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XL Junho 2016 Nº123ISSN 0102-8235

Órgão Oficial da Associação Brasileirade Químicos e Coloristas Têxteis

www.abqct.com.brCorporate Member Membro Titular

QUÍMICA TÊXTIL

2 www.abqct.com.brQUÍMICA TÊXTIL


sumário

XL Junho 2016 Nº123ISSN 0102-8235

20

3806

52corantesEstudo da solubilidadE dE CorantEs

têxtEis Em lÍQuidos iÔniCos PrÓtiCos

ambientalaValiaÇÃo do CiClo dE Vida (aCV) E os

imPaCtos ambiEntais na ÁrEa têxtil:

um brEVE Estado da artE

tingimentouma aJuda Para a EsColHa dos

CorantEs rEatiVos biFunCionais

energiaaValiaÇÃo do PotEnCial dE uso

dE lodo têxtil Como biomassa

CombustÍVEl Para GEraÇÃo dE

EnErGia

Diretoria NacionalPresidente: Evaldo Turchet

Vice-Presidente: Lourival Santos Flor1º Secretário: Ricardo Vital de Abreu

2º Secretário: Reginaldo Rogério Segura1º Tesoureiro: Agostinho de Souza Pacheco

2º Tesoureiro: Adir GrahlDiretor Técnico: Humberto Sabino

Núcleo AmericanaCoordenador: Durval B. F. Costa

Vice-coordenador: João José GloboSecretário: Izaias Ezipati

Tesoureiro: Eduardo JungerSuplente: José Antonio M. Lima

Suplente: Irani Monteiro

Núcleo NordesteCoordenador: Clélia Elioni Ferreira de CarvalhoVice-coordenador: Silvagner Adolpho Veríssimo

Tesoureiro: Francisco Paiva CostaSecretário: Milton Glavina

Suplente: Manuel Augusto Vieira

Núcleo Santa CatarinaCoordenador Geral: João Vergilio Dias

Vice-coordenador: Walter Alvaro da Silva JuniorSecretário: Vitor Alexandre dos Santos

Tesoureiro: Sérgio da Costa VieiraSuplente: André Luiz Klein da SilvaSuplente: Luiz Alexandre Schneider

Corpo RevisorEsta edição da Revista Química Têxtil contou com uma equipe técnica

para revisar os artigos aqui publicados.A equipe é formada pelos seguintes profissionais

Agostinho S. Pacheco, Evaldo Turchet,Humberto Sabino, Ricardo Vital de Abreu

Os autores devem enviar seus artigos para publicaçãocom pelo menos 3 meses de antecedência.

ExpedienteQuímica Têxtil é uma publicação da Associação Brasileira de

Químicos e Coloristas Têxteis. Os artigos publicados aqui são de inteiraresponsabilidade dos seus autores. ISSN 0102-8235

Periodicidade: trimestral (março/ junho/ setembro/ dezembro)Distribuição: mala direta para os associados da ABQCT: indústrias têxteis,

tinturarias e entidades filiadas à FLAQT e AATCC.Circulação: São Paulo, Santa Catarina, Rio de Janeiro e Minas Gerais.

Produção Gráfica: Raphael Inácio(11) 9 9804.0962

[email protected]

Impressão: Gráfica Referência

Administração e Departamento ComercialPraça Flor de Linho, 44, Alphaville, 06453-000, Barueri, SP11- 4195 4931 / Fax 11- 4191 9774 / [email protected]

editorial

A atual Diretoria Nacional está a frente da ABQCT desde novembro de 2004, quando foi vence-dora em pleito com outra chapa concorrente, lembrando que foi a primeira vez que a associação teve mais de uma chapa para concorrer a uma eleição.

Nestes quase 12 anos de trabalho, a diretoria tem dado continuidade aos trabalhos e conquistas das diretorias anteriores bem como procurou inovar em vários aspectos para manter a associação atuante e promover o interesse dos associados e parceiros.

Nossa estratégia tem sido a realização de inúmeros eventos técnicos de caráter nacional e in-ternacional, cursos de especialização, três edições do CONCURSO ESTUDANTIL, com premiação dos alunos mais destacados com estágio na Universidade da Catalunia, criação do “ABQCT Online”, digi-talização de todas as edições da revista “Química Têxtil” além de inúmeras outras atividades sempre buscando manter a associação ativa e financeiramente sólida.

Por outro lado, no decorrer destes doze anos a indústria têxtil Brasileira sofreu inúmeras modi-ficações graças a globalização iniciada na década de 90 e continuada até os dias de hoje e também devido a situação econômica após 2008 e o comportamento dos consumidores.

Estas modificações, além do encolhimento da indústria têxtil Brasileira, provocou uma migração geográfica dos polos têxteis, o que nos remete a necessidade de focar as ações da associação nestes novos polos têxteis.

É chegada a hora de mais uma renovação da diretoria nacional da ABQCT, que sempre teve em sua maioria colaboradores sediados em São Paulo.

Acreditamos que com esta nova distribuição geográfica da indústria têxtil Brasileira, a nova dire-toria possa ser constituída por colaboradores atuantes nestes polos, os quais certamente terão me-lhores condições da dar continuidade com inovações aguardadas pelos associados e parceiros da ABQCT.

Evaldo Turchet Presidente

MoMenTo de renovAção


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Tradução: Agostinho S. Pacheco – ABQCT Revisão: Evaldo Turchet

AuToR: MIRKo R. CoSTAInstituto Químico Industrial de Lima/Peru

UMA AJUDA PARA A ESCOLHA DOS CORANTES REATIVOS BIFUNCIONAIS

As reAções enTre os CorAnTese As fIbrAs:

As reações ou interações que podem ocorrer entre os cromógenos e os auxocromos dos corantes e as fibras têxteis em meio aquoso são de dois tipos genéricos:- intramoleculares e intermoleculares. As intramoleculares são forças de atração dentro da mo-lécula do corante ou forças internas entre os átomos que conformam uma molécula e podem ser de três classes, a saber.

• Iônicas de cargas elétricas manifestas no enlace; es-tas forças são as de maior intensidade, mas as mais sensíveis à distância de separação entre os átomos.

• Covalentes de carga elétrica débil ou sem carga; estas forças são insensíveis à distância de separa-ção entre os átomos e são mais débeis em intensi-dade do que as iônicas, e, por último,

• Dativo-covalentes ou coordenadas; que misturam em suas características as duas classes anteriores, isto é carga elétrica média e insensibilidade à dis-tância de separação entre os átomos.


tingimento

A atração ente as moléculas adjacentes é uma for-ça intermolecular menos forte do que a intramolecular e, também, se mostra em três classes, a saber:

• Pontes de hidrogênio; as mais polares entre as três classes e as que apresentam maior força.

• Momentos dipolares; as de menor carga elétrica e as mais débeis das três classes, e, finalmente,

• Forças de Van der Waal; são de carga elétrica e for-ça intermediárias.

A oscilação entre os enlaces dos radicais no co-rante com a fibra determina a afinidade do corante e; dos enlaces com a água determina sua solubilidade. Por conseguinte, essas variações tornarão mais fácil ou mais difícil o seu tingimento. O número de enlaces for-mados com a fibra determinará sua afinidade por esta e, em virtude desta afinidade determinará, também, a solidez à água e aos agentes aos quais uma fibra é exposta em estado úmido; tais como lavagem, fricção úmida e similares.

Uma atração intramolecular iônica somente acon-tecerá se a fibra e o corante possuírem carga elétrica; então sua velocidade de tingimento será muito alta e a dificuldade de tingimento será maior. Tal é o caso do tingimento de fibras com corantes catiônicos.

As fibras celulósicas não são indicadas para esse tipo de tingimento por não possuírem carga, salvo quando tenham sido degradadas e contenham grupos carboxílicos na celulose, -COO; neste caso ocorreria uma repulsão dado que a maioria dos corantes usados possui o auxocromo sulfônico, -SO3, de solubilidade e possui a mesma carga dos grupos carboxílicos.

As forças intermoleculares entre o corante e a fibra são muito mais débeis do que as intramoleculares, que são mais numerosas e mais frequentes.

Todas as fibras e todos os corantes comerciais possuem átomos de hidrogênio e de oxigênio em suas moléculas, o que faz com que as pontes de hidrogênio estejam presentes entre todas as fibras têxteis e em to-dos os corantes usados para tingi-las. A eficiência entre os diferentes corantes de uma mesma classe e entre as classes de corantes é devida ao número de átomos e a orientação estéreo espacial com a fibra.

O mesmo ocorre com as forças intermediárias em resistência de Van der Waal, que operam por similar mecanismo das pontes de hidrogênio; sua formação

está condicionada à presença de átomos eletronegati-vos como N e S, em substituição ou adicionais ao oxi-gênio presentes na fibra e/ou corante.

Os débeis momentos dipolares são devidos à co-locação superficial dos elétrons (potencial Z negativo superficial) durante a rotação da massa eletrônica ao redor do núcleo e comum a todos os corantes e todas as fibras, tornando-se mais importantes conforme cres-ce o peso molecular do corante.

Então, a afinidade é o equilíbrio na distribuição do corante entre a fibra e a água; os corantes de alta subs-tantividade favorecem o deslocamento para a fibra e servem para tingir cores escuras, mas são de difícil igualização e os corantes de baixa substantividade são fáceis de tingir por sua boa igualização e usados para tingir cores médias e claras.

O incremento do peso molecular do corante traz um aumento na afinidade e características desejáveis e prejudiciais. Entre as características desejáveis temos:

• Maior solidez aos processos úmidos.• Tingimentos intensos mais econômicos. • Maior afinidade (esgotamento).

Entre as características prejudiciais temos:

• Maior dificuldade no tingimento.• Menor velocidade de difusão do corante para o

interior da fibra. • Menor solubilidade em água, o oque se traduz em

menor poder de igualização.

Partindo de premissas amplamente reconhecidas na vida cotidiana, reconhecemos que: a) o que é fácil de entrar, é fácil de sair; e b) que a velocidade é a res-ponsável pela maioria de acidentes, daí, que o controle do processo é mais difícil e as oportunidades de aci-dentes mais frequentes quando o corante é de maior afinidade.

O tingimento pode ser resumido a um processo de “sorção”; isto é a transferência seletiva de um ou mais solutos (corantes, auxiliares e químicos) desde um fluído (água) até uma matriz orgânica sólida adsorven-te (fibra) de uma estrutura amorfa ou micro cristalina.

SolutosBanho <--------------------> Fibra

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Adsorção: deslocamento dos solutos presen-tes no fluido (meio mais amorfo), banho, para uma matriz sólida adsorvente, mais ordenada, ou fibra.

Disorção: deslocamento inverso, a partir de um meio mais ordenado (fibra), em direção a um desordenado (banho).

Mediante o controle dos gradientes de con-centração dos solutos em ambos os meios, leva-se adiante sua distribuição homogênea e se assegura a igualização durante o tingimento. Eis o momen-to de equilíbrio da reação:

Soluto - FibraK equilíbrio = --------------------- Soluto – Banho

Quanto mais alto é o equilíbrio do tingimento, mais rápida a reação e maior é a afinidade do corante. O pro-cesso de tingimento clássico pode ser dividido em:

• Transporte do corante desde o banho de tingi-mento até a superfície da fibra e,

• Penetração do corante através dos poros nas regi-ões acessíveis na parte amorfa da fibra.A absorção de umidade do meio ambiente (re-

tenção de umidade) e o grau de inchamento da fibra quando submersa em água (embebida), estão intima-mente ligados e são o reflexo de sua estrutura físico--química interna e de seu comportamento de tingi-mento. Facilitará ou dificultará o ingresso e a saída das moléculas de corante, obviamente quanto maior for o peso molecular do corante, menor será sua velocidade de difusão ao interior da fibra.

Os modelos de estrutura interna de maior aceita-ção para as fibras assumem a existência de regiões de variados graus de ordem e desordem molecular em sua conformação interna. Uma região de máximo or-denamento ou cristalinidade o que lhe confere sua for-ça, rigidez e inércia química, albergada em outra amor-fa de máxima desordem responsável pela reatividade, comodidade para o uso e flexibilidade. A proporção de material cristalino com relação ao amorfo exerce marcada influência sobre a fibra. Nas fibras naturais, a relação é característica e nata, enquanto que nas fibras sintéticas é determinada por sua fabricação.

Os corantes reativos são feitos na medida, isto vale dizer eles existem com moléculas grandes, para o tin-gimento por esgotamento e com moléculas pequenas para tingir em contínuo e para estamparia; mas no ge-ral, são todos de moléculas pequenas quando compa-rados com os integrantes das demais classes de coran-tes utilizados para tingir fibras celulósicas.

AUXoCroMo reATIvo:O primeiro auxocromo reativo foi desenvolvido

em 1953 pelos professores Rattee e Stephen da Univer-sidade de Leeds, Reino Unido, os quais buscavam fixar o corante à fibra por meio de um enlace intramolecular covalente para melhorar suas solidezes à água.

Desde aquela data, muitos outros auxocromos re-ativos apareceram, alguns deles já eram conhecidos, mas não como auxocromos de reatividade e este de-senvolvimento fez com que eles fossem incorporados como tal. Apresentamos algumas tabelas indicando o núcleo reativo de alguns auxocromos, bem como o ano em que foi introduzido no mercado têxtil, seu nome comercial e a fibra indicada para tingir.

tingimento

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NúCLEO REATIVOANO DE

INTRODUÇÃO AO MERCADO

NOME COMERCIAL

FIBRA

Lã (éter)

Lã (éter)

Celulose (éster)

Celulose (éster)

Celulose (éster)

NúCLEOS REATIVOS E SEU ANO DE INTRODUÇÃO AO MERCADO


tingimento

A classificação dos auxocromos reativos.Os sistemas reativos em uso atualmente podem ser

classificados em dois grandes grupos gerais, de acordo com seu mecanismo de reação com a fibra, a saber:

• 1.- Corantes reativos capazes de tomar parte em uma reação de substituição nucleofilica para for-mar um enlace do tipo éster com a celulose.

• 2.- Corantes reativos que possuem um sistema insaturado capaz de tomar parte em uma reação nucleofilica de adição para formar um enlace do tipo éter com a celulose.

1.- Corantes de reação de substituição nucleofilica e enlace tipo éster.

Os corantes deste tipo levam auxocromos reativos baseados em núcleos heterocíclicos com átomos de nitrogênio. Os átomos de nitrogênio no anel azídico, por sua eletronegatividade, causam uma deficiência de elétrons nos átomos de carbono adjacentes, tornando--os susceptíveis ao ataque de agentes nucleofílicos. O número de átomos de nitrogênio no sistema aumenta a negatividade no anel e em virtude disso a reatividade do sistema. Das três triazinas possíveis, a triazina simé-trica 1,3,5, ou cloreto cianúrico, é a de maior impor-tância prática. Um dos átomos de carbono na triazina é empregado para reagir com o cromógeno, ficando dois átomos de cloro livres para reagir com os grupos hidroxilos da celulose ou com os grupos aminos da lã.

Por outro lado, o segundo átomo de cloro no anel é ainda muito reativo e por isso é bloqueado e aca-ba reagindo com uma amina; a reatividade do terceiro átomo de cloro no anel diminui, mas a estabilidade à hidrólise do corante aumenta, como visto abaixo.

Triazina Simétrica 1,3,5.Base do auxocromo reativo dos corantes procion m,

procion h e cibacron

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tingimento

A reatividade dos auxocromos reativos nos coran-tes de substituição pode ser modificada de três manei-ras, a saber:

1ª Maneira: Modificando a eletronegatividade do átomo de

carbono adicionando um grupo substituto ao anel reagente ligado a algum dos átomos do carbono. A adição de grupos que atraem elétrons como o alquilo amônio quaternário (-NHR3), sulfônico (-SO3Na), tiosul-fônico (-S-SO3Na), mercaptano (-SH), ciano (-SCN), etc., aumentam a reatividade. Contrariamente, os grupos aminos (-NH2), as aminas substituídas (-NHR) e os alcoxi (-O-CH3) que rechaçam os elétrons, a diminuem.

2ª Maneira:Mediante a alteração do grupo saliente por gru-

pos mais atraentes de elétrons, como o metilo sulfôni-co (-SO2CH3) ou o flúor (-F) como é o caso dos corantes Levafix EA e PA e os Cibacron F.

2,4 di flúor 5 Cloro primidinaAuxocromo de reatividade dos corantes

Levafix EA y Levefix PA (Bayer).

3ª Maneira: Substituindo o grupo amino (-NH-) que enlaça o

cromógeno com o núcleo reativo. Os grupos que atra-em elétrons aumentam a reatividade do núcleo. Foram feitos ensaios com oxigênio (-O-), enxofre (-S-), alquilo amino [-N(alquilo)CO-], alquilo amido aromático (-NH--COC6H4NH-), mas todas estas pontes ocasionaram for-tes alterações de tonalidade, de afinidade e de reativi-dade do corante. É preferível o enlace amino por sua maior estabilidade a hidrolise alcalina.

2.- Corantes de reação de adição nucleofilica e enlace tipo éter.

Um enlace duplo, insaturado, pode ser ativado por um grupo adjacente que atrai elétrons como o celulo-sato de sódio para formar um enlace etérico entre o corante e a fibra por adição nucleofilica.

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tingimento

Corante reativo

Baixa estabilidade

Celolusato (Agente nucleofílico)

Passo intermediário

Corante fixado na fibra

Cibacron Alta reatividade

Procion H: Baixa reatividadeProcion M: Alta reatividade

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tingimento

A reação nucleofilica entre o corante com sistema de reação insaturado toma lugar da seguinte maneira:

O enlace duplo do auxocromo não está presente como tal no corante, ele se forma durante a catalise alcalina usada para a fixação do corante por reação covalente.

Dois são os protótipos principais desta classe de sistema reativo: os vinil sulfônicos e os acrilamida.

Forma comercial

Forma reagente

Forma reagente

Forma comercial

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A grande e importante diferença entre os dois au-xocromos de reatividade, o de adição e o de substitui-ção, está no mecanismo de fixação. Com corantes de substituição é irreversível, enquanto que com corantes de adição é reversível. Com corantes de substituição, a hidrólise do enlace corante/fibra está diretamente diri-gida aos grupos hidroxilos na celulose ou na água. Com corantes de adição é uma reversão a forma reativa origi-nal capaz de voltar a reagir com a fibra ou com a água.

As vantagens que oferece o núcleo reativo triazínico.• O grau de esgotamento e de fixação do corante

aumenta graças à substantividade do auxocromo triazínico (enlaces intermoleculares, pontes de hidrogênio, forças de Van der Waal e momentos dipolares), mas com um menor poder de iguali-zação.

• Um maior número de corantes que possuem o mesmo cromógeno aderido ao auxocromo de substituição possui melhorada solidez a luz, ao cloro e ao suor graças à presença do cloreto cianú-rico quando aderido ao auxocromo de reatividade do tipo de adição.

• O enlace éster formado entre o auxocromo triazí-nico e a fibra celulósica é mais estável a hidrólise ácida pelo que a solidez dos tingimentos à lava-gem e à mercerização melhora.

As vantagens que oferece o núcleo reativo vinil sulfônico. • O enlace éter formado entre o auxocromo triazí-

nico e a fibra celulósica é mais estável à hidrólise ácida pelo que a estabilidade dos tingimentos ao armazenamento, à lavagem com peróxidos e ao acabamento antirrugas melhora.

• O corante reativo aderido a este auxocromo de reatividade possui maior solubilidade em água devido a que o grupo sulfato etílico sulfônico é, por sua vez, um auxocromo de solubilidade, con-sequentemente, possuirá maior igualização no tingimento, ainda que com menor porcentagem de esgotamento.

As vantagens sinergéticas devidas à presença dos auxocromos na mesma molécula do corante.• A faixa de temperatura de fixação/tingimento é

mais ampliada, cobrindo a temperatura de fixação para o auxocromo de adição e para o auxocromo de adição. A reprodutibilidade nos tingimentos em contínuo, semicontínuo, e estamparias é me-lhorada pela melhor estabilidade do corante em álcali. A porcentagem de fixação é aumentada em 60 a 80% em média, ao serem ampliadas as tem-peraturas de fixação. Esta é a razão pela qual atual-mente os fabricantes de corantes reativos aumen-taram até em quatro o número de auxocromos


tingimento

reativos presentes na molécula. No processo de impregnação e enrolagem (pad-roll) são notadas eficiências de fixação de 10 a 20% maiores.

• Em todos os casos de tingimentos com alto grau de fixação são obtidas boas solidezes a lavagem e excelente resistência ao sangramento ácido.

• A ideia de reunir vários sistemas reativos no mes-mo composto; inicialmente foi ter um núcleo tria-zínico e um vinil sulfônico na mesma molécula do corante na tentativa de conferir a este corante a estabilidade do enlace em meios básicos e ácidos.

Posteriormente, foi percebida a vantagem adicio-nal no aumento do rendimento tintorial, segundo seja para sua utilização em procedimentos em contínuo ou por esgotamento.

As classes de corantes reativos bi funcionais.Dependendo se os auxocromos de reatividade

presentes no corante sejam da mesma ou de diferen-tes identidades químicas, os corantes foram classifica-dos em Homo bifuncionais ou Hétero bifuncionais.

As vantagens já foram descritas e a influência de cada uma delas no corante depende do número e do tipo de auxocromo presente na molécula de corante.

Assim, o uso de corantes homo bifuncionais do tipo de substituição aumenta o rendimento tintorial e a reprodutibilidade do tingimento em prejuízo de uma diminuição no poder de igualiza-ção; enquanto que nos corantes bifuncionais do tipo de adição sua solubilidade em água e com isso a intensidade das tonalidades alcançáveis em um tingimento em contínuo são melhoradas.

Auxocromo reativo triazinico Auxocromo reativo vinil sulfonico


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1. Universidade Estadual de Maringá – UEM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química – Av. Colombo, 5.790, Jd. Universitário - Maringá - Paraná - Brasil - CEP 87020-900

2. Universidade Federal da Bahia – UFB - Rua Basílio da Gama, 6/8 - Canela - Salvador – Bahia - BA - CEP: 40.110-040

Revisão: Agostinho S. Pacheco

AuToRES: MARIA REnATA MoRAES¹, ALESSAnDRA BRAnDAnI BIGGI¹, FABIA REGInA GoMES RIBEIRo¹, GILSon DoS SAnToS CRoSCATo¹, SILVAnA MATTEDI E SILVA², CAMILA DA SILVA¹, LúCIo CARDozo FILHo¹

ESTUDO DA SOLUBILIDADE DE CORANTES TêxTEIS EM LÍQUIDOS IÔNICOS PRÓTICOS

resUMoNo Brasil, o setor têxtil possui uma grande impor-

tância, e vem se preocupando cada vez mais com a conservação dos recursos hídricos, pois são gastos em média 100 litros de água para tingir cada quilo de teci-do. Por existir essa preocupação com os recursos hídri-cos, a referente pesquisa objetivou o estudo de medi-das de solubilidade de três classes de corantes (ácido, disperso e reativo), analisados nas temperaturas de 40 ºC, 50 ºC, 60 ºC, 70 ºC e 80 ºC em meio a líquidos iôni-cos próticos (LIPS) a partir da base catiônica 2 hidroxi trietilamonio 2(HTEA), variando-se a base aniônica A-

-acetato, Pr-propionato, B-butanoato e Pe-pentanoato. As medidas de solubilidade das três classes de coran-tes nos LIPs (realizadas em espectrofotômetro UV-VIS) tiveram como princípio norteador a substituição da água, que é o meio líquido mais utilizado pela indús-tria têxtil para solubilização de corantes têxteis, por li-quidos iônicos próticos. De acordo com os resultados obtidos nesses estudos identificou-se uma tendência dos resultados de medidas de solubilidade dos coran-tes têxteis nos LIPs em aumentar com o aumento da temperatura e do teor de água intrínseco de cada LIP. Com base nos resultados experimentais, o baixo custo,


corantes

possibilidade de reutilização (reciclagem) e os resulta-dos das medidas de solubilidade dos corantes têxteis nos LIPs estudados, conclui-se que a substituição da água pelos LIPs na solubilização dos corantes na indús-tria têxtil possui um potencial muito promissor, inclusi-ve para substituição no processo de tingimento têxtil.

Palavras-chave: Líquido iônico prótico, solubili-dade, corantes têxteis.

1. InTrodUçãoNos processos convencionais de tingimento usa-

dos nas indústrias têxteis, utilizam-se a fibra, o corante, produtos auxiliares e grandes quantidades de água. Essa quantidade pode ser substancialmente reduzida, mas, mesmo assim, é de se notar que a água é um fator determinante na localização de fábricas de tingimen-to: em locais onde a água possui condições ideais para o tingimento e próximos de rios, para lançar os seus efluentes. A qualidade da água deverá ser bem conhe-cida e controlada periodicamente, pois, caso contrário, poderá causar problemas no tingimento (Salem, 2010). Estima-se que são utilizados de 125 a 150 litros de água para tingir 1 kg de produto têxtil, produzindo grandes quantidades de águas residuais (Korbahti et al., 2008; Couto, 2009; Han et al., 2009; Moussavi et al., 2009).

À luz da preocupação ambiental, a indústria têxtil tem acelerado os esforços para reduzir ou eliminar o consumo de água em todas as áreas de preparação de fios, tingimento e acabamento (Fisihi et al., 2004). Devi-do à real necessidade de eliminar o consumo de água, os custos de tratamentos de afluentes e efluentes, des-tinação dos resíduos químicos sólidos (lodos), prove-nientes do processo de tingimento têxtil convencional e não agredir o meio ambiente, houve a necessidade da pesquisa referente à solubilização de corantes têx-teis em meio ao líquido iónico prótico (menos poluen-te) em substituição à água e produtos químicos, a fim de sanar a problemática citada acima.. A pesquisa pre-vê a substituição da água que solubiliza os corantes

têxteis na indústria têxtil por líquidos iônicos próticos, para diminuir impactos ambientais.

Para entender melhor, líquidos iônicos (LIs) são, por definição, sais iônicos que têm um ponto de fu-são inferior a 100°C e são formados por íons positivos e negativos. Tipicamente, esses compostos têm excelen-te estabilidade química e térmica, a pressão de vapor desprezível, e muitos deles são descritos como amigos do ambiente (Alvarez et al., 2010a; Alvarez et al., 2010b; Iglesias et al., 2010). De acordo com Mattedi et al. (2011), líquidos iônicos são os sais orgânicos ou mistos (orgânico e inorgânico) que são líquidos à temperatura ambiente. Heintz (2005) relata que os líquidos iônicos surgiram como possíveis solventes “verde”, porque eles possuem baixa pressão de vapor e são estáveis dentro de uma ampla gama de temperaturas e, portanto, não têm as emissões de gases poluentes. Os líquidos iôni-cos consistem geralmente de cátions grandes combi-nados com ânions menores. Líquidos iônicos podem ser divididos em duas categorias: líquidos iônicos apróticos e líquidos iônicos próticos, são produzidos por meio de transferência de prótons a partir de um ácido de Bronsted para uma base de Bronsted. Por de-finição, solventes apróticos não podem doar ligações de hidrogênio e os próticos podem doar a ligação de hidrogênio (H+ dissociável), ou seja, podem doar H+ (prótons). Os líquidos iônicos utilizados nesta pesquisa foram os próticos.

Os corantes utilizados no trabalho foram escolhi-dos de acordo com sua classificação, que remete à afi-nidade com as fibras mais consumidas mundialmente que são: poliéster, algodão e poliamida. Consequen-temente, consomem maior quantidade de água em comparação às demais fibras têxteis.

Durante a pesquisa será analisada a solubilidade das classes de corantes ácido, disperso e reativo, em líquido iônico prótico, mantendo a base catiônica: 2 hi-droxi trietilamonio variando a base aniônica A-acetato, Pr-propionato, B-butanoato e Pe-pentanoato.

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2. MeTodoLogIA2.1. Materiais e equipamentos

As especificações dos reagentes químicos e co-rantes têxteis utilizados encontram-se na Tabela 1, com suas respectivas procedências e purezas. Todos os pro-dutos foram utilizados sem pré-tratamento.

Na Figura 1 estão ilustrados os quatro líquidos iô-nicos próticos utilizados nas medidas de solubilidade de corantes têxteis.

Figura 1. Líquidos iônicos próticos sintetizados: (1) 2HTEAA; (2) 2HTEAPr; (3) 2HTEAB e (4) 2HTEAPe.

Fonte: Elaborado pela autora.

2.2.Teor de ÁguaPara a medida do teor de água, utilizou-se a reação

do iodo em metanol anidro (Mettler Toledo) utilizado como solvente. As amostras dos líquidos iônicos pró-ticos (LIPs) ficaram em agitação por 5 minutos com o solvente para garantir a extração da umidade, sendo o conteúdo de água determinado em porcentagem com a adição volumétrica do reagente Karl Fischer. A dosagem foi realizada no aparelho Karl Fischer (Analy-ser KF-1000).

2.3. Medidas de SolubilidadeAs medidas de solubilidade dos corantes têxteis

foram efetuadas nas temperaturas de 40 ºC, 50 ºC, 60 ºC, 70 ºC e 80 ºC.

Para realizar as medidas experimentais de solubi-lidade dos corantes nos LIPs, houve a necessidade de desenvolver um aparato experimental com sistema de aquecimento e agitação mecânica. Todas as análises foram realizadas em triplicata. A representação ilustra-tiva do aparato encontra-se na Figura 2.

Tabela 1. Especificação dos componentes químicos.

Componente Fabricante Pureza

2HTEAA Obtido por síntese 100%

2HTEAPr Obtido por síntese 100%

2HTEAB Obtido por síntese 100%

2HTEAPe Obtido por síntese 100%

Corante Acid Orange 67 A-R Huntsman Comercial

Disperse Blue 56 3RL-02 Huntsman Comercial

Reactive Blue 160 Dystar Comercial



Figura 2. Aparato experimental desenvolvido para coleta dos dados de medidas de solubilidade: (1) Tubo de Vidro com o Soluto (LIP+corante), (2) Banho Termo-statizado, (3) agitadores do banho termostatizado, (4) Motor de acionamento dos agitadores do soluto, (5) termostato.

2.3.1. Pré-teste de supersaturação da misturaTestes iniciais de supersaturação foram conduzi-

dos para determinar a quantidade de corante necessá-

rio para solubilizar nos LIPs sintetizados. Inicialmente, a trietanolamina foi selecionada como solvente por ser a base comum utilizada na síntese dos LIPs sintetizados neste trabalho. A partir deste protocolo, foi possível estimar as quantidades de corantes necessárias para obter a supersaturação nos LIPs.

Inicialmente, pesaram-se 10 gramas de trietano-lamina. Em seguida, adicionaram-se alíquotas de co-rante, sob agitação magnética, no agitador magnético (marca IKA, modelo C Mag HS 7), na temperatura de 80 ºC por 60 minutos. Desligou-se a agitação magnética e manteve-se a temperatura para observar a presença de corante precipitado.

A partir desse procedimento, foi possível estabele-cer a quantidade de massa de corante necessária para garantir a supersaturação da mistura. Para o corante ácido, a razão mássica utilizada foi de 1:20 mg (corante ácido-LIP). Para os corantes disperso e reativo, a razão mássica utilizada foi de 1:6,7 mg (de corante disperso/reativo-LIP).

corantes

QUÍMICA TÊXTIL


2.3.2. Realização da Varredura para determina-ção da curva de calibração

Para a coleta das amostras nos LIPs sintetizados, utilizou-se o aparato experimental descrito e ilustrado na Figura 2.

Adicionou-se uma determinada massa de LIP nos tubos de vidro de capacidade de 80 mL do aparato ex-perimental. Em seguida, adicionou-se uma determinada massa de corante nos tubos de vidro contendo o LIP para preparação das soluções “supersaturadas”. Na Tabela 2 en-contram-se as quantidades de LIP e corantes adicionadas.

Foram utilizados simultaneamente 9 tubos de vi-dro, com o mesmo LIP contendo três corantes (ácido, disperso e reativo), cada conjunto de três tubos conti-nha o mesmo LIP e o mesmo corante.

Em seguida, introduziram-se os conjuntos de tu-bos de vidro contendo a mistura no aparato experi-mental. Acionou-se a agitação mecânica em cada tubo de vidro nas respectivas temperaturas das medidas experimentais de solubilidade. As medidas de solubi-lidades iniciaram-se na temperatura de 40 ºC e foram até 80 ºC, com intervalo de 10 ºC. Após 40 minutos, desligou-se a agitação de dentro do tubo, mantendo-

-se a temperatura da mistura por 60 minutos para que o corante não solubilizado decantasse. Mantendo-se a temperatura da mistura constante, sem remover o tubo do aparato, com o auxílio de um bastão de vi-dro retirou-se uma alíquota do sobrenadante. O peso da alíquota do sobrenadante está referido na Tabela 2 como a massa do solubilizado em miligramas (mg). Os valores dos pesos das alíquotas do sobrenadante fo-ram definidos previamente, respeitando os limites da leitura da absorbância no espectrofotômetro UV-Vis.

Adicionou-se a massa de 5 gramas do solvente trietanolamina à massa do solubilizado em um becker. Esse procedimento foi realizado em triplicata. Após a homogeneização da mistura, transferiu-se o seu con-teúdo para a cubeta de polietileno com capacidade de 5 mL, para leitura no equipamento espectrofotômetro UV-Vis, marca Shimadzu, modelo 1601 DC. Para a de-terminação do ponto máximo de absorbância, foi re-alizada a varredura na faixa de 350 a 800 nm (região visível). Esse procedimento foi repetido para as tempe-raturas de 40 ºC, 50 ºC, 60 ºC, 70 ºC e 80 ºC.

Na Figura 3, como ilustração, encontra-se um es-pectro de varredura para a mistura de LIPs e corantes.

Tabela 2. Concentração da solução supersaturada

CoranteMassa corante

(mg)Massa LIP (g)

Massa do Solubilizado (mg)

Massa do Solvente (g)

1-Ácido 500 10,0 100 5,0

2-Disperso 150 10,0 100 5,0

3-Reativo 150 10,0 400 5,0



A partir do valor do ponto de comprimento de onda λ (nm) de máxima absorbância de cada mistura, foi pos-sível construir a curva de calibração.

2.3.3. Curva de CalibraçãoPara a construção da curva de calibração, realizou-se o seguinte procedimento: pesou-se a massa de solubili-

zado em 10 concentrações, conforme a Tabela 3 Acrescentou-se a quantidade de 5 gramas de solvente trietanola-mina em cada becker que continha a alíquota do solubilizado.

corantes

Figura 3. Espectrograma de varredura para os corantes ácido, disperso e reativo medido na temperatura de 80 ºC: () LIP 2HTEAA com o corante ácido, ( ) LIP 2HTEAB com o corante disperso, ( ) LIP 2HTEPe com o corante reativo.

Tabela 3. Concentrações de alíquotas do solubilizado (LIP+corante) para curva de calibração do corante ácido, disperso e reativo.

Massa Solvente (g)Alíquotas do solubilizado (mg)

Ácido Disperso Reativo 5,0 10 10 405,0 20 20 805,0 30 30 1205,0 40 40 1605,0 50 50 2005,0 60 60 2405,0 70 70 2805,0 80 80 3205,0 90 90 3605,0 100 100 400


400 500 600 700 800

nm

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0M

édia

da

Abso

rbân

cia

(UA)

Absorbância Máxima - 1,75

Absorbância Máxima - 1,19

AbsorbânciaMáxima - 0,80

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corantes

Após a homogeneização da mistura de cada con-centração, transferiu-se o conteúdo em uma cubeta de polietileno de volume 5 mL, para leitura no equi-pamento espectrofotômetro UV-Vis, marca Shimadzu, modelo 1601 DC, onde foi realizada a leitura de absor-

bância de cada concentração para construção da cur-va de calibração. Repetiu-se este procedimento para os corantes ácido (acid orange 67), disperso (disperse blue 56) e reativo (reactive blue 160).

A partir dos dados fornecidos na leitura realizada

Figura 4. Curva de calibração do LIP 2HTEAB - corante disperso.

Tabela 4. Equações da reta e os valores dos coeficientes de regressão linear (R²) para cada curva de calibração das misturas. As amostras das alíquotas (LIP+Corante) foram obtidas na temperatura de 80 °C.

LIP CoranteEquação da RetaCdg.g

-1=a* uA+bR²

2HTEAAÁcido y = 0,0001x + 2E-06 0,99

Disperso y = 3E-05x + 4E-07 0,98Reativo y = 0,0004x + 7E-07 0,98

2HTEAPrÁcido y = 6E-05x + 7E-06 0,99

Disperso y = 3E-05x + 8E-07 0,99Reativo y = 0,0002x - 9E-07 0,99

2HTEABÁcido y = 6E-05x + 6E-06 0,99


2HTEAPeÁcido y = 6E-05x + 5E-06 0,98


Cdg.g-1= concentração da diluição em grama (g) de corante por grama (g) de LIP; UA = a média da triplicata da absorbância.


0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

ABS (AU)

2E-06

4E-06

6E-06

8E-06

1E-05

1E-05

1E-05

2E-05

2E-05

2E-05

2E-05

2E-05

3E-05

3E-05

3E-05

3E-05

3E-05

C (g

.g-1

)

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corantes

no espectrofotômetro, construiu-se o gráfico da curva de calibração. Utilizando-se o software Excel pôde- se calcular os coeficientes da equação da reta.

Na Figura 4, para exemplificar a obtenção das cur-vas de calibração da mistura (LIP+Corante+solvente), encontram-se os valores dos coeficientes da equação da reta, bem como o erro percentual (R2).

As equações referentes às curvas de calibração para todas as misturas encontram-se na Tabela 4.

A partir da determinação da equação da reta, foi possível calcular a solubilidade dos corantes ácido, dis-perso e reativo nos LIPs em quantidade de concentra-ção (C), em miligrama (mg), de corante por grama (g) de líquido iônico prótico.

2.3.4. Cálculo da solubilidade dos corantes têxteis nos LIPs sintetizados

A partir dos resultados de concentração obtidos pelas equações de calibração, Tabela 4, determinou-se a fração mássica de corante contida nas alíquotas.

A fração mássica de corante (Wdiluição) na alíquota (LPI+corante) foi calculada utilizando a concentração da diluição em grama (g), de corante por grama (g), de LIP (Cdg.g

-1) encontrada pela equação da reta. Segue a Equação 1:

(Eq.1)

A fração mássica de corante contida na mistura

(LIP+corante+base) (Wexperimental) foi calculada a partir da Equação 2:

(Eq.2)

Em que P(Base+LI+Corante) é a somatória do peso da base trietanolamina, do LIPs e do corante; P(LI+Corante) é o peso da alíquota (LIPs+corante).

A partir da determinação da fração mássica expe-rimental, foi possível calcular a massa de corante (Mco-

rante) e a massa de LIP (MLIP). O cálculo da massa de corante (Mcorante) na alíquota

foi determinado a partir da Equação 3:

(Eq.1)

O cálculo da massa de LIP (MLIP) na alíquota em análise foi determinado a partir da Equação 4:

(Eq.4)

A concentração da quantidade em grama de co-rante em um grama de LIP (Cg.g

-1) foi determinada a partir da Equação 5:

(Eq.5)

A concentração da quantidade em miligrama de corante em um grama de LIP Cmg.g

-1, foi determinada a partir da Equação 6:

(Eq.6)

Ao determinar o resultado da concentração (Cmg/g), estabeleceu-se que esta será a medida da solubilidade dos corantes têxteis em LIPs.

Calcularam-se as medidas de solubilidade dos co-rantes ácido (acid orange 67) ,disperso (disperse blue 56) e reativo (reactive blue 160) nos LIPs 2HTEAA, 2HTE-APr, 2HTEAB e 2HTEAPe.

3. resULTAdos 3.1. Teor de Água

Os LIPs utilizados na pesquisa possuem caráter hi-drofílico, dessa forma, foi necessário analisar o teor de água (fração mássica) nos LIPs. Na Tabela 5 encontra-se o teor de água de cada LIP.

Wdiluição =Cdg.g - 1

Cdg.g - 1 + 1

Mcorante = Wexperimental xPcorante+LIP

McoranteMLIP

Cmg.g - 1 =

Cmg.g - 1 = Cmg.g - 1 x1000

MLIP = (1 - Mcorante )xPcorante+LIP

P (LIP+corante)Wexperimental =

P (Base+LIP+corante)xWdiluição

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corantes

De acordo com os resultados apresentados na Ta-bela 5, observa-se que a cadeia aniônica influencia o teor de água nos LIPs. Quanto menor a cadeia aniônica, maior o teor de água. Logo, os LIPs 2HTEAA e 2HTEAPr obtiveram maior resultado de teor de água e os LIPs 2HTEAB e 2HTEAPe obtiveram o menor resultado de teor de água.

3.2. Medidas de Solubilidade

3.2.1. Medidas de Solubilidade do corante ácido nos Líquidos Iônicos 2HTEAA, 2HTEAPr, 2HTEAB e 2HTEAPe

Na Tabela 6 estão descritos os resultados de solu-bilidade do corante ácido nos líquidos iônicos próti-cos: 2HTEAA, 2HTEAPr, 2HTEAB e 2HTEAPe. Verifica-se a maior solubilidade do corante ácido no LIP 2HTEAA na faixa de concentração de 87 a 97 mg de corante.g de LIP-1 nas temperaturas analisadas (40 ºC a 80 ºC), quan-do comparado com os demais LIPs. É possível observar que os LIPs 2HTEAPr e 2HTEAB não obtiveram um au-mento significativo da solubilidade nas temperaturas de 40 ºC a 80 ºC. Podem-se constatar menores valores de solubilidade nas temperaturas iniciais do corante ácido no LIP 2HTEAPe. Pode-se destacar que, na tem-

peratura de 40 ºC a 60 ºC, houve um aumento mais sig-nificativo da solubilidade em relação às temperaturas de 70 ºC e 80 ºC.

Logo, o LIP 2HTEAA, que possui menor cadeia aniônica quando comparado com os demais LIPs, apresentou maior quantidade de corante solubilizado (97 mg corante.g LIP-1). Esse fato foi observado desde a temperatura de 40 ºC, em que se obtiveram 81 mg corante.g LIP-1. Correlacionando suas propriedades físi-co-químicas, este possui maior viscosidade, densidade.

Como o corante é o mesmo para todos os LIPs, o que irá diferenciar o resultado da solubilidade é a estru-tura química de cada LIP. Portanto, os resultados relata-dos acima estão relacionados com o comportamento químico das moléculas dos LIPs, ou seja, a cadeia aniô-nica do 2HTEAPe é a maior em relação aos demais LIPs. Por essa razão, ao aumentar a temperatura, ocorre a se-paração das moléculas (diminuem a densidade e a vis-cosidade) dos LIPs, o que permite um maior Δ(Cmg.g-1), conforme Tabela 6.

O teor de água influenciou, como esperado, os da-dos de solubilização do corante no LIPs. Quanto maior o teor de água, maior a solubilidade.

Na Figura 5 pode ser visualizado o comportamen-to da solubilidade do corante ácido nos LIPs.

Tabela 5. Medidas de frações mássicas de água nos LIPs.

2HTEAA 2HTEAPr 2HTEAB 2HTEAPeTeor de Água (%) 2,10 2,20 0,75 0,31


Tabela 6. Medidas de solubilidade em concentração de miligramas (mg) de corante ácido por gramas (g) de LIP.

T ºCμ1

C (mg g-1) 2HTEAA

σμ2

C (mg g-1) 2HTEAPr

σμ3

C (mg g-1) 2HTEAB

σμ4

C (mg g-1) 2HTEAPe

σ

40 81,10 0,13 50,01 0,07 50,35 0,07 35,23 0,0450 84,80 0,05 55,07 0,07 50,80 0,11 40,13 0,0260 88,67 0,07 55,76 0,12 51,43 0,07 50,51 0,0870 90,01 0,01 55,81 0,07 51,83 0,08 51,97 0,0380 97,44 0,03 55,81 0,04 54,20 0,03 53,70 0,08


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3.2.2. Medidas de Solubilidade do corante Dis-perso nos Líquidos Iônicos 2HTEAA, 2HTEAPr, 2HTEAB e 2HTEAPe.

Na Tabela 7 estão descritos os resultados de solu-bilidade do corante disperso nos líquidos iônicos próti-cos: 2HTEAA, 2HTEAPr, 2HTEAB e 2HTEAPe.

Com base nos dados da Tabela 7 foi gerado o grá-fico ilustrado na Figura 6, onde é possível visualizar o comportamento de solubilidade do corante disperso nos LIPs.

Os resultados de solubilidade da Figura 6 obtive-ram influência direta da característica do corante dis-perso. De acordo com Salem (2010), a solubilidade do

corante disperso em água aumenta com a temperatu-ra, podendo alcançar valores de solubilidade superio-res a 100 miligramas por litro (mg.L-1) na temperatura de tingimento (130 ºC). Um comportamento seme-lhante de solubilidade do corante disperso nos LIPs é observado na Figura 6.

O LIP 2HTEAB obteve o resultado de 16 mg coran-te. g LIP-1 na temperatura final analisada (80 º C). Des-sa forma, esse foi o melhor resultado de solubilidade, comparando com os demais LIPs.

3.2.3. Medidas de Solubilidade do Corante Reati-vo nos Líquidos Iônicos 2HTEAA, 2HTEAPr, 2HTEAB e 2HTEAPe

Figura 5. Resultado de solubilidade do corante ácido nos LIPs: ( ) 2HTEAA, ( ) 2HTEAPr, ( ) 2HTEAB, ( ) 2HTEAPe.

Tabela 7. Medidas de solubilidade em concentração de miligramas (mg) de corante disperso por gramas de LIP.

T ºCμ1

C (mg g-1) 2HTEAA

σμ2

C (mg g-1) 2HTEAPr

σμ3

C (mg g-1) 2HTEAB

σμ4

C (mg g-1) 2HTEAPe

σ

40 9,14 0,18 13,40 0,09 12,86 0,04 8,49 0,1150 10,15 0,03 13,95 0,01 13,26 0,04 10,87 0,0960 10,76 0,03 14,19 0,05 13,84 0,06 11,13 0,0270 12,70 0,12 14,22 0,04 14,11 0,03 11,07 0,0280 13,65 0,14 14,53 0,93 16,46 0,24 12,05 0,03


35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Temperatura (ºC)

30

40

50

60

70

80

90

100

C(m

g de

cor

ante

.g L

IP-1

)


corantes

Na Tabela 8 estão descritos os resultados de solu-bilidade do corante reativo nos líquidos iônicos próti-cos: 2HTEAA, 2HTEAPr, 2HTEAB e 2HTEAPe.

Com base nos dados da Tabela 8 gerou-se o gráfi-co ilustrado na Figura 7.

Não houve um efeito significativo da tempe-ratura em relação à solubilidade do corante no 2THEAPr. O corante reativo obteve maior valor de Δ(Cmg.g-1) no LIP 2HTEAPe nas temperaturas analisa-das. Não houve uma influência direta do tamanho da cadeia aniônica na solubilidade. As explicações desses comportamentos requerem maiores estu-dos do meio reacional.

O LIP 2HTEAB obteve o resultado de 58 mg coran-te. g LIP-1 na temperatura final analisada (80 º C). Des-

sa forma, esse foi o melhor resultado de solubilidade, comparando com os demais LIPs.

3.2.4. Avaliação estatística dos resultados de solubilidade, análise de variância (ANOVA) e de Tukey.

A Análise de variância (ANOVA) é uma técnica esta-tística que permite avaliar afirmações sobre as médias de populações. A análise visa fundamentalmente verificar se existe uma diferença significativa entre as médias e se os fa-tores exercem influência em alguma variável dependente.

Nas Tabelas de 9 a 11 verificamos os resultados de variância considerando as médias de triplicata dos dados de solubilidade com relação a temperatura das análises dos LIPs propostos.

Figura 6. Resultado de solubilidade do corante disperso nos LIPs: ( ) 2HTEAA, ( ) 2HTEAPr, ( ) 2THEAB, ( ) 2HTEAPe.

Tabela 8. Medidas de solubilidade em concentração de miligramas (mg) de corante reativo por gramas de LIP.

T ºCμ1

C (mg g-1) 2HTEAA

σμ2

C (mg g-1) 2HTEAPr

σμ3

C (mg g-1) 2HTEAB

σμ4

C (mg g-1) 2HTEAPe

σ

40 33,28 0,06 10,74 0,01 35,77 0,01 15,39 0,0250 41,57 0,03 12,21 0,01 45,24 0,02 22,53 0,0160 42,37 0,03 14,11 0,02 50,28 0,04 28,15 0,0170 43,62 0,06 15,32 0,01 55,15 0,01 37,88 0,0380 46,75 0,05 16,49 0,05 58,47 0,01 45,23 0,04


35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Temperatura (ºC)

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

C (m

g co

rant

e.g

LIP

-1)

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Figura 7. Resultado de solubilidade do corante reativo nos LIPs: ( )2THEAA, ( ) 2THEAPr, ( )2HTEAB, ( ) 2HTEAPe.

Tabela 9. Análise de Variância (Anova) para os dados de solubilidade do corante ácido

Modelo Soma dos Quadrados Graus de liberdade Quadrado Médio FRegressão 11,745 3 3,915 0,866Residual 72,333 16 4,521

Total 84,078 19 Fonte: Elaborado pela autora

Tabela 10. Análise de Variância (Anova) para os dados de solubilidade do corante disperso


Total 26,213 29 1,144 Fonte: Elaborado pela autora

Tabela 11. Análise de Variância (Anova) para os dados de solubilidade do corante reativo


Total 12,485 19 Fonte: Elaborado pela autora

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Temperatura (ºC)

0

10

20

30

40

50

60

70

C (m

g co

rant

e.g

LIP-1

)


corantes

O teste de Tukey Equação 7 tem como base a DMS (diferença mínima significativa), é aplicada para com-parar as diferenças entre as médias de todos os trata-mentos e apontar quais delas são significativas, o teste declara duas médias significativamente diferentes se o valor absoluto de suas diferenças amostrais ultrapassar o valor de dms.

(Eq. 7)

Onde, n é o número de réplicas do nível, q é o va-

lor da amplitude estudentizada, cujo valor é encontra-do em tabelas em função do número de tratamentos

e do número de grau de liberdade do resíduo. QMR é o quadrado médio residual obtido pelo cálculo da ANO-VA, os resultados foram considerados ao nível α de pro-babilidade (em geral 5%), ou seja, rejeita-se a igualdade da média de dois níveis se |Ẋ1-Ẋ2|› F.

Considerando o parâmetro temperatura utilizou--se a análise de Tukey e verifica-se pela Tabela 12 que existe igualdade entre os LIPs analisados em relação ao corante ácido.

Para o corante disperso de acordo com a Tabela 13 não obteve variação nos resultados, validando a re-lação entre todos os LIPs.

De acordo com a Tabela 14 o corante reativo não obteve variação nos resultados, validando a rela-ção entre todos os LIPs.

Tabela 12. Análise de Tukey para o corante ácido

Resultado entre LIPs |Ẋ1-Ẋ2| Dms Resultado2HTEAA - 2HTEAPr 0,032 4,971 μ1=μ22HTEAA - 2HTEAB 0,081 4,971 μ1=μ3

2HTEAA - 2HTEAPe 0,300 4,971 μ1=μ42HTEAPr - 2HTEAB 0,048 4,971 μ2=μ3

2HTEAPr - 2HTEAPe 0,268 4,971 μ2=μ42HTEAB - 2HTEAPe 0,219 4,971 μ3=μ4

Fonte: Elaborado pela autora

Tabela 13. Análise de Tukey para o corante disperso





Tabela 14. Análise de Tukey para o corante reativo





dms = q(k, N - k) QMRn

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corantes

4. ConCLUsãoEsta conclusão será baseada nos resultados das

medidas de solubilidade dos corantes ácido, disperso e reativos nos LIPs. Cabe ressaltar que não há informa-ções na literatura aberta referentes à solubilidade dos corantes ácido (Acid Orange 670 - Erionyl Amarelo AR), reativo (Reactive Blue 160 Monoclorotrizina -Procion) e disperso (Disperse Blue 56) nos LIPs: 2 hidroxi trietila-monio acetato, 2 hidroxi trietilamonio propianato, 2 hi-droxi trietilamonio butanoato e 2 hidroxi trietilamonio pentanoato, analisados nas temperaturas de 40 ºC, 50 ºC, 60 ºC, 70 ºC e 80 ºC.

Com base nos objetivos propostos em relação ao presente estudo, conclui-se que:1. Quanto menor a cadeia aniônica do LIP, maior a

sua hidrofibilidade;2. Com o aumento da temperatura e do teor de

água, observou-se o aumento da solubilidade dos corantes nos LIPs no intervalo de temperatura considerado;

3. Os resultados de solubilidade do corante disperso nos LIPs tiveram influência direta da característica intríscica desse corante, ou seja, necessita de tem-peraturas maiores do que as estudas neste traba-lho para solubilização.

4. Não houve uma influência direta do tamanho da cadeia aniônica na solubilidade do corante reati-vo, pois, o corante reativo possui o melhor resulta-do de solubilidade no LIP 2HTEAB. As explicações desses comportamentos requerem maiores estu-dos do meio reacional.

5. Dentre os três corantes estudados, o corante ácido apresentou melhores resultados de solubilidade no LIP 2HTEAA.

Com base nos resultados experimentais, o baixo custo, possibilidade de reutilização (reciclagem) e os resultados das medidas solubilidade dos corantes têx-teis nos LIPs estudados, conclui-se que a substituição da água pelos LIPs na solubilização dos corantes na indústria têxtil possui um potencial muito promissor, inclusive para substituição no processo de tingimento têxtil.


1. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE Maringá - Departamento de Engenharia Têxtil Av. Colombo, 5790, Maringá, Paraná - Email: [email protected]. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE Maringá - Departamento de Engenharia Química Av. Colombo, 5790, Maringá, Paraná - Email: [email protected]

Revisão: Humberto Sabino

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AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) E OS IMPACTOS AMBIENTAIS NA ÁREA TêxTIL: UM BREVE ESTADO DA ARTE

AuToRES: AMELIA MASAE MoRITA¹, MAuRo A. S. S. RAVAGnAnI²

InTrodUçãoOs impactos ambientais gerados pelas indústrias

têxteis são amplamente conhecidos e alvos de cons-tantes preocupações, principalmente com relação ao alto consumo de água e consequente geração de efluentes. Além disso, o uso de produtos químicos na produção de matérias-primas, como no cultivo de al-godão, na fabricação de fios sintéticos (poliéster, polia-mida etc.) e nos processos químicos para o tingimento e acabamento de produtos, são responsáveis por emis-sões de poluentes que afetam a água, o solo e o ar.

Certamente, os impactos negativos são significa-tivos e comprometem a qualidade do ambiente e a saúde humana. A mudança climática, a redução da camada de ozônio e o aumento de casos de câncer são exemplos de como estes impactos já influenciam o meio ambiente.

Segundo estimativas da ONU (2011), a população mundial crescerá de 2010 até 2015 cerca de 1,1% ao ano, e a esta taxa de crescimento cabe questionar até quando os recursos naturais serão suficientes para sus-tentar este acréscimo populacional.


ambiental

Os recursos naturais são os insumos que as po-pulações e os ecossistemas necessitam para sua ma-nutenção. Com o processamento e a utilização dos recursos naturais surge a poluição que é uma alteração indesejada nas características físicas, químicas e bioló-gicas da atmosfera, litosfera e hidrosfera. A poluição é provocada pelo ser humano e causa impactos negati-vos na saúde humana e na de outras espécies, ou ain-da deteriora materiais. Os efeitos globais da poluição podem trazer consequências que afetarão o clima e o equilíbrio global do planeta (BRAGA et al, 2005).

O desenvolvimento urbano e industrial desorde-nado, sem planejamento e sem limites, e o aumento populacional associado ao modelo de consumo ine-rente a uma sociedade mais “evoluída”, implicou na procura por alimentos, bens, serviços e espaço, e con-sequentemente no aumento da poluição e degrada-ção ambiental. Esses níveis de degradação começa-ram a causar impactos negativos na qualidade do ar e na saúde humana (FERRÃO, 1998; BRAGA et al, 2005; GIANNETTI e ALMEIDA, 2006).

As mudanças climáticas globais aceleraram as discussões em torno da questão do desenvolvimento industrial e do impacto ambiental. As indústrias sofrem constantes pressões para diminuírem as emissões de poluentes na atmosfera por meio de processos, pro-dutos e práticas ambientalmente corretas (AZAPAGIC, 1999; SOUSA, 2008). Os padrões ambientais se tornam mais rígidos e os custos de descarte aumentam (GIAN-NETTI e ALMEIDA, 2006). Por meio de métodos de planejamento, modelos matemáticos, equipamentos para controle de poluição e o emprego de processos alternativos menos poluentes é possível corrigir ou, ao menos equacionar os problemas existentes. É possível, também, estimar com maior precisão e brevidade os efeitos e impactos de cenários hipotéticos futuros, por meio de simulações com modelos físicos e matemáti-cos. Entretanto existem limites que devem ser respei-tados e a tecnologia é fundamental, mas não é capaz de resolver todos os problemas. Uma alternativa de grande valia nesse esforço seria a medida preventiva, para antecipar e impedir ou, ao menos minorar a ocor-rência dos fatores de degradação. A medida preventiva é a mais adequada pelo lado econômico, pois é menos onerosa e evita danos, muitas vezes irreversíveis, ao meio ambiente (BRAGA et al, 2005).

Na indústria têxtil, a reciclagem de produtos e oti-mização de processos são técnicas já empregadas para minimizar os rejeitos. Mas, segundo GIANNETTI e AL-MEIDA (2006), estas práticas de minimização de rejeitos mostram-se insuficientes para lidar com o problema ambiental, fazendo-se necessário uma análise holística sobre os aspectos ambientais. E a ACV mostra-se ade-quada para a avaliação dos impactos ambientais, pois analisa qualquer tipo de impacto ambiental causado pelo produto, incluindo a extração de matérias-primas, emissão de substâncias tóxicas, utilização da terra etc.

Segundo BRAGA et al (2005), no Brasil e em mui-tos outros países, durante um longo período, o pro-gresso era importante e a poluição, uma consequên-cia aceitável; no entanto, décadas de degradação ao meio ambiente, os efeitos desta contaminação do ar, solo e água tem causado danos ao ecossistema e ao ser humano. A partir da década de 1970 as empresas brasileiras passaram a adotar medidas de prevenção da poluição. Mas somente na década de 1990 o sis-tema de gestão ambiental normalizado, com a série ISO 14.000, começou a ser adotada pelas indústrias. A série ISO 14.000, além de abordar os Sistemas de Gestão Ambiental (SGA), também normaliza a Ava-liação do Ciclo de Vida (ISO 14.040, 14.044, 14.046, 14.047, 14.048 e 14.049), que tem como objetivo ava-liar e identificar os impactos ambientais de produtos e serviços, desde a extração da matéria-prima até o descarte final.

AvALIAção do CICLo de vIdA (ACv)O ciclo de vida de um produto corresponde a to-

das as etapas para a sua obtenção, desde a extração da matéria-prima, passando pela produção, uso, trata-mento de resíduo, reciclagem, até a disposição final no ambiente (GIANNETTI e ALMEIDA, 2006). Para realizar uma avaliação ambiental envolvendo todo o ciclo de vida de um produto tem sido utilizada uma técnica de-nominada Life CycleAssessment (LCA), ou Avaliação de Ciclo de Vida (ACV). De acordo com a ISO 14040 (2006), a ACV aborda os aspectos ambientais e os potenciais impactos ambientais (por exemplo, uso de recursos e as consequências ambientais de emissões) ao longo do ciclo de vida de produtos. Na Figura 1 pode-se ob-servar um exemplo de um sistema segundo a técnica da avaliação do ciclo de vida.

QUÍMICA TÊXTIL


ambiental

Figura 1 - Exemplo de um Ciclo de Vida (baseado na ISO 14040:2006)

Ambiente do sistema

Transporte

Energia

Produção

Uso

Aquisição de

Matéria-prima

Reciclagem

/ Reúso

Tratamento

de resíduo

Limites do sistema

Outros

Sistemas

Outros

Sistemas

Fluxo de

produto

Fluxo de

produto

QUÍMICA TÊXTIL


Segundo AZAPAGIC (1999), a ACV surgiu de es-tudos publicados em 1970 que consideravam apenas a energia consumida durante o ciclo de vida de um produto ou processo. Devido à necessidade de uma análise mais ampla, em 1990 aSociety for Enviromen-talToxicologyandChemistry (SETAC) iniciou atividades para definir e desenvolver metodologias de estudos sobre a ACV e depois a InternationalOrganization for Standadisation (ISO) iniciou estudos similares e lançou a família 14.040 da série ISO 14.000 (AZAPAGIC, 1999; LIMA, 2007; RODRIGUESet al, 2008; SOUSA, 2008).

Em alguns países como a Suécia, Holanda, Japão e Alemanha, a ACV tem sido estudada e aplicada por organismos governamentais, instituições de pesqui-sa, indústrias e pela academia (instituições de ensino). Já em outros países, estes ficam restritos à academia e aos institutos de pesquisa. Muitos países, principalmen-te da Europa, já se preocupam em importar produtos com menor impacto ambiental, e esta é uma tendência que pode criar barreiras comerciais na exportação de produtos. No Brasil, os poucos estudos existentes estão concentrados na academia e nas indústrias (LIMA, 2007).

ApLICAções dA ACvAs principais aplicações da ACV são a identifica-

ção de pontos potenciais de melhoria de desempenho ambiental; comparação entre alternativas tecnológicas de melhoria de um dado produto; seleção de deter-minado produto para o atendimento de certa função levando-se em consideração seus pontos fortes e fra-cos, em termos ambientais; projeto de novo produto; e a escolha entre dois produtos similares em função de seus balanços ambientais. Sua importância consiste no fato de que, por meio dela, podem ser aferidos me-canismos de modificação ou desenvolvimento de um sistema a fim de diminuir seus impactos ambientais totais (AZAPAGIC, 1999; GIANNETTI e ALMEIDA, 2006).

Alguns dos mais recentes exemplos de aplicação da ACV nos setores privados ocorrem nos setores de energia, transportes, químico, nuclear, água, eletrôni-co, têxtil, papel, entre outras indústrias. Segundo dados de BAUMANNapud AZAPAGIC (1999) a principal razão para a adoção da ACV por uma indústria é a melho-ria no desempenho ambiental por meio da análise do processo do produto e implementação de políticas ambientais a curto e longo prazo por meio da otimiza-ção do processo ou projeto (AZAPAGIC, 1999).


ACv nA ÁreA TÊXTILO setor têxtil brasileiro é o quinto maior do mundo.

Em 2011 o faturamento da cadeia têxtil e de confecção foi de 67 bilhões de dólares. O setor é autossustentável em sua principal cadeia, a do algodão, com produção média anual de 1,5 milhão de tonelada, para um con-sumo de 900 mil toneladas. O setor de confecção é o quarto maior do mundo com uma produção média de 9,8 bilhões de peças (Associação Brasileira da Indústria Têxtil – ABIT, 2011).

A fabricação de um produto têxtil envolve vários processos que representam uma parte significativa dos impactos ambientais globais, pois são grandes consu-midores de água, energia e produtos químicos. A água é utilizada em grande escala como solvente e como fonte de energia na geração de vapor nos processos de tingimento, estamparia e acabamento. Os setores de produção da fibra, beneficiamento e acabamento consomem, também, grandes volumes de combustí-veis (lenha, gás ou óleo). Os produtos químicos como pesticidas, herbicidas, alvejantes, corantes etc. são uti-lizados desde a obtenção da matéria-prima até o uso final nas lavagens domésticas.

Na área têxtil, o consumo de energia térmica e elétrica é o grande responsável pelos impactos ambientais(VAN DER WERF e TURUNEN (2008), SHEN e PATEL (2008), STEINBERG et al. (2009).

Além dos impactos da energia nos processos têx-teis, a produção da matéria-prima e de produtos quí-micos também causam consideráveis impactos am-bientais.

O Brasil é um grande produtor e consumidor de produtos têxteis, e, consequentemente, grande gera-dor de impactos ambientais. Mas os estudos de ACV têm seu foco principal em países europeus, asiáticos e nos Estados Unidos, onde a forma de cultivo das fibras naturais e o consumo de energia nos diversos setores da área têxtil são diferentes. Um exemplo disso é que o algodão cultivado nos Estados Unidos é irrigado e no Brasil isto não ocorre.

Alguns autores têm pesquisado os impactos am-bientais de produtos ou processos têxteis, com o ob-jetivo de identificar os processos e os produtos que causam maiores impactos ao meio ambiente.

Os impactos ambientais das Fibras TêxteisEm um estudo realizado por VAN DER WERF (2004)

a ACV foi utilizada para analisar os impactos ambientais da produção de cânhamo. No estudo, apresentam-se diferenças entre o cultivo de cânhamo e do algodão. No cultivo do cânhamo não há a necessidade de uso intensivo de agrotóxicos, pois a planta é resistente a ervas daninhas e praticamente livre de pragas. Porém, é suscetível a fungos na região de estudo (França). Nes-te estudo, não foram considerados os tratamentos de prensagem a óleo, decorticagem e digestão por pres-são de vapor, o que coloca em dúvida a comparação com outras fibras naturais.

As categorias de impacto consideradas foram a eutrofização, mudança climática, acidificação, ecotoxi-cidade terrestre, uso de energia e uso da terra. Os fato-res de caracterização foram calculados de acordo com

ambiental

QUÍMICA TÊXTIL


diversos autores, e com o IPCC (International Panel of climate change). O autor busca identificar a contribui-ção dos processos (produção dos inputs, produção e uso do diesel, e emissões do cultivo) e de acordo com seus resultados pode-se observar que a eutrofização é bastante influenciada pelas emissões do cultivo (90-95%). Na mudança climática, as emissões (38-41%) causam os maiores impactos, seguidos da produção de fertilizantes (25–34%), produção e uso de diesel (11%) e produção de CaO (6-13%). Já a acidificação é influenciada por emissões decorrentes de cultivo (33-38%), uso e produção de diesel (22-60%), produção de fertilizante N (12-14%), produção de fertilizante P (11%) e produção de máquinas agrícolas (11-13%). A Toxi-cidade terrestre foi impactada exclusivamente pelas emissões do cultivo da fibra. O uso de energia foi afe-tado pela produção de fertilizante N (28-36%), produ-ção e uso de diesel (26-29%) e produção de máquinas agrícolas (18-21%).

O autor compara os impactos ambientais do estu-do e os dados ambientais franceses e chega à conclu-são que, devido à eutrofização ser o maior problema na França recomenda-se diminuir as emissões causa-das pelos fertilizantes nitrogenados. Uma alternativa seria a otimização na utilização destes fertilizantes, as-sociados à redução de atividades de preparo do solo.

Ainda, VAN DER WERF e TURUNEN (2008), pesqui-saram os impactos ambientais da produção dos fios de cânhamo e de linho com o objetivo de quantificar os impactos ambientais. O estudo comparou três ce-nários para a produção de fios alvejados de cânhamo: o hempwaterretting (HW), hempbio-retting (HB) e baby hemp(BH) e um cenário para o linho: o flaxdewhemp (FD).

Neste estudo, a construção do inventário foi rea-lizada com dados de um projeto denominado HEMP--SYS. Os dados de energia etransporte foram obtidos do banco de dados BUWAL 250. Os dados referentes à produção da fibra foram obtidos de artigos publicados anteriormente pelos autores. Os impactos foram aloca-dos economicamente, pois é a principal razão para o cultivo da fibra.

As categorias de impacto analisadas foram a eu-trofização, mudança climática, acidificação, uso de energia não-renovável, ocupação de terras, uso de pesticidas e uso de água. Os fatores de caracterização da eutrofização, acidificação e energia não-renovável

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foram calculados de acordo com GUINÉE et al (2004). Para o cálculo do fator de caracterização referente à mudança climática utilizou-se o SimaPro 1.1. A ocupa-ção terrestre refere-se à perda de terra como recurso para outros propósitos. Além destas categorias de im-pacto avaliou-se a quantidade de substância ativa de pesticidas e água utilizadas no cultivo das fibras.

Neste estudo, as discussões demonstram que as diferenças nos impactos dos processos são provenien-tes da diferença no consumo de energia, principalmen-te na maceração e secagem. Portanto, de acordo com os autores, às reduções do consumo de energia nos processos de extração da fibra remetem as reduções dos impactos ambientais na produção do fio, mais es-pecificamente na redução da eutrofização na extração (cultivo) da matéria-prima (fibra). As alternativas seriam o melhoramento genético das plantas para aumen-tar a produção da fibra por hectare. Outro importante desenvolvimento seria na tecnologia empregada nos processos para a obtenção do fio, principalmente com o objetivo de minimizar o uso de energia.

Outro estudo conduzido para a avaliação dos im-pactos da produção de fibras têxteis foi realizado por SHEN et al (2010), que avaliou os impactos ambientais de fibras artificiais, utilizando a técnica de ACV. As fi-bras analisadas foram a viscose (produzidas na Ásia e na Áustria), o tencel e o modal, todas fibras celulósicas, mas com características e formas de processamento diferentes. O estudo foi conduzido desde a extração da fibra até o acabamento e comparou os impactos am-bientais dos diferentes tipos de processos das fibras ar-tificiais. Além disso, os autores comparam os impactos da produção das fibras artificiais com a produção do algodão (produzido nos Estados Unidos e na China), poliéster e polipropileno.

A metodologia adotada para a avaliação de im-pactos ambientais foi CML 2 baseline, as categorias consideradas foram: aquecimento global, depleção abiótica, depleção da camada de ozônio, toxicidade humana, ecotoxicidade de água doce, ecotoxicidade terrestre, formação de oxidante fotoquímico, acidifica-ção e eutrofização.

No caso do aquecimento global, todas as fibras artificiais celulósicas tiveram menor impacto do que o poliéster. Tencel, modal e viscose (Áustria) tiveram resultados discretos em relação às outras fibras. Entre-tanto, segundo os autores, o desempenho da viscose


ambiental

produzida na Áustria apresenta incertezas quanto aos dados referentes à energia consumida, pois foi con-siderada a utilização da energia recuperada de uma planta de incineração de lixo.

As emissões de CO2 correspondem à energia con-sumida na produção da fibra e na produção de soda cáustica. Pode-se constatar que a utilização de caldei-ras a gás nos processos de aquecimento e a substitui-ção destes combustíveis mostram grande influencia numa maior ou menor emissão de gases de efeito es-tufa.

A depleção abiótica é afetada pelo consumo de combustível fóssil na geração de energia. Portanto, as fibras que consomem grandes quantidades deste combustível em sua produção, como o poliéster e o polipropileno, demonstram maiores impactos nesta categoria. A depleção da camada de ozônio é influen-ciada pela utilização de óleo, ou mais especificamente, na emissão halogênica da produção de óleo cru. A fi-bra que utiliza maior quantidade deste tipo de energia no transporte, no processo e na geração de energia elétrica é a viscose produzida na Ásia.

Neste estudo, o poliéster é responsável pelos maiores impactos na toxicidade humana. Mais de 90% dos impactos provém da emissão de PAH (hidrocar-bonetos policíclicos aromáticos) no ar, durante a pro-dução do poliéster. Na ecotoxicidade de água doce e terrestre, a obtenção de algodão causa os maiores impactos devido ao uso de pesticidas. O cultivo de al-godão também causa grande impacto na eutrofização devido ao uso de fertilizantes.

Para as fibras artificiais as emissões de SO2 são o principal fator de formação de oxidantes fotoquímicos. Especialmente, as emissões durante a produção do SO2, utilizado na produção da polpa celulósica, e as emissões de SO2 durante a produção de energia.

A acidificação é causada, principalmente, pelas missões de SO2. Os impactos da Viscose (Áustria), Mo-dal e Tencel tem sua origem na produção da polpa ce-lulósica da fibra. Os autores não comentaram as causas do alto valor de acidificação para o algodão.

Outro estudo realizado por RUSSELL apud BLA-CKBURN (2009), aplicando a ACV para a avaliação dos impactos ambientais na produção de malhas de lã de carneiro (de origem Australiana), demonstra grande impacto na produção da matéria-prima. Segundo o autor, os elementos causadores deste alto impacto são

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a utilização de fertilizante nitrogenado na pastagem (emissões causadas na produção e comercialização dos fertilizantes), o N2O da urina dos carneiros e a utilização de energia no transporte. O autor compara as emissões da fibra de lã com a fibra de algodão e justifica a me-nor emissão de CO2 na fase de uso da lã em relação ao algodão, devido às condições de uso da malha. No caso deste estudo, a malha é lavada com água morna e seca sem a utilização de secadores; por outro lado o algodão é lavado e seco utilizando temperaturas ele-vadas. O autor complementa que o tipo de energia é determinante na geração de CO2: a energia elétrica de origem nuclear, eólica e solar gera menos CO2 do que a energia proveniente da queima de carvão.

Recentemente, outro estudo relacionado à fibra protéica de seda foi realizado por Astudillo, et al (2014)que analisaram sua produção na Índia, com o objeti-vo de identificar lacunas no banco de dados e verifi-car as possibilidades de melhoramento na produção desta fibra. A unidade funcional utilizada no estudo foi um kilograma de seda. O estudo foi conduzido desde a produção do casulo até o portão defábrica. E o inventário foi criado a partir da literatura, através da coleta em indústrias e junto a organismos governa-mentais. As categorias de impacto analisadas foram a demanda de energia acumulada (CED), divididas em renovável (RCED) e não renováveis (NRCED); po-tencial de aquecimento global em 100 anos (GWP100); Ecotoxicidade USETOX; ocupação terrestre urbana e agricultável (ALO) e Eutrofização de água doce (FE) e pegada hídrica azul (BWF).

De acordo com os resultados obtidos no âmbito deste estudo, a maioria dos impactos ambientais da sericicultura correspondem a produção de casulos. No que se refere a energia não renovável os impactos são referentes a secagem do casulo e a irrigação das amoreiras (as folhas de amoreira são a fonte de alimen-to das larvas do bicho da seda). A maioria do GWP100

emitido relaciona-se a fertilização do solo para cultivo da amoreira e a compostagem dos resíduos da criação do bicho da seda. Já na ecotoxicidade, a fertilização não foi considerada, mas o uso de pesticidas no cultivo causa grandes impactos nesta categoria. A ocupação da terra rural se sobressai, se comparada a ocupação urbana. Ainda neste estudo, os impactos na eutrofiza-ção provem das emissões durante o cultivo da amorei-ra (50%) e a produção de fertilizantes fosfatados (11%).


A produção da amoreira também é responsável pelos maiores valores da pegada hídrica azul (BWF), devido a água utilizada na irrigação da planta.

Estes resultados são discutidos pelos autores, que creditam os altos impactos a ineficiência na infra-estru-tura da agricultura, tanto no uso de energia quanto na irrigação. As alternativas de minimização dos impactos seriam a secagem dos casulos utilizando energia solar e a otimização na irrigação das amoreiras. Ainda, se-gundo os autores, os impactos referentes ao GWP100 poderiam ser minimizados com a adequada analise de solo, para reduzir o uso de fertilizantes. Além da me-lhoria nas práticas de manejo da cultura do bicho da seda, outra alternativa seria a melhor utilização dos co--produtos, como a sericina.

Ao analisar os impactos gerados pela produção das fibras têxteis, conclui-se que a região produtora e a forma de produção da energia utilizada nos proces-sos influenciam sobremaneira os impactos ambien-tais. Como no caso da viscose produzida na Áustria e na Ásia, a diferença baseia-se no tipo de energia utilizada. Na Áustria utiliza-se energia renovável, já na Ásia a energia é gerada através da queima de carvão. Outro fator importante é a integração dos processos de produção da polpa e da fibra, como no caso do Modal, que resultou em impactos discretos devido ao baixo consumo de energia. Nos estudos realizados em fibras naturais como o algodão, lã e seda, observa--se que o uso intensivo de pesticidas e fertilizantes no cultivo dos algodoeiros e amoreiras (utilizadas como alimento do bicho da seda) e a ineficiência nas práti-cas de manejo da criação dos carneiros e dos bichos da seda são responsáveis pelos altos impactos gera-dos na produção da fibra. No caso da seda, concor-rem ainda para um aumento nos impactos, o uso de energia na secagem dos casulos.

Os impactos ambientais dos setores de beneficiamento e acabamento têxtil

Na área de beneficiamento e acabamento têxtil, podemos citar três estudos realizados visando a análise dos impactos ambientais de processos têxteis.

YUAN et al (2013)avaliaram os impactos ambien-tais de um processo de beneficiamento têxtil com o objetivo de determinar o setor responsável pelos maio-res impactos, para de forma eficiente e efetiva mitigar estes impactos ambientais.

ambiental

Os sistemas investigados foram o beneficiamento e disposição final, além do transporte de matéria-pri-ma, produção de energia e transporte do material aca-bado. A unidade funcional é 10.000 metros de tecido de algodão, pesando 2.000 kg.

Os resultados demonstram que os maiores impac-tos se referem ao potencial de aquecimento global, po-tencial de acidificação e potencial de criação de ozônio fotoquímico, estas três categorias traduzem os impac-tos ambientais atmosféricos. Os impactos ambientais sobre a água também foram expressivos e neste estu-do representado pelo potencial de eutrofização.

Os impactos atmosféricos relacionados ao poten-cial de acidificação são causados devido o uso de ga-solina para a geração de energia térmica que liberam grandes quantidades de SO2 e NOx. E o setor com o maior impacto é a termofixação na rama. Já no caso do potencial de aquecimento global e potencial de criação de ozônio fotoquímico, a preparação ao tin-gimento e em evidência o alvejamento oxidativo de-monstram grande potencial de dano.

Os corantes são responsáveis pelos impactos am-bientais aquáticos, ou seja, causam impactos no po-tencial de eutrofização.

De acordo com os resultados apresentados nes-te estudo, os setores de preparação ao tingimento, tingimento e termofixação são responsáveis pelos maiores de danos. E ao autor sugere a otimização do uso de energia, a reciclagem de água, o uso de corantes com alto grau de esgotamento e fixação e por fim a diminuição no desperdício de energia, fa-zendo um controle do processo e manutenções nos equipamentos.

Na comparação dos impactos ambientais gerados por dois tipos de processos de tingimento, Terinte, et al(2014) analisaram os impactos ambientais de tecidos modal tinto em massa e tinto no processo conven-cional. O estudo foi conduzido do berço ao portão de fábrica, na região da Europa, mais especificamente na Austria. A unidade funcional foi um kilograma de teci-do de malha modal tinto e acabado.

A diferença nos dois processos de produção do te-cido de malha modal é que no processo de tingimento em massa adiciona-se o pigmento na fiação para tingir o fio e posteriormente o tecido é formado. Já no pro-cesso convencional o tecido de malha é tinto após a sua formação.


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O indicador utilizado neste estudo foi o CML 2001, e as categorias de impacto consideradas foram a mu-dança climática, depleção abiótica, depleção da cama-da de ozônio, acidificação, eutrofização e formação de oxidante fotoquímico. Os impactos referentes a toxici-cidade foram excluídos devido aos dados incompletos do inventário.

Os resultados deste estudo indicam que a emissão dos gases de efeito estufa no tingimento convencio-nal é três vezes maior que no tingimento em massa. E sua causa é a necessidade de grande volume de água aquecida na lavagem do tecido tinto, que poderia ser minimizada diminuindo o numero de lavagens, segun-do o autor. Entretanto, cabe a ressalva de que a dimi-nuição do número de lavagens pode afetar a qualida-de do produto final, o que não foi considerado neste estudo. Além disso, a depleção abiótica é afetada pelo uso de combustível fóssil e dos produtos químicos uti-lizados no processo de tingimento convencional. Os produtos químicos, como corantes e sal utilizados no tingimento convencional, também são responsáveis pelos altos impactos na acidificação.

Os autores também discutiram alternativas como a diminuição da relação de banho nos processos con-vencionais de tingimento e a substituição do processo convencional pelo tingimento em massa, haja visto que o processo convencional é responsável pelos maiores impactos. Mas, novamente, ressalta-se o cuidado com a qualidade do tingimento e da flexibilidade na gama de cores, pois a variação de cores no tingimento em massa é limitado por questões técnicas.

Na área têxtil, muitas pesquisas têm sido rea-lizadas buscando novas tecnologias para agregar funções aos produtos têxteis. Um exemplo é o aca-bamento antimicrobiano que utiliza prata associada à nanotecnologia. WALSER et al (2011) compararam os impactos ambientais da camiseta de poliéster sem tratamento e com acabamento antimicrobiano “Na-noprata” e triclosan e observaram que as camisetas com acabamentos antimicrobianos não alteraram substancialmente os impactos ambientais. Mas os resultados consideram apenas as emissões de CO2 equivalente, sem levar em consideração outras cate-gorias de impacto ou os impactos dos resíduos gera-dos após a aplicação deste produto na indústria de acabamento do tecido de malha. Outro fator analisa-do pelos autores foi o tipo de acabamento. Neste pro-

cesso, a tecnologia de geração de emulsão por meio do plasma aumenta as emissões de CO2 equivalente e de contaminantes diversos, expressos como 1,4 DCB equivalente, na etapa de uso, devido à liberação dos resíduos de prata na água pós-lavagem.

ACv de ArTIgos de vesTUÁrIo

Além dos estudos referentes às fibras têxteis, outros estudos sobre os impactos ambientais de pro-dutos como a camiseta produzida na Índia e de jaque-ta de poliéster produzida na China foram realizados por STEIMBERG et al (2009). Neste estudo, foi analisado o ciclo de vida de camiseta, desde a produção do algo-dão até o uso final (na Alemanha), e de jaqueta, desde a produção da resina até o uso final (também na Ale-manha). A unidade funcional para ambos os produtos foi de 100 dias de uso do produto. Embora as unidades funcionais sejam as mesmas, a fase de uso analisada é diferente para os dois produtos, a camiseta é lavada depois de usada duas vezes e a jaqueta é lavada seis vezes durante o ciclo de vida considerado.

Os resultados demonstram que com relação à ca-miseta, os impactos da energia primária não-renovável, emissões de CO2 e PMS (Material particulado) foram maiores na fase de uso, 74%, 71% e 57%, respectiva-mente. Na fase de produção as emissões de NOx (76%), e SO2 (67%) causaram os maiores impactos. O autor res-salta que as emissões de NOx são expressivas na fase de produção da fibra e estão relacionadas ao uso de fertilizantes nitrogenados e na fase de tingimento da fibra está relacionada à queima de lenha nas caldeiras geradoras de energia. Cabe ressaltar que os maiores impactos na fase de uso estão relacionados ao consumo de energia na lavagem e secagem (utilizando energia para aquecimento na lavagem e secagem). Em relação à jaqueta, os maiores impactos foram observados na fase de produção.

Os autores concluíram que o local do estudo in-fluencia sobremaneira nos resultados dos impactos, e sugeriram a criação de modelos de inventários adap-tados aos diferentes países, e também a desagregação das emissões pela localização.

A energia elétrica nos países pesquisados é produ-zida a partir de fontes não-renováveis (como o carvão) e uma das propostas dos autores é o investimento na produção de energias renováveis (como a eólica, por exemplo). Alguns fatores importantes desconsidera-


ambiental

dos neste estudo foram os impactos relacionados às emissões de CO2 na geração da energia térmica à le-nha no tingimento do algodão. Segundo os autores esta desconsideração justifica-se pela energia à lenha ser renovável. Outro ponto a ser observado é a quanti-dade de lavagens e a vida útil da camiseta. Não foram verificados estudos ou dados referentes à forma de uti-lização do vestuário.

Em um estudo sobre a manutenção e uso do vestuário YAMAGUCHI et al (2011), avaliaram máquinas integradas de lavar e secar roupas, mas de tecnologias diferentes (convencionais e as que utilizam bombas de aquecimento), utilizou-se a média de dias chuvosos na região metropolitana de Tóquio de 99 dias no ano, para a determinação do período de uso da secadora. Este estudo demonstra, claramente, que o processo de secagem é responsável pela grande proporção de CO2 equivalente emitido. Nos processos que usam a bom-ba de aquecimento há menor consumo de energia e de água, em comparação aos processos convencionais de lavagem e secagem. Com a unidade funcional refe-rente a 9 anos de uso de uma máquina de lavar e secar, os resultados demonstraram que a lavadora-secadora convencional emite mais CO2 equivalente do que a que utiliza a bomba de aquecimento. O estudo de-monstra ainda, que a etapa de uso (com a utilização de detergente, água e eletricidade) causa grandes impac-tos na emissão de CO2 equivalente e que a eletricidade usada na secagem é responsável por grande parte des-tas emissões. No caso da camiseta (100% algodão), por exemplo, as emissões de CO2 equivalente na secagem convencional correspondem a 63% do total de emis-sões na fase de uso da camiseta. O estudo não trata, porém, de outros impactos ambientais, nem descreve a procedência da energia elétrica utilizada (provenien-te de energia nuclear, térmica etc.).

ConsIderAções fInAIs De acordo com os estudos apresentados, os

produtos químicos adicionados ao cultivo das fibras naturais e a energia utilizada nos processos de produ-ção do material e no uso destes, são grandes causado-res dos impactos ambientais. Aliás, um consenso entre os autores refere-se à racionalização da energia consu-mida nos processos de produção e uso dos materiais têxteis como a melhor alternativa para a diminuição dos impactos ambientais.


QUÍMICA TÊXTIL

AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE USO DE LODO TêxTIL COMO BIOMASSA COMBUSTÍVEL PARA GERAÇÃO DE ENERGIA

Programa de Mestrado em Engenharia de ProcessosUniversidade da Região de Joinville – UNIVILLER. Paulo Malschitzki, 10 - Zona Industrial Norte, CEP 89219-170, Joinville/SC - BrasilTelefone: (47) 3461 91801. [email protected]. [email protected]. [email protected]

Revisão: Ricardo Vital de Abreu

AuToRES: S. o. FISCHER¹, S. H. W. MEDEIRoS², T. M. n. oLIVEIRA³

AbsTrACT To evaluate the potential assessment of textile

sludge use as biomass fuel for power generation, phy-sical and chemical analysis were carried out both this waste as the two biomasses used by the company that generated the studied sludge: chips and sawdust, for comparison purposes. Accordingly, such “three” bio-masses were characterized physically and chemically (approximate and elementary analysis), as well as the

thermal behavior and calorific value of each. There were also measured gaseous emissions during the course of the operation of the thermogravimetric analyzer (TGA). The results showed that both the approximate chemi-cal analysis as the elementary, the textile sludge had a lower content of volatile solids, carbon (C) and hydro-gen (H) and higher moisture and ash than the other two biomasses. Regarding the results of TGA and DTG analysis, the sludge showed less weight loss (55.5%)


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when compared to the chip (~100%) and sawdust (92.7%), as evidenced by the higher ash content and lower volatile solids content of the first. However, con-sidering the heating values, the lower (LCV) was 2,100 kcal/kg and the higher (HCV) was 2,275 kcal/kg for the sludge, whose values were similar to those biomasses currently used by the company (as provided by its re-port). A simplified economic analysis showed that the cost of sludge disposal is approximately three times higher than the acquisition of biomasses, aiming to re-duce costs, both of sludge disposal as the acquisition of current biomasses, despite the increased generation of ashes. In relation to atmospheric emissions, the flue gases concentration showed no significant difference between the three studied compounds. Keywords: biomass fuel, textile sludge, waste reuse.

resUMo Visando avaliar o potencial de se empregar um

lodo têxtil como biomassa combustível para geração de energia em caldeira, foram realizadas análises físi-cas e químicas tanto deste resíduo como das biomas-sas utilizadas na empresa geradora desse lodo: cava-co e serragem de madeira, para fins de comparação. Desta forma, essas “três” biomassas foram caracteriza-das física e quimicamente (análise aproximada e ele-mentar), bem como o comportamento térmico e po-der calorífico de cada uma. Também foram medidas as emissões gasosas emitidas durante a realização da operação do analisador termogravimétrico (TGA). Os resultados obtidos mostraram que, tanto pela análise química aproximada quanto pela elementar, o lodo têxtil apresentou menor teor de sólidos voláteis, de carbono (C) e hidrogênio (H) e maior de umidade e cinzas em relação às outras duas biomassas. Quan-to aos resultados do TGA e DTG, o lodo apresentou menor perda de massa (55,5%), em relação ao cavaco (~100%) e à serragem (92,7%), fato evidenciado pelo maior teor de cinzas e menor teor de sólidos voláteis

do primeiro. Contudo, quanto ao poder calorífico, o inferior (PCI) foi de 2.100 kcal/kg e o superior (PCS) foi de 2.275 kcal/kg para o lodo, valores equivalentes aos das biomassas usadas atualmente na empresa (con-forme laudo desta). Uma análise econômica simplifi-cada demonstrou que os custos com o descarte do lodo é de, aproximadamente, três vezes superior aos de aquisição das biomassas, apontando para redução de custos tanto do descarte do lodo como da aquisi-ção das biomassas atuais, apesar da maior geração de cinzas. Em relação às emissões atmosféricas, os valo-res da concentração dos gases de combustão medi-dos não apresentaram diferença significativa entre os três compostos em questão. Palavras-chave: biomassa combustível, lodo têxtil, reutilização de resíduos.

1. InTrodUção A busca por fontes alternativas de geração de

energia tem se tornado cada vez mais intensa. Assim, dentre essas fontes, a biomassa tem sido uma das com maior potencial de crescimento, sendo considerada, também, um dos principais meios para a diversificação da matriz energética e a consequente redução da de-pendência dos combustíveis fósseis (VIRMOND, 2007; MAIA, 2013; TAVARES e SANTOS, 2013).

As projeções para o futuro indicam que a impor-tância da biomassa poderá representar, no fim do sé-culo 21, de 10 a 20% de toda a energia usada pela hu-manidade (GOLDEMBERG, 2009).

As fontes de biomassas mais comuns em uso são os vegetais lenhosos e não lenhosos, os resíduos orgâ-nicos e os biofluidos (ANEEL, 2014).

Ainda no contexto de fontes alternativas, o apro-veitamento de resíduos industriais como matéria--prima para a combustão vem se mostrando uma al-ternativa atrativa por utilizar materiais renováveis e de menor impacto ambiental quando comparados aos combustíveis fósseis.

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Somado ao aumento da quantidade gerada, os resíduos sólidos têm sido descartados, diariamente, com composições das mais diversas, em um ambiente natural cada vez mais limitado em termos da sua assi-milação. Agrega-se aos impactos ambientais causados pela disposição incorreta, o fato de que a geração de resíduos representa, também, um grande desperdício de matéria-prima e energia.

Neste contexto, o presente trabalho teve por obje-tivo avaliar o potencial do uso do lodo de ETE de uma indústria têxtil como biomassa combustível para ge-ração de energia em caldeira da própria empresa, que emprega, atualmente, cavaco e serragem de madeira. Desta forma, busca-se a possibilidade de reduzir a dis-posição final desse lodo em aterros industriais, que além de serem dispendiosos do ponto de vista de gestão e manutenção, ainda oferecem riscos ao meio ambiente.

2. MATerIAIs e MÉTodos O primeiro passo para a realização deste trabalho

foi a definição das biomassas a serem utilizadas neste es-tudo: além do lodo têxtil, cavaco e serragem de madeira foram usados para fins de comparação entre o combus-tível proposto e os empregados. Portanto, para simplifi-cação, o lodo têxtil gerado na ETE da empresa também foi denominado como biomassa neste trabalho.

Pela análise química aproximada foram determi-nados os teores de umidade (U%), sólidos totais (ST%), sólidos fixos (SF%), sólidos voláteis (SV%), cinzas (CZ%) e carbono fixo (CF%) por termogravimetria, ou seja, se-cagem em estufa e queima em mufla. Essas medições foram realizadas em triplicata.

A análise química elementar foi realizada para verifi-car os teores de carbono, hidrogênio e nitrogênio existen-te em cada tipo de biomassa, pois são os principais parti-cipantes nas reações de oxidação durante a combustão.

Foi encaminhada uma amostra de 50 gramas de cada biomassa, previamente seca, para o laboratório de Química da USP (SP), onde foi utilizado o analisador CHN Perkin-Elmer para determinar as porcentagens dos ele-mentos acima citados em cada tipo de biomassa.

As análises de TGA foram realizadas pelo Labora-tório de Materiais da Univille, utilizando o termoana-lisador TA Instrument, modelo Q50. Amostras das três biomassas, cavaco de madeira, serragem de madeira e lodo têxtil, foram submetidas ao analisador térmico sob atmosfera em meio oxidante, usando ar sintético

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com 79% de N2 e 21% de O2, para avaliar a combustão. As demais condições foram: taxa de aquecimento de 10 oC por minuto, faixa de aquecimento da tempera-tura ambiente à 1000 oC e fluxo de gás de 60 mL/min.

Uma sonda de analisador portátil de gases com-bustíveis foi introduzida na saída de gases do termoa-nalisador, para a medição da concentração dos gases: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrogênio (NO, NO2, NOx), e dióxido de en-xofre (SO2), gerados a cada 50 oC.

O método utilizado para as análises do poder ca-lorífico inferior (PCI) e poder calorífico superior (PCS) foi baseado na ASTM 240-87 e foi realizada pelo Labo-ratório de Ensaio BIOAGRI acreditado de acordo com a ABNT NBR ISO/IEC 17025.

3. resULTAdos e dIsCUssão 3.1 Análise Química Aproximada, Teor de Sólidos e Umidade

Os resultados da análise aproximada, teor de sóli-dos totais, sólidos voláteis totais e umidade, são apre-sentados na Tabela 1 para as três biomassas avaliadas.

De acordo com a Tabela 1, comparando-se os re-sultados entre o lodo têxtil e as outras duas biomassas, a umidade do lodo foi maior (52,11%) em relação ao cavaco de madeira (41,29%) e à serragem de madeira (36,21%),

respectivamente. Esta umidade influencia diretamente na queima, pois quanto menor for seu teor, menos ener-gia será gasta para sua evaporação. Porém, os teores de sólidos totais foram menores para o lodo têxtil (47,89%) em relação ao cavaco de madeira (58,71%) e a serragem de madeira (63,79%). Os teores de sólidos voláteis tam-bém foram menores para o lodo têxtil (35,97%) em rela-ção a 56,31% e 60,12 % do cavaco e da serragem, respec-tivamente, indicando, assim, menor geração de energia do lodo em relação à estas biomassas.

O teor de cinzas, como esperado pelos resultados acima citados, foi maior para o lodo têxtil (25,13%) em relação ao cavaco (4,10%) e à serragem de madeira (5,76%). Este elevado teor de cinzas no primeiro é de-vido aos produtos químicos usados no do tratamen-to físico-químico de efluentes, como cal e sulfato de alumínio. Um elevado teor de cinzas não é desejado, pois diminui a transferência de calor do combustível e aumenta a corrosão dos equipamentos utilizados no processo, uma vez que os minerais não participam da combustão da biomassa (LEITE, 2014).

3.2 Análise Elementar Na Tabela 2 estão os resultados da análise elemen-

tar das biomassas estudadas juntamente com outras da literatura.

Tabela 1. Análise comparativa entre os resultados das biomassas analisadas.

Cavaco Serragem Lodo Têxtil U (%) 41,29 ± 1,36 36,21 ± 0,81 52,11 ± 1,22 ST (%) 58,71 ± 1,36 63,79 ± 0,81 47,89 ± 1,66 SF (%) 2,41 ± 0,07 3,67 ± 0,39 11,93 ± 1,27 SV (%) 56,31 ± 1,39 60,12 ± 0,92 35,97 ± 1,72 CZ (%) 4,10 ± 0,14 5,76 ± 0,62 25,13 ± 1,31 CF (%) 39,59 ± 1,29 34,12 ± 0,75 38,90 ± 1,92


A análise comparativa dos resultados apresentados nesta tabela mostra que o lodo deste estudo apresen-tou teor de carbono muito baixo quando comparado aos valores das demais biomassas. Contudo, o maior va-lor de hidrogênio do lodo têxtil pode ajudar a compen-sar esse baixo percentual de carbono encontrado.

Quanto ao valor de nitrogênio, o teor apresentado pelo lodo têxtil só foi menor em relação ao do lodo de Borges (2008). Esse fato poderá influenciar nas emis-sões de óxidos de nitrogênio quando de sua combus-tão. O enxofre não pôde ser analisado, em função de problemas técnicos do equipamento durante o perío-do de realização das análises.

3.3 Análises Térmicas A Figura 1 apresenta as curvas termogravimétricas (TG)

e primeira derivada (DTG) obtidas para o cavaco de madeira sob condições de atmosfera oxidante - combustão.

Figura 1. Curvas TG e DTG do cavaco de madeira.

Pode-se visualizar na Figura 1, três estágios de per-da de massa. O primeiro estágio, com 6,5% e Tmax igual a 52ºC, é atribuído a umidade presente no cavaco. O se-gundo estágio, mais pronunciado, de 68,8%, com tem-peratura de degradação (Tonset) em 255 ºC e Tmax igual a 329 ºC. O terceiro estágio de 24,9%, Tmax igual a 474 ºC. O segundo e terceiros estágios estão relacionados à decomposição térmica de materiais voláteis e lignoce-lulósicos do cavaco. Observa-se que não houve resíduo ao final da análise, indicando que todo o material foi de-gradado até a temperatura de análise testada (1000 ºC).

A Figura 2 apresenta o resultado da análise termo-gravimétrica da serragem de madeira sob condições de atmosfera oxidante - combustão.

O perfil de decomposição da serragem (Figura 2) é semelhante ao do cavaco de madeira. Observa--se, também, três estágios de perda de massa, sendo o primeiro com 10,2 % e Tmáx igual a 36 ºC, atribuído à

Figura 2. Curvas TG e DTG da serragem de madeira.

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Tabela 3. Resultados da análise do poder calorífico para o lodo têxtil atual e o lodo têxtil de outros estudos.

Amostra PCS kcal/kg (MJ/kg) PCI kcal/kg (MJ/kg) Lodo têxtil* 2.275 (~9,53) 2.100 (~8,80)

Borges (2008) 4.057 (~17,0) 3.675 (~15,4) Pasquini (2014) 4.920 (~20,6) 4.418 (~18,5)

*Fonte: Acquaplant, 2013.

Tabela 4. Resultados da análise do poder calorífico para o cavaco de madeira e a serragem de madeira. *Base úmida: 50%.

Amostra PCS kcal/kg (MJ/kg) PCI kcal/kg (MJ/kg) Cavaco de madeira* 2.239 (~9,37) 1.922 (~8,04)

Serragem de madeira* 1.765 (~7,39) 1.421 (~5,95)

Tabela 5. Resultados comparativos entre o poder calorífico inferior de algumas biomassas comuns empregadas como combustíveis e o lodo têxtil deste estudo.

Amostra PCI kcal/kg Lenha (40% água)* 2.400

Bagaço de cana (40% água)* 2.130 Cavaco de eucalipto (20% água)* 4.300

Cavaco de pinus (40% água)* 2.500 Serragem de pinho (40% água)* 2.000

Serragem seca (20% água)* 3.500 Lodo têxtil (40% água) 2.100

Fonte: *Centrais Elétricas Brasileiras (FUPAI/EFFICIENTIA, 2005).

Tabela 2. Resultados comparativos da análise elementar entre as biomassas deste estudo e outras da literatura*.

Biomassa C (%) H (%) n (%) S (%) Referência Cavaco 41,86 ± 1,275 5,86 ± 0,065 0,10 ± 0,040 - Autor (2015)

Serragem 36,87 ± 0,025 6,36 ± 0,345 0 ± 0,020 - Autor (2015) Lodo têxtil 6,62 ± 0,090 6,55 ± 0,535 0,79 ± 0,020 - Autor (2015)

Pinus* 49,25 5,99 0,06 0,03 Menezes (2013) Eucalipto* 49,00 5,87 0,30 0,01 Menezes (2013)

Casca arroz* 38,24 4,40 0,80 0,06 Vieira (2012) Pinheiro* 59,00 7,20 - - Vieira (2012)

Caroço açaí* 46,00 6,00 0,80 - Vieira (2012) Lodo têxtil* 27,20 4,00 2,86 0,04 Borges (2008)

Serragem pinus* 52,00 6,07 0,28 - Schurhaus (2007)

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umidade presente na serragem, mostrando que esta possui um percentual de absorção de água bem su-perior ao cavaco, provavelmente, devido à sua maior área superficial (porosidade). No segundo estágio, mais pronunciado, de 55,1%, quando houve a decomposi-ção térmica de materiais voláteis e lignocelulósicos da serragem, com Tonset em 277 ºC e Tmáx igual a 341 ºC. Observa-se que a Tmáx determinada para a serragem nesta região, foi 12 ºC superior à Tmáx observada para o cavaco, mostrando que a serragem é termicamente mais estável que o cavaco. O terceiro estágio, de 27,2%, apresentou Tmáx igual a 484 ºC, sendo 10 ºC superior à Tmáx do cavaco, indicando maior estabilidade térmica que o cavaco. O teor de resíduo de cinzas determina-do ao final da análise foi de 7,4%, bem superior ao en-contrado para o cavaco, indicando que uma parte do material não sofreu volatilização até a temperatura de análise testada (1000 ºC).

A Figura 3 apresenta o resultado da análise termo-gravimétrica do lodo têxtil sob condições de atmosfera oxidante - combustão.

Pode-se observar três estágios de perda de massa, sendo o primeiro, de 9,4% e Tmáx igual a 48 ºC, atribuí-do a umidade presente no lodo. O segundo estágio de 37,2%, com Tonset em 262 ºC e Tmáx igual a 349 ºC, a qual pode ser atribuído à presença de matéria orgânica, sendo menor do que para as demais biomassas, corro-borando com a análise aproximada. O terceiro e último estágio de 8,9%, com Tonset em 615 ºC e Tmáx igual a 645 ºC. O teor de resíduo determinado ao final da análise foi de 44,5%, indicando um teor maior de material inor-gânico presente na amostra, assim como verificado na análise aproximada.

Figura 3. Curvas TG e DTG do lodo têxtil.


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Segundo Oliveira (2014), o lodo seco à 110 ºC apresenta uma grande perda de massa (44,3%), pro-vavelmente, relacionada ao excesso de água presen-te neste. O autor verificou que até 100 ºC, a perda de massa é equivalente à água livre contida no lodo; após essa temperatura, está relacionada à perda de água de constituição e presença de matéria orgânica.

3.4 Poder calorífico Os resultados obtidos na determinação do po-

der calorífico inferior e superior para o lodo têxtil bem como para o do estudo de Borges (2008) e Pasquini (2014) encontram-se na Tabela 3.

Verificando-se os valores de PCI e PCS do lodo têx-til mostrados na Tabela 8, pode-se constatar que são menores do que os encontrados por Borges (2008) e Pasquini (2014). Segundo Campregher (2005), a aplica-ção industrial para o lodo é considerada crítica quando a ênfase assumida é o seu baixo poder calorífico, devi-do, principalmente, à umidade do material in natura, requerendo preliminarmente deságue ou secagem, para atingir um teor de sólidos da ordem de 30 a 35%, para a possibilidade de uma combustão autossusten-tável.

A Tabela 4 mostra os valores de PCI encontrados para as biomassas cavaco e serragem de madeira, com base nos valores de PCS fornecidos pela empresa e cal-culados conforme Avelar (2012).

Para completar essa discussão, a Tabela 5 apresen-ta valores de PCI de algumas das biomassas mais co-muns empregadas no mercado industrial como com-bustível.

Comparando os valores de PCI e PCS do lodo têxtil deste estudo com os valores das biomassas cavaco e serragem de madeira (Tabela 4), estes são similares.

Considerando os valores apresentados na Tabela 5, o lodo têxtil em estudo apresenta potencial de ge-ração de energia similar às biomassas comumente em-pregadas no mercado.

A empresa têxtil geradora do lodo analisado, utili-za as biomassas cavaco e serragem de madeira (sepa-rados ou em mistura) com teor de umidade entre 40 e 50%, em suas caldeiras para produção de vapor. Deste modo, tecnicamente, os resultados aqui apresentados indicam a possibilidade de se utilizar o lodo têxtil sob investigação, contanto que seu teor de umidade seja igual ou inferior ao das biomassas já usadas.

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Figura 4. Emissões de CO geradas durante as queimas das biomassas.

Figura 5. Emissões de NO geradas durante as queimas das biomassas.

Figura 6. Emissões de NOx geradas durante as queimas das biomassas.


3.5 Emissões provenientes da queima das biomassas

Não ocorreram emissões significativas de NO2, SO2 e CO2 durante a queima das biomassas.

Os resultados das medições de gases de com-bustão (CO, NO e NOx) gerados na queima das três biomassas, apresentados nas Figuras 4, 5 e 6, respec-tivamente, podem ser comparados de modo a indi-car se o lodo teria maior impacto ambiental devido à emissão atmosférica em relação às outras duas bio-massas de madeira.

Avaliando-se conjuntamente as concentrações dos gases de combustão emitidos pelas três biomassas analisadas, cavaco de madeira, serragem de madeira e lodo têxtil (Figuras 4,5 e 6), pode-se observar que o teor de CO foi maior para as biomassas cavaco e serragem de madeira, atualmente empregadas pela empresa. Já em relação aos gases NO e NOx, a concentração emi-tida pelo lodo têxtil foi maior, o que pode estar ligado a um conteúdo maior de nitrogênio presente neste, conforme apresentado na Tabela 2.

3.6 Considerações sobre viabilidade econômica

Considerando o custo de R$ 25,00 por metro cúbico, tanto de cavaco como de serragem de ma-deira, e o consumo mensal de 8.237 metros cúbicos de biomassa, seja individualmente ou misturadas, de-pendendo da disponibilidade e condição de estoca-gem pela empresa, o gasto com esse consumo é de R$ 208.175,00 ao mês.

Quanto ao lodo têxtil, de acordo com as infor-mações fornecidas pelas empresas proprietárias de

aterros industriais e empresas responsáveis pelo trans-porte dos resíduos (fretes), considerou-se como base os custos de destinação e transporte de R$ 213,00 por tonelada. Considerando este custo de R$ 213,00 por tonelada vezes a quantidade mensal de lodo têxtil ge-rado, tem-se o custo total de R$ 74.788,00 mensais para disposição final.

Comparando os valores supracitados, verifica-se que o custo da aquisição das biomassas chega a ser quase o triplo dos gastos com a destinação do lodo.

4. ConCLUsões O lodo aqui avaliado como biomassa combustí-

vel, apesar de não apresentar composição química e comportamento térmico esperados das biomassas mais empregadas pela indústria, apresentou poder ca-lorífico similar ao das duas biomassas usadas pela em-presa têxtil que disponibilizou o lodo para este estudo.

Este fato, mais a possibilidade de redução de cus-tos com disposição final do resíduo e de aquisição de matéria-prima para a combustão, permitir considerar que há viabilidade de se empregar o lodo têxtil como biomassa combustível.

Contudo, para que essa conclusão possa passar de viabilidade para efetivo emprego, faz-se necessá-ria a continuação de estudo para que as questões le-vantadas no presente trabalho, principalmente, a alta umidade que o lodo final apresenta, sua estocagem e forma de alimentação na caldeira, a possibilidade de mistura do lodo com as biomassas utilizadas pela em-presa, possam ser respondidas.

Estas questões se tornam, portanto, sugestões para a continuidade dos trabalhos do presente estudo.

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