INFLUÊNCIA DO TEMPO DE VAPORIZAÇÃO NA INTENSIDADE COLORÍSTICA DE ESTAMPAS DIGITAIS COM CORANTES REATIVOS SOBRE TECIDOS DE ALGODÃO

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1 INFLUÊNCIA DO TEMPO DE VAPORIZAÇÃO NA INTENSIDADE COLORÍSTICA DE ESTAMPAS DIGITAIS COM CORANTES REATIVOS SOBRE TECIDOS DE ALGODÃO BARROS, A. A. R. C. 1, E. B. TAMBOURGI 1, E. G. TERRA Jr 2, J. M. ROSA 2,3 e J. C. C. SANTANA 3 1 Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Departamento de Engenharia de Sistemas Químicos 2 Faculdade de Tecnologia SENAI Antoine Skaf, Departamento de Pós Graduação em Química Têxtil 3 Universidade Nove de Julho, Programa de Pós Graduação em Engenharia de Produção, para contato: jotarosa@hotmail.com RESUMO O objetivo deste trabalho foi verificar a influência do tempo de vaporização em estampas digitais, efetuadas com corantes reativos em tecidos de algodão. Após efetuadas as estampas nas cores amarelo, vermelho e azul, todas com intensidade de 90%, vaporizou-se com tempos de exposição em 6, s, 1, s e 1, s. A diferença de intensidade colorística apresentada não foi significativa. A solidez das cores à água também não demonstrou significância, apresentando valores menores que meio ponto entre os ensaios efetuados. Observou-se que tempo ideal de residência no vaporizador seria de 6, s, com uma economia de 1, J, consumo de 2, m 3 de gás combustível a menos e uma emissão de 50 g a menos de CO 2, quando comparado ao tempo de 1, s. 1. INTRODUÇÃO Apesar de ser um dos setores pioneiros em práticas de produção mais limpa, a indústria têxtil ainda é caracterizada pelo seu alto consumo de água, combustível e produtos químicos, gerando problemas ambientais associados a efluentes têxteis. Os processos produtivos ainda demandam alto custo, impactando no consumo de energia e, consequentemente, na qualidade de seus produtos finais (Teixeira et al., 2014; Rosa et al., 2015; Morais, 2015). Nesta pesquisa foi abordado um processo produtivo têxtil milenar: A Estamparia. Trata-se de um processo onde somente um lado do tecido é colorido. Pode ser definido como uma quantidade de figuras ou desenhos depositados na superfície do tecido, formando um tipo de padronagem. Aproximadamente 20% dos têxteis produzidos no Brasil são estampados e destes, de 45% a 50% é estampado como pigmentos, o método mais simples e econômico. Entretanto, a estampa com pigmentos propicia um toque mais áspero do que a estampa produzida com corantes (Andreaus et al.,

2 2010; Bezerra, et al., 2014). Com o surgimento da estamparia digital início dos anos 2000, várias limitações na estamparia com corantes deixaram de existir, pelo fato do processo ser totalmente digital (Ferreira et al., 2015). Prado (2014) descreveu que no triênio 2011/2013 a fabricação de tecidos a base de fibras celulósicas foi maior do que os produzidos com as demais fibras. Baseando-se nesses fatos, optou-se por trabalhar com tecido de algodão 100%, estampado digitalmente com corantes reativos, o mais consumido no Brasil nos dias atuais (Rosa et al., 2014). Nos processos de estamparia convencional, silk-screen ou rotativo, o corante reativo é misturado a um agente espessante (alginato de sódio), um álcali (carbonato de sódio) e um agente higroscópico (ureia), formando uma pasta colorida de viscosidade média igual a 4, cp a 25ºC, sendo aplicada diretamente sobre o tecido. Nesta pasta, o espessante é necessário para previnir uma migração do corante, fato que acarretaria na distorção do desenho, além de evitar a precipitação do mesmo (Giordano, 2014). Na estamparia digital, uma mistura contendo alginato de sódio, carbonato de sódio e ureia é aplicado no tecido por foulardagem, com grau de absorção de 90%. Esta mistura possui viscosidade média de 8, cp a 25ºC e, após aplicada, é secada a 120ºC durante 6, s. Neste processo, a função do espessante é somente evitar a migração do corante, e não sua precipitação, já que este é aplicado por pulverização através das cabeças de impressão da impressora digital (Macedo, 2008; Bezerra et al., 2015). De acordo com Akar et al. (2009), efluentes coloridos prejudicam a qualidade da água, alguns corantes são tóxicos de propriedades mutagênicas e/ou carcinogênicas e ainda reduzem a penetração de luz nos corpos aquáticos, prejudicando a fotossíntese. Após o processo de vaporização, o tecido é lavado com o intuido de remover o corante que não reagiu com a fibra. Quanto maior a quantidade de corante hidrolizado, maior a quantidade de matéria orgânica presente no efluente. Desta forma, o estudo na otimização de processos que geram efluentes com menores quantidades de poluentes é tão importante quanto o próprio tratamento deste efluente. 2. METODOLOGIA Os ensaios foram efetuados utilizando-se tecido de algodão 100%, com gramatura igual a 150 g m -2, desengomado e alvejado conforme Ferreira et al. (2015) Impressão digital Como preparação para a estamparia digital, as amostras foram impregnadas com pick-up de 90% (Foulard Mathis) em um banho de viscosidade igual a 5, cp a 25ºC, contendo 20 g L -1 de alginato de sódio, 20 g L -1 de carbonato de sódio e 80 g L -1 de ureia. Após impregnação, as amostras foram secadas a 120ºC durante 6, s com circulação de ar em 1500 RPM (Vaporizador/Termofixador GD-B Mathis).

3 As amostras foram estampadas nas cores amarelo, vermelho, azul e preto na intensidade de 90% (Impressora Digital Stork Print Ruby V-II). Após a impressão as amostras foram divididas em três partes iguais, sendo o primeiro conjunto das quatro cores vaporizado durante 6, s, o segundo durante 1, e a último durante 1, a 102 C, todos os três com 80% de umidade relativa, 460 g m -3 de água e com circulação de ar em 1200 RPM (Vaporizador/Termofixador GD-B Mathis). Após a vaporização, todas as amostras foram lavadas simultaneamente em quatro etapas com relação de banho igual a 1:10, utilizando-se 0,50 g L -1 de retardante na primeira etapa (A), 0,25 g L -1 de retardante na segunda etapa (B), 0,50 g L -1 de dispersante (C) e 0,25 g L -1 de dispersante (D), na terceira e última etapa, respectivamente (Lavadora Suzuki). A reflectância (R) das cores foram determinadas por espectrofotometria visível (Konica-Minolta CM 3600d), sob iluminante D65 10º, Sistema CIELab, calculando-se a intensidade das cores (K S -1 ) pela equação de Kubelka-Munk (Silva et al., 2012). Como "ponto zero" no K S -1 das quatro cores, efetuou-se a leitura de uma área não estampada. K S -1 = (1-R) 2 (2R) -1 Os ensaios para determinar a solidez das cores à água foram executados de acordo com Norma ABNT (2014), avaliando alteração de cor e transferência através de espectrofotometria visível (Konica Minolta CM-3600d). Antes dos ensaios, as amostras foram acondicionadas durante 24 h em atmosfera padrão, com temperatura de 20 ± 2ºC e umidade relativa de 65 ± 2% (Rosa et al., 2014) Modelagem dos custos ecológicos A seguir, os modelos matemáticos utilizados para o cálculo da quantidade de energia despendida, bem como a quantidade de dióxido de carbono emitida durante os processos estudados. Consumo de energia elétrica: Para determinar o consumo de energia elétrica utilizou-se os parâmetros do Vaporizador/Termofixador Mathis GD-B, com potência instalada de 1, J s -1. O consumo teórico para cada amostra processada foi determinado pelo tempo de processamento, aplicando-se a Equação 2. Q 1 = 1, J s -1 t onde Q 1 = J, t = tempo de residência na etapa de vaporização, em segundos. Consumo de energia térmica: Atkins e Jones (2011) descreveram que, para vaporizar um mol de água em estado líquido (18 g a 25 ºC), é necessária uma quantidade de energia equivalente a 4, J. Para a etapa de vaporização foram necessários, inicialmente, 4, g m 3 de água mais 0,38 g s -1 durante os tempos de vaporização testados. A partir desses parâmetros, a quantidade teórica de energia térmica despendida por tempo de processo foi determinada pela Equação 3. Q 2 = 1, J + (9,28 J t) onde Q 2 = J, t = tempo de residência na etapa de vaporização, em segundos.

4 Emissão de CO 2 : De acordo com a Companhia de Gás de São Paulo (COMGAS), fornecedora de gás natural, o gás fornecido é uma mistura contendo 89,0 % de metano, 6,0 % de etano e 1,8 % de propano. Baseado no poder calorífico inferior (PCI) descritos pela ASTM D como sendo 3, J m -3 para o metano, 7, J m -3 para o etano e 9, J m -3 para o propano, calculou-se um valor de 4, J m -3 para o PCI da mistura (José, 2004). Para calcular o volume de gás natural necessário em obter-se a quantidade teórica de energia térmica consumida por tempo de vaporização, adotando-se os parâmetros de um gerador de vapor Etna GHV-2000, com capacidade de produção de vapor em 5, kg s -1 e operando com 85% de eficiência, utilizou-se a Equação 4. V 1 = Q 2 (4, J m-3 E GV ) -1 onde V 1 = m 3, Q 2 = J Para o cálculo da massa de CO 2 emitida de acordo com a energia necessária, assumindo-se um gás ideal nas condições normais de pressão e temperatura, aplicou-se a Equação 5. mco 2 = (P V 1 44 g mol -1 FC) (R T) -1 onde mco 2 = g; V 1 = m 3 ; P = 1, Pa; R = 8,314 m 3 Pa mol -1 K -1 ; FC = fator de carbono na mistura 1,10; T = 273,15 K 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Intensidade colorística (K S -1 ) Os valores de K S -1 obtidos para o amarelo com tempos de residência de 6, s; 1, s e 1, s estão descritos na Tabela 1. Tabela 1 Valores de K S -1 para o amarelo ( máx = 430 nm) Tempo de Vaporização (s) K S -1 6, ,41 1, ,16 1, ,60 A leitura por espectrofotometria demonstrou que a amostra com tempo de vaporização igual a 6, s ficou próximo de duas unidades de K S -1 acima da amostra com tempo de vaporização igual a 1, s. Os valores de K S -1 obtidos para o vermelho com tempos de residência de 6, s; 1, s e 1, s estão descritos na Tabela 2.

5 Tabela 2 Valores de K S -1 para o vermelho ( máx = 550 nm) Tempo de vaporização (s) K S -1 6, ,39 1, ,93 1, ,55 Assim como observado na cor amarelo, também houve diferença nos valores de K S -1, entretanto os valores foram menores, uma unidade a mais para o tempo de 6, s contra o tempo de 1, s. Os valores de K S -1 obtidos para o azul com tempos de residência de 6, s; 1, s e 1, s estão descritos na Tabela 3. Tabela 3 Valores de K S -1 para o azul ( máx = 680 nm) Tempo de vaporização (s) K S -1 6, ,43 1, ,95 1, ,66 O comportamento desta cor foi similar ao vermelho, ou seja, a diferença do K S -1 entre os tempos de 6, s e 1, s ficou em praticamente uma unidade. Os valores de K S -1 obtidos para o preto, com tempos de residência de 6, s; 1, s e 1, s estão descritos na Tabela 4. Tabela 4 Valores de K S -1 para o preto ( máx = 440 nm) Tempo de vaporização (s) K S -1 6, ,13 1, ,14 1, ,50 Os valores apresentados para o preto foram similares à diferença dos valores obtidos na cor amarelo. O K S -1 obtido com o tempo de 6, s foi quase duas unidades a mais do que o obtido com o tempo de 1, s. O comportamento do K S -1 para todas as cores está representado graficamente na Figura 1. Figura 1 Valores de K S -1 para todas as cores.

6 Observa-se que um aumento no tempo de residência no vaporizador não causa aumento proporcional nos valores de K S Custos ecológicos Energia elétrica e térmica: O consumo calculado das energias elétrica e térmica, para obtenção das cores testadas nos três tempos de residência no vaporizador está descrito na Tabela 5. Tabela 5 Energia gasta durante os tempos de processo. Tempo de vaporização (s) Energia elétrica (J) Energia térmica (J) Total (J) 6, , , , , , , , , , , , O consumo total de energia no tempo de residência de 6, s foi 1,85 vezes menor do que a energia consumida no tempo de 1, s e 2,71 vezes menor do que a energia consumida no tempo de 1, s, perfazendo um consumo menor em 6, J e 1, J, respectivamente. Gás e dióxido de carbono: O consumo de gás combustível e a geração de CO 2 nos três tempos testados encontram-se descritos na Tabela 6. Tabela 6 Gás consumido durante os processos e a geração de CO 2. Tempo de vaporização (s) V (m 3 ) CO 2 (g) 6, , , , , , , , , O tempo de residência no vaporizador igual a 6, s gastou menos 2, m 3 de gás combustível que o tempo de 1, s e 1, m 3 menos do que o tempo de 1, s. Consequentemente, houve aumento na emissão de CO 2 em 50,2 g e 25,1, respectivamente. Solidez das cores: Os valores de alteração e transferência das quarto cores encontram-se descritos na Tabela 7. Tabela 7 Valores de Alteração (A) e Transferência (T). Time 6, , , Cor A T A T A T Amarelo 5 5 4/5 4/5 5 5 Vermelho 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 Azul 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 Preto 5 5 4/5 4/5R 5 5 Verificou-se que o tempo de residência no vaporizador não interfere nos valores de solidez das cores testadas. A diferença entre os tempos avaliados não foi significativa. Todos os valores ficaram iguais ou maiores do que 4/5, em uma escala onde a nota 5 é considerada excelente.

7 4. CONCLUSÕES Para as cores testadas, observou-se que um incremento no tempo de residência no vaporizador não promove incremento nos valores de K S -1, nem na solidez das cores. Entretanto, o incremento do tempo causa maior consumo de energia elétrica e térmica. Com o tempo de 1, s, o consumo é 1,85 vezes maior e com o tempo de 1, s, 2,71 vezes maior do que o tempo de 6, s. Isto significa um maior consumo de gás combustível e, consequentemente, maior emissão de CO 2. Baseando-se nesses resultados para as quatro cores testadas, o tempo de residência ideal seria de 6, s. Importante observar que os experimentos foram conduzidos utilizando-se uma impressora digital específica, com corantes específicos sobre algodão alvejado em condições padrões controladas. Diferentes tipos de impressoras ou corantes podem conduzir a resultados diferentes. 5. REFERÊNCIAS ABNT NBR ISO 105: Tests for colour fastness Part E01: Colour fastness to water. Akar, S.T.; T. Akar, T.; Çabuk, A.: Decolorization of a textile dye, reactive red 198 (RR198), by Aspergillus parasiticus fungal biosorbent, Braz. J. Chem. Eng., Vol. 26, No. 02, pp , Almeida, L.C.; Silva, B.F.; Zanoni, M.V.B.: Photoelectrocatalytic/photoelectro-Fenton coupling system using a nanostructured photoanode for the oxidation of a textile dye: Kinetics study and oxidation pathway. Choemosphere, Volume 136, Pages 63-71, doi: /j.chemosphere , Andreaus, J.; Dalmolin, M.C.; Oliveira Junior, I.B.; Barcellos, I.O.: Applications of ciclodexthrine in textile process, Quim. Nova, vol.33, n.4, p , Atkins, P.W.; Jones, J.: "Thermodinamic: The first law ", Principles of Chemistry, 5th edition, Ed. Bookman, p.320, Bezerra, R.N.; Araújo, M.C.; Costa, M.; Rosa, J.M.; Santana, J.C.C.: Influence of diaminomethanal amount on digital blue color printing on cotton knit, Proceedings of 3º CONTEXMOD, Fortaleza, Ceará, 18 a 21 de Agosto, 2015 (In Portuguese). Bezerra, R.N.; Rosa, J.M.; Fileti, A.M.F.; Tambourgi, E.B.; Santana, J.C.C.: Study of moisture influence in the thermofixation on printing with reactive dyestuffs, Proceedings of XX Brazilian Chemical Engineering Congress, Florianópolis, SC, 2014 (In Portuguese). Ferreira, M.G.G.; Bezerra, R.N.; Nunes, S.D.P.; Fileti, A.M.F.; Tambourgi, E.B.; Santana, J.C.C.; Rosa, J.M.: Digital Printing Part II: Influence of diaminomethanal in the coloristic intensity of cotton knit, Quim. Têxtil, n.119, p.54-61, ABQCT, 2015 (In portuguese).

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