METODOLOGIA DE PREPARAÇÃO E TINGIMENTOSIMULTÂNEOS COM CORANTES DISPERSOS PARA ARTIGOS

DE POLIÉSTER

Larissa Montibeller, Wallace Nóbrega Lopo

Centro Universitário Brusque(UNIFEBE); 88352-400 Brusque/SC, Brasil; larissamontibeller@gmail.com

ResumoAs fibras sintéticas vem conquistando cada vez mais espaço no mercado têxtil mundial,pelo seu aprimoramento tecnológico e qualidade, tornando-se em alguns casos maiscompetitivas que fibras naturais. Sendo a principal fibra química produzida emundialmente comercializada, o poliéster utiliza basicamente de produtospetroquímicos como matéria prima, proporcionando uma produção mais estável dessafibra, em se comparado com as fibras naturais, devido as condições de clima de cultivoque as naturais necessitam. O beneficiamento da fibra de poliéster é realizado porreação física, sendo um processo com viabilidade atrativa de custos, qualidade econsumo de tempo. Seu avanço tecnológico proporcionou a essa fibra, característicasque até então só se obtinha na fibras naturais de origem vegetal. O objetivo do artigo épropor um processo simultâneo de preparação e tingimento de poliéster com corantesdispersos, que possa além de reduzir seus custos de produção no beneficiamento com aredução do tempo do processo, reduzir ou possibilitar a redução do consumo de água ede energia no beneficiamento desse produto. Com uma redução de cerca de 40% notempo total do processo de tingimento e um aumento na capacidade produtiva deaproximadamente 66%, a proposta mostrou-se muito interessante para a escalaindustrial. Palavras-chave: Poliéster; Tingimento simultâneo; Corantes dispersos.

METHODOLOGY OF SIMULTANEOUS PREPARATION AND DYEINGWITH DISPERSIVE COLORS FOR POLYESTER ARTICLES

Abstract: The synthetic fibers have been gaining more and more space in the world textilemarket, for their technological improvement and quality, becoming in some cases morecompetitive than natural fibers. Being the main chemical fiber produced and globallymarketed, polyester basically uses petrochemicals as a raw material, providing a morestable production of this fiber, when compared to natural fibers, due to the climateconditions of the natural need. The processing of the polyester fiber is carried out byphysical reaction, being a process with attractive viability of costs, quality and timeconsumption. Its technological advance provided to this fiber, characteristics that untilthen had only been obtained in the natural fibers of vegetal origin. The objective of thearticle is to propose a simultaneous process of preparation and dyeing of polyester withdispersed dyestuffs, which can besides reduce their production costs in the finishingwith the reduction of the process time, reduction of the consumption of water andenergy in the processing of that product . With a reduction of around 40% in the totaltime of the dyeing process and an increase in the productive capacity of approximately66%, the proposal was very interesting for the industrial scale.Keywords: Polyester; Simultaneous dyeing; Disperse dyes.

1 Introdução

Desde quando os cientistas adquiriram conhecimento sobre a estrutura dos

polímeros, tentaram imitar as fibras naturais. Nas décadas de 40 e de 50, enormes

indústrias cresceram simplesmente desviando suas pesquisas e produção para o campo

das fibras sintéticas. A Du Pont e a ICI são apenas dois exemplos. O desenvolvimento

das fibras ocorrem em principalmente duas categorias: estrutura e geometria (KUASNE,

A., 2008). A Figura 1 representa uma das formas de utilização da fibra de Poliéster, em

forma de fios.

Figura 01: Bobinas de fio de poliéster.Fonte: NJ Group (2018)

A procura de produtos têxteis (vestuário e têxteis lar) deverá crescer a uma

média de 2,8% por ano até 2025, de acordo com o estudo Forecasts of regional and

global end use demand for textile fibres (CARP. 201). Segundo o Jormal T (2017), este

crescimento será essencialmente derivado ao aumento da procura de artigos têxteis

feitos com fibras sintéticas. Ainda segundo o periódico, de acordo com esta previsões, a

quota de mercado dos produtos fabricados sem recurso ao algodão vai aumentar de 73%

(2015) para 79% (2025).

Há anos a fibra de poliéster vem atraindo os pesquisadores para o

desenvolvimento de novas estruturas que proporcionem mais viabilidade e qualidade

para a produção de filamentos e fios, consequência da demanda que o mercado exige

novas tecnologias. Dentre as fibras sintéticas o poliéster é a que domina o mercado,

devido principalmente a sua versatilidade. O poliéster pode ser encontrado como fibra

cortada ou como matéria prima para ser utilizado em misturas com outras fibras na

fiação, na forma de filamentos lisos, ou filamentos texturizados e ainda na forma de

microfibras.

As fibras químicas surgiram como uma nova opção de matéria-prima a ser

utilizada por diversas indústrias, que antes eram completamente dependentes das fibras

provenientes da natureza. Devido às suas qualidades e excelente aceitação no mercado,

as fibras químicas expandiram sua gama de utilização, com aplicações específicas, além

de ampliar os usos das fibras naturais (DOLZAN, N., 2004).

Com o objetivo de propor um processo simultâneo de preparação e tingimento

de poliéster com corantes dispersos, o artigo busca com isso, além de reduzir seus

custos de produção no beneficiamento, a redução do tempo do processo, do consumo de

água e de energia necessária para beneficiar esse produto. Baseado nessa proposta, serão

utilizados estudos sobre beneficiamento têxtil; em particular o de Poliéster, processos

convencionais e simultâneos de tingimento, para fundamentar a pesquisa, além de

estudos experimentais e comparativos entre esses processos.

2 Fundamentação teórica

O poliéster é uma fibra composta por polímeros sintéticos de cadeia longa, que

são formados por pelo menos 85% em massa de um éster de um ácido carboxílico

aromático substituído (FIBER SOURCE, 2018). A figura 2 apresenta de forma

simplificada a reação de policondensação para obtenção do polímero de poliéster.

Figura 2: Simplificação da reação de formação da fibra de poliéster. Fonte: QUORA (2016)

Para a produção desta fibra sintética são utilizados dois métodos, o de

polimerização por condensação quando o ácido e o álcool reagem em altas temperaturas

no vácuo, ocorrendo a polimerização por condensação. Após a polimerização, o

material é extrudido para uma calha de fundição sob a forma de um fita, resfriada ela

endurece e é cortada em “chips” (pequenos filetes).

Outra forma de produção do poliéster é pela fibra fundida, as pastilhas de PES

são aquecidas e extrudadas através de fieiras e endurecem ao entrar em contato com o

ar, o filamento é então bobinado lentamente (WHAT IS POLYESTER, 2018).

A figura 3 demonstra o fluxo abrangendo os dois métodos, tanto produção de fibra

cortada como de filamentos.

Figura 3: Fluxo produção poliéster.Fonte: Santana Representações (2018)

A seção transversal do poliéster pode ser modificada para criar uma diversidade

de diferentes substratos com inúmeras características especiais, como brilho, toque,

conforto (gestão da umidade) e caimento. O poliéster hoje pode ser encontrado em

diversos segmentos e produtos têxteis, desde uma corda até a mais delicada camisa. A

figura 4, apresenta dois tipos de cortes da fibra de Poliéster.

Figura 4: Corte transversal e longitudinal da fibra de poliéster. Fonte: Scribd Fibras Têxteis Introdução (2018)

Uma grande vantagem do poliéster que deve ser ressaltada é a sua alta

estabilidade dimensional, quando este sofre um processo de termofixação. Se o poliéster

não for termofixado, ele terá um certo grau de encolhimento quando em contato com

temperaturas elevadas. Além disso, o poliéster quando úmido altera muito pouco quanto

a estabilidade dimensional, quando utilizado isoladamente ou misturado com fibras

naturais (PEREIRA, G., 2009).

Outra característica relevante do poliéster é sua elevada resistência à agentes

químicos (ácidos e álcalis) e por possuir um abaixo regain, seca mais rápido que as

fibras naturais. Além disso, é uma fibra não alérgica e possui elevada resistência à

tração. Dolzan N. (2004) afirma que a combinação de 10% dessa fibra ao algodão

possibilita um aumento de 8% na resistência do fio, fato que acelera a produção,

gerando maior produtividade e competitividade.

Umas das características físicas do poliéster mais relevantes é sua tenacidade,

que devido a sua natureza com elevado teor cristalino permite a estabilidade molecular,

além de ligações de hidrogênio. A tenacidade da fibra permanece inalterada até mesmo

quando a fibra é molhada (LEARN TEXTILE, 2017).

2.1 Auxiliares e corantes para tingimento de poliéster

Os materiais têxteis são tingidos usando uma ampla gama de corantes, técnicas e

equipamentos. Os corantes usados pela indústria têxtil são em grande parte sintéticos,

tipicamente derivados do alcatrão e do petróleo (JULIANO e PACHECO, CEFET/SC,

2018).

Diferente das demais fibras o poliéster não possui grupos polares em sua

estrutura, não sendo tinto por mecanismos iônicos como a fibra de algodão ou poliamida

com corantes hidrossolúveis (SALEM A., 2010).

Cada fabricante de poliéster pode agregar características diferentes na estrutura

química da fibra a fim de melhorar a afinidade com os corantes, dar mais resistência,

brilho. Essas variações de estrutura podem gerar resultados distintos no beneficiamento

do artigo, como em artigos de algodão de diferentes procedências (pima, egípcio, etc.)

(JOHSON A., 1995).

Para o tingimento de poliéster são utilizados corantes dispersos, praticamente

insolúveis em água fria, não iônicos e geralmente de estrutura azo ou antraquinona.

Os corantes dispersos são classificados de acordo com a estrutura e tamanho molecular

em baixa, média e alta energia. Um corante de baixa energia têm moléculas menores, ou

seja, sua adsorção e migração são mais rápidas que um corante de moléculas grandes

(alta energia) que necessita de mais tempo e temperatura para se difundir na fibra.

Segundo Salem A. (2010), apesar do corante de molécula grande exigir mais

energia e tempo, sua solidez é muito melhor que a do corante de molécula pequena que

possui mais facilidade em perder a solidez por ter a mesma facilidade de adsorver e

dissolver da fibra. Por questões econômicas o mercado utiliza na maioria do casos

corantes com moléculas médias, que proporcionam um processo de tingimento e solidez

viáveis. No Tabela 1 são apresentadas as características dos corantes dispersos.

Tabela 1: Variações corantes dispersos

Propriedades CorantesEnergia Baixa Média Alta

Molécula Pequena Média GrandeSolidez à sublimação Baixa Média Muito boa

Migração Boa Moderada BaixaDifusão na fibra Rápida Média Lenta

Aplicação

EsgotamentoFervura comcarrier/ HT

Fervura comcarrier/ HT

HT

Intensidade Clara/ Média Média/ Escura EscuraFixação apóstingimento

NãoDepende datonalidade

Sim

Fonte: SALEM, V. pg 120. 2010

O processo de tingimento do poliéster é por ação física, necessitando

temperaturas superiores a 100°C para ocorrer a difusão do corante para o interior da

fibra e a entrada do corante solubilizado. Em alguns casos para cores claras e com

corantes de moléculas pequenas é possível realizar o tingimento a 100°C com o auxilio

de carriers: produto que abre a cadeia molecular do Poliéster, facilitando a penetração

do corante na estrutura (CEGARRA, 1981).

Para melhorar a igualização do tingimento são utilizados no processo de

tingimento dispersantes com cadeias longas que estabilizam a suspensão do corante

facilitando o contato entre o corante e a fibra (GUARATINI e ZANONI 1999). Por ser

uma fibra sintética o poliéster já possui um aspecto limpo e claro, porém é de extrema

importância receber uma preparação com o objetivo de eliminar óleos e ceras do ciclo

manufatureiro, como óleos de ensimagem, óleos e pó dos teares de fabricação do artigo.

Atuando diretamente na limpeza do substrato têxtil, os tensoativos emulsionam

e dispersam óleos e sujeiras. O processo de limpeza é dividido em três etapas,

primeiramente a impureza é separada da fibra, na segunda parte ocorre a dispersão da

impureza e por fim a estabilização da impureza dispersada (CEGARRA, 1966).

Os tensoativos tem a função de dispersar os corantes e garantir uma umectação

eficiente de todas as partes do tecido, agindo como igualizantes (DECIO, 2011).

Responsáveis pela eficiência do tingimento os igualizantes e/ou dispersantes fazem com

que as moléculas do corante fiquem dispersas no banho e sejam adsorvidas de forma

mais uniforme e homogênea pelo substrato, prevenindo a aglomeração de corantes e

consequente formação de manchas (WARING, HALLAS, 1990).

A fim de melhorar a qualidade da água do tingimento os sequestrantes capturam

as diversas impurezas presentes no banho, com metais pesados, como também previne a

precipitação do sais de dureza no banho de tingimento. Ainda segundo Waring e Hallas

(1990), após o tingimento é realizada a lavação redutiva do substrato habitualmente

feito com Soda Caustica e Hidrossulfito de Sódio, removendo resíduos de corante que

não foram difundidos para o interior da fibra, oligômeros e resquícios de carrier quando

utilizado.

2.2 Parâmetros para avaliação do tingimento

Para análise do rendimento de cor, foi avaliada a força colorística (K/S) dos

tingimentos adotando o processo de preparação e tingimento como padrão comparativo

com o processo de preparação e tingimento simultâneo. Esta avaliação foi realizada em

espectrofotômetro de remissão Konica Minolta CM-2600d.

Sabe-se que, para as lavagens caseiras, é utilizado o sabão alcalino, pois somente

com este, os detritos são removidos. Portanto, julga-se indispensável o uso de

tratamentos pós-tingimento para garantir as propriedades de solidez do produto

(VALENTE, 2011)

Para Ruchser (2004), no passado, as lavagens de 30ºC eram consideradas

suficientes. Atualmente, espera-se que as peças de vestuário tenham solidez a repetidos

ciclos de lavagens realizadas a temperatura de 40ºC e 50ºC e até mesmo de 60ºC. Além

disso, a busca por qualidade, acompanhada pela diminuição de custos, são os maiores

desafios para a indústria se manter competitiva no mercado.

Nas análises de solidez realizadas para este estudo foi utilizada como referência

a norma ABNT NBR ISO 105-C06, que especifica métodos destinados à determinação

da resistência da cor de têxteis de todos os tipos e em todas as formas aos

procedimentos de lavagens doméstica ou comercial usados para artigos domésticos

usando um detergente de referência (ABNT, 2015).

Óleos provenientes do processo manufatureiro das fibras sintéticas estão

geralmente presentes nos substratos que serão beneficiados, estes óleos geram uma

tensão superficial causando um efeito hidrofóbico. Além disso, possuem afinidade com

os corantes dispersos, e na fase de tingimento se não removido e dispersado da fibra

adequadamente ocasiona o aparecimento de manchas nos artigos.

O método adotado para avaliar o efeito emulgador de limpeza desses óleos nos

processos estudados foi o de extração de óleo, onde é mensurado o percentual de óleo

do material de poliéster cru, preparado e tingido em duas fases e o do processo

simultâneo.

Esta extração de óleo consiste em solubilizar o óleo contido no substrato com

determinada quantidade de éter etílico a vácuo, o cálculo é feito por diferença de massa

uma vez que o éter etílico é extremamente volátil restando apenas o residual de óleo

numa placa onde o óleo solubilizado é gotejado. Fibras de poliéster são resistentes à

solventes orgânicos, justificando a escolha desta extração (CARDOSO, 2009).

2.3 Processo convencional de preparação e tingimento

O procedimento de preparação e tingimento foi realizado por esgotamento, com

relação de banho 1:10, em artigo 100% Poliéster em um tecido plano de estrutura tafetá,

com gramatura de 140 g/m². Os tingimentos foram feitos em equipamento laboratorial

Kimak AT1-SW, com a seguinte formulação e evolução:

Figura 5: Processo preparação e tingimentoFonte: Autores (2018)

Como é possível observar, o tempo total desse tipo de processo é considerado

longo para efeito de competitividade; pode chegar a até 450 minutos. A proposta a

seguir é com relação a um processo simultâneo (preparação e tingimento) e como

consequência, mais curto.

2.4 Processo simultâneo de preparação e tingimento

O procedimento de preparação e tingimento simultâneo foi realizado por

esgotamento, com relação de banho 1:10, no mesmo artigo e equipamento supracitados.

O Figura 6 mostra a evolução do processo ao longo do tempo:

Figura 6: Processo simultâneoFonte: Autores (2018)

Nesse novo processo proposto, como é possível observar, o tempo total do

tingimento é mais curto, cerca de 40% menor que o processo convencional, conforme

será especificado adiante. Isso ao longo de 24 horas de produção, gerará um acréscimo

de volume de produção (kg de material tingido) da ordem de 66,6%, já que a máquina

de tingimento está liberada para o próximo processo de beneficiamento mais cedo.

3 RESULTADOS OBTIDOS

O rendimento de cor (força colorística) de cada amostra foi analisado via

espectrofotômetro de remissão Konica Minolta CM-2600d , conforme o Tabela 2

abaixo:

Tabela 2 - Resultados força colorísticaAMOSTRA Força Colorística %

Preparação + tingimento PADRÃOProcesso simultâneo 102,76

Fonte: Autores (2018)

Teste de solidez a lavação doméstica, realizada em equipamento laboratorial

Wash Tester, conforme norma ABNT NBR ISO 105-C06: 2010. Na análise foram

utilizados tecidos testemunho multifibra, a fim de avaliar o comportamento de migração

da cor do artigo de poliéster para as demais fibras. (figura 7)

Figura 7: Resultado teste de solidez comparativo Fonte: Autores (2018)

Extração de óleo feita em equipamento importado (China), solubilização do óleo

com éter etílico a vácuo. A tabela 3 a seguir, apresenta os resultados da extração de óleo

da fibra de Poliéster.

Tabela 3: Extração de óleo

AMOSTRA óleo

Padrão Simultâneo

Triacetato

Algodão

Poliamida

Poliéster

Poliacrilato

Viscose

PES CRU 1,47%Preparação + Tingimento 0,63%

Processo Simultâneo 0,59% Fonte: Autores (2018)

Coletado o banho ao final do tingimento, também pode-se observar um melhor

efeito emulgador do processo simultâneo comparado ao processo duas fases que

apresenta aspecto de óleo na superfície do banho, conforme é apresentado na figura 8.

Figura 8: Banho após o tingimento + preparação e banho processo simultâneo

Fonte: Autores (2018)

4 Análises dos resultados obtidos

O processo de preparação e tingimento simultâneo discutido no artigo apresenta

de primeira instância a vantagem de otimizar o tempo e consumo de água eliminando

enxágues extras que são necessários no processo de duas fases.

Analisando mais criteriosamente, o processo em duas fases utiliza de 48 a 80

litros/Kg de material (dependendo da cor) e leva em torno de 7,5 horas para ser

finalizado, enquanto o processo simultâneo utiliza de 12 a 20 litros/Kg de material

(dependendo da cor) e é realizado em 4,5 horas. Ou seja, o consumo de água é reduzido

em 75% e o tempo de processo diminui 40%, conforme é demonstrado nas figuras 5 e 6.

No processo convencional, o tempo total para cada tingimento é de 7,5 horas,

enquanto o novo processo proposto, é de 4,5 horas. Durante um dia de trabalho

contínuo, sem levar em consideração o set up entre um tingimento e outro, é possível

realizar 3,2 tingimentos com o processo convencional, enquanto que com o novo

processo proposto, será possível realizar 5,33 tingimentos. Isso dará um aumento de

66,6 % na quantidade de tingimentos diários, independente da quantidade em kg que

está sendo processado.

O consumo de vapor para os dois processos citados não foi mensurado, porém,

de forma mais genérica pode-se observar que haverá diminuição significativa no

consumo de energia por haver uma menor quantidade de trocas de banhos no processo

simultâneo. No processo simultâneo a lavação redutiva com Soda Caustica e

Hidrossulfito de Sódio é substituída por um produto (Nicca Sunmorl MC2000U)

aplicado em pH ácido (3,5-4,5), que está dentro da faixa ideal para manter as

características do poliéster e elimina a necessidade de neutralização das lavações

alcalinas que variam o pH entre 10-10,5.

O tingimento de poliéster com corantes dispersos é geralmente aplicado em pH

4-5,5. Esta característica de respeitar a faixa de pH ideal é importante para prevenir a

hidrólise da fibra e a degradação do corante (WARING, HALLAS, 1990). Além dos

pontos citados, deve-se considerar que os resultados baseados nos parâmetros de

avaliação demonstram similaridade em todas os testes aplicados, comprovando a

qualidade do processo simultâneo comparado ao processo de duas fases.

5- Considerações finais

Com base nos estudos realizados sobre o procedimento de preparação e

tingimento para o beneficiamento têxtil, nota-se a importância da busca por inovações

no setor. A indústria do enobrecimento têxtil sofre com a carência de novos processos e

métodos de aplicação, de forma que as empresas deem acessibilidade e confiança para

tal. Acredita-se, então, que com um trabalho técnico de qualidade e segurança os novos

ideais poderão se introduzir com mais facilidade.

Portanto, com o desenvolvimento do estudo teórico e prático do tingimento

simultâneo de poliéster, visualiza-se uma grande oportunidade para aprimorar o

processo, que resultou vários diferenciais e vantagens, tanto relacionados ao custo

produtivo quanto ao meio ambiente. No que se refere a solidez do tingimento, com a

nova proposta de processo simultâneo, este ficou praticamente similar ao processo

convencional.

Os autores gostaria de agradecer a colaboração da empresa Quimisa S/A que

disponibilizou o laboratório de aplicações têxteis e os produtos utilizados para o

procedimento descrito neste artigo.

6- Referências

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