus
O efeito de Ltus refere-se a uma repelncia gua muito elevada
(superhydrophobicity)
exibido pelas folhas da planta (Nelumbo). As partculas de
sujidade so apanhadas por
gotculas de gua devido a uma complexa arquitectura escala nano
da superfcie, que
minimiza a aderncia.
Figura 13:gua na superfcie de uma folha de ltus.
O fenmeno foi inicialmente estudado por Dettre e Johnson, em
1964, com superfcies
hidrofbicas em bruto. Estes trabalhos desenvolveram um modelo
terico baseado em
experincias com contas de vidro revestido com parafina ou
telmero base de PTFE. A
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=pt-PT&langpair=en|pt&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:LotusEffekt1.jpg&rurl=translate.google.pt&usg=ALkJrhgvlrLxqWudqMHl0lAjwH
-
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30
propriedade de auto-limpeza de superfcies superhidrofbicas,
micro-nanoestruturadas foi
descoberta na dcada de 1970 e tem sido aplicada desde a dcada de
1990 em produtos
tcnicos biomimticos. Materiais perfloralqulicos superhidrofbicos
foram desenvolvidos em
meados dos anos 1990 para uso com produtos qumicos e fluidos
biolgicos.
Devido sua alta tenso superficial, as gotas de gua depositadas
nas folhas de ltus tendem
a minimizar a sua superfcie aproximando-se da forma esfrica.
O hidrofobicidade de uma superfcie determinado pela medida do
ngulo de contacto.
Quanto maior o ngulo de contacto maior ser a hidrofobicidade de
uma superfcie.
Superfcies com um ngulo de contacto menor que 90 so referidas
como hidrfilas e, com
um ngulo superior a 90, so consideradas hidrofbicas (figura
14).
Figura 14:Hidrofobicidade da superfcie da folha de ltus.
Algumas plantas mostram ngulos de contacto de at 160 e so
chamadas de super-
hidrofbicas, o que significa que apenas 2 a 3% de uma gota de
gua estar em contacto com
uma superfcie. Plantas com uma superfcie de casal estruturado
como o ltus pode alcanar
um ngulo de contacto de 170 , onde a rea de contacto real de uma
gota de apenas 0,6%,
conduzindo a um efeito de auto-limpeza.
Este efeito de grande importncia para as plantas como uma defesa
contra patgenos, como
fungos ou o crescimento de algas e tambm para os animais como
borboletas, liblulas e
outros insectos. Outro efeito positivo da auto-limpeza a preveno
de contaminao da rea
de superfcie da planta exposta luz, resultando numa
fotossntese.
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=pt-PT&langpair=en|pt&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lotus3.jpg&rurl=translate.google.pt&usg=ALkJrhgEA_C9Jh212JS0sPGRPP
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31
2-7-Aplicao da tcnica de nanocristais de TiO2
O porqu da utilizao de nanocristalitos de TiO2 prende-se com a
sua capacidade de
oxidao e de estabilidade, tendo sido desenvolvidas aplicaes em
diferentes reas:
-purificao do ambiente;
-desodorizao;
-esterilizao;
-anti-incrustamento;
-auto-limpeza de vidro.
Figura 15. Diferena de transmitncia em superfcies de vidro com e
sem funcionalidades de auto-limpeza.
Alguns cientistas nas reas da nanotecnologia desenvolveram
tratamentos, revestimentos,
tintas, telhas, tecidos e outras superfcies que podem ficar
secas e que se podem limpar da
mesma forma como a folha de ltus. Esta propriedade pode ser
conseguida usando
tratamentos de silicone em superfcies estruturadas ou com
revestimentos contendo
micropartculas. Materiais super-hidrofbicos compreendendo
micropartculas de Teflon
foram usados em diagnsticos mdicos. possvel obter estes efeitos
utilizando combinaes
de polietilenoglicol com glicose e sacarose (ou partculas
insolveis) em conjugao com uma
substncia hidrofbica.
-
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32
O fenmeno de auto-limpeza de superfcies super-hidrofbicas escala
microscpica
baseado num efeito fsico-qumico puro que pode ser transferido
para superfcies tcnicas
numa base biomimtico. O primeiro e mais bem sucedido produto com
propriedades super-
hidrofbicas de auto-limpeza foi lanado em 1999 e tem sido
aplicado em mais de 500 mil
edifcios em todo o mundo at agora.
Outras aplicaes tm sido comercializadas, tais como, culos de
auto-limpeza dos sensores
instalados em unidades de controlo de trfego nas auto-estradas
alems. A empresa Evonik
AG desenvolveu um spray para a gerao de filmes de auto-limpeza
em vrios substratos.
Revestimentos super-hidrofbicos com efeito de Lotus aplicado a
antenas de microondas
podem reduzir significativamente a aderncia de chuva, bem como
de gelo e neve.
Capitulo 3: Parte Experimental
3-1-Degradao de material orgnico pela aco directa de TiO2
A estabilidade do TiO2 e a sua potencialidade de degradao de
materiais orgnicos com um
mnimo de energia um requisito para os nossos ensaios. Assim, um
dos objectivos industriais
preparar a forma anatase a baixa temperatura e a presso
atmosfrica, de modo a
potenciar o TIO2 para processos de interesse econmico e social,
como o de auto-limpeza,
actividade bactericida, e decomposio de matrias orgnicas, atravs
da incidncia de raios
ultravioleta.
Assim e em resumo, podemos dizer que, o estudo das propriedades
fotocatalticas do TiO2 vo
apontar o nosso estudo para a degradao de um material orgnico,
que neste caso ser um
corante de modo a sustentar a capacidade de degradao de
materiais orgnicos num
processo de auto-limpeza.
-
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33
3-2-Avaliao da decomposio da matria orgnica
As matrias orgnicas que vamos sujeitar a uma degradao
fotocataltica so o corante
Astrazon BN, de cor preta que, como se v na Figura 16, tem a
seguinte estrutura molecular:
-
Figura 16- Estrutura qumica do corante Astrazon BN
Esta avaliao realizada analisando a diminuio da concentrao pela
leitura da
absorvncia da soluo sujeita degradao no tempo, durante a exposio
radiao a
ultravioleta. A degradao de corante sob irradiao UV deve-se
directamente potencial
propenso para a fotocatalise intrnseca do dixido de titnio. A
forma anatase, com maior
grau de cristalinidade, a mais benfica para a actividade
fotocataltica.
3.3 Caracterizao dos substratos utilizados.
Foram utilizados no presente trabalho, tecidos de polister,
tecido de polister/PVC (70-30) e
filmes de PVC (100%).
De seguida apresenta-se as propriedades bsicas de cada de cada
tecido utilizado no estudo.
3.3.1 Tecido de polister
Propriedades:
Massa:g/m2-228,7
Cor-branco
Ligamento-Tfeta
Densidade dos fios:- teia-24 fios/cm
- trama-14 passagens/cm
-
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3.3.2 Polister /PVC (70/30)%
Massa:g/m2-298,7
Cor-creme
Ligamento-Tafeta
Densidade de Fios:-teia-20 fios/cm
Ttrama-18 passagens/cm
Ttulo do fio-50-tex
Acabamento tecido revestido
3.3.3 PVC
Os provetes de PVC provm de amostras cedidas pela Aluplast GmbH,
de cor branca e
com uma densidade de 0,8g/cm3
3.4-Caracterizao do Dixido de Titnio
A forma utilizada foi a Anatase que uma das trs formas minerais
do dixido de titnio
(enciclopdia Britnica 11 edio).
Nome Dixido de titnio (anatase), 99,8%, Sigma Aldrich
Frmula qumica TiO2
Cor e aparncia P slido branco
Densidade 4,23 g.cm -3
Massa Molar 79,87g.mol -1
Granulometria
-
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Lixa n 320
Velocidade de execuo: 150 rpm
Tempos de execuo: 5 e 15 minutos
Considerando os provetes de PVC devidamente preparados, passamos
ento aos ensaios
segundo os mtodos abaixo descritos.
3.5.1.2-Processo plasmtico Corona
Nos dias de hoje para Indstria Txtil tem uma preocupao
fundamental a economia dos
processos e a qualidade de vida ambiental, pois usam-se grandes
quantidades de gua e
associada a produtos qumicos, o que torna fundamental o controlo
da poluio e
racionalizao de energia. Aqui a radiao plasmtica tem um
contributo valioso na medida
em que:
-Substitui alguns pr-tratamentos;
-Aumenta a as propriedades de absoro de gua;
-Aumenta a adeso de agentes de acabamento;
-Aumenta a afinidade do corante.
um tratamento com o objectivo de efectuar a modificao das
caractersticas superficiais
dos substratos txteis a pretender de forma fsica e aproveitando
o potencial inico do
Tio2,para que este se aloje assim na superfcie das nossas
amostras, digamos que esta
preparao superficial efectuada de forma a no afectar a
integridade e propriedades
intrnsecas.
Este tratamento tem o objectivo de aumentar a energia
superficial, como forma de aumentar
a adeso de diversos produtos, que no nosso caso para a adeso dos
nanomateriais de TiO2.
O tratamento Corona consiste na aplicao de uma descarga entre
elctrodos presso
atmosfrica, com alta voltagem e baixa frequncia, criando-se
assim uma mistura de ies,
ozono, radicais que reagem superfcie dos substratos. Este
bombardeamento de electres,
ozono e diversas partculas provocam uma oxidao da superfcie dos
substratos, que tm de
ser removida por um sistema de suco. Em relao a outros processos
designados por
plasma, o tratamento designado por Corona, tem como principal
vantagem a aplicao em
processos industriais e em contnuo, alm da reduo de custos
inerentes aos tratamentos
que funcionam sob presso.
-
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36
Ensaio de tratamento CORONA
Um equipamento tpico de descarga Corona utilizado compreende
essencialmente um
gerador de frequncias, um transformador de alta voltagem e os
elctrodos, de tratamento e
contra-elctrodo.
Diversas amostras de PVC foram submetidas ao tratamento Corona
no Departamento de
Engenharia Txtil da Universidade do Minho. Dado que a distncias
entre os elctrodos da
mquina Corona so bastante reduzidas, as amostras tratadas foram
previamente preparadas
para uma espessura de 1mm, valor mximo permitido. Foram
submetidas amostras
respectivamente a 3 e a 5 passagens na mquina.
Assim, de acordo com a equao (1), a dosagem plasmtica Corona
aplicada s amostras de
PVC foi a seguinte:
Assim de acordo com a equao (1), a dosagem plasmtica Corona
aplicada s amostras de
PVC foi a seguinte:
Para as amostras com 3 passagens:
minm/W2000m5,0min/m3
3W1000CoronaPlasmticaDosagem 2
Para as amostras com 5 passagens:
minm/W33,3333m5,0min/m3
5W1000CoronaPlasmticaDosagem 2
Vamos ento agora passar a descrever os processos de impregnao de
TiO2 sobre as
superfcies dos vrios provetes, segundo os mtodos de Disperso,
Ultra-Sons e inchamento
(Swelling).
Aps o processo de preparao das respectivas superfcies,
nomeadamente Polimento e
Corona efectuaram-se os processos de impregnao superficial.
-
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37
3.6.-Mtodos de impregnao: Disperso, Ultra-sons e
Inchamento
3.6.1-Mtodo de Disperso
um processo de agitao orbital com o objectivo de se fixar Tio2
na superfcie do substrato
de PVC. Foi preparada uma suspenso 2g/l de TiO2
(99,8%-ANATASE)
Provetes: polidos, no polidos e Corona
Equipamento utilizado: Agitador marca P-SELECTA, Tipo
ROTATERM
Provetes de PVC rgido com dimenso (20mm*30mm).
Os provetes de PVC com e sem tratamento prvio foram depositadas
em recipientes de vidro
com 100ml da disperso de dixido de titnio e no equipamento atrs
descrito.
Deu-se incio ao processo com uma velocidade 113 V/mim a uma
temperatura estabilizada de
75C.
Foi-se registando as temperaturas da soluo ao longo do tempo,
verificando-se uma
estabilizao aos 50C, isto porque a 0,5 horas de ensaio, a
temperatura registada foi de 40C
e a temperatura medida ao fim de 1hora foi de 48C e a 1,15h de
50C, mantendo-se a esta
temperatura por tempo indeterminado, como se verifica no quadro
de valores (1).
Ao fim de 3h de tratamento retiraram-se as amostras e
executou-se uma lavagem sobre as
mesmas, para se observar macroscopicamente, conforme figura
adiante.
Vamos aqui caracterizar os trabalhos desenvolvidos, e observar a
respectiva observao
microscpica.
3.6.2-Mtodo de impregnao por ULTRA-SONS
A prpria vibrao prope uma libertao de bolhas de oxignio
dissolvido que, ao
explodirem, promove fixao de TiO2 no substrato, impregnando
superficialmente as amostras
de PVC com dixido de titnio.
Provetes: polidos, no polidos e Corona
Foi preparada uma soluo 2g/l de TiO2 (99,8%-ANATASE)
Provetes de dimenses (20mm*30mm) de PVC.
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Equipamento usado: ROTOQUIMICA, Tipo:-Ultra Sonic Clear,
Fabricante-Fungilab
Os provetes de PVC com e sem tratamento prvio, foram depositadas
em recipientes de vidro
com 100ml da soluo e no equipamento atrs descrito.
Deu-se inicio ao processo com uma vibrao de nvel 1, com dois
tempos de impregnao
respectivamente 5 minutos e 15 minutos, a uma temperatura
estabilizada de 30C. Registando
as leituras efectuadas no espetrofotmetro conforme quadro, de
valores (1).
3.6.3-Tratamento por inchamento (sweling)
Este tratamento foi efectuado com provetes de tecido de polister
e provetes de tecido de
polister/PVC (70%/30%). Foi preparada uma soluo de1g/l de agente
de inchamento e 0,5
g/l de TiO2
Equipamento Multi-dye;
Tempo de ensaio 5horas;
Velocidade de agitao mnima;
Dimenso do provete (22cm*7cm) num conjunto de 14 provetes;
Massa de cada provete: 1,55g;
Tratamento a temperatura constante de 100C.
O carrier utilizado neste trabalho foi o Tanavol PEW, fabricado
pela Bayer, que um
acelerador de tingimento indicado para fibras de poliester.
Propriedades:
Bom efeito de acelerao no tingimento
Praticamente inodoro
Pouco voltil
Bom efeito de uniformidade
Liquido auto-emulsionante
Tabela 5-Tratamentos superficiais efectuados sobre os substratos
estudados.
S/TIO2 DISP. ULTRA.
5 MIN
ULTRA
15MIN-
CARRIER
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PVC Sem polimento 0 1 2
Com polimento
5 min
4 5 6
Com polimento
15 min
8 9 10
Verde 3 12
Tratamento Croma
3 Passagens
14/20 16 17
Tratamento Croma
5 Passagens
21 15/18 19
Polister 22 5 24 BRANCO
Polister/PVC 25 26 27 BEGE
Tenso superficial de gotas sobre o PVC com e sem tratamento
Corona.
Verificou-se visualmente que a tenso superficial da gua sobre as
superfcies tratadas com 3
e 5 passagens, respectivamente, so praticamente iguais, embora
se perceba que superior
com o provete que esteve sujeito a 5 passagens de tratamento.
Estes valores so muito
superiores aos verificados na amostra de PVC no tratada, levando
concluso de que a
alterao da tenso superficial directamente proporcional ao
tratamento Corona.
3.7 Processo da degradao do material orgnico
-
Tratamento de auto-limpeza de materiais txteis sintticos
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40
Considerando que o Departamento Txtil da Universidade da Beira
Interior tem um
determinado equipamento, foi baseado neste que orientamos o
nosso trabalho de modo a
poder avanar com a componente experimental do estudo. Assim
utilizou-se um corante
(preto Astrazon BN Lquido) para poder, atravs da sua evoluo de
cor, efectuando leituras
num espetrofotmetro de visvel, de modo e de forma contnua
conhecermos a evoluo da
respectiva degradao de cor.
Aps uma anlise visual das imagens SEM dos provetes,
seleccionamos dois substratos txteis
tecido em polister 100% e tecido em polister/PVC nas propores
70%/30% - porque estes
apresentam uma uniformidade de molculas de TiO2 na superfcie, o
que por si s dariam
garantias de alojamento de TiO2. O mtodo que apresentou melhores
resultados de
impregnao superficial de TiO2 foi o do inchamento (sweling).
Considerandos que, aps a seleco das amostras, daremos ento incio
ao estudo da
degradao do material orgnico (corante), nas seguintes
condies:
-Corante na presena de TiO2;
-Corante na presena de tecido de polister;
-Corante na presena de tecido de polister/PVC;
-Corante.
O processo contempla as seguintes tarefas:
1. Preparao das solues padro a partir da soluo me (1g/l);
2. Leitura da transmitncia no visvel das solues no
espetrofotmetro;
3. Determinao da recta de calibrao do corante.
3.7.1 Determinao da recta de calibrao do corante
Com a preparao dos padres, as respectivas leituras de
transmitncia foram efectuadas
com um varrimento num intervalo de comprimento de onda de 400nm
a 700nm (Grfico 1).
Nota: o espetrofotmetro s l na zona do espectro visvel, pois
para estudar a degradao de
cor
-
Tratamento de auto-limpeza de materiais txteis sintticos
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41
Grfico 1-Curvas de absorvncia no visvel do corante Astrazon BN
em funo da concentrao.
Deste grfico dos espectros das absorvncia das solues padro
observamos dois picos,
respectivamente aos:
490 nm
610 nm
No entanto, para o estudo considerou-se em primeiro lugar o pico
de absorvncia mais
elevado, o de 610nm. Para este comprimento de onda determinou-se
a recta de calibrao do
corante, que se apresenta no Grfico 2.
0,0000
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
Ab
so
rva
n
cia
s
Comprimento de onda
Curvas do espectro das absorvncias
5m g/l
10m g/l
20m g/l
30m g/l
40m g/l
50m g/l
-
Tratamento de auto-limpeza de materiais txteis sintticos
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42
x y
0,5 0,1031
1 0,1873
2 0,3988
3 0,595
4 0,7902
5 0,9867
Grfico 2- Recta de calibrao a 610nm do corante Astrazon BN.
3.7.2. Colheita das amostras para leitura do
espectrofotmetro
Corante Astrazon BN LIQUIDO
Provetes: 41 cm2 * 5 amostras, com superfcie de exposio dos dois
lados - cortados em peas
de 1 cm2, o que perfaz no total de superfcie de exposio de 412,5
cm2.
Soluo de dixido de titnio a 1 g/l;
Lmpada com emisso de radiao UV de 365nm, marca-VL-6 LC,
12W/2;
Lmpada visvel de 200W de potncia, 230 V, 50Hz.
Foi feita uma montagem de forma a poder criar uma incidncia de
radiao UV e luz visvel a
uma distncia de 25 centmetros do bordo superior do recipiente,
sobre quatro solues com
a seguinte constituio:
Volume 1: soluo de 1000ml de corante Astrazon BN, a 20ppm mais
TiO2, com
agitao permanente;
Volume 2: soluo de 1000ml de corante Astrazon BN, a 20 ppm com
uma amostra de
tecido polister, de 192 peas cortadas com 1cm de lado, em agitao
permanente;
Volume 3: soluo de 1000ml de corante Astrazon BN, a 20 ppm com
uma amostra de
tecido polister-70%+PVC-30%, de 192 peas cortadas com 1cm de
lado, em agitao
permanente;
y = 0,0198xR = 0,9998
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 10 20 30 40 50 60
Ab
sorv
nci
ap
ara
61
0n
m
mg/L
Recta de Calibrao dos Padres
y
-
Tratamento de auto-limpeza de materiais txteis sintticos
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43
Volume 4: soluo de 1000ml de corante Astrazon BN, a 20ppm, em
agitao
permanente.
Procedimento de tiragens para a respectiva medio:
Vamos tirar amostras de 25ml, no sem antes fazer a devida
correco (em balo volumtrico
de 1000 ml c/funil) imposta pela evaporao com a seguinte
periocidade; 3h; 9h 30m; 30h e
fazer as respectivas leituras, no espetrofotmetro, de modo a que
a recta de calibrao
previamente calculada nos fornea as concentraes, para assim
avaliarmos a degradao do
corante, ao longo do tempo. Todas as amostras dos ensaios do
TiO2, foram sujeitas a uma
centrifugao durante 12 minutos a uma velocidade 3200 rpm, com o
objectivo de separar as
partculas (TiO2) em suspenso.
Iniciou-se o processo da degradao do corante partindo-se de uma
concentrao de
12,5mg/l, e verificou-se que os padres mais diludos apresentavam
linhas de absorvncia
quase concordantes. Por este motivo alterou-se a concentrao para
20mg/l, pois a soluo
inicial no deveria ser muito concentrada, para no inibir a
degradao, que poderia
acontecer pela no penetrao da luz, que causada pelo catalisador
slido. A razo pela
qual utilizamos esta concentrao (20mg/l), prende-se com o facto
de o espetrofotmetro
no permitir efectuar leituras de solues muito concentradas e
ainda porque para estas
solues, o processo de catlise iria ser dificultado, por causa do
impedimento de penetrao
da luz visvel e ultravioleta nas solues durante o processo de
degradao.
O Grfico 3 apresenta os resultados da degradao do corante aps a
exposio luz visvel e
ultravioleta nas diferentes situaes estudadas: corante em soluo,
soluo de corante na
presena do tecido de polister/PVC tratado com dixido de titnio
(processo de
inchamento), soluo de corante na presena de tecido de polister
tambm tratado com
dixido de titnio (processo de inchamento) e soluo de corante na
presena de dixido de
titnio.
-
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44
Grfico 3-Evoluo da degradao em funo do tempo do corante Astrazon
BN com e sem a presena de dixido de titnio (comprimento de onda a
610nm).
y = 19,193e-0,003x
R = 0,6129
y = 17,142e-0,03x
R = 0,9765
y = 21,8e-0,075x
R = 0,996
y = -0,4401x + 17,377R = 0,9538
-5,0000
0,0000
5,0000
10,0000
15,0000
20,0000
25,0000
0 10 20 30 40 50
Concentraes 610nm
Dye
Tio2+Dye
Pes+Dye
Pes/PVC+Dye
-
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Estudo da Recta de Calibrao a 490nm
x y
5 0,08281
10 0,151318
20 0,321937
30 0,479255
40 0,638461
50 0,800794
Grfico 4-Recta de calibrao a 490nm do corante Astrazon BN.
Dado que o comportamento do corante em termo de absorvncia no
espectro visvel
evidenciava dois picos, para alm do pico mximo a 610nm, um outro
a 490nm, foi tambm
feito um estudo anlogo para este segundo comprimento de onda. A
recta de calibrao para
este comprimento de onda de 490nm est apresentada no Grfico 4. A
respectiva evoluo da
degradao mostra-se no Grfico 5.
y = 0,016xR = 0,9998
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 10 20 30 40 50 60
Ab
sorv
nci
ap
ara
49
0n
m
mg/L
Recta de Calibrao dos Padres
y
-
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Grfico 5- Evoluo da degradao em funo do tempo do corante
Astrazon BN com e sem a presena de dixido de titnio (comprimento de
onda a 490nm).
Os grficos 6, 7, 8 e 9 apresentam as curvas de absorvncia ao
longo do tempo para as quatro
solues estudadas e que foram objecto de estudo da degradao do
corante preto Astrazon
BN pela aco cataltica do dixido de titnio.
y = 18,638e0,0015x
R = 0,2285
y = 15,332e-0,024x
R = 0,9739
y = 21,086e-0,064x
R = 0,9961
y = 20,935e-0,029x
R = 0,97970,0000
5,0000
10,0000
15,0000
20,0000
25,0000
-8 2 12 22 32 42
Concentraes a 490nmDye
Tio2+Dye
Pes+Dye
Pes/PVC+Dye
-
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47
Grfico 6-Curvas de absorvncia do corante preto Astrazon BN na
presena de TiO2 na soluo em funo do tempo.
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
400 500 600 700
Ab
s.
l / nm
Curvas de Absorvncia Corante/TiO2ao longo do tempo
0 hour Dye
3,0 hour Dye+Tio2
9,5 hour Dye+Tio2
30 hour Dye+Tio2
-
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48
Grfico 7- Curvas de absorvncia do corante preto Astrazon BN na
presena de tecido de polister
tratado dom dixido de titnio em funo do tempo.
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
400 500 600 700
Ab
s.
l / nm
Curvas de Absorvancia Pes/Corante ao longo do tempo
0 hour Dye
3 hour Pes+Dye
9,5 hour Pes+Dye
30 hour Pes+Dye
-
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Grfico 8- Curvas de absorvncia do corante preto Astrazon BN em
funo do tempo.
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
400 500 600 700
Ab
s.
l / nm
Curvas de absorvncia Coranteao longo do tempo 0 hour Dye
3,0 hour Dye
9,5 hour Dye
30 hour Dye
-
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Grfico 9- Curvas de absorvncia do corante preto Astrazon BN na
presena de tecido de polister/PVC tratado com TiO2 em funo do
tempo.
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
400 500 600 700
Ab
s.
l / nm
Curvas de absorvancia Pes/PVC +Coranteao longo do tempo 0 hour
Dye
3,0 hour Dye
9,5 hour Dye
30 hour Dye
-
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Capitulo 4: Resultados e Discusso
A tcnica de deposio do dixido de titnio que provou ser eficaz
foi a que consistiu no
tratamento do substrato com um agente de inchamento (carrier).
Este procedimento
possibilitou uma boa reteno de dixido de titnio, como se provou
pela lavagem
subsequente dos substratos tratados. Dada a espessura e rigidez
elevadas dos filmes de PVC,
por este processo s foram tratados os tecidos de PES/PVC e de
PES.
A tcnica baseada em procedimentos mecnicos do filme de PVC
(polimento) no deu
resultados satisfatrios, depreendendo-se que os poros