Área temática: Tecnologia

TINGIMENTO DE LÃ COM CORANTE NATURAL OBTIDO A PARTIR DE FOLHAS DE EUCALIPTO

Resumo - A coloração da lã se dá por processos de tingimento, que, por processos de adsorção, fixam o corante à fibra. A lã é uma proteína denominada queratina derivada da condensação de dezoito aminoácidos, onde da cadeia principal saem cadeias laterais volumosas e com baixo grau de cristalização, permitindo boa acessibilidade do corante para o interior da fibra. O processo de tingimento dessa fibra protéica é bastante poluidor, pois os corantes sintéticos são geralmente substâncias recalcitrantes que, após o tratamento convencional de coagulação/floculação, geram lodo de baixa biodegradabilidade. Neste sentido, o uso de corantes naturais para tingimento de lã contribui para a biodegradabilidade destes resíduos. O tingimento com corantes naturais ainda é um processo bastante empírico, sendo escassas as citações em literatura do processo em si. Assim sendo, o presente estudo teve por objetivo avaliar o processo de tingimento da lã com o corante natural obtido a partir das folhas de eucalipto, que possui como componentes principais os taninos e os flavonóides, que são responsáveis pela fixação dos corantes no interior de tecidos, proporcionando cores marrom-amareladas. Foram estudadas as condições ótimas de tingimento, como pH, temperatura e concentração inicial da solução corante e avaliada a influência do mordente alúmen de potássio na solidez à lavagem dos tecidos tintos. Verificou-se que o pH de 3, temperatura de 80 ºC e concentração inicial de 20 g/L são as condições que produziram melhores resultados de adsorção no processo de tingimento. Estes resultados foram utilizados para investigar a cinética e o equilíbrio do processo de tingimento, através das isotermas de adsorção. Verificou-se por meio do estudo cinético que a equação de pseudo-segunda-ordem é a que melhor representa o mecanismo cinético de tingimento. Nas isotermas de adsorção de corante, os dados experimentais foram ajustados ao modelo de Langmuir-Freundlich.

Abstract - The coloration of the wool takes place by dyeing processes, which in adsorption processes, they fix the dye to the fiber. Wool is a protein called keratin derived from the condensation of eighteen amino acids, whereas of the main chain leave bulky side chains with a low degree of crystallization, allowing good accessibility of the dye into the fiber. The process of dyeing protein fiber is very because synthetic dyes are generally recalcitrant substances which, after conventional treatment coagulation / flocculation generate sludge of low biodegradability. In this respect, the use of natural colorants for dyeing of wool contributes to the biodegradability of these residues. The dyeing with natural dyes is still a very empirical process and there are few citations in the literature of the process itself. Therefore, this study aimed to evaluate the process of dyeing wool with natural dye obtained from the leaves of eucalyptus, which has as main components tannins and flavonoids, which are responsible for fixing dyes within tissues providing yellowish-brown colors. It was studied the optimal dyeing conditions, such as pH, temperature and initial concentration of the dye solution and evaluated the influence of potassium alum mordant in the wash fastness of dyed fabrics. It was found that the pH of 3, temperature of 80 °C and initial concentration of 20 g/L are the conditions which produced the best results adsorption of the dyeing process. These results were used to investigate the kinetics and equilibrium dyeing process through the adsorption isotherms. It was found that the kinetic equation of pseudo-second-order is the one that best represents the kinetic mechanism of dyeing. In the dye adsorption isotherms, the experimental data were adjusted to the Langmuir-Freundlich model.

Palavras-chave: adsorção; lã; corante natural

1Introdução

A arte da aplicação de cor em tecidos é conhecida pelo homem desde tempos

imemoriais. Os registros históricos do uso de corantes naturais extraídos de vegetais, frutas,

flores, insetos e certos peixes datam de 3500 a.C. Contudo, a importância dos corantes

naturais para obtenção de cores em tecidos desapareceu desde o surgimento dos corantes

sintéticos, que ofereciam como principais vantagens uma ampla gama de cores e tonalidades

mais brilhantes. Atualmente a maioria dos corantes para o tingimento têxtil é de origem

sintética, sendo basicamente compostos azóicos, que raramente ocorrem na natureza (KANT,

2012).

Estima-se que a produção mundial de corantes é de aproximadamente 700.000

toneladas/ano. Desta quantidade cerca de 10% - 15% é lançado no ambiente durante o

processo de manufatura dos produtos, sendo a indústria têxtil responsável pela maior parte

dos despejos (MORAES, 2010). O tratamento desse efluente é um problema ambiental

significativo, uma vez que a maioria dos corantes sintéticos têm complexas estruturas

moleculares aromáticas, que os tornam inertes ou de difícil biodegradação quando lançados

no ambiente (KHOUNI et al., 2010).

Recentemente, a indústria de corantes é cada vez mais forçada a reduzir efluentes

tóxicos e a parar a produção de corantes ou pigmentos potencialmente perigosos

(MIRJALILI; NAZARPOOR; KARIMI, 2011). Além disso, devido ao aumento na percepção

dos riscos ambientais e de saúde associados com a síntese,

processamento e uso de corantes sintéticos, o interesse em corantes naturais aumentou em

todo o mundo, fazendo crescer um novo nicho de mercado, que valoriza produtos produzidos

a partir de matérias-primas naturais (ROSSI, 2009).

A crescente tendência mundial de preservação dos recursos ambientais e da qualidade

de vida se reflete na indústria têxtil como um todo, uma vez que a diferenciação nos produtos

e processos vem sendo vista como um meio para a satisfação dos consumidores. Neste

sentido, o grande desafio das indústrias têxteis é viabilizar matérias-primas e processos que

reduzam os impactos ambientais (PICCOLI, 2008). Sendo assim, o uso de corantes naturais

para o tingimento têxtil pode ser considerado uma alternativa bastante apropriada, uma vez

que tais compostos já são compatíveis com o ambiente, possuem biodegradabilidade,

toxicidade relativamente baixa e ausência de efeitos alérgicos, bem como disponibilidade de

várias fontes naturais (IBRAHIM et al., 2010).

2

No tingimento os corantes em solução são adsorvidos e se difundem para o interior da

fibra, estabelecendo com ela interações físico-químicas (SALEM, 2010). Contudo, o processo

de tingimento com corantes naturais ainda é bastante empírico, sendo escassas as citações em

literatura do processo em si, bem como as explicações referentes ao mecanismo de sorção.

Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi estudar as condições ideais de

tingimento de tecido 100% lã com o corante natural obtido a partir das folhas de eucalipto,

analisando também as propriedades de solidez da cor à lavagem. Para isto, os objetivos

específicos considerados foram: a) Determinação dos parâmetros ótimos do tingimento da lã

com o corante natural extraído das folhas de eucalipto (pH, temperatura e concentração inicial

de corante), b) Obtenção das cinéticas de adsorção, c) Construção das isotermas de adsorção

do tingimento e d) Análise da influência do mordente alúmen de potássio na fixação do

corante eucalipto nas fibras da lã por meio de análise da solidez à lavagem dos tecidos tintos.

2Referencial Teórico

2.1 Tingimento

Chamamos de tingimento a técnica de proporcionar cor aos substratos mediante

substâncias químicas chamadas de pigmentos ou corantes (SALEM, 2010). Os pigmentos são

invariavelmente partículas insolúveis, sendo que na indústria têxtil, eles podem ser

mecanicamente aplicados na superfície de tecidos, na presença de um ligante acrílico. Já os

corantes são solúveis ou dispersáveis no meio de aplicação (ASPLAND, 1998).

Os corantes utilizados para o tingimento são compostos químicos que podem ser

fixados a um material qualquer, como numa fibra têxtil, de forma mais ou menos permanente,

e que produz na mente humana a sensação visual de uma dada cor (SALEM, 2010).

Os corantes devem ser capazes de difundirem-se nas fibras nas condições do

tingimento, e o corante difundido deve ser mantido dentro da fibra. O corante deve possuir

propriedades como cor intensa, afinidade (substantividade ou reatividade), solubilidade

permanente ou temporária ou dispersabilidade, difundibilidade e solidez (SALEM, 2010).

A solidez é uma das propriedades mais importantes dos corantes. Trata-se da

resistência de um material à mudança em qualquer uma das suas características de cor ou à

extensão da transferência de corantes para materiais em contato. Além da escolha adequada

dos corantes, dependendo da aplicação do material têxtil é necessário testes prévios de solidez

a fim de se obter as especificações exigidas pelo cliente (SAMANTA; KONAR, 2011).

3

Atualmente, grande parte dos países utilizam as normas ISO (Organização

Internacional para Estandardização) para a execução dos ensaios. A avaliação da solidez aos

tratamentos úmidos é procedida com auxílio de duas escalas cinza, quando são dadas notas de

alteração de cor e desbotamento sobre material branco acompanhante. Avaliações mais

precisas são feitas por colorimetria, sendo que as notas de solidez aos tratamentos úmidos

variam de 5 a 1, onde 5 diz que não houve nenhuma alteração de nuance ou nenhum desbote e

1 que teve grande alteração (SALEM, 2010).

2.1.1 Corantes Naturais

Abrangem todos os corantes derivados de fontes naturais como plantas, insetos,

minerais e fungos. Corantes naturais são menos tóxicos, menos poluentes, menos perigosos à

saúde, não cancerígenos e não-venenosos. Adicionado a isto, eles proporcionam cores suaves

e sutis, criando um efeito relaxante. Acima de tudo, eles são mais favoráveis ao ambiente e

podem ser reciclados após a utilização (SAMANTA; KONAR, 2011).

Apesar dos corantes naturais terem várias vantagens, eles apresentam algumas

limitações que incluem a difícil reprodução das cores, a falta de conhecimento técnico sobre a

extração e técnicas de tingimento, falta de padronização, além da necessidade do uso de

mordentes para melhoria das propriedades de solidez (KUMBASAR, 2011).

O mordente é uma substância solúvel em água quente, capaz de se ligar às fibras e ao

corante, tornando o corante insolúvel em água. Assim, o corante adere à fibra por seu

intermédio, como quelante (FERREIRA, 1997).  Os mordentes podem ser de origem vegetal,

de sais orgânicos, ou ainda podem ser de origem mineral, como o alúmen de potássio

(Al2K2(SO4)4), que entre todos os tipos de alúmen é o mais barato, facilmente disponível e

ecologicamente seguro (SAMANTA; KONAR, 2011). A aplicação do mordente pode ser

realizada tanto antes do tingimento (pré-mordentagem), durante (mordentagem simultânea) ou

após o tingimento (pós-mordentagem) (VANKAR, 2007; SAMANTA; AGARWAL, 2009).

2.1.1.1 Eucalipto

O eucalipto é uma espécie florestal oriunda da Austrália e Indonésia. Seu gênero

pertence à família Myrtaceae e é representado por mais de 700 espécies, variando desde

pequenos arbustos até as mais altas árvores com cerca de 80 metros de altura (ROSSI, 2009).

4

Segundo dados da Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas

(ABRAF) (2012), atualmente o Brasil é o país que possui a maior área plantada de eucaliptos

da América do Sul (mais de 4 milhões de hectares), sendo Minas Gerais, São Paulo, Paraná e

Bahia os principais estados produtores.

Além da utilização principal da madeira do eucalipto na indústria moveleira e de papel

e celulose, as folhas do eucalipto podem ser utilizadas para a obtenção de óleo essencial ou

ainda para a extração de corante para o tingimento natural de fibras têxteis. Neste sentido, o

eucalipto é uma das mais importantes fontes de corante natural, proporcionando cores

marrom-amareladas aos materiais têxteis. Os componentes principais das folhas de eucalipto

responsáveis pela cor dada aos materiais têxteis são os taninos (ácido gálico e ácido elágico) e

os flavonóides (quercetina e rutina). Estas substâncias são consideradas muito úteis durante o

processo de tingimento devido à sua capacidade para fixar os corantes no interior de tecidos.

A Figura 1 mostra as estruturas dos componentes responsáveis pela cor encontrados em folhas

de eucalipto (MONGKHOLRATTANASIT et al., 2011).

Figura 1 – Principais componentes das folhas de eucalipto

Fonte: MONGKHOLRATTANASIT et al., 2011.

O pH das soluções de corante obtidas por meio das folhas de eucalipto são

ligeiramente ácidas quando preparadas em solução aquosa neutra (FLINT, 2007).

2.2 Lã

A lã é obtida do pelo de ovelha onde seu principal componente é uma proteína

denominada queratina, derivada da condensação de dezoito aminoácidos diferentes formando

uma cadeia de onde saem cadeias laterais bastante volumosas e com baixo grau de

cristalização, o que facilita a boa acessibilidade do corante para o interior da fibra. Algumas

dessas cadeias laterais possuem grupos terminais carboxílicos, enquanto outras possuem

grupos amínicos em igual quantidade. (IQBAL, 2008; SALEM, 2010).

5

Dos aminoácidos presentes na lã, o mais importante é a ponte cistínica. Há também os

grupos de amido (-CO-NH-) que estão presentes nas cadeias principais adjacentes e que

formam pontes de hidrogênio transversais entre as cadeias. Os três tipos de ligações

transversais entre as cadeias principais adjacentes estão ilustradas na Figura 2 (SALEM,

2010).

Figura 2 – Estrutura da fibra de lã

Fonte: GALAFASSI, 2012

A fragilidade das ligações presentes na estrutura da lã em temperaturas elevadas

(acima de 90-100 ºC), pH alcalino, agentes oxidantes ou redutores, deve ser levada em conta

no processo de tingimento das fibras (GALAFASSI, 2012).

2.3 Cinética de Adsorção do Tingimento

Os estudos cinéticos de adsorção têm por objetivo a correlação matemática de dados

experimentais, visando estabelecer hipóteses sobre os fatores determinantes da velocidade de

adsorção e elucidar os mecanismos de adsorção envolvidos. Dentre os modelos cinéticos mais

comumente utilizados para explicar o processo de adsorção na interface sólido-líquido em

relação ao tempo sob condições de equilíbrio não estabelecidas, destacam-se os modelos de

pseudo primeira-ordem e pseudo segunda-ordem (CARONI, 2009).

A equação de pseudo primeira-ordem é expressa como:

(1

)

onde qe e q são as capacidades de adsorção em equilíbrio e no tempo t, respectivamente, e k1 é

a constante de velocidade (HO; MCKAY, 1999; AHMAD; SUMATHI; HAMEED, 2005).

Para o modelo de pseudo segunda-ordem, a lei de velocidade é expressa como:

6

(2

)

em que k2 é a constante cinética de adsorção (HO; MCKAY, 1999).

2.4 Isoterma de Adsorção do Tingimento

Isotermas de adsorção são úteis devido às informações que fornecem sobre o

mecanismo de tingimento. Para o tingimento de fibras naturais os principais tipos de

isotermas de adsorção que representam o comportamento de equilíbrio do tingimento são as

isotermas de Freundlich e de Langmuir. Naturalmente elas podem ser afetadas de diferentes

formas por pH, eletrólitos, auxiliares de tingimento e temperatura. (ASPLAND, 1998;

BROADBENT, 2001).

A isoterma de Freundlich se aplica à situação em que a adsorção de corantes na fibra

não é limitada por uma série de sítios específicos de adsorção e a fibra não torna-se saturada

com corante, ou seja, aumentando a concentração de corante no banho de tingimento, mais e

mais corante vai para a fibra (ASPLAND, 1998; SALEM, 2010; BROADBENT, 2001). Este

modelo pode ser expresso por:

(3

)

em que kF é a constante de capacidade de adsorção relativa do adsorvente (mg/g) e n é a

constante que se relaciona com a distribuição dos sítios ativos (CIOLA, 1981).

A isoterma de Langmuir representa o equilíbrio entre corantes ácidos e as fibras de lã

ou poliamida e corantes catiônicos aplicados em fibras acrílicas. De acordo com este modelo

os corantes e a fibra interagem fortemente, possuem polaridade oposta e o corante tem

afinidade específica, ou seja, há um limite de saturação, uma vez que a fibra possui sítios

limitados (SALEM, 2010; BROADBENT, 2001). Esta forma de isoterma é expressa como:

(4

)

onde qe é a quantidade adsorvida por massa de adsorvente, Ce é a concentração no fluido, b é a

constante de equilíbrio e kL é a constante que representa a cobertura de adsorvato em uma

monocamada, ou seja, a máxima adsorção possível (ROMERO-GONZÁLEZ et al., 2005).

Os dados experimentais podem ser também ajustados ao modelo de três parâmetros de

Langmuir-Freundlich, nos casos em que os modelos de dois parâmetros de Langmuir e

Freundlich não fornecem resultados razoáveis. O modelo de Langmuir-Freundlich é capaz de

7

descrever tanto o comportamento característico de adsorção do tipo Langmuir como o de

Freundlich. Normalmente este modelo se ajusta melhor nos casos em que o adsorvente tem

superfície heterogênea e é normalmente expressa pela Equação 5.

(5

)

em que, qm, KLF e n são os parâmetros Langmuir-Freundlich (JANOŠ et al., 2009).

2.5 Planejamento Fatorial

Dentre os métodos de planejamento experimental, o planejamento fatorial é o mais

indicado quando se deseja investigar todas as possíveis combinações dos níveis dos fatores

em cada ensaio, permitindo verificar quais fatores têm efeitos relevantes na resposta e,

também, como o efeito de um fator varia com os níveis dos outros fatores (BOX et al., 1978).

O planejamento fatorial é representado por bK, sendo k o número de fatores e b o

número de níveis. A condição mais simples de planejamento fatorial é aquela em que cada

fator k está presente em apenas dois níveis, ou seja, um planejamento 2k (CUNICO, 2008).

Nos planejamentos fatoriais onde os fatores são explorados em 2 níveis é comum

codificá-los usando os sinais (+) e (-) para representar os níveis superiores e inferiores,

respectivamente, de cada fator, ou seja, sinal (-) para o menor valor e sinal (+) para o maior

valor de uma variável (SILVA, 2008).

A análise dos resultados do planejamento fatorial deve levar em conta o efeito

principal e de interação entre as variáveis (SILVA, 2008). Para definir a variável de controle

que produz diferença significativa na variável resposta, utilizam-se gráficos lineares que

representam os efeitos principais e de interação e de probabilidade normal, além da aplicação

de técnicas de análise de variância (ANOVA). Todas essas análises são facilmente construídas

por meio de softwares estatísticos (CUNICO, 2008).

3Procedimentos Metodológicos

3.1 Materiais

Foram utilizadas folhas de eucalipto (Eucalyptus grandis) cultivadas na região

noroeste do Paraná. O tecido plano 100% lã foi doado por uma empresa do estado de São

Paulo na forma PT (pronto para o tingimento) com peso de 140 g/m².

8

A pré-mordentagem, o tingimento e os testes de solidez à lavagem dos tecidos foram

realizados no equipamento de tingimento AT1 – SW da marca Kimak. Foram utilizados os

espectrofotômetros Shimadzu modelo 1601DC, Biospectro SP22 e Datacolor 550 para as

análises de absorção molecular na região UV/vis da solução corante, absorbância dos

efluentes e solidez à lavagem dos tecidos tintos, respectivamente.

Os reagentes de qualidade PA utilizados foram o ácido clorídrico, o alúmen de

potássio e o detergente não-iônico Nionlab Celm.

3.2 Preparação do Corante a partir das Folhas de Eucalipto

Folhas frescas de eucalipto foram submetidas à secagem ao sol durante 15 dias. Em

seguida as folhas secas foram trituradas em liquidificador para então serem utilizadas como

matéria-prima para a extração do corante. As soluções de corante foram preparadas nas

concentrações pré-estabelecidas no planejamento experimental, pesando-se as quantidades de

corante (10, 15 e 20 g) e misturando cada amostra a 1 litro de água destilada. As amostras

foram então aquecidas sob agitação a 90 °C durante 60 minutos em banho termostatizado e

em seguida foram filtradas, obtendo-se a solução de corante para o tingimento.

3.3 Varredura de Absorção Molecular na Região UV/Vis

Para obtenção do comprimento de onda de absorção máxima (máx) da solução aquosa

de eucalipto foi utilizado o espectrofotômetro SHIMADZU – 1601DC, com leitura realizada

entre 190 e 1100 nm.

3.4 Tingimento da Lã com Eucalipto na Presença de Mordente

Para determinar as condições ótimas de tingimento dos tecidos de lã com o corante

natural extraído a partir das folhas de eucalipto, foi necessário estudar a influência dos

parâmetros de tingimento (temperatura, pH e concentração inicial de corante) na absorção de

corante pelos tecidos. Para isso foi adotado o planejamento fatorial completo 23 composto por

onze ensaios, sendo três ensaios referentes ao ponto central.

No planejamento fatorial a variável resposta adotada foi a quantidade de corante

adsorvida nos tecidos. A Tabela 1 apresenta as variáveis e níveis para o tingimento.

9

Tabela 1 Planejamento fatorial para o tingimento dos tecidos de lã

Variáveis numéricas Níveis Pontos centrais

T (°C)pHConcentração inicial de corante (g/L)

-1803,010

1904,020

0853,515

Fonte: Elaborado pelo autor

Para determinar todas as possíveis combinações dos níveis dos fatores em cada ensaio

e facilitar a realização dos cálculos estatísticos utilizou-se o software Design-Expert.

O tingimento dos tecidos de lã com folhas de eucalipto foi realizado na presença do

mordente alúmen de potássio, empregando a pré-mordentagem dos tecidos com 5 g/L de

solução aquosa do mordente. Os tecidos foram imersos em solução aquosa do mordente,

utilizando uma relação de banho 1:100 durante 45 minutos a 90 °C. Após o tratamento os

tecidos foram secos à temperatura ambiente.

Para o tingimento das amostras de lã, primeiramente ajustou-se os pHs das soluções

com ácido clorídrico. Em seguida as amostras foram tintas durante 60 minutos empregando

uma relação de banho de 1:100 nas condições pré-estabelecidas no planejamento fatorial.

Após o tingimento as amostras foram submetidas a uma lavagem para remoção do corante

não fixado durante o processo, utilizando 2 g/L de detergente não-iônico, a 60 °C durante 10

minutos, enxaguadas em água fria e secas à temperatura ambiente.

As concentrações de corante nas soluções de tingimento e nos efluentes foram

determinadas por meio de espectrofotometria utilizando curvas analíticas. A quantidade de

corante adsorvida por grama de lã (q) (mg/g de lã) foi determinada empregando a Equação 6:

(6

)

em que V é o volume da solução de corante (L), W é a massa de tecido (g), C 0 é concentração

inicial da solução (mg/L) e Cf é a concentração de corante após o tingimento (mg/L).

3.5 Cinética e Isoterma de Adsorção do Tingimento

Para determinar a cinética de adsorção do tingimento, as amostras de lã foram tintas

utilizando uma relação de banho 1:100 nas condições otimizadas de concentração de corante,

temperatura e pH, obtidas por meio do procedimento descrito na seção 3.4. Os tecidos foram

retirados do equipamento AT1 – SW em diferentes tempos de tingimento e os efluentes foram

submetidos à leitura espectrofotométrica para determinar as concentrações de corante no

10

tempo zero e em tempos subsequentes. A quantidade de corante adsorvida por grama de

tecido (qt) (mg/g de tecido) em qualquer tempo t foi calculada por meio da Equação 6, em que

Cf = Ct (concentração no tempo t).

Para obtenção das isotermas, foram preparadas soluções de corante eucalipto com

diferentes concentrações e o pH das soluções foi ajustado para 3,0 com ácido clorídrico. Os

experimentos foram realizados tingindo os tecidos com diferentes concentrações de solução

corante durante 60 minutos. As isotermas determinadas correspondem às temperaturas de 70,

80 e 90 °C. A quantidade de corante na solução foi monitorada por leitura espectrofotométrica

até que os valores de absorbância permanecessem constantes. As concentrações de corante

inicial e no equilíbrio foram determinadas usando uma curva de calibração da solução padrão

de corante eucalipto. A Equação 6 foi utilizada para calcular a quantidade de corante

adsorvida no equilíbrio (qe) (mg/g de tecido), em que Cf = Ce (concentração no equilíbrio). Os

dados experimentais foram ajustados ao modelo de Langmuir-Freundlich.

3.6 Ensaios de Solidez à Lavagem

Para os testes de solidez à lavagem foram efetuados tingimentos em tecidos pré-

mordentados com alúmen de potássio e em amostras sem tratamento prévio, com o intuito de

verificar a influência do mordente na fixação do corante na fibra. Todas as amostras foram

tintas nas condições ótimas de tingimento. O teste de solidez à lavagem obedeceu aos

procedimentos da norma ABNT NBR ISO 105-C06: 2006 ciclo A1S – Ensaios de solidez da

cor: Parte C06: Solidez de cor à lavagem doméstica e comercial. A avaliação da alteração e

transferência de cor das amostras foi realizada utilizando o espectrofotômetro DataColor 550.

4Análise dos Resultados

4.1 Comprimento Máximo de Absorção Molecular

Pode-se observar a partir da Figura 3 que o corante pode absorver radiações na região

UV-C (200-290 nm), na região do UV-B (290-320) e na região do UV-A (320-400)

(MONGKHOLRATTANASIT et al. 2011). A solução aquosa de eucalipto apresentou um

comprimento de absorção máxima em 217 nm, porém as leituras espectrofotométricas foram

realizadas no comprimento de onda de 380 nm devido a limitações experimentais. Contudo,

conforme mencionado, esta região (UV-A) também permite sensibilidade nas leituras.

11

Figura 3 – Varredura de absorção molecular do corante eucalipto

Fonte: Elaborado pelo autor

4.2 Tingimento da Lã com Corante Natural Eucalipto

Na Tabela 2 observa-se que as amostras de lã tintas com corante natural eucalipto em

diferentes condições, utilizando o alúmen de potássio, apresentaram uma coloração marrom-

amarelada. Esta coloração se mostrou mais intensa na amostra tinta com 20 g/L de

concentração inicial de corante, pH 3,0 e temperatura de 80 °C, indicando que nestas

condições de tingimento houve maior quantidade de corante adsorvida pela lã.

Tabela 2 Cores dos tecidos de lã obtidos em diferentes condições de tingimento

Fonte: Elaborado pelo autor

Para confirmar a condição ideal de tingimento da lã realizou-se o planejamento fatorial

completo 23, que possibilitou a verificação da influência de cada parâmetro na variável

resposta. Observa-se na Tabela 3 que o menor valor de resposta é encontrado no ensaio 7, de

menor nível para a concentração inicial de corante e maior nível para os demais parâmetros,

sendo o valor da quantidade de corante adsorvida de 147,47 mg/g de lã. Por sua vez o maior

valor de q é encontrado no ensaio 2, de menor nível para os parâmetros pH e temperatura e

maior nível para a concentração inicial de corante, sendo de 769,38 mg/g de lã.

12

Tabela 3 Resultado do planejamento fatorial 23, utilizado na avaliação da influência das variáveis sobre a resposta (q) para o tingimento da lã com corante eucalipto

EnsaioConcentração

(mg/L)Temperatura

(°C)pH q (mg/g lã)

1234567891011

-+-+-+-+000

--++--++000

----++++000

354.35769.38209.95636.24201.75599.37147.47436.54460.73439.22450.48

Fonte: Design-Expert

O efeito principal das variáveis em relação à resposta (q), bem como o percentual de

contribuição de cada variável é apresentado na Tabela 4. Os dados mostram que a variável

concentração inicial de corante apresenta maior contribuição (78,06 %) no aumento da

variável resposta (q), seguida pelo pH (11,43 %) e pela variável temperatura (8,18 %). Além

disso, nota-se também que o efeito da temperatura e do pH na variável resposta é negativo, ou

seja, o aumento dessas variáveis diminui o valor da variável resposta (q).

Tabela 4 Efeito principal e de interação entre as variáveis e o percentual de contribuição dos efeitos sobre a variável resposta para o tingimento da lã com corante natural eucalipto

Variável Efeito Contribuição (%)A - Concentração inicial de corante (mg/L)B - Temperatura (°C)C- pHInteração ABInteração ACInteração BCInteração ABC

382,00-123,66-146,19-24,32-38,6615,11-29,96

78,068,1811,430,320,800,120,48

Fonte: Design-Expert

Para verificar os efeitos significativos para a variável resposta (q), efetuou-se a análise

do gráfico de probabilidade normal realizado no software Design-Expert, conforme ilustrado

na Figura 4. Neste mesmo gráfico, fez-se a seleção dos efeitos para a análise de variância

(ANOVA). Valores que se distanciam da reta que representa o erro têm efeitos mais

significativos, e valores muito próximos ou sobrepostos pela reta são considerados não

13

significativos. Assim, apenas os efeitos principais (A, B e C) são significativos, ou seja, existe

diferença entre escolher o nível maior ou menor para estes fatores.

Figura 4 Gráfico de probabilidade normal dos efeitos

Fonte: Design-Expert

Os resultados da análise de variância (ANOVA) são apresentados na Tabela 5 onde é

possível verificar que o modelo proposto é significativo, ou seja, o teste F aponta que é

possível rejeitar a hipótese H0 (hipótese nula), que afirma que os termos do modelo são parte

do erro da população, considerando um nível de significância de 0,0001, ou seja, 99,99 % de

confiabilidade. Os resultados também indicaram que os fatores concentração, temperatura e

pH produzem efeitos significativos, considerando um nível de significância máximo de 0,05,

isto é, 95 % de confiabilidade, uma vez que todos os fatores apresentaram valor-p < 0,05.

Tabela 5 ANOVA para os resultados do tingimento da lã com corante natural eucalipto

Soma dos quadrados

Graus de liberdade

Quadrado médio

Valor FValor-pNível de

significânciaModeloA-ConcentraçãoB-TemperaturaC-pHCurvaturaFalta de ajusteErro puroTotal

3,65.105

2,92.105

30585,3342745,572064,696423,62231,44

3,74.105

311114210

1,22.105

2,92.105

30585,3342745,572064,691605,90115,72

109,74263,1227,5738,541,8613,88

< 0,0001< 0,00010,00190,00080,22140,0683

Fonte: Design-Expert

14

Os resultados do teste F para a curvatura indicam que é possível rejeitar a hipótese de

existência de curvatura, ou seja, a curvatura apresentada pelo modelo não é significativa, e o

modelo de 1° grau é adequado. O mesmo ocorreu para os resultados de falta de ajuste, que

não foi significativa, indicando que houve um ajuste adequado do modelo estatístico.

4.3 Efeito das Condições de Tingimento

Na análise da influência da concentração inicial de corante eucalipto verificou-se que a

capacidade de adsorção foi dependente da concentração, uma vez que para 20 g/L houve

maior quantidade de corante adsorvida na lã. Isto pode ser resultado de um aumento na força

motriz do gradiente de concentração com o aumento da concentração inicial de corante,

indicando que esta desempenha um papel importante na capacidade de adsorção do corante

eucalipto na lã (CHAIRAT et al., 2005).

Os estudos sobre a influência do pH na adsorção do corante eucalipto na lã, mostram

que a exaustão do corante diminui com o aumento do pH do banho de tingimento, indicando

que os melhores resultados são obtidos em condições ácidas, pois nestas condições os grupos

amino (-NH2) da fibra são protonados, sendo capazes de atrair corantes aniônicos. A

protonação da fibra comumente resulta em um aumento na absorção de corante, sendo maior

para a solução de corante a pH 3,0 (DAS; MAULIK; BHATTACHARYA, 2007).

A atração entre o corante e a fibra ocorre principalmente pela grande quantidade de

taninos presentes nas folhas de eucalipto, uma vez que, os taninos contêm compostos

fenólicos capazes de formar pontes de hidrogênio com os grupos carboxílicos da lã.

Adicionalmente, há duas outras possibilidades de interação envolvidas: (a) grupos fenólicos

carregados anionicamente formam uma ligação iônica com grupos amino catiônicos na lã, e

(b) uma ligação covalente pode também ser formada por meio de uma interação entre

quaisquer grupos quininos ou semiquinonas presentes nos taninos e grupos reativos da fibra

de lã (MONGKHOLRATTANASIT et al., 2011).

A adsorção do corante eucalipto também foi investigada em diferentes temperaturas,

onde os dados apresentados na Tabela 2, como por exemplo, ensaios 2 e 4, mostram que a

quantidade de corante adsorvida nos tecidos de lã diminuiu de 769,38 para 636,24 na medida

que a temperatura de tingimento aumentou de 80 ºC para 90 ºC. Possivelmente este resultado

está relacionado ao rompimento de ligações presentes na estrutura da lã pela fragilidade das

mesmas em temperaturas elevadas (acima de 90-100 ºC), que torna as fibras mais fracas,

15

menos resistentes e amareladas. Desta forma, é possível minimizar qualquer degradação da

superfície da lã realizando o tingimento à temperatura de 80 ºC (BROADBENT, 2001).

4.4 Cinética e Isoterma de Adsorção do Tingimento

O tempo de equilíbrio é o tempo necessário para a adsorção máxima do corante sobre

a superfície da lã, acima do qual a adsorção permanece constante. A Figura 5a indica que o

tempo de equilíbrio foi encontrada em cerca de 60 min para uma concentração de corante de

20 g/L, a pH 3,0 e 80 °C. A adsorção foi muito rápida nas fases iniciais do tempo de contato e

diminuiu gradualmente com o tempo, até que se manteve constante.

Figura 5 Cinética de adsorção do corante eucalipto na lã. (a) Efeito do tempo de contato. (b) Gráfico do modelo de pseudo segunda-ordem.

Fonte: Origin

A fim de verificar o mecanismo de controle do processo de adsorção, as equações de

pseudo primeira-ordem e pseudo segunda-ordem foram usadas para testar os dados

experimentais. Por meio do gráfico de ajuste linear obtido no Origin (Figura 5b), observou-se

que o modelo cinético de pseudo segunda-ordem descreve bem a adsorção do corante

eucalipto sobre a lã, uma vez que o coeficiente de correlação é superior a 0,99, conforme

apresentado na Tabela 6. Além disso, a capacidade de adsorção (qe) calculada concordou com

o valor obtido experimentalmente.

Para o modelo cinético de pseudo primeira-ordem, o coeficiente de correlação de

0,83554 e o valor negativo da quantidade de corante adsorvida (qe) calculado, indicam que

não houve um ajuste adequado dos dados experimentais para este modelo.

16

Tabela 6 - Comparação dos modelos cinéticos de pseudo-primeira e segunda-ordem

Modelo pseudo primeira-ordemqe,exp (mg/g lã) k1 (min-1) qe,cal (mg/g lã) R2

557,99 0,00168 -46,47 0,83554Modelo pseudo segunda-ordem

qe,exp (mg/g lã) k2 (min-1) qe,cal (mg/g lã) R2

557,99 5,02966.10-8 581,40 0,99969

Fonte: Elaborado pelo autor

Estes dados sugerem que o mecanismo de adsorção de pseudo segunda-ordem é

predominante e que a taxa global do processo de adsorção do corante eucalipto na lã é mais

provável de ser controlada pelo processo de quimissorção (CHAIRAT et al., 2005).

Na análise das isotermas de adsorção os dados experimentais de equilíbrio foram

facilmente ajustados ao modelo de Langmuir-Freundlich. A Tabela 7 apresenta os parâmetros

de regressão para o modelo de Langmuir-Freundlich.

Tabela 7 – Valores dos parâmetros do modelo isotérmico de Langmuir-Freundlich

ParâmetrosTemperatura

70 ºC 80 ºC 90 ºCqm cal. (mg/g lã) 533,02 ± 28,98 586,87 ± 20,02 576,48 ± 29,97qe exp. (mg/g lã) 475,47 539,19 525,35

K 0,00014 ± 0,00001 0,00016 ± 0,00001 0,00015 ± 0,00001n 1,62 ± 0,20 1,73 ± 0,15 1,76 ± 0,20R2 0,9927 0,9960 0,9942

Fonte: Elaborado pelo autor

Os resultados mostram que os valores de qm (capacidade de adsorção máxima)

mostraram-se próximos à quantidade de corante adsorvido experimentalmente (qe). Além

disso, os coeficientes de correlação obtidos foram acima de 0,99.

O índice de heterogeneidade, n, próximo da unidade indica uma aproximação da

isoterma de Langmuir, caracterizando a formação de uma monocamada homogênea,

possivelmente, com a interação entre os grupos hidroxilo do corante e os grupos amino da lã

(VINOD et al., 2011), seguida da formação de camadas múltiplas, mais fracamente

adsorvidas, mas que talvez ainda sofrem interação considerável com os grupos funcionais da

lã. Estes resultados indicam que a adsorção química é predominante no tingimento.

O gráfico de ajuste não linear do modelo de Langmuir-Freundlich para diferentes

temperaturas (Figura 6) mostra que a maior absorção de corante foi obtida a 80 °C, reforçando

os resultados obtidos no planejamento fatorial.

17

Figura 6 Isoterma de adsorção não linear do modelo de Langmuir-Freundlich.

Fonte: Origin

4.5 Solidez à Lavagem

Os índices de solidez à lavagem dos tecidos de lã tintos com o corante natural

eucalipto nas condições de tingimento otimizadas (concentração inicial de corante 20 g/L, pH

3,0 a 80 ºC) com ou sem o mordente alúmen de potássio foram satisfatórios, estando no

intervalo de 4 a 4-5, conforme indicado na Tabela 7. Verifica-se ainda que o uso do mordente

não influenciou significativamente nos resultados de alteração e transferência de cor.

Tabela 8 - Solidez da cor à lavagem dos tecidos de lã (ABNT NBR ISO 105-C06: 2006 A1S)

AmostraSolidez à lavagem

Alteração de cor

Transferência no algodão

Transferência na lã

Sem mordente 4 4-5 4-5Al2K2(SO4)4 4-5 4-5 4-5

Fonte: Elaborado pelo autor

As boas propriedades de solidez do tecido de lã tinto com o corante natural eucalipto,

com ou sem a adição do mordente, pode ser atribuída ao fato de que esse corante contém

taninos, que podem ajudar na formação de ligações covalentes com a fibra, o que resulta em

boa fixação no material fibroso. Além disso, estes taninos, tendo uma estrutura fenólica,

podem formar ligações metálicas com o mordente, tornando-se insolúveis em água,

permitindo assim a melhoria da solidez à lavagem (MONGKHOLRATTANASIT et al.,

2011). Isto explica o pequeno aumento no índice de solidez da alteração de cor dos tecidos

tratados com o alúmen de potássio.

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5Conclusão

O melhor resultado do tingimento da lã foi alcançado utilizando uma temperatura de

80 °C, pH 3 e 20 g/L de concentração inicial de corante. Os tecidos de lã tintos com uma

solução de corante eucalipto, com ou sem mordente, mostraram uma cor marrom-amarelada.

Os ensaios de solidez de cor à lavagem apresentaram notas de alteração de cor 4 a 4-5,

o que indica uma pequena influência na resistência da cor à lavagem quando aplicado o

mordente alúmen de potássio. Para os índices de transferência de cor não houve alteração com

a utilização do mordente.

Inicialmente, a taxa de absorção do corante eucalipto na lã foi rápida, seguida por um

ritmo mais lento e, gradualmente, se aproximou de um platô.

O modelo cinético de pseudo segunda-ordem concordou bem com o comportamento

dinâmico para a adsorção do corante eucalipto na lã, indicando que o tingimento pode ser

controlado pelo processo de quimissorção.

A isoterma de Langmuir-Freundlich se ajustou facilmente aos dados experimentais de

equilíbrio com alto coeficiente de correlação, indicando que ocorre adsorção química pela

formação de uma monocamanda e adsorção física pela formação de multicamadas.

Em resumo, os tecidos de lã podem com sucesso ser tintos com uma solução de folhas

de eucalipto, com ou sem aplicação de mordentes.

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