Etapa I: Caracterização das fibras de algodão mercerizado e poliéster

As fibras de algodão e poliéster foram caracterizadas nos parâmetros de interesse do projeto, como exposto a seguir. É importante ressaltar que foram utilizados na pesquisa fios de costura constituídos de microfibras entrelaçadas (ou de algodão mercerizado ou de poliéster).

4.3.1 Testes de resistência das fibras a meios agressivos

Foram realizados testes empíricos a fim de avaliar a resistência das fibras de algodão e poliéster quando imersas em diferentes condições. Feixes de ambas os fios foram formados utilizando pequena quantidade de éster de cianoacrilato em uma das extremidades para fixação. Salienta-se que os feixes possuíam comprimentos diferentes a fim de avaliar a resistência destes aos meios agressivos com 3 e 7 meses de imersão, como visto na Figura 16.

Figura 16-Feixes de fios de poliéster e algodão para teste de resistência das fibras.

Os feixes foram lavados com água deionizada por 5 minutos, 3 vezes, secos em estufa 110±5°C por 12 horas, e pesados em balança analítica (massa m1). Foram então colocados em

seus respectivos ambientes agressivos, em recipientes plásticos contendo: 250 mL de água da torneira - para analisar possíveis efeitos adversos do cloro residual da rede pública de abastecimento; água ácida (pH de 4,7±0,3) - decorrente da adição de HCl 0,1N à 250 mL de água do poço da USP; água alcalina (pH de 9 ± 0,3) - decorrente da adição de NaOH 0,9701N à 250 mL de água do poço da USP. Os recipientes são mostrados na Figura 17.

Figura 17-Feixes de fios nos meios citados.

As soluções em que os fios ficaram imersos foram renovadas 2 vezes por semana para manutenção de pH.

Decorridos 3 e 7 meses de imersão, os feixes foram lavados com água deionizada até pH se apresentar próximo da neutralidade, secos em estufa por 12 horas, e pesados em balança analítica, obtendo-se massa designada m2. Foi então calculada perda de massa. Também foram

4.3.2 Microscopia Eletrônica de Varredura

A fim de caracterizar visualmente a superfície das fibras em diferentes condições, foi realizada Microscopia Eletrônica de Varredura, com a cooperação do Laboratório de Microscopia Eletrônica de Varredura do Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo (IFSC/USP).

Os fios foram previamente lavados em água deionizada até que o pH desta permanecesse próximo da neutralidade, e secas em estufa 110±5°C por 14 horas. Para melhor resolução das imagens, os fios cortados (cerca de 1,5cm) receberam película de carbono.

Foram realizadas micrografias para os fios de algodão e poliéster em 6 situações: a) sem qualquer tratamento, antes da operação como meio filtrante; b) sem qualquer tratamento, após sua operação por aproximadamente 6 meses como meio filtrante nas seguintes situações: b.1) filtro de 100 cm sujo, após atingir turbidez 2uT, com amostra de fio coletada no primeiro 1/3 (um terço) do leito; b.2) filtro de 100 cm sujo, após atingir turbidez 2uT, com amostra de fio coletada no 2/3 (segundo terço) do leito; b.3) filtro de 100 cm após lavagem, com amostra de fio coletada no primeiro 1/3 (um terço) do leito; c) sem qualquer tratamento, após 3 meses de testes de resistência; d) sem qualquer tratamento, após 7 meses de testes de resistência;

Figura 18-Disposição das amostras de fibras, e Microscópio Eletrônico de Varredura no IFSC/USP.

4.3.3 Microscopia Óptica

As análises de microscopia óptica foram feitas no LATAR, a fim de estabelecer uma avaliação estatística do diâmetro médio dos fios. Mesmo os fios de algodão e poliéster sendo industrialmente fabricados, podem ocorrer variações deste parâmetro, visto que não é uma exigência na indústria têxtil.

Como o algodão tem caráter hidrofílico, foram medidos os diâmetros úmidos dos fios, imergindo pedaços destes (poliéster e de algodão mercerizado) de aproximadamente 5 cm cada em água do poço da USP São Carlos por 12 horas. Foram então observadas em microscópio 50 diferentes fios de algodão e 50 diferentes fios de poliéster com auxílio de régua acoplada para determinação dos diâmetros médios e desvio-padrão. Com o valor do diâmetro médio, foram calculadas as superfícies de contato de cada filtro.

4.3.4. Cálculo da porosidade dos filtros

Há 3 (três) maneiras de calcular a porosidade do filtro de fibra flexível: pelo deslocamento de volume de água, quando uma determinada massa é imersa no líquido; pelos

cálculos de áreas transversais dos fios e do filtro, através do diâmetro médio calculado na microscopia óptica; e pela massa específica e concentração mássica de cada material. Para todas as 3 maneiras, o volume do filtro foi calculado com seu diâmetro de 28mm, e altura de 1 metro para os itens 4.3.6.1 e 4.3.6.2, e 0,6 metros no item 4.3.6.3.

A porosidade foi calculada seguindo protocolo dos 3 (três) métodos citados, e será detalhada a seguir.

4.3.4.1 Cálculo da porosidade dos filtros através do Método do Volume Deslocado

Foram construídos feixes de comprimento de 1 metro, com 250 fios cada um para ambas as fibras. Os feixes foram imersos na água por 24 horas, e deixados escorrer por 15 minutos, a fim de calcular o deslocamento do volume dos fios úmidos. Foram, em seguida, imersos um a um em provetas com volume inicial de água deionizada conhecido; e bem compactados, como observado na Figura 19, obtendo assim seu volume deslocado.

Figura 19-Proveta com fibras de poliéster.

Foram imersas de 250 a 3000 fios, e as medidas foram plotadas em um gráfico, expresso na Figura 20.

Figura 20-Gráfico sobre a relação entre quantidade de fios e volume deslocado de água

Com o volume dos fios, e o volume do filtro, calculou-se a porosidade pela equação 5:

� � % = ∗ − (� �

� �� ) Equação 5

Esse método tem como vantagem a relação direta entre número de fios e volume ocupado por estes no meio filtrante, facilitando a construção dos filtros a partir de porosidades pré- estabelecidas. Porém, o fato de pequenas bolhas de ar poderem adsorver na superfície das fibras pode alterar o real volume ocupado pelos fios, dando falsos resultados.

4.3.4.2 Cálculo da porosidade dos filtros através da área transversal

Calculado o diâmetro médio úmido dos fios de algodão e poliéster no item 4.3.5, calculou-se a área transversal de cada e de todos os fios, como mostrado nas equações 6 e 7:

Á � � � � � � � = �∗ � 4 Equação 6 Á � � � � � = ∗ Á � � � � � � � Equação 7 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 50 100 150 200 250 300 N ú m e ro d e fi o s

Volume deslocado = Volume das fios (mL)

Relação entre número de fios e volume