Inovações tingimento fibras celulósicas (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
CAMPUS BLUMENAU
CURSO PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA TÊXTIL
Gabriela Maestri
Larissa Maebara
Letícia Kuster
Raquel da Silva
Inovações em tingimento de fibras celulósicas
BLUMENAU
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Elementos do trabalho acadêmico	19
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	15
2	Tingimento catiônico	16
3	Tingimento com óleo	18
4	Tingimento com espuma	19
5	Tingimento com uso solventes	20
6	Corantes naturais encapsulados	21
7.	Tingimento em atmosfera de nitrogênio	22
8.	Dye Clean	23
 INTRODUÇÃO
O processo de tingimento possui princípios básicos gerais para todas as fibras, como a necessidade de aplicação de um ponto específico de temperatura, pH e tempo de processo. No entanto, para cada classe de fibra existem particularidades do processo de tingimento, que conforme a fibra a ser tingida, utiliza de diferentes classes de corantes, auxiliares e condições de processo.
O presente trabalho tem o objetivo de apresentar as principais inovações em termos de tingimento de fibras celulósicas. Para isso, foi realizada uma pesquisa no Google Scholar com a palavra-chave “dyeing AND cellulosic”, avaliando o crescimento de publicações com estes termos nos últimos 5 anos. Os resultados são apresentados no gráfico 1.
Gráfico 1 - Publicações na base de dados google scholar com a palavra-chave “dyeing AND cellulosic”
Conforme pode ser observado no gráfico 1, o número de publicações em termos de pesquisa científica relacionados à tingimento de fibras celulósicas se encontra em crescimento, com a ressalva do ano de 2020, porém que ainda não terminou.
De 2016 até 2019, o número de publicações cresceu em torno de 42,7%. Com base na palavra-chave mencionada, foi realizada uma leitura aprofundada de 3 artigos científicos do ano de 2020, para um apanhado geral das pesquisas mais recentes em termos de tingimento de fibras celulósicas. As principais informações destes 3 artigos é apresentada na Tabela 1.
Tabela 1 - Descrição de 3 inovações em termos de pesquisa científica relacionados à tingimento de fibras celulósicas
	Objetivo
	Principais materiais
	Método utilizado
	Principais resultados
	Referência
	Encontrar o ponto de exaustão máxima de tingimento de algodão com corante direto utilizando o mínimo de sal
	Corante direto vermelho 28, Corante direto azul 15, tecido plano de algodão
	Tingimento direto
	Condições ótimas de processo encontradas: temperatura 65ºC, relação de 3g/100mL de sal, tempo de tingimento de 45 minutos e pH 9,0
	(REHMAN et al., 2020).
	Desenvolver um melhor processo de tingimento utilizando radiação ultrassônica, com o intuito maior de obter melhor propriedades de desbotamento de cor
	Tecido irradiado e não irradiado; solução de tingimento irradiada e não irradiada; tecido plano de algodão merceirizado
	Uso de radiação ultrassônica de tingimento à cuba de Azul 4
	Boas características de cor utilizando tecido não irradiado, com solução irradiada, a 55ºC, por 60 minutos usando 50 mL de banho de corante neutro
	(ADEEL et al., 2020)
	Desenvolver processo de tingimento de fibra celulósica com corante ácido em apenas 1 etapa
	𝞫-Ciclodextrinas e tecido plano de algodão de gramatura 140 g/m²
	Incorporação de 𝞫-Ciclodextrinas ao tecido de algodão e posterior modificação dos tecidos, gerando os corantes ácidos diretamente no tecido de algodão
	A concentração adequada é de 4% de 𝞫-Ciclodextrinas. Análises do sistema CIELAB mostraram propriedades satisfatórias
	(REHAN et al., 2020)
Tingimento catiônico 
No processo de tingimento, quando as fibras celulósicas entram em contato com a água, produzem uma carga ligeiramente negativa devido à ionização dos grupos hidroxila, sendo que para a maioria dos corantes utilizados para o tingimento do algodão a carga é aniônica em solução. Como os pólos comuns de ímãs, as mesmas cargas se repelem, a carga levemente negativa na fibra resulta em repulsão de corantes aniônicos e, portanto, o esgotamento do banho é limitado. No entanto, adicionando um eletrólito, o fator de repulsão de carga pode ser compensado e, assim, é atingida uma maior exaustão do corante. Os corantes reativos exigem grandes quantidades de eletrólito para sua aplicação. 
Diferentes abordagens, como por exemplo, a cationização da celulose durante a reação química com compostos contendo grupos catiônicos, podem controlar o problema acima mencionado (CHATTOPADHYAY, 2001). 
Conforme demonstrado na Figura 2, o algodão catiônico é quimicamente modificado para possuir uma carga positiva permanente, tornando o algodão mais “amigável” ao corante e aumentando a sua fixação. A incorporação de grupos catiônicos na celulose tem por finalidade não apenas eliminar a repulsão entre corante e fibra, porém a criação de uma atração iônica, de maneira a reduzir os resíduos de corantes nos efluentes e a necessidade de eletrólitos utilizados no tingimento tradicional de algodão.
Figura 2 - Tingimento tradicional de algodão
Fonte: Stylo Urbano
 O agente cationizador utilizado no estudo de Brizido (2018), foi o quaternário de amônio. No processo com esse composto e com corantes reativos, a presença de eletrólitos se torna menos necessária e aumenta progressivamente a intensidade da cor, com o aumento da concentração do agente catiônico, devido à atração iônica entre corante e fibra. Além do quaternário de amônio, outros agentes cationizadores vêm sendo estudados, pode ser citado, por exemplo, a reação de trialquilamidas e epicloroidrina para os pré tratamentos da celulose. Muitos desses produtos, além de facilitarem os tingimentos de algodão, podem promover ainda ação antimicrobiana.
Vale ressaltar que o processo de cationização cria um processo de tingimento mais curto e eficiente, que utiliza menos água, energia, produtos químicos e pode trazer um benefício ergonômico em indústrias que operam manualmente a adição do eletrólito. 
2.1 Benefícios ambientais
Embora o algodão catiônico ajude a atender às demandas do mercado e a melhorar a eficiência de estoque e custo, o maior benefício dessa tecnologia é a redução de água, energia e produtos químicos no processo de tingimento.
2.1.1 Água: A utilização de quase 100% do corante reduz significativamente as águas residuais e a necessidade de enxaguar o tecido para remover o corante não fixado. A água do banho sai clara.
2.1.2 Energia: Tempo de tingimento é reduzido pois o corante adere ao tecido mais rapidamente.
2.1.3 Produtos químicos: No geral, são necessários menor quantidade de corante para obter a mesma cor, e elimina-se a necessidade de sal e álcalis no processo de tingimento.
Tingimento com óleo
 Além dos tingimentos convencionais, uma alternativa que vem sendo estudada e utilizada em processos recentes é o emprego de óleo de soja na receita/formulação do processo de tingimento. Esta interação ocorre devido a presença de ácidos graxos no óleo, que se prendem nas fibras e desta forma promovem a fixação de corante sobre a mesma, que pode também minimizar a necessidade do uso de sal. É um processo de dupla fase, em que a água corresponde a fase interna e o óleo, a fase externa. O óleo é servido como fase externa para dispersar os corantes reativos, enquanto a água é servida como fase interna para inchar o algodão e fixar os corantes com álcalis. Neste caso, 100% dos corantes reativos entram na fase interna sem a ajuda de sais devido ao alto potencial químico dos corantes na fase externa. Comparado ao sistema aquoso convencional, o sistema de fase líquida dupla melhora a fixação do corante em 33% e reduz o descarte de corantes em 82%. A utilização de sais é reduzida em praticamente 100%. A fase externa é reutilizável e biodegradável. Os tecidos de algodão foram tingidos com o sistema de fase líquida em escala piloto e obtiveram a mesma qualidade de tingimento do sistema aquoso convencional (LIU, Linyun, et al, 2019).
Figura 3 - ?????
Fonte:(LIU, Linyun, et al, 2019)
Tingimento com espuma
A Gaston Systems tem a tecnologia chamada “Oasis”, para tingimento de tecidos
algodão com diversas classes de corantes em espuma, que não usa água e dispensa a necessidade de lavação pós-tingimento. A preparação do tecido é a mesma de um processo de tingimento por banho, assim como a reação do corante. Similar ao pad-batch, porém com espuma, não há necessidade de girar o rolão, a umidade é tão baixa que a gravidade não atua no tecido. 
O processo onde a espuma fica em ambiente atmosférico, traz a dificuldade de equalização no tecido, pelo fato da espuma ser aplicada em um foulard, isso porque se perde o controle do tamanho das microbolhas, algumas podem crescer, outras estourarem, etc.. Somente o sistema com aplicador pressurizado consegue ter precisão total da aplicação dos químicos, já que a espuma é gerada e injetada no tecido em ambiente controlado, é possível fazer tingimento com qualquer classe de corante para qualquer cor, inclusive cores diferentes em cada face do tecido, simultaneamente. Também gera muito menos corante hidrolizado, conseguindo-se mesmas tonalidades com um consumo menor de corante. O tingimento de espuma é uma tecnologia economizadora de água e ecológica que é cada vez mais utilizada em todo o mundo, principalmente para tecidos. Seu uso para o tingimento índigo de fios denim tem sido dificultado pelo fato de que o índigo se torna insolúvel na presença de oxigênio. Porém existem pesquisas que relatam o desenvolvimento de um sistema de tingimento de espuma que elimina o oxigênio até que o processo de tingimento esteja completo e os fios estejam prontos para serem oxidados.
 Tingimento com uso solventes
O tingimento reativo convencional gera efluentes coloridos com grande quantidade de sal. Aqui, um sistema de tingimento assistido por solvente de etanol (EtOH) -tetracloreto de carbono (CCl2) -água (H20) foi proposto para o tingimento reativo de algodão. Em detalhes, os fios de algodão foram primeiro pré-tratados com solução alcalina, seguido pelo tingimento em um sistema de solvente 55: 40: 5 (v / v) EtOH – CCl4 – H2O sem a adição de sal. 
Para validar a abordagem desenvolvida de tingimento sem sal, seis tipos de corantes reativos representativos foram selecionados para os experimentos de acordo com seus matizes de cor e grupos reativos. Foram estudados os efeitos da temperatura e do tempo de tingimento na exaustão e fixação total dos corantes reativos investigados. 
Em comparação com as amostras tingidas com o método convencional, os fios de algodão tingidos no sistema solvente EtOH – CCl4 – H2O exibiram valores de K/S significativamente maiores, exaustão e fixação total. Mais importante ainda, a excelente permeabilidade, estabilidade de cor satisfatória e uniformidade de cor aceitável também foram alcançadas nas amostras tingidas no sistema de solvente. 
Apesar de que o método de tingimento sem sal desenvolvido pode ter custos ligeiramente mais elevados, ele pode reduzir significativamente o consumo de produtos químicos e o descarte de águas residuais. Portanto, esse método de tingimento pode ser uma abordagem promissora. Futuros estudos nesta direção terão foco principalmente em suas aplicações industriais e no reaproveitamento de solventes orgânicos (A. Wang, et al, 2020).
Figura 4 - dddddddddd
Fonte: (A. Wang, et al, 2020)
Corantes naturais encapsulados
Há milhares de anos, a humanidade utiliza substâncias extraídas de plantas, insetos e outros seres para dar mais cor aos tecidos, cerâmicas e outros produtos. No entanto, o uso desses corantes naturais entrou em declínio com a invenção dos corantes sintéticos na metade do século XIX. Atualmente, corantes sintéticos são utilizados nas mais diversas indústrias, da têxtil à cosmética. Tanto a produção quanto utilização dessas substâncias podem levar a problemas ambientais caso não sejam devidamente degradados ou removidos dos efluentes industriais. 
Segundo estudos realizados por Santos et al. (2018), os corantes naturais, nomeadamente índigo carmim, cochonilha carmim, curcumina e urucum, foram encapsulados em sílica pelo método sol-gel e aplicados no tingimento de diferentes fibras têxteis. Por razões comparativas, os tingimentos usando os corantes normais (não encapsulados) também foram realizados. Os materiais foram analisados ​​por um conjunto de técnicas para investigar suas propriedades elementares, estruturais, texturais e morfológicas, e os resultados mostraram que foi possível obter corantes naturais estáveis ​​para aplicações em tinturarias. 
Os corantes estruturados em sílica apresentaram melhores afinidades com as fibras de lã, poliamida, poliacrilonitrila e poliéster no tingimento com carmim de cochonilha, enquanto o algodão (CO) apresentou melhores afinidades com os corantes encapsulados de curcumina e urucum. Os desempenhos dos corantes encapsulados foram avaliados por medidas de cor e solidez à lavação e resultaram em melhores propriedades de absorção do corante e solidez à lavação. A mudança de cor e as medições de transferência de cor dos corantes encapsulados foram melhores (avaliados em 4-5 em uma escala de 1-5) em comparação com os corantes normais (SANTOS, Cristiane dos, et al, 2018).
Figura 5 - xxxxxxxx
Fonte: (SANTOS, Cristiane dos, et al, 2018).
7. Tingimento em atmosfera de nitrogênio
A empresa Care Applications, desenvolveu um acessório acoplado a um processo chamado de Close-N, trata-se de um sistema ecológico que fecha completamente a máquina de tingir ou de lavar com a possibilidade de trabalhar em uma atmosfera ausente de oxigênio por meio de nitrogênio. Com uso de corantes Enxofre ou Tina é possível diminuir muito ou até mesmo eliminar a quantidade de produtos químicos perigosos, que mantêm os corantes reduzidos como por exemplo a soda cáustica e o redutor, é também possível introduzir o Nitrogênio para se obter uma atmosfera livre de oxigênio e com os corantes controla continuamente e automaticamente o potencial REDOX e o pH. 
O sistema fecha facilmente a máquina evitando a entrada de oxigênio e permitindo que os corantes reduzidos sejam processados de maneira estável e controlada, podendo obter acabamentos especiais como efeito índigo ou efeito pigmentado com excelente solidez a lavação e à luz. O CLOSE-N, vende a ideia de grande economia de produtos.
8. Dye Clean
O processo Dye Clean é um processo exclusivo da Golden Technology, no qual inventou e patenteou. É um processo sustentável de tingimento para fibras celulósicas com corantes reativos e tem como objetivo a reutilização dos banhos no tingimento dos tecidos. Possui dentre as vantagens, a garantia de reprodutibilidade e igualização, o baixo custo de tingimento e tratamento do efluente, segurança no beneficiamento e o baixo impacto ambiental e uso de recursos naturais (GOLDEN TECHNOLOGY).
No processo Dye Clean, os 800 litros de água restantes, por exemplo, são inteiramente reutilizados em um novo tingimento, ao contrário do método tradicional, que descarta todo esse efluente líquido para tratamento. Mesmo que a água tenha assumido o tom do corante anterior, é possível reaplicá-la no tingimento de outra cor. E, como o banho vai sendo gradativamente renovado, não existe limite de reuso. Essa tecnologia patenteada garante 80% de economia de sal, 50% de economia de químicos e 80% de economia de água (GOLDEN TECHNOLOGY).
Referências
ADEEL, S. et al. Ultrasonic assisted improved dyeing of cellulosic fabric using Vat Blue 4. Journal of Natural Fibers, v. 17, n. 1, p. 1–8, 2020. 
A. Wang et al, Solvent assisted reactive dyeing of cotton with high exhaustion in the absence of salt. Journal of cleaner production, 2020.
BRIZIDO, VITOR ZAMBON. Tingimentos de malhas de algodão cationizadas com 3- cloro-2-hidroxipropiltrimetilamônio (CHTAC). 2018.
CARE. Porque sustentabilidade não é apenas uma palavra, Disponível em: <https://careapplications.com/pt/close-n-2> acesso em 27de setembro 2020.
CHATTOPADHYAY D P. Cationization of cotton for low-salt or salt-free dyeing, Indian Journal of Fibre and Textile Research, 2001.
LEITE, Romildo de Paula. Tecnologia de tingimento inteligente sem água. Disponível em: <http://textileindustry.ning.com/forum/topics/tecnologia-de-tingimento-inteligente-sem-gua>
acesso em 27de setembro 2020.
LIU, Linyun et al. Cost-effective reactive dyeing using spent cooking oil for minimal discharge of dyes and salts. Journal of cleaner production, v. 227, p. 1023-1034, 2019.
KUHN, DANIELE. Tingimento de algodão com corante reativo sem uso de sal por meio de cationização e aplicação de óleo de soja, 2019.
REHAN, M. et al. β-Cyclodextrin assisted simultaneous preparation and dyeing acid dyes onto cotton fabric. Reactive and Functional Polymers, v. 151, n. March, p. 104573, 2020. 
REHMAN, F. et al. Eco-friendly dyeing of cellulosic fabric using Direct Red 28 and Direct Blue 15 dyes. Global NEST JournalGlobal NEST: the international Journal, v. 22, n. 2, p. 173–178, 2020. 
SANTOS, Cristiane dos et al. Color and fastness of natural dyes encapsulated by a sol-gel process for dyeing natural and synthetic fibers, J Sol-Gel Sci Technol (2018)
STYLOURBANO. Conheça as tecnologias sustentáveis mais inovadoras para tingir tecidos com menos agua e poluição. Disponível em: < https://www.stylourbano.com.br> Acesso em 27 de setembro 2020.
GOLDEN TECHNOLOGY. Processo Dye Clean. Disponível em: <https://www.goldentecnologia.com/produtos-para-industria-textil/dye-clean/: Acesso em 28 de setembro de 2020.