EXPERIÊNCIA 6 TINGIMENTO DE DIFERENTES TIPOS DE FIBRAS/TECIDOS COM CORANTES DE NATUREZAS DIVERSAS 1- INTRODUÇÃO

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1 EXPERIÊNCIA 6 TINGIMENTO DE DIFERENTES TIPOS DE FIBRAS/TECIDOS COM CORANTES DE NATUREZAS DIVERSAS 1- INTRODUÇÃO Com foco na realidade da comunidade blumenauense e partindo desta para a compreensão da realidade regional, a Química está fortemente relacionada com a Indústria Têxtil. Dentre os inúmeros processos químicos e físicos de beneficiamento, destaca-se o uso de corantes e pigmentos químicos para o tingimento de substratos têxteis. O tingimento consiste em uma modificação físico-química do substrato de forma que a luz refletida por ele provoque uma percepção de cor. Os produtos que provocam essa modificação são denominados matérias corantes, compostos orgânicos capazes de colorir substratos têxteis ou não têxteis de forma que a cor seja relativamente uniforme e resistente (sólida) à luz e a tratamentos úmidos. Cada fibra têxtil reage de forma diferente ao tingimento, havendo corantes específicos e condições de banho de tingimento fundamentais para o sucesso no desenvolvimento do produto final. O tingimento das fibras celulósicas, por exemplo, é mais eficiente com o corante reativo. A estabilidade na cor do tecido se dá pela formação de uma ligação covalente entre os grupos eletrofílicos do corante e os grupos hidroxila da fibra. O Esquema 1 ilustra o comportamento da fibra celulósica em contato com corante reativo. Esquema 1: Reação da fibra celulósica com corante reativo. A fórmula estrutural da celulose é representada na Estrutura 1.

2 Estrutura 1: Fórmula estrutural da celulose. No tingimento de fibras acrílicas, o corante catiônico apresenta maior solidez, afinidade e intensidade de cor. Os cátions do corante são adsorvidos na superfície dos sítios aniônicos da fibra, se difundem para o seu interior e se ligam às cadeias poliméricas por ligações salinas. A fibra de poliéster, por sua vez, não tem grupos polares, logo, não pode ser tingida por mecanismos iônicos, com corantes hidrossolúveis. Assim, só é possível tingir poliéster com corantes dispersos. O processo é puramente físico: o corante é adsorvido e, em seguida, difunde-se para dentro da fibra. Para a igualização dos tingimentos, é importante a realização de ensaios em diferentes condições experimentais, incluindo: ausência e presença de eletrólitos, de alcalinizantes ou ácidos, de igualizantes, de dispersantes, de sequestrantes, de retardantes ou de aceleradores carrier e variação de temperatura. 2 - METODOLOGIA Neste experimento serão tingidas amostras de fibras celulósicas com corantes reativos, de fibras acrílicas com corantes catiônicos e de poliéster com corantes dispersos, conforme descrito a seguir Tingimento de fibras celulósicas com corantes reativos O tingimento de fibras celulósicas, como o algodão e a viscose, ocorre a partir da reação dos corantes com os grupos hidroxila da celulose. A primeira etapa do mecanismo reacional consiste na desprotonação da celulose. Na segunda etapa, a hidroxila ionizada atua como nucleófilo e ataca os grupos eletrofílicos das moléculas de corante. Forma-se uma ligação

3 covalente entre corante e fibra, conferindo maior estabilidade na cor do tecido tingido quando comparado a outros tipos de corante. No tingimento de algodão e demais fibras celulósicas, utilizam-se eletrólitos como o sulfato ou o cloreto de sódio para aumentar a substantividade e, portanto, o rendimento tintorial do corante. 2.2 Tingimento de fibras acrílicas com corantes catiônicos O tingimento de fibras acrílicas ocorre a partir da atração eletrostática entre a fibra e as moléculas carregadas do corante catiônico. Geralmente em pó, os corantes catiônicos devem ser empastados com ácido acético e, em seguida, dissolvidos em água quente. Geralmente, utilizase ácido acético para solubilizar o corante. Corantes catiônicos são bem sensíveis ao ph. Em princípio, o ph dos banhos não deve ser inferior a 4 nem superior a 6, sendo o ph ideal de tingimento em torno de 4,5. No mecanismo do tingimento com corantes catiônicos, os cátions do corante são adsorvidos na superfície dos sítios aniônicos da fibra, se difundem para o seu interior e se ligam às cadeias poliméricas da fibra por ligações salinas (ligações iônicas). No tingimento de fibras acrílicas, também utilizam-se eletrólitos como o sulfato de sódio anidro ou o cloreto de sódio para aumentar a substantividade e, portanto, o rendimento tintorial do corante, bem como promover melhor igualização do tingimento. Porém, é importante ressaltar que adições de eletrólitos em tempos demasiado curtos ou em quantidades excessivas podem provocar tingimentos desiguais ou com má solidez. 2.3 Tingimento de fibras de poliéster com corantes dispersos A fibra de poliéster não tem grupos polares e, por esse motivo, não pode ser tingida por mecanismos iônicos, com corantes hidrossolúveis. Somente é possível tingir poliéster com corantes dispersos, não iônicos e praticamente insolúveis em água fria. A solubilidade dos corantes dispersos aumenta nas temperaturas de tingimento. Essas pequenas quantidades solúveis de corante são adsorvidas

4 na superfície da fibra, deslocando o equilíbrio da solução, quando mais corante solubiliza-se e é adsorvido. O processo é puramente físico: o corante é adsorvido e, em seguida, difunde-se para dentro da fibra. As cadeias do poliéster são muito orientadas e cristalizadas, o que leva a fibra a ter uma alta compactação e coesão interna que tornam muito difícil a penetração do corante. Porém, o uso de carriers agentes transportadores que dilatam temporariamente os espaços intermoleculares das fibras e de altas temperaturas podem minimizar o problema de tingimento da fibra[1]. 3 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL No Tabela abaixo estão dispostos todos os materiais necessários à realização do experimento em pequena escala. Tabela: Materiais MATERIAIS Tecido de fibra celulósica (algodão e/ou viscose) Sulfato de sódio ou cloreto de sódio Chapas de aquecimento (banho-maria) Tecido de fibra acrílica Ácido cítrico Balança analítica Tecido de fibra de poliéster Ácido acético Erlenmeyers de 250 ml Corante reativo Carrier Bastões de vidro Corante catiônico Água Espátulas Corante disperso Termômetros Demais auxiliares* Alcalinizante Papel indicador de ph ou phmetro *Este roteiro não contempla tingimentos que utilizam igualizantes, dispersantes, retardantes e/ou sequestrantes. Consulte o professor da disciplina sobre quais outras substâncias serão utilizadas. 3.1 Tingimento de fibras celulósicas com corantes reativos Recorte e pese a amostra de tecido de fibra celulósica. A massa do corante utilizado no tingimento deve ser igual a 1,0% da massa da amostra de fibra celulósica a ser tingida.

5 Em um Erlenmeyer de 250 ml, dissolva o corante em um volume de água suficiente para cobrir completamente a amostra de fibra, cuja RB seja de 1:20. Insira o tecido dentro da solução de corante e aqueça em banho-maria até atingir a temperatura de 60 ºC (utilize um termômetro para controle de temperatura). Adicione 20,0 g L -1 de sulfato de sódio ou cloreto de sódio à solução de corante, mantendo-a sob agitação por 15 minutos (utilize um bastão de vidro para agitar a solução). Em seguida, adicione 10,0 g L -1 de alcalinizante. Certifique-se de que a solução atinja ph=11. Mantenha o sistema à temperatura de 60 ºC e sob agitação por 30 minutos. Retire o frasco do banho maria e deixe a solução atingir a temperatura ambiente e, finalmente, retire e lave a fibra celulósica com solução de ácido acético e água, para neutralização do ph. OBSERVAÇÃO: No caso de tingimento de viscose, utilizar apenas 15 g L -1 de sulfato de sódio. RB = relação de banho 3.2 Tingimento de fibras acrílicas com corantes catiônicos Recorte e pese a amostra de tercido de fibra acrílica. A massa do corante utilizado no tingimento deve ser igual a 1,0% da massa da amostra de fibra acrílica a ser tingida. Em um Erlenmeyer de 250 ml, empaste o corante com uma solução de ácido acético até atingir um ph=4,5. Dissolva o corante empastado em um volume de água quente suficiente para cobrir completamente a amostra de fibra, em RB = 20. Insira o tecido dentro da solução de corante e aqueça em banho-maria até atingir a temperatura de 70 ºC (utilize um termômetro para controle de temperatura). Adicione 5,0 g L -1 de sulfato de sódio à solução de corante, mantendo-a sob agitação (utilize um bastão de vidro para agitar a solução). Em seguida, eleve a temperatura da solução em 0,50 ºC por minuto, até atingir 100 ºC. 3 Mantenha o sistema à temperatura de 100 ºC e sob agitação por 30 minutos. Resfrie a solução até 70 ºC e, finalmente, retire e lave a fibra acrílica com água fria.

6 3.3 Tingimento de fibras de poliéster com corantes dispersos Recorte e pese a amostra de tecido de fibra de poliéster. A massa do corante utilizado no tingimento deve ser igual a 1,0% da massa da amostra de fibra de poliéster a ser tingida. Em um Erlenmeyer de 250 ml, prepare uma suspensão do corante com um volume de água suficiente para cobrir completamente a amostra de fibra, RB 1:20. Insira a fibra dentro da solução de corante e aqueça em banho-maria até atingir a temperatura de 60 ºC (utilize um termômetro para controle de temperatura). Adicione 3,0 g L -1 de carrier à solução de corante, mantendo-a sob agitação (utilize um bastão de vidro para agitar a solução). Em seguida, eleve a temperatura da solução em 1,0 ºC por minuto, até atingir 100 ºC. Mantenha o sistema à temperatura de 100 ºC e sob agitação por 45 minutos. Deixe a solução atingir a temperatura ambiente e, finalmente, retire e lave a fibra de poliéster com água. OBSERVAÇÃO: Se for possível elevar e manter a temperatura de tingimento a 120 ºC, não é necessária a utilização de carrier. IMPORTANTE: Disposição de resíduos. Peça ajuda ao professor. Cuidadosamente, descarte as soluções de corante nos respectivos recipientes destinados ao tratamento de resíduos. 4 QUESTIONÁRIO 1) Qual a diferença entre corantes e pigmentos? 2) Explique, de forma sucinta, o que são processos de tingimento por esgotamento e qual o efeito da substantividade do corante nesses processos. 3) Qual a função do alcalinizante no tingimento de fibras celulósicas? Por que ele não é utilizado no tingimento de fibras acrílicas nem de poliéster?

7 4) Por que corantes catiônicos devem ser empastados com ácido acético ou com ácido cítrico antes de serem dissolvidos em água? 5) A grande maioria dos tingimentos de fibras acrílicas é processada em fios, não em fibras tecidas. Além disso, é indispensável a utilização de auxiliares retardantes nesses processos de tingimento. Por que? 6) Ilustre o mecanismo completo da reação representada no Esquema 1, referente à reação da fibra celulósica com o corante reativo. Se considerar necessário, utilize a Estrutura 1. Referências Bibliográficas GUARATINI, Cláudia C. I.; ZANONI, Maria Valnice B. Corantes têxteis. Quím. Nova, São Paulo, v. 23, n. 1, p , Feb McMURRY, J., Química Orgânica. Editora CENGAGE Learning. Tradução da 6ª Edição Norte Americana SALEM, Vidal. Tingimento Têxtil: fibras, conceitos e tecnologias. Blucher; Golden tecnologia. São Paulo, 2010.