Avaliação do extrato de romã (Punica Granatum) como corante natural

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1 Avaliação do extrato de romã (Punica Granatum) como corante natural Caruzi, B.B. 1, Dutra, F.V. 1 Kawasaki, I 1 e Bezerra, F.M. 1 1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPR Apucarana Brasil Resumo O processo de tingimento é um dos fatores fundamentais no sucesso comercial dos produtos têxteis. Com a crescente demanda por corantes eco-friendly, para a aplicação no tingimento de têxteis, corantes e pigmentos naturais surgiram como uma importante alternativa aos corantes sintéticos, considerados potencialmente prejudiciais. Para a realização da extração do corante, utilizou-se casca seca de romã (Punica granatum) em uma solução água/etanol. Este mesmo extrato foi usado ao longo de 3 dias para a avaliação da intensidade colorística, utilizando a Teoria de Kubelka-Munk. Dessa forma, se pode verificar a sensibilidade do corante ao longo dos dias devido a sua fotodegradação. Tal experimento indica os principais problemas da utilização dos corantes naturais, tais como a sua dificuldade de reprodutibilidade de cor. Palavras chaves: Corante Natural, intensidade colorística, fotodegradação. Abstract The dyeing process is one of the fundamental factors in the commercial success of the textile products. With the growing demand for eco-friendly dyes, for the application in textile dyeing, dyes and natural pigments came out as a important alternative to the synthetic dyes, considered potentially harmful. For the dye extraction achievement, was used pomegranate (Punica granatum) dry peel in a water/ethanol solution. That same extract was used during 3 days for the evaluation of coloristic intensity, using the Kubelka- Munk theory. This way, it could be verified the dye sensitivity during the days due to its photodegradation. Such experiment indicates the main problems of the natural dye utilization, such as their difficulty of reproducing color. Keywords: Natural Dye, coloristic intensity, photodegradation.

2 1. INTRODUÇÃO O tingimento é o processo de aplicação de corantes aos substratos têxteis objetivando a modificação da sua cor original. O processo de tingimento é um dos fatores fundamentais no sucesso comercial dos produtos têxteis. Além da padronagem e beleza da cor, o consumidor normalmente exige algumas características básicas do produto, tais como, elevado grau de fixação em relação à luz, lavagem e transpiração. Para garantir essas propriedades, as substâncias que conferem coloração à fibra devem apresentar alta afinidade, uniformidade na coloração, resistência aos agentes desencadeadores do desbotamento e ainda apresentar-se viável economicamente (GUARATINI e ZANONI, 2000). Dentre estes corantes com essas características supracitadas, há uma crescente demanda por corantes eco-friendly, para a aplicação no tingimento de têxteis, alimentos e couros. Corantes e pigmentos naturais surgiram como uma importante alternativa aos corantes sintéticos, considerados potencialmente prejudiciais, sendo que, as cores naturais estão presentes numa grande variedade de fontes vegetais, tais como raízes, sementes, folhas, frutos e flores (BARROZO et al., 2013). Se por um lado os corantes naturais são uma alternativa sustentável, por outro eles possuem algumas limitações, Kumbasar (2011), destacam, a dificuldade na reprodução de cores, já que estes sofrem variações de safras, regiões de colheita, espécies e data de vencimento, dificuldade na padronização de receitas para o tingimento, necessidade de mão de obra especializada para a realização das receitas e baixa solidez a lavagem, suor e radiação UV. 2. PROBLEMA DE PESQUISA E OBJETIVO Há uma grande preocupação com a utilização de fontes renováveis e que agridam menos o ambiente. Com isto, a utilização de corantes naturais voltou como alternativa no tingimento de produtos têxteis. Dentre a sua grande diversidade de substratos, utilizou-se o extrato da casca de romã (Punica Granatum) seca para a realização dos tingimentos. O objetivo deste trabalho é verificar a fotodegradação do corante durante três dias, analisando a variação da intensidade colorística nos tecidos tintos, visando a reprodutibilidade da cor.

3 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1 Tingimento têxtil A tecnologia do tingimento de artigos têxteis consiste em várias etapas que devem ser escolhidas de acordo com a natureza da fibra têxtil, características estruturais, classificação e disponibilidade do corante a ser utilizado, afinidade tintorial e considerações econômicas (ZOLLINGER, 1991). Tal processo merece atenção por se tratar de um fenômeno físico-químico com inúmeras variáveis. Analisando todas as variáveis envolvidas Guaratini & Zanoni (2000) dividem o processo de tingimento em três etapas importantes: a montagem, a fixação e o tratamento final. Cegarra e Valldeperas (1981) apontam que a montagem do corante na fibra compreende a fase de adsorção do corante, etapa cinética que ocorre devido a afinidade do corante para com a fibra. Já a fixação do corante à fibra é feita através de reações químicas ou da simples insolubilização do corante, e ocorre usualmente durante a fase de montagem e fixação. E por fim, se tem a operação final de lavagem, que visa retirar o excesso de corante original ou o corante hidrolisado não fixado. De acordo com Neste contexto, Turhan et al. (2012), apontam que para se conseguir atingir alta qualidade no tingimento, a indústria têxtil utiliza grandes quantidades de água nos processos de preparação e tingimento das fibras. Ocasionando alta geração de efluentes potencialmente poluidores, pois nos banhos de tingimento há elevadas taxas de substâncias tóxicas, como auxiliares, produtos químicos, e é claro, os corantes. O tratamento desse despejo é um problema ambiental significativo, uma vez que a maioria dos corantes sintéticos tem complexas estruturas moleculares aromáticas, que os tornam inertes ou de difícil biodegradação quando lançados no ambiente (KHOUNI et al., 2011). Em virtude dessas preocupações, a indústria de corantes tem sido cada vez mais forçada a reduzir efluentes tóxicos. 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 oriundos de matériasprimas naturais, que diminuem os danos à saúde humana e ao ambiente (FENG et al., 2007).

4 3.2 Tingimento com corantes Naturais Os corantes naturais para têxteis têm sido utilizados há muito tempo, tendo registros de sua existência em tecidos de tumbas egípcias e antigos hieróglifos datados de a.c. (DALLAGO et al., 2005), porém, segundo Schweppe (1992), com o aparecimento dos corantes sintéticos, a utilização dos corantes naturais praticamente desapareceu. A grande variedade de cores e suas boas propriedades de solidez a um custo baixo foram os principais motivos pela substituição dos corantes naturais pelos sintéticos. Atualmente, há um aumento no interesse pela utilização dos corantes naturais na indústria têxtil, devido, principalmente a sustentabilidade do processo, a diminuição dos efluentes altamente poluidores e a busca por um novo nicho de mercado voltado aos produtos naturais, que diminuam os danos à saúde humana e ao ambiente (BECHTOLD et al., 2002; FENG et al, 2007). Bechtold et al. (2002), Angelini et al. (2003), apontam que a introdução dos corantes naturais no processo têxtil deve ser acompanhado de vários requisitos que devem ser preenchidos, tais como: Adaptação do processo tradicional a novos equipamentos e tecnologias; Capacidade de abastecimento do processo com material necessário; Seleção dos materiais que possuam características aceitáveis de solidez. Rodrigues e Araújo (2013), complementam que, também faz necessário a determinação das condições ótimas de aplicação dos corantes, pela verificação dos resultados da relação fibra/corante, de modo a se obter o melhor rendimento e qualidade dos tingimentos, bem como a determinação da solidez dos substratos à lavagem e à luz solar e produção de uma cartela de cores variadas. Esses dois ensaios são de extrema importância para o sucesso comercial dos artigos, mas no entanto, muitas vezes o problema da degradação do corante a luz solar pode ocorrer antes do tingimento, devido a sensibilidade do corante, em seus trabalhos Gantz e Sumner (1957), afirmam que a radiação é o principal fator na degradação do corante, e essa pode alterar a intensidade colorística de artigos que utilizam corantes naturais, principalmente nas cores laranja e amarelo.

5 3.3 Percepção e medição da cor De maneira geral, a percepção da cor baseia-se em processos físicos, químicos, fisiológicos e psicológicos (ZOLLINGER, 1991). O olho humano atua como transdutor, captando radiações com comprimento de onda na faixa entre 400 e 700 nm e as transformando em impulsos nervosos enviados ao cérebro. De acordo com Veríssimo (2003), o cérebro funciona como decodificador. O olho humano separa os componentes da luz que incide na retina e retransmite estas faixas separadamente ao cérebro, que faz, novamente, a integração da cor irradiada pelo objeto observado. Os conceitos físicos de absorção e reflexão são cruciais para o entendimento da correlação existente entre a estrutura química e a absorção dos corantes. No tingimento, os corantes têxteis, que são compostos orgânicos coloridos, apresentam moléculas que contém um grupo químico chamado cromóforo, que são usualmente cadeias aromáticas e grupos azóicos (IQBAL, 2008). A maioria dos corantes orgânicos é constituída de compostos complexos não saturados contendo grupos substitutos. Além do cromóforo, que constitui a parte não saturada da molécula e que é responsável pela cor, o corante requer a presença de um grupo químico doador ou receptor de elétrons conhecido como auxocromo, responsável pela fixação do corante à fibra, que determina a intensidade das cores (MALUF e KOLBE, 2003; IQBAL, 2008). A medição da cor dos materiais é um instrumento essencial para caracterização e para controle de qualidade de materiais têxteis tintos, permitindo a formulação dos banhos de tingimento e a determinação das diferenças de cor obtidas. Um modelo muito utilizado é a escala CIELAB, que é um espaço topográfico de cor, onde as diferenças entre os pontos plotados no espaço de cores correspondem às diferenças visuais entre corem traçadas (VALLDEPERAS, 1994). No espaço CIE, existem valores que são representados pela coordenada cromática a*, b* e L*. A Figura 1, representa o espaço CIELAB. Figura 1 Espaço de cor CIE (MINOLTA, 2007).

6 Valores positivos de a* indicam cores vermelhas, enquanto valores negativos representam cores verdes. Da mesma forma, valores positivos de b* são associados às cores amarelas e valores negativos às cores azuis. L* é uma medida da escala de cinza, apresentado como valor máximo 100, branco, e mínimo 0, preto. O encontro dos três valores define uma cor (SILVA et al., 2007) 3.4 Teoria de Kubelka-Munk Uma parte importante da estrutura do estudo das cores é a quantidade de luz que uma superfície irá refletir ou transmitir em cada comprimento de onda. Pant (2014), apresenta os principais estudos que envolvem esta teoria, em 1905, Arthur Schuster, um astrofísico, estudou a passagem de luz através de camadas de absorção e espelhamento. Em 1931, com base na teoria de Schuster, Kubelka e Munk apresentaram a teoria que descrevia a simultaneamente a absorção e o espelhamento de luz através de uma camada de cor. Assim sendo, surge a equação que prevê a refletância interna. Sendo: R: é a fração decimal de refletância do substrato tinto; R0: é a fração decimal de refletância do substrato não tinto; S: é o coeficiente de espalhamento; K: é o coeficiente de absorção. Com essa equação é possível fazer o cálculo algébrico das propriedades ópticas e o desenvolvimento de gráficos que facilitam a compreensão dela. Segunda Kubelka (1948), uma vez que as propriedades K e S de um material estejam determinadas, o comportamento óptico deste material, e suas derivações como cor, opacidade e translucidez, podem ser estimados ou preditos em qualquer espessura e fundo experimental. Embora a teoria de Kubelka-Munk e a especificação de cor CIE estivessem disponíveis em meados de 1930, a aplicação prática para a formulação de corantes demorou vários anos do modelo teórico. No entanto, este modelo teórico acabou se tornando popular na indústria têxtil e de tingimentos.

7 4. METODOLOGIA 4.1 Extração do corante A preparação do extrato do corante ocorreu com a imersão da casca seca de romã (Punica Granatum) em uma solução 7/3 (água/etanol), por 1 hora, sendo sua temperatura mantida a 60 C em banho-maria. Em seguida filtrou-se, obtendo o extrato final. 4.2 Tingimento Utilizou-se o planejamento fatorial 2 3 para avaliar a influência dos parâmetros de tingimento na intensidade colorística e assim, escolher, quais seriam os valores dos parâmetros para a análise de durabilidade e reprodutibilidade do extrato de corante natural. Na Tabela 1 é apresentado as variáveis e os níveis, do planejamento fatorial 2 3 utilizado para o tingimento do tecido 100 % algodão. TABELA 1 Variáveis do planejamento fatorial completo 2 3 utilizado para o tingimento de tecido 100% algodão VARIÁVEIS NaCl ph Temperatura 10gL -1 5,5 60 o C 40gL o C Os tingimentos foram realizados utilizando relação de banho 1:20. A Tabela 2 indica a distribuição das variáveis de acordo com o planejamento fatorial 2³.

8 TABELA 2 Distribuição das variáveis do planejamento fatorial 2³ ENSAIO NaCl ph Temperatura A resposta utilizada neste experimento foi a igualização da cor, análise qualitativa dos 8 experimentos. Os parâmetros, concentração de eletrólito, ph e temperatura foram utilizados para o experimento seguinte do processo que apresentou a amostra mais uniforme. Após essa escolha realizou-se por 3 dias o tingimento em triplicata de amostras 100% CO, com o intuito de verificar a fotodegradação do corante extraído e qual sua influência no resultado. 4.3 Avaliação da cor Após a realização dos tingimentos, as amostras foram analisadas no espectrofotômetro de remissão Spectrum 550 Datacolor, analisando suas respectivas porcentagens de refletância e comprimento de onda e com os dados, foi feito o cálculo da intensidade colorística (K/S), utilizando a equação de Kubelka-Munk, já apresentada. 4.4 Avaliação da reprodutibilidade A reprodutibilidade da cor e igualização foi feita por análises de fotos e desvio padrão das médias da intensidade colorística (K/S) das triplicatas.

9 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com a realização do planejamento fatorial 2 3 foi possível observar com quais parâmetros (ph, temperatura e concentração de eletrólito (NaCl)) se deveria realizar o experimento para que estes fatores não influenciassem no verdadeiro objetivo do trabalho, avaliar a reprodutibilidade e durabilidade do extrato de corante. Dessa forma o experimento de número 4, temperatura de 90 C, ph 10 e 10 g L -1 de concentração de sal. Na figura 1 se tem o comportamento da intensidade colorística (K/S), calculado utilizando a equação de Kubelka (1948), em relação ao comprimento de onda lido pelo Espectrofotômetro de Remissão Spectrun 550 Datacolor. Figura 1 Gráfico da Intensidade colorística média em função do comprimento de onda dos artigos tintos nos respectivos dias, 1 (série1), 2 (série2) e 3 (série3). Como se pode observar na Figura 1, os maiores valores de intensidade colorística (K/S) se deu no menor comprimento de onda, 400 nm, isso para todos os tingimentos, esse valor está condizente com os trabalhos apresentados por Silva (2013), que se verifica o mesmo comportamento para artigos tintos com corante natural. É possível observar que o comportamento ao longo da série é igual para todos os tingimentos, que a grande diferença está no ponto máximo de intensidade colorística, primeiro ponto para todas as séries. Na Figura 2 se tem estes pontos máximos e os dias que foram obtidos.

10 Figura 2 Gráfico do máximo de intensidade colorística (K/S) em função do dia da realização do tingimento. Analisando a Figura 2, relação da intensidade colorística com o dia da realização do tingimento, 3 dias consecutivos, é possível observar que com o passar dos dias não se conseguiu atingir a mesma cor, a intensidade colorística do artigo foi aumentando, esse fato pode ser explicando analisando a equação proposta por Kubelka (1948), onde se tem o fator refletância inversamente proporcional a intensidade colorística, ou seja, quanto maior K/S menor refletância. Dessa forma, observa-se que ocorreu um deslocamento na coordenada L* do modelo CIELAB, diminuição da luminosidade, esta mudança ocorreu devido a degradação do corante, que oxidou na presença de radiação e tornou o corante mais escuro, este fator é apontado no trabalho de Gantz e Sumner (1957), que dizem que a degradação do corante afeta a intensidade colorística da amostra. Rocha (2013), também mostra que a casca da romã apresenta grandes quantidades de compostos flavonóides, o que faz com que o extrato oxide na presença de radiação UV, e se torne mais turvo, modificando de um dia para o outro a cor do extrato, antes da realização do tingimento. Na Figura 3 se tem a comprovação dessa evidência com fotografias tiradas dos tingimentos realizados nos três dias.

11 (a) (b) (c) Figura 3 - Amostra de artigo tinto, (a) primeiro dia, (b) segundo dia e (c) terceiro dia. Além se poder analisar de maneira qualitativa a perca de luminosidade das amostras, e por isso diminuição da refletância e aumento de K/S, também se pode inferir que a quantidade de manchas foi aumentando, destaque para a Figura 3 (b), que apresenta baixa igualização, e que segundo Salem (2010), esse é um dos fatores fundamentais para a comercialização de artigos têxteis. Essa dificuldade em reprodutibilidade também é apresentada por Kumbasar (2011), afirmando que é gerada pela dificuldade na padronização de receitas para o tingimento causada principalmente por radiação UV. 6. CONCLUSÃO O extrato de romã mostrou ser eficiente no tingimento de tecidos de algodão, que é caracterizado pela coloração amarelada. O algodão apresentou afinidade com o extrato, fazendo com que ele seja facilmente tinto pelo corante extraído, no entanto, com problemas mercadológicas, principalmente na igualização. O planejamento fatorial completo 2 3 mostrou-se uma ferramenta eficiente para o desenvolvimento do trabalho, possibilitando a análise da influência dos parâmetros sobre a variável e permitindo concluir que o melhor resultado do tingimento da amostra foi alcançado utilizando uma temperatura de 90 C, ph 10 e 10 g.l -1 de concentração de sal. A realização das triplicatas da amostra escolhida durante 3 dias possibilitou a observação da influência da fotodegradação do extrato no tingimento e a comparação de seus índices de K/S. A intensidade colorística das amostras aumentaram, o que confirma a presença de oxidação do corante.

12 7. REFERÊNCIAS ANGELINI, L.; BERTOLI, A.; ROLANDELLI, S.; PISTELLI, L. Agronomic potential of Reseda luteola L. as new crop for natural dyes in textiles production. Industrial Crops Products, 2003, 17: BARROZO, M.A.S.; SANTOS, K.G.; CUNHA, F.G. Mechanical extraction of natural dye extract from Bixa orellana seeds in spouted bed. Industrial Crops and Products, 2013, 45: BECHTOLD T, TURCANU A, GANGLBERGER E, GEISSLER S. Natural dyes in modern textile dyehouse how to combine experiences of two centuries to meet the demands of the future?. Journal Clean Prod, 2003,11: CEGARRA, J.P.; VALLDEPERAS, J. Fundamentos científicos y aplicados de la tintura de materias textiles. UPC, Terrassa, DALLAGO, R. M.; SMANIOTTO, A.; OLIVEIRA, L. C. A. Resíduos sólidos de curtumes como absorventes para a remoção de corantes em meio aquoso. Química Nova, 2005, 28: FENG, X. X.; ZHANG, L. L.; CHEN, J. Y.; ZHANG, J. C. New insights into solar UV protective properties of natural dye. Journal of Cleaner Production, 2007, 15: GANTZ, G. M. AND SUMNER, W. G.: Stable ultraviolet light absorbers. Textile Research Journal, 1957, 27: GUARATINI, C. C. I., ZANONI, M. V. B. Corantes Têxteis. Química Nova, 2000, 23: IQBAL, M. Textile Dyes. Pakistan: Rahber Publishers, KHOUNI, I.; MARROT, B.; MOULIN, P.; AMAR, R. B. Decolourization of the reconstituted textile effluent by different process treatments: Enzymatic catalysis, coagulation/flocculation and nanofiltration processes. Desalination, 2011, 268:

13 KUBELKA, P. New contributions to the optics of intensely light Scattering Materials Part 1. Journal of the Optical Society of America, 1948, 38: KUMBASAR, A. Natural dye. Calcutá: InTech, MALUF, E.; KOLBE, W. Dados Técnicos para a Indústria Têxtil. 2.ed. São Paulo: IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, MINOLTA. Precise color communication: color control from perception to Instrumentation. Japan: Minolta Co. Ltd., PANT, D.R. Determination of optical characteristics of materials for computer colorant analysis. Kulbeka-munk. Disponível em: < ftp://cs.joensuu.fi/pub/theses/2005_msc_pant_dibakar_raj.pdf >. Acesso em: 10 mar ROCHA, M. Romã contra o Alzheimer. Disponível em: < Acesso em: 10 mar RODRIGUES J., ARAÚJO. M. C.; Corantes naturais amazônicos: um estudo para a aplicação em produtos têxteis de moda. Diálogos & Ciências, 2013, 34: SALEM, V. Tingimento Têxtil: fibras, conceitos e tecnologias. São Paulo: Blucher: Golden Tecnologia, SILVA, M. G. Tingimento de seda e lã com corante natural de eucalipto. Dissertação de Mestrado, curso de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Estadual de Maringá, SILVA, R.A.; PETTER, C. O.; SCHNEIDER, I. A. H. REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 2007, 60:

14 SCHWEPPE H. Handbuch der Naturfarbstoffe: Vorkommen, Verwendung, Nachweis. Landsberg/Lech: ecomed; TURHAN, K.; DURUKAN, I.; OZTURKCAN, S.A.; TURGUT, Z. Decolorization of textile basic dye in aqueous solution by ozone. Dyes and Pigments, 2012, 92: VALLDEPERAS, J. La colorimetria instrumental: un auxiliar importante para la industria têxtil. INTEXTER, 1994, 105: VERÍSSIMO, S. A. Extração, caracterização e aplicação do corante de urucum (Bixa Orellana L.) no tingimento de fibras naturais. Dissertação de Mestrado, curso de Pós- Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, ZOLLINGER, H. Color Chemistry: Syntheses, Properties and Applications of Organic Dyes na pigments. New York, VCH Publishers, 1991.