tingimento de là com corante natural obtido a partir de folhas de eucalipto
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Área temática: Tecnologia
TINGIMENTO DE LÃ COM CORANTE NATURAL OBTIDO A PARTIR DE FOLHAS DE EUCALIPTO
Resumo - A coloração da lã se dá por processos de tingimento, que, por processos de adsorção, fixam o corante à fibra. A lã é uma proteína denominada queratina derivada da condensação de dezoito aminoácidos, onde da cadeia principal saem cadeias laterais volumosas e com baixo grau de cristalização, permitindo boa acessibilidade do corante para o interior da fibra. O processo de tingimento dessa fibra protéica é bastante poluidor, pois os corantes sintéticos são geralmente substâncias recalcitrantes que, após o tratamento convencional de coagulação/floculação, geram lodo de baixa biodegradabilidade. Neste sentido, o uso de corantes naturais para tingimento de lã contribui para a biodegradabilidade destes resíduos. O tingimento com corantes naturais ainda é um processo bastante empírico, sendo escassas as citações em literatura do processo em si. Assim sendo, o presente estudo teve por objetivo avaliar o processo de tingimento da lã com o corante natural obtido a partir das folhas de eucalipto, que possui como componentes principais os taninos e os flavonóides, que são responsáveis pela fixação dos corantes no interior de tecidos, proporcionando cores marrom-amareladas. Foram estudadas as condições ótimas de tingimento, como pH, temperatura e concentração inicial da solução corante e avaliada a influência do mordente alúmen de potássio na solidez à lavagem dos tecidos tintos. Verificou-se que o pH de 3, temperatura de 80 ºC e concentração inicial de 20 g/L são as condições que produziram melhores resultados de adsorção no processo de tingimento. Estes resultados foram utilizados para investigar a cinética e o equilíbrio do processo de tingimento, através das isotermas de adsorção. Verificou-se por meio do estudo cinético que a equação de pseudo-segunda-ordem é a que melhor representa o mecanismo cinético de tingimento. Nas isotermas de adsorção de corante, os dados experimentais foram ajustados ao modelo de Langmuir-Freundlich.
Abstract - The coloration of the wool takes place by dyeing processes, which in adsorption processes, they fix the dye to the fiber. Wool is a protein called keratin derived from the condensation of eighteen amino acids, whereas of the main chain leave bulky side chains with a low degree of crystallization, allowing good accessibility of the dye into the fiber. The process of dyeing protein fiber is very because synthetic dyes are generally recalcitrant substances which, after conventional treatment coagulation / flocculation generate sludge of low biodegradability. In this respect, the use of natural colorants for dyeing of wool contributes to the biodegradability of these residues. The dyeing with natural dyes is still a very empirical process and there are few citations in the literature of the process itself. Therefore, this study aimed to evaluate the process of dyeing wool with natural dye obtained from the leaves of eucalyptus, which has as main components tannins and flavonoids, which are responsible for fixing dyes within tissues providing yellowish-brown colors. It was studied the optimal dyeing conditions, such as pH, temperature and initial concentration of the dye solution and evaluated the influence of potassium alum mordant in the wash fastness of dyed fabrics. It was found that the pH of 3, temperature of 80 °C and initial concentration of 20 g/L are the conditions which produced the best results adsorption of the dyeing process. These results were used to investigate the kinetics and equilibrium dyeing process through the adsorption isotherms. It was found that the kinetic equation of pseudo-second-order is the one that best represents the kinetic mechanism of dyeing. In the dye adsorption isotherms, the experimental data were adjusted to the Langmuir-Freundlich model.
Palavras-chave: adsorção; lã; corante natural
1Introdução
A arte da aplicação de cor em tecidos é conhecida pelo homem desde tempos
imemoriais. Os registros históricos do uso de corantes naturais extraídos de vegetais, frutas,
flores, insetos e certos peixes datam de 3500 a.C. Contudo, a importância dos corantes
naturais para obtenção de cores em tecidos desapareceu desde o surgimento dos corantes
sintéticos, que ofereciam como principais vantagens uma ampla gama de cores e tonalidades
mais brilhantes. Atualmente a maioria dos corantes para o tingimento têxtil é de origem
sintética, sendo basicamente compostos azóicos, que raramente ocorrem na natureza (KANT,
2012).
Estima-se que a produção mundial de corantes é de aproximadamente 700.000
toneladas/ano. Desta quantidade cerca de 10% - 15% é lançado no ambiente durante o
processo de manufatura dos produtos, sendo a indústria têxtil responsável pela maior parte
dos despejos (MORAES, 2010). O tratamento desse efluente é um problema ambiental
significativo, uma vez que a maioria dos corantes sintéticos têm complexas estruturas
moleculares aromáticas, que os tornam inertes ou de difícil biodegradação quando lançados
no ambiente (KHOUNI et al., 2010).
Recentemente, a indústria de corantes é cada vez mais forçada a reduzir efluentes
tóxicos e a parar a produção de corantes ou pigmentos potencialmente perigosos
(MIRJALILI; NAZARPOOR; KARIMI, 2011). Além disso, devido ao aumento na percepção
dos riscos ambientais e de saúde associados com a síntese,
processamento e uso de corantes sintéticos, o interesse em corantes naturais aumentou em
todo o mundo, fazendo crescer um novo nicho de mercado, que valoriza produtos produzidos
a partir de matérias-primas naturais (ROSSI, 2009).
A crescente tendência mundial de preservação dos recursos ambientais e da qualidade
de vida se reflete na indústria têxtil como um todo, uma vez que a diferenciação nos produtos
e processos vem sendo vista como um meio para a satisfação dos consumidores. Neste
sentido, o grande desafio das indústrias têxteis é viabilizar matérias-primas e processos que
reduzam os impactos ambientais (PICCOLI, 2008). Sendo assim, o uso de corantes naturais
para o tingimento têxtil pode ser considerado uma alternativa bastante apropriada, uma vez
que tais compostos já são compatíveis com o ambiente, possuem biodegradabilidade,
toxicidade relativamente baixa e ausência de efeitos alérgicos, bem como disponibilidade de
várias fontes naturais (IBRAHIM et al., 2010).
2
No tingimento os corantes em solução são adsorvidos e se difundem para o interior da
fibra, estabelecendo com ela interações físico-químicas (SALEM, 2010). Contudo, o processo
de tingimento com corantes naturais ainda é bastante empírico, sendo escassas as citações em
literatura do processo em si, bem como as explicações referentes ao mecanismo de sorção.
Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi estudar as condições ideais de
tingimento de tecido 100% lã com o corante natural obtido a partir das folhas de eucalipto,
analisando também as propriedades de solidez da cor à lavagem. Para isto, os objetivos
específicos considerados foram: a) Determinação dos parâmetros ótimos do tingimento da lã
com o corante natural extraído das folhas de eucalipto (pH, temperatura e concentração inicial
de corante), b) Obtenção das cinéticas de adsorção, c) Construção das isotermas de adsorção
do tingimento e d) Análise da influência do mordente alúmen de potássio na fixação do
corante eucalipto nas fibras da lã por meio de análise da solidez à lavagem dos tecidos tintos.
2Referencial Teórico
2.1 Tingimento
Chamamos de tingimento a técnica de proporcionar cor aos substratos mediante
substâncias químicas chamadas de pigmentos ou corantes (SALEM, 2010). Os pigmentos são
invariavelmente partículas insolúveis, sendo que na indústria têxtil, eles podem ser
mecanicamente aplicados na superfície de tecidos, na presença de um ligante acrílico. Já os
corantes são solúveis ou dispersáveis no meio de aplicação (ASPLAND, 1998).
Os corantes utilizados para o tingimento são compostos químicos que podem ser
fixados a um material qualquer, como numa fibra têxtil, de forma mais ou menos permanente,
e que produz na mente humana a sensação visual de uma dada cor (SALEM, 2010).
Os corantes devem ser capazes de difundirem-se nas fibras nas condições do
tingimento, e o corante difundido deve ser mantido dentro da fibra. O corante deve possuir
propriedades como cor intensa, afinidade (substantividade ou reatividade), solubilidade
permanente ou temporária ou dispersabilidade, difundibilidade e solidez (SALEM, 2010).
A solidez é uma das propriedades mais importantes dos corantes. Trata-se da
resistência de um material à mudança em qualquer uma das suas características de cor ou à
extensão da transferência de corantes para materiais em contato. Além da escolha adequada
dos corantes, dependendo da aplicação do material têxtil é necessário testes prévios de solidez
a fim de se obter as especificações exigidas pelo cliente (SAMANTA; KONAR, 2011).
3
Atualmente, grande parte dos países utilizam as normas ISO (Organização
Internacional para Estandardização) para a execução dos ensaios. A avaliação da solidez aos
tratamentos úmidos é procedida com auxílio de duas escalas cinza, quando são dadas notas de
alteração de cor e desbotamento sobre material branco acompanhante. Avaliações mais
precisas são feitas por colorimetria, sendo que as notas de solidez aos tratamentos úmidos
variam de 5 a 1, onde 5 diz que não houve nenhuma alteração de nuance ou nenhum desbote e
1 que teve grande alteração (SALEM, 2010).
2.1.1 Corantes Naturais
Abrangem todos os corantes derivados de fontes naturais como plantas, insetos,
minerais e fungos. Corantes naturais são menos tóxicos, menos poluentes, menos perigosos à
saúde, não cancerígenos e não-venenosos. Adicionado a isto, eles proporcionam cores suaves
e sutis, criando um efeito relaxante. Acima de tudo, eles são mais favoráveis ao ambiente e
podem ser reciclados após a utilização (SAMANTA; KONAR, 2011).
Apesar dos corantes naturais terem várias vantagens, eles apresentam algumas
limitações que incluem a difícil reprodução das cores, a falta de conhecimento técnico sobre a
extração e técnicas de tingimento, falta de padronização, além da necessidade do uso de
mordentes para melhoria das propriedades de solidez (KUMBASAR, 2011).
O mordente é uma substância solúvel em água quente, capaz de se ligar às fibras e ao
corante, tornando o corante insolúvel em água. Assim, o corante adere à fibra por seu
intermédio, como quelante (FERREIRA, 1997). Os mordentes podem ser de origem vegetal,
de sais orgânicos, ou ainda podem ser de origem mineral, como o alúmen de potássio
(Al2K2(SO4)4), que entre todos os tipos de alúmen é o mais barato, facilmente disponível e
ecologicamente seguro (SAMANTA; KONAR, 2011). A aplicação do mordente pode ser
realizada tanto antes do tingimento (pré-mordentagem), durante (mordentagem simultânea) ou
após o tingimento (pós-mordentagem) (VANKAR, 2007; SAMANTA; AGARWAL, 2009).
2.1.1.1 Eucalipto
O eucalipto é uma espécie florestal oriunda da Austrália e Indonésia. Seu gênero
pertence à família Myrtaceae e é representado por mais de 700 espécies, variando desde
pequenos arbustos até as mais altas árvores com cerca de 80 metros de altura (ROSSI, 2009).
4
Segundo dados da Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas
(ABRAF) (2012), atualmente o Brasil é o país que possui a maior área plantada de eucaliptos
da América do Sul (mais de 4 milhões de hectares), sendo Minas Gerais, São Paulo, Paraná e
Bahia os principais estados produtores.
Além da utilização principal da madeira do eucalipto na indústria moveleira e de papel
e celulose, as folhas do eucalipto podem ser utilizadas para a obtenção de óleo essencial ou
ainda para a extração de corante para o tingimento natural de fibras têxteis. Neste sentido, o
eucalipto é uma das mais importantes fontes de corante natural, proporcionando cores
marrom-amareladas aos materiais têxteis. Os componentes principais das folhas de eucalipto
responsáveis pela cor dada aos materiais têxteis são os taninos (ácido gálico e ácido elágico) e
os flavonóides (quercetina e rutina). Estas substâncias são consideradas muito úteis durante o
processo de tingimento devido à sua capacidade para fixar os corantes no interior de tecidos.
A Figura 1 mostra as estruturas dos componentes responsáveis pela cor encontrados em folhas
de eucalipto (MONGKHOLRATTANASIT et al., 2011).
Figura 1 – Principais componentes das folhas de eucalipto
Fonte: MONGKHOLRATTANASIT et al., 2011.
O pH das soluções de corante obtidas por meio das folhas de eucalipto são
ligeiramente ácidas quando preparadas em solução aquosa neutra (FLINT, 2007).
2.2 Lã
A lã é obtida do pelo de ovelha onde seu principal componente é uma proteína
denominada queratina, derivada da condensação de dezoito aminoácidos diferentes formando
uma cadeia de onde saem cadeias laterais bastante volumosas e com baixo grau de
cristalização, o que facilita a boa acessibilidade do corante para o interior da fibra. Algumas
dessas cadeias laterais possuem grupos terminais carboxílicos, enquanto outras possuem
grupos amínicos em igual quantidade. (IQBAL, 2008; SALEM, 2010).
5
Dos aminoácidos presentes na lã, o mais importante é a ponte cistínica. Há também os
grupos de amido (-CO-NH-) que estão presentes nas cadeias principais adjacentes e que
formam pontes de hidrogênio transversais entre as cadeias. Os três tipos de ligações
transversais entre as cadeias principais adjacentes estão ilustradas na Figura 2 (SALEM,
2010).
Figura 2 – Estrutura da fibra de lã
Fonte: GALAFASSI, 2012
A fragilidade das ligações presentes na estrutura da lã em temperaturas elevadas
(acima de 90-100 ºC), pH alcalino, agentes oxidantes ou redutores, deve ser levada em conta
no processo de tingimento das fibras (GALAFASSI, 2012).
2.3 Cinética de Adsorção do Tingimento
Os estudos cinéticos de adsorção têm por objetivo a correlação matemática de dados
experimentais, visando estabelecer hipóteses sobre os fatores determinantes da velocidade de
adsorção e elucidar os mecanismos de adsorção envolvidos. Dentre os modelos cinéticos mais
comumente utilizados para explicar o processo de adsorção na interface sólido-líquido em
relação ao tempo sob condições de equilíbrio não estabelecidas, destacam-se os modelos de
pseudo primeira-ordem e pseudo segunda-ordem (CARONI, 2009).
A equação de pseudo primeira-ordem é expressa como:
(1
)
onde qe e q são as capacidades de adsorção em equilíbrio e no tempo t, respectivamente, e k1 é
a constante de velocidade (HO; MCKAY, 1999; AHMAD; SUMATHI; HAMEED, 2005).
Para o modelo de pseudo segunda-ordem, a lei de velocidade é expressa como:
6
(2
)
em que k2 é a constante cinética de adsorção (HO; MCKAY, 1999).
2.4 Isoterma de Adsorção do Tingimento
Isotermas de adsorção são úteis devido às informações que fornecem sobre o
mecanismo de tingimento. Para o tingimento de fibras naturais os principais tipos de
isotermas de adsorção que representam o comportamento de equilíbrio do tingimento são as
isotermas de Freundlich e de Langmuir. Naturalmente elas podem ser afetadas de diferentes
formas por pH, eletrólitos, auxiliares de tingimento e temperatura. (ASPLAND, 1998;
BROADBENT, 2001).
A isoterma de Freundlich se aplica à situação em que a adsorção de corantes na fibra
não é limitada por uma série de sítios específicos de adsorção e a fibra não torna-se saturada
com corante, ou seja, aumentando a concentração de corante no banho de tingimento, mais e
mais corante vai para a fibra (ASPLAND, 1998; SALEM, 2010; BROADBENT, 2001). Este
modelo pode ser expresso por:
(3
)
em que kF é a constante de capacidade de adsorção relativa do adsorvente (mg/g) e n é a
constante que se relaciona com a distribuição dos sítios ativos (CIOLA, 1981).
A isoterma de Langmuir representa o equilíbrio entre corantes ácidos e as fibras de lã
ou poliamida e corantes catiônicos aplicados em fibras acrílicas. De acordo com este modelo
os corantes e a fibra interagem fortemente, possuem polaridade oposta e o corante tem
afinidade específica, ou seja, há um limite de saturação, uma vez que a fibra possui sítios
limitados (SALEM, 2010; BROADBENT, 2001). Esta forma de isoterma é expressa como:
(4
)
onde qe é a quantidade adsorvida por massa de adsorvente, Ce é a concentração no fluido, b é a
constante de equilíbrio e kL é a constante que representa a cobertura de adsorvato em uma
monocamada, ou seja, a máxima adsorção possível (ROMERO-GONZÁLEZ et al., 2005).
Os dados experimentais podem ser também ajustados ao modelo de três parâmetros de
Langmuir-Freundlich, nos casos em que os modelos de dois parâmetros de Langmuir e
Freundlich não fornecem resultados razoáveis. O modelo de Langmuir-Freundlich é capaz de
7
descrever tanto o comportamento característico de adsorção do tipo Langmuir como o de
Freundlich. Normalmente este modelo se ajusta melhor nos casos em que o adsorvente tem
superfície heterogênea e é normalmente expressa pela Equação 5.
(5
)
em que, qm, KLF e n são os parâmetros Langmuir-Freundlich (JANOŠ et al., 2009).
2.5 Planejamento Fatorial
Dentre os métodos de planejamento experimental, o planejamento fatorial é o mais
indicado quando se deseja investigar todas as possíveis combinações dos níveis dos fatores
em cada ensaio, permitindo verificar quais fatores têm efeitos relevantes na resposta e,
também, como o efeito de um fator varia com os níveis dos outros fatores (BOX et al., 1978).
O planejamento fatorial é representado por bK, sendo k o número de fatores e b o
número de níveis. A condição mais simples de planejamento fatorial é aquela em que cada
fator k está presente em apenas dois níveis, ou seja, um planejamento 2k (CUNICO, 2008).
Nos planejamentos fatoriais onde os fatores são explorados em 2 níveis é comum
codificá-los usando os sinais (+) e (-) para representar os níveis superiores e inferiores,
respectivamente, de cada fator, ou seja, sinal (-) para o menor valor e sinal (+) para o maior
valor de uma variável (SILVA, 2008).
A análise dos resultados do planejamento fatorial deve levar em conta o efeito
principal e de interação entre as variáveis (SILVA, 2008). Para definir a variável de controle
que produz diferença significativa na variável resposta, utilizam-se gráficos lineares que
representam os efeitos principais e de interação e de probabilidade normal, além da aplicação
de técnicas de análise de variância (ANOVA). Todas essas análises são facilmente construídas
por meio de softwares estatísticos (CUNICO, 2008).
3Procedimentos Metodológicos
3.1 Materiais
Foram utilizadas folhas de eucalipto (Eucalyptus grandis) cultivadas na região
noroeste do Paraná. O tecido plano 100% lã foi doado por uma empresa do estado de São
Paulo na forma PT (pronto para o tingimento) com peso de 140 g/m².
8
A pré-mordentagem, o tingimento e os testes de solidez à lavagem dos tecidos foram
realizados no equipamento de tingimento AT1 – SW da marca Kimak. Foram utilizados os
espectrofotômetros Shimadzu modelo 1601DC, Biospectro SP22 e Datacolor 550 para as
análises de absorção molecular na região UV/vis da solução corante, absorbância dos
efluentes e solidez à lavagem dos tecidos tintos, respectivamente.
Os reagentes de qualidade PA utilizados foram o ácido clorídrico, o alúmen de
potássio e o detergente não-iônico Nionlab Celm.
3.2 Preparação do Corante a partir das Folhas de Eucalipto
Folhas frescas de eucalipto foram submetidas à secagem ao sol durante 15 dias. Em
seguida as folhas secas foram trituradas em liquidificador para então serem utilizadas como
matéria-prima para a extração do corante. As soluções de corante foram preparadas nas
concentrações pré-estabelecidas no planejamento experimental, pesando-se as quantidades de
corante (10, 15 e 20 g) e misturando cada amostra a 1 litro de água destilada. As amostras
foram então aquecidas sob agitação a 90 °C durante 60 minutos em banho termostatizado e
em seguida foram filtradas, obtendo-se a solução de corante para o tingimento.
3.3 Varredura de Absorção Molecular na Região UV/Vis
Para obtenção do comprimento de onda de absorção máxima (máx) da solução aquosa
de eucalipto foi utilizado o espectrofotômetro SHIMADZU – 1601DC, com leitura realizada
entre 190 e 1100 nm.
3.4 Tingimento da Lã com Eucalipto na Presença de Mordente
Para determinar as condições ótimas de tingimento dos tecidos de lã com o corante
natural extraído a partir das folhas de eucalipto, foi necessário estudar a influência dos
parâmetros de tingimento (temperatura, pH e concentração inicial de corante) na absorção de
corante pelos tecidos. Para isso foi adotado o planejamento fatorial completo 23 composto por
onze ensaios, sendo três ensaios referentes ao ponto central.
No planejamento fatorial a variável resposta adotada foi a quantidade de corante
adsorvida nos tecidos. A Tabela 1 apresenta as variáveis e níveis para o tingimento.
9
Tabela 1 Planejamento fatorial para o tingimento dos tecidos de lã
Variáveis numéricas Níveis Pontos centrais
T (°C)pHConcentração inicial de corante (g/L)
-1803,010
1904,020
0853,515
Fonte: Elaborado pelo autor
Para determinar todas as possíveis combinações dos níveis dos fatores em cada ensaio
e facilitar a realização dos cálculos estatísticos utilizou-se o software Design-Expert.
O tingimento dos tecidos de lã com folhas de eucalipto foi realizado na presença do
mordente alúmen de potássio, empregando a pré-mordentagem dos tecidos com 5 g/L de
solução aquosa do mordente. Os tecidos foram imersos em solução aquosa do mordente,
utilizando uma relação de banho 1:100 durante 45 minutos a 90 °C. Após o tratamento os
tecidos foram secos à temperatura ambiente.
Para o tingimento das amostras de lã, primeiramente ajustou-se os pHs das soluções
com ácido clorídrico. Em seguida as amostras foram tintas durante 60 minutos empregando
uma relação de banho de 1:100 nas condições pré-estabelecidas no planejamento fatorial.
Após o tingimento as amostras foram submetidas a uma lavagem para remoção do corante
não fixado durante o processo, utilizando 2 g/L de detergente não-iônico, a 60 °C durante 10
minutos, enxaguadas em água fria e secas à temperatura ambiente.
As concentrações de corante nas soluções de tingimento e nos efluentes foram
determinadas por meio de espectrofotometria utilizando curvas analíticas. A quantidade de
corante adsorvida por grama de lã (q) (mg/g de lã) foi determinada empregando a Equação 6:
(6
)
em que V é o volume da solução de corante (L), W é a massa de tecido (g), C 0 é concentração
inicial da solução (mg/L) e Cf é a concentração de corante após o tingimento (mg/L).
3.5 Cinética e Isoterma de Adsorção do Tingimento
Para determinar a cinética de adsorção do tingimento, as amostras de lã foram tintas
utilizando uma relação de banho 1:100 nas condições otimizadas de concentração de corante,
temperatura e pH, obtidas por meio do procedimento descrito na seção 3.4. Os tecidos foram
retirados do equipamento AT1 – SW em diferentes tempos de tingimento e os efluentes foram
submetidos à leitura espectrofotométrica para determinar as concentrações de corante no
10
tempo zero e em tempos subsequentes. A quantidade de corante adsorvida por grama de
tecido (qt) (mg/g de tecido) em qualquer tempo t foi calculada por meio da Equação 6, em que
Cf = Ct (concentração no tempo t).
Para obtenção das isotermas, foram preparadas soluções de corante eucalipto com
diferentes concentrações e o pH das soluções foi ajustado para 3,0 com ácido clorídrico. Os
experimentos foram realizados tingindo os tecidos com diferentes concentrações de solução
corante durante 60 minutos. As isotermas determinadas correspondem às temperaturas de 70,
80 e 90 °C. A quantidade de corante na solução foi monitorada por leitura espectrofotométrica
até que os valores de absorbância permanecessem constantes. As concentrações de corante
inicial e no equilíbrio foram determinadas usando uma curva de calibração da solução padrão
de corante eucalipto. A Equação 6 foi utilizada para calcular a quantidade de corante
adsorvida no equilíbrio (qe) (mg/g de tecido), em que Cf = Ce (concentração no equilíbrio). Os
dados experimentais foram ajustados ao modelo de Langmuir-Freundlich.
3.6 Ensaios de Solidez à Lavagem
Para os testes de solidez à lavagem foram efetuados tingimentos em tecidos pré-
mordentados com alúmen de potássio e em amostras sem tratamento prévio, com o intuito de
verificar a influência do mordente na fixação do corante na fibra. Todas as amostras foram
tintas nas condições ótimas de tingimento. O teste de solidez à lavagem obedeceu aos
procedimentos da norma ABNT NBR ISO 105-C06: 2006 ciclo A1S – Ensaios de solidez da
cor: Parte C06: Solidez de cor à lavagem doméstica e comercial. A avaliação da alteração e
transferência de cor das amostras foi realizada utilizando o espectrofotômetro DataColor 550.
4Análise dos Resultados
4.1 Comprimento Máximo de Absorção Molecular
Pode-se observar a partir da Figura 3 que o corante pode absorver radiações na região
UV-C (200-290 nm), na região do UV-B (290-320) e na região do UV-A (320-400)
(MONGKHOLRATTANASIT et al. 2011). A solução aquosa de eucalipto apresentou um
comprimento de absorção máxima em 217 nm, porém as leituras espectrofotométricas foram
realizadas no comprimento de onda de 380 nm devido a limitações experimentais. Contudo,
conforme mencionado, esta região (UV-A) também permite sensibilidade nas leituras.
11
Figura 3 – Varredura de absorção molecular do corante eucalipto
Fonte: Elaborado pelo autor
4.2 Tingimento da Lã com Corante Natural Eucalipto
Na Tabela 2 observa-se que as amostras de lã tintas com corante natural eucalipto em
diferentes condições, utilizando o alúmen de potássio, apresentaram uma coloração marrom-
amarelada. Esta coloração se mostrou mais intensa na amostra tinta com 20 g/L de
concentração inicial de corante, pH 3,0 e temperatura de 80 °C, indicando que nestas
condições de tingimento houve maior quantidade de corante adsorvida pela lã.
Tabela 2 Cores dos tecidos de lã obtidos em diferentes condições de tingimento
Fonte: Elaborado pelo autor
Para confirmar a condição ideal de tingimento da lã realizou-se o planejamento fatorial
completo 23, que possibilitou a verificação da influência de cada parâmetro na variável
resposta. Observa-se na Tabela 3 que o menor valor de resposta é encontrado no ensaio 7, de
menor nível para a concentração inicial de corante e maior nível para os demais parâmetros,
sendo o valor da quantidade de corante adsorvida de 147,47 mg/g de lã. Por sua vez o maior
valor de q é encontrado no ensaio 2, de menor nível para os parâmetros pH e temperatura e
maior nível para a concentração inicial de corante, sendo de 769,38 mg/g de lã.
12
Tabela 3 Resultado do planejamento fatorial 23, utilizado na avaliação da influência das variáveis sobre a resposta (q) para o tingimento da lã com corante eucalipto
EnsaioConcentração
(mg/L)Temperatura
(°C)pH q (mg/g lã)
1234567891011
-+-+-+-+000
--++--++000
----++++000
354.35769.38209.95636.24201.75599.37147.47436.54460.73439.22450.48
Fonte: Design-Expert
O efeito principal das variáveis em relação à resposta (q), bem como o percentual de
contribuição de cada variável é apresentado na Tabela 4. Os dados mostram que a variável
concentração inicial de corante apresenta maior contribuição (78,06 %) no aumento da
variável resposta (q), seguida pelo pH (11,43 %) e pela variável temperatura (8,18 %). Além
disso, nota-se também que o efeito da temperatura e do pH na variável resposta é negativo, ou
seja, o aumento dessas variáveis diminui o valor da variável resposta (q).
Tabela 4 Efeito principal e de interação entre as variáveis e o percentual de contribuição dos efeitos sobre a variável resposta para o tingimento da lã com corante natural eucalipto
Variável Efeito Contribuição (%)A - Concentração inicial de corante (mg/L)B - Temperatura (°C)C- pHInteração ABInteração ACInteração BCInteração ABC
382,00-123,66-146,19-24,32-38,6615,11-29,96
78,068,1811,430,320,800,120,48
Fonte: Design-Expert
Para verificar os efeitos significativos para a variável resposta (q), efetuou-se a análise
do gráfico de probabilidade normal realizado no software Design-Expert, conforme ilustrado
na Figura 4. Neste mesmo gráfico, fez-se a seleção dos efeitos para a análise de variância
(ANOVA). Valores que se distanciam da reta que representa o erro têm efeitos mais
significativos, e valores muito próximos ou sobrepostos pela reta são considerados não
13
significativos. Assim, apenas os efeitos principais (A, B e C) são significativos, ou seja, existe
diferença entre escolher o nível maior ou menor para estes fatores.
Figura 4 Gráfico de probabilidade normal dos efeitos
Fonte: Design-Expert
Os resultados da análise de variância (ANOVA) são apresentados na Tabela 5 onde é
possível verificar que o modelo proposto é significativo, ou seja, o teste F aponta que é
possível rejeitar a hipótese H0 (hipótese nula), que afirma que os termos do modelo são parte
do erro da população, considerando um nível de significância de 0,0001, ou seja, 99,99 % de
confiabilidade. Os resultados também indicaram que os fatores concentração, temperatura e
pH produzem efeitos significativos, considerando um nível de significância máximo de 0,05,
isto é, 95 % de confiabilidade, uma vez que todos os fatores apresentaram valor-p < 0,05.
Tabela 5 ANOVA para os resultados do tingimento da lã com corante natural eucalipto
Soma dos quadrados
Graus de liberdade
Quadrado médio
Valor FValor-pNível de
significânciaModeloA-ConcentraçãoB-TemperaturaC-pHCurvaturaFalta de ajusteErro puroTotal
3,65.105
2,92.105
30585,3342745,572064,696423,62231,44
3,74.105
311114210
1,22.105
2,92.105
30585,3342745,572064,691605,90115,72
109,74263,1227,5738,541,8613,88
< 0,0001< 0,00010,00190,00080,22140,0683
Fonte: Design-Expert
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Os resultados do teste F para a curvatura indicam que é possível rejeitar a hipótese de
existência de curvatura, ou seja, a curvatura apresentada pelo modelo não é significativa, e o
modelo de 1° grau é adequado. O mesmo ocorreu para os resultados de falta de ajuste, que
não foi significativa, indicando que houve um ajuste adequado do modelo estatístico.
4.3 Efeito das Condições de Tingimento
Na análise da influência da concentração inicial de corante eucalipto verificou-se que a
capacidade de adsorção foi dependente da concentração, uma vez que para 20 g/L houve
maior quantidade de corante adsorvida na lã. Isto pode ser resultado de um aumento na força
motriz do gradiente de concentração com o aumento da concentração inicial de corante,
indicando que esta desempenha um papel importante na capacidade de adsorção do corante
eucalipto na lã (CHAIRAT et al., 2005).
Os estudos sobre a influência do pH na adsorção do corante eucalipto na lã, mostram
que a exaustão do corante diminui com o aumento do pH do banho de tingimento, indicando
que os melhores resultados são obtidos em condições ácidas, pois nestas condições os grupos
amino (-NH2) da fibra são protonados, sendo capazes de atrair corantes aniônicos. A
protonação da fibra comumente resulta em um aumento na absorção de corante, sendo maior
para a solução de corante a pH 3,0 (DAS; MAULIK; BHATTACHARYA, 2007).
A atração entre o corante e a fibra ocorre principalmente pela grande quantidade de
taninos presentes nas folhas de eucalipto, uma vez que, os taninos contêm compostos
fenólicos capazes de formar pontes de hidrogênio com os grupos carboxílicos da lã.
Adicionalmente, há duas outras possibilidades de interação envolvidas: (a) grupos fenólicos
carregados anionicamente formam uma ligação iônica com grupos amino catiônicos na lã, e
(b) uma ligação covalente pode também ser formada por meio de uma interação entre
quaisquer grupos quininos ou semiquinonas presentes nos taninos e grupos reativos da fibra
de lã (MONGKHOLRATTANASIT et al., 2011).
A adsorção do corante eucalipto também foi investigada em diferentes temperaturas,
onde os dados apresentados na Tabela 2, como por exemplo, ensaios 2 e 4, mostram que a
quantidade de corante adsorvida nos tecidos de lã diminuiu de 769,38 para 636,24 na medida
que a temperatura de tingimento aumentou de 80 ºC para 90 ºC. Possivelmente este resultado
está relacionado ao rompimento de ligações presentes na estrutura da lã pela fragilidade das
mesmas em temperaturas elevadas (acima de 90-100 ºC), que torna as fibras mais fracas,
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menos resistentes e amareladas. Desta forma, é possível minimizar qualquer degradação da
superfície da lã realizando o tingimento à temperatura de 80 ºC (BROADBENT, 2001).
4.4 Cinética e Isoterma de Adsorção do Tingimento
O tempo de equilíbrio é o tempo necessário para a adsorção máxima do corante sobre
a superfície da lã, acima do qual a adsorção permanece constante. A Figura 5a indica que o
tempo de equilíbrio foi encontrada em cerca de 60 min para uma concentração de corante de
20 g/L, a pH 3,0 e 80 °C. A adsorção foi muito rápida nas fases iniciais do tempo de contato e
diminuiu gradualmente com o tempo, até que se manteve constante.
Figura 5 Cinética de adsorção do corante eucalipto na lã. (a) Efeito do tempo de contato. (b) Gráfico do modelo de pseudo segunda-ordem.
Fonte: Origin
A fim de verificar o mecanismo de controle do processo de adsorção, as equações de
pseudo primeira-ordem e pseudo segunda-ordem foram usadas para testar os dados
experimentais. Por meio do gráfico de ajuste linear obtido no Origin (Figura 5b), observou-se
que o modelo cinético de pseudo segunda-ordem descreve bem a adsorção do corante
eucalipto sobre a lã, uma vez que o coeficiente de correlação é superior a 0,99, conforme
apresentado na Tabela 6. Além disso, a capacidade de adsorção (qe) calculada concordou com
o valor obtido experimentalmente.
Para o modelo cinético de pseudo primeira-ordem, o coeficiente de correlação de
0,83554 e o valor negativo da quantidade de corante adsorvida (qe) calculado, indicam que
não houve um ajuste adequado dos dados experimentais para este modelo.
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Tabela 6 - Comparação dos modelos cinéticos de pseudo-primeira e segunda-ordem
Modelo pseudo primeira-ordemqe,exp (mg/g lã) k1 (min-1) qe,cal (mg/g lã) R2
557,99 0,00168 -46,47 0,83554Modelo pseudo segunda-ordem
qe,exp (mg/g lã) k2 (min-1) qe,cal (mg/g lã) R2
557,99 5,02966.10-8 581,40 0,99969
Fonte: Elaborado pelo autor
Estes dados sugerem que o mecanismo de adsorção de pseudo segunda-ordem é
predominante e que a taxa global do processo de adsorção do corante eucalipto na lã é mais
provável de ser controlada pelo processo de quimissorção (CHAIRAT et al., 2005).
Na análise das isotermas de adsorção os dados experimentais de equilíbrio foram
facilmente ajustados ao modelo de Langmuir-Freundlich. A Tabela 7 apresenta os parâmetros
de regressão para o modelo de Langmuir-Freundlich.
Tabela 7 – Valores dos parâmetros do modelo isotérmico de Langmuir-Freundlich
ParâmetrosTemperatura
70 ºC 80 ºC 90 ºCqm cal. (mg/g lã) 533,02 ± 28,98 586,87 ± 20,02 576,48 ± 29,97qe exp. (mg/g lã) 475,47 539,19 525,35
K 0,00014 ± 0,00001 0,00016 ± 0,00001 0,00015 ± 0,00001n 1,62 ± 0,20 1,73 ± 0,15 1,76 ± 0,20R2 0,9927 0,9960 0,9942
Fonte: Elaborado pelo autor
Os resultados mostram que os valores de qm (capacidade de adsorção máxima)
mostraram-se próximos à quantidade de corante adsorvido experimentalmente (qe). Além
disso, os coeficientes de correlação obtidos foram acima de 0,99.
O índice de heterogeneidade, n, próximo da unidade indica uma aproximação da
isoterma de Langmuir, caracterizando a formação de uma monocamada homogênea,
possivelmente, com a interação entre os grupos hidroxilo do corante e os grupos amino da lã
(VINOD et al., 2011), seguida da formação de camadas múltiplas, mais fracamente
adsorvidas, mas que talvez ainda sofrem interação considerável com os grupos funcionais da
lã. Estes resultados indicam que a adsorção química é predominante no tingimento.
O gráfico de ajuste não linear do modelo de Langmuir-Freundlich para diferentes
temperaturas (Figura 6) mostra que a maior absorção de corante foi obtida a 80 °C, reforçando
os resultados obtidos no planejamento fatorial.
17
Figura 6 Isoterma de adsorção não linear do modelo de Langmuir-Freundlich.
Fonte: Origin
4.5 Solidez à Lavagem
Os índices de solidez à lavagem dos tecidos de lã tintos com o corante natural
eucalipto nas condições de tingimento otimizadas (concentração inicial de corante 20 g/L, pH
3,0 a 80 ºC) com ou sem o mordente alúmen de potássio foram satisfatórios, estando no
intervalo de 4 a 4-5, conforme indicado na Tabela 7. Verifica-se ainda que o uso do mordente
não influenciou significativamente nos resultados de alteração e transferência de cor.
Tabela 8 - Solidez da cor à lavagem dos tecidos de lã (ABNT NBR ISO 105-C06: 2006 A1S)
AmostraSolidez à lavagem
Alteração de cor
Transferência no algodão
Transferência na lã
Sem mordente 4 4-5 4-5Al2K2(SO4)4 4-5 4-5 4-5
Fonte: Elaborado pelo autor
As boas propriedades de solidez do tecido de lã tinto com o corante natural eucalipto,
com ou sem a adição do mordente, pode ser atribuída ao fato de que esse corante contém
taninos, que podem ajudar na formação de ligações covalentes com a fibra, o que resulta em
boa fixação no material fibroso. Além disso, estes taninos, tendo uma estrutura fenólica,
podem formar ligações metálicas com o mordente, tornando-se insolúveis em água,
permitindo assim a melhoria da solidez à lavagem (MONGKHOLRATTANASIT et al.,
2011). Isto explica o pequeno aumento no índice de solidez da alteração de cor dos tecidos
tratados com o alúmen de potássio.
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5Conclusão
O melhor resultado do tingimento da lã foi alcançado utilizando uma temperatura de
80 °C, pH 3 e 20 g/L de concentração inicial de corante. Os tecidos de lã tintos com uma
solução de corante eucalipto, com ou sem mordente, mostraram uma cor marrom-amarelada.
Os ensaios de solidez de cor à lavagem apresentaram notas de alteração de cor 4 a 4-5,
o que indica uma pequena influência na resistência da cor à lavagem quando aplicado o
mordente alúmen de potássio. Para os índices de transferência de cor não houve alteração com
a utilização do mordente.
Inicialmente, a taxa de absorção do corante eucalipto na lã foi rápida, seguida por um
ritmo mais lento e, gradualmente, se aproximou de um platô.
O modelo cinético de pseudo segunda-ordem concordou bem com o comportamento
dinâmico para a adsorção do corante eucalipto na lã, indicando que o tingimento pode ser
controlado pelo processo de quimissorção.
A isoterma de Langmuir-Freundlich se ajustou facilmente aos dados experimentais de
equilíbrio com alto coeficiente de correlação, indicando que ocorre adsorção química pela
formação de uma monocamanda e adsorção física pela formação de multicamadas.
Em resumo, os tecidos de lã podem com sucesso ser tintos com uma solução de folhas
de eucalipto, com ou sem aplicação de mordentes.
6Referências
AHMAD, A. L.; SUMATHI, S.; HAMEED, B. H. Adsorption of residue oil from palm oil mill effluent using powder and flake chitosan: Equilibrium and kinetic studies. Water Research, n. 39, 2005.
ASPLAND, J. R. Colorants: Dyes. In: NASSAU, K. Color for Science, Art and Technology. Amsterdam: Elsevier Science, 1998. p. 316.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR ISO 105-C06 –
Ensaios de solidez da cor: Parte C06: Solidez de cor à lavagem doméstica e comercial. Rio
de Janeiro, 2006.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PRODUTORES DE FLORESTAS PLANTADAS (ABRAF). Anuário estatístico da ABRAF 2012 ano base 2011. Brasília. 2012. 150p.
BOX, G.E.P.; HUNTER, W.G.; HUNTER, J.S. Statistics for experiments. New York: John Wiley and Sons, 1978. P. 291-334.
19
BROADBENT, A. D. Basic Principles of Textile Coloration. Canada: Society of Dyers and Colourists, 2001.
CARONI; A. L. P. F. Estudo de adsorção de tetraciclina em partículas de quitosana. 2009. 145f. Tese (Doutorado em Química). Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2009.
CHAIRAT, M.; RATTANAPHANI, S.; BREMNER, J. B.; RATTANAPHANI, V. An adsorption and kinetic study of lac dyeing on silk. Dyes and Pigments, 64, 2005.
CIOLA, R. Fundamentos da catálise. São Paulo: Moderna, 1981.
CUNICO, M. W. M.; CUNICO, M. M.; MIGUEL, O. G.; ZAWADZKI, S. F.; PERALTA-ZAMORA, P.; VOLPATO, N. Planejamento Fatorial: Uma ferramenta estatística valiosa para a definição de parâmetros experimentais empregados na pesquisa científica. Visão Acadêmica, Curitiba, v. 9, n.1, p. 23-32, Jan.-Jun. 2008.
DAS, D.; MAULIK, S.R.; BHATTACHARYA, S.C. Dyeing of wool and silk with Bixa orellana. Indian Journal of Fibre & Textile Research, India, v. 32, p. 366-372, 2007.
FERREIRA, E. L. Corantes naturais da flora brasileira – Guia prático de tingimento com plantas. Curitiba: Optagraf Editora e Gráfica Ltda, 1997.
FLINT, I. Alternative (and safer) mordants for plant-based dyes. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM / WORKSHOP ON NATURAL DYES, 2007, Hyderabad. Anais, 2007. Hyderabad: UNESCO, 2007. p. 82-86.
GALAFASSI, P. Wool Dyeing History, with Focus on Dyeing of Rugs. Disponivel em: <http://www.turkotek.com/salon_00129/salon.html>. Acesso em: 17 dez. 2012.
HO, Y.S.; MCKAY, G. Pseudo-second order model for sorption processes. Process Biochemistry, 34, 1999.
IBRAHIM, N. A.; GAMAL, A. R.; GOUDA, M.; MAHROUS, F. A new approach for natural dyeing and functional finishing of cotton cellulose. Carbohidrate Polymers, 82, 2010.IQBAL, M. Textile Dyes. Pakistan: Rahber Publishers, 2008.
JANOŠ, P., COSKUN, S., PILAROVA, V., REJNEK, J. Removal of basic (methylene blue) and acid (egacid orange) dyes from waters by sorption on chemically treated wood shavings. Bioresource Technology, v. 100, p. 1450–1453, 2009.
KANT, R. Textile dyeing industry an environmental hazard. Natural Science, India, v.4, n.1, p. 22-26, 2012.
KHOUNI, I.; MARROT, B.; MOULIN, P.; AMAR, R. B. Decolourization of the reconstituted textile effluent by different process treatments: Enzymatic catalysis, coagulation/flocculation and nanofiltration processes. Desalination, 268, 2010.
KUMBASAR, E. P. A. Natural Dye. Croatia: Intech open, 2011.
20
MIRJALILI, M.; NAZARPOOR, K.; KARIMI, L. Eco-friendly dyeing of wool using natural dye from weld as co-partner with synthetic dye. Journal of Cleaner Production, 19, 2011.
MONGKHOLRATTANASIT, R.; KRYSTUFEK, J.; WIENER, J.; VIKOVÁ, M. Dyeing, Fastness, and UV Protection Properties of Silk and Wool Fabrics Dyed with Eucalyptus Leaf Extract by the Exhaustion Process. Fibres & Textiles in Eastern Europe. v. 19, n.3 (86) p. 94-99, 2011.
MORAES; C. M. Estudo da difusão de corantes reativos em tecido de algodão. 2010. 105f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais). Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2010.
PICCOLI, H. H. Determinação do Comportamento Tintorial de Corantes Naturais em Substrato de Algodão. 2008. 189 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008.
ROMERO-GONZÁLEZ, J., PERALTA-VIDEA, J. R., RODRÍGUEZ, E. et al. Determination of thermodynamic parameters of Cr (VI) adsorption from aqueous solutions onto Agave lechuguilla biomass. Journal of Chemical Thermodynamics, 37, p. 347-351, 2005.
ROSSI, T. Estudo do potencial de uso do resíduo efluente gerado da destilação do óleo de folhas de eucalipto (Corymbia citriodora (Hook) Pryor e Johnson 1976), como corante natural para o tingimento têxtil de algodão. 2009. 107 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Produtos Florestais) – Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba, 2009.
SALEM, V. Tingimento Têxtil: Fibras, Conceitos e Tecnologias. São Paulo: Blucher, 2010. 297p.
SAMANTA, A. K.; KONAR, A. Dyeing of Textiles with Natural Dyes. In: KUMBASAR, E. P. A. Natural Dyes. Croatia: Intech open, 2011. p. 29-51.
SAMANTA, A. S.; AGARWAL,P. Application of natural dyes on textiles. Indian Journal of Fibre & Textile Research. India, v. 34, p. 384-399, 2009.
SILVA, A. S. Avaliação da secagem do bagaço de cajá usando planejamento fatorial composto central. 2008. 83f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química), Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, Natal, 2008.
VANKAR, P. S.; Handbook on natural dyes for industrial applications. India: National Institute of Industrial Research, 2007, 472 p.
VINOD, K. N. et al. Isolation of colour components from flowers of Tabebuia argentea: kinetic and adsorption studies on silk yarn. Coloration Technology, India, 127, p. 205-209, 2011.
21
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