Tratamentos convencionais

2.2.1 Fervura

Como referido, o tecido de algodão em cru contém 8 a 12% de impurezas como ceras, proteínas, pectinas e minerais. Para além disso, pode ainda conter impurezas relativas a colheita do algodão, como fragmentos de cascas de sementes e fragmentos de sementes, mas também relativas aos tratamentos iniciais, como óleos dos equipamentos utilizados.

A fervura é realizada, normalmente em primeiro lugar, para reduzir a quantidade destas impurezas, de tal modo que seja possível obter resultados concordantes e reprodutíveis nos processos seguintes, tingimento e acabamento.

O agente de limpeza utilizado para este processo depende do tipo de fibra, do tipo de tecido e da quantidade de impurezas presentes. Existem diferentes tipos de agentes de limpeza: agentes alcalinos, surfactantes, emulsionantes e solventes orgânicos. Para a fervura de fibras de algodão geralmente utilizam-se agentes alcalinos, que atuam provocando a saponificação de óleos residuais, neutralizando os ácidos carboxílicos, solubilizando compostos com várias dimensões e causando a dispersão das impurezas naturais das fibras.

As proteínas estão situadas na cavidade central da fibra e, portanto, ficam inacessíveis ao ataque químico, sendo difíceis de remover. Contudo, é possível hidrolisar as proteínas e outros composto azotados utilizando agentes alcalinos em solução com aminoácidos solúveis ou amoníaco. As ceras também são difíceis de remover e, quando não são removidas, a absorção dos corantes e agentes de acabamento poderá não ser uniforme. A distribuição da cera residual determina a absorção de água. Em contrapartida, as pectinas são insolúveis em água, mas solúveis em solução alcalina, por isso são facilmente removidas.

A combinação de carbonato de sódio com um detergente provoca menos danos na fibra, ou seja, é mais adequado para fibras delicadas como o algodão. O detergente utilizado pode ser aniónico, como alquil sulfatos sódicos e alquil sulfatos aromatizados, não-iónico, como compostos polietoxilados, ou combinação dos dois. É possível obter um efeito sinergético entre o detergente e o agente alcalino, de modo a que os dois agentes, quando combinados, aumentem as suas atividades em vez de se inibirem um ao outro.

Depois da fervura, realiza-se a lavagem por enxaguamento progressivo a quente, diminuindo gradualmente a temperatura para evitar quebrar a emulsão e a que ocorra a precipitação das impurezas sobre o algodão. Esta termina tratando o tecido com uma solução ácida para neutralizar qualquer álcali retido no tecido.

A fervura do algodão é normalmente realizada com baixas concentração de agente alcalino.

Apesar deste tratamento melhorar e aumentar a hidrofilidade das fibras, degrada-as

parcialmente criando fendas e dissolvendo a cutícula e a parede primária. Isto faz com que o algodão perca peso, 5 a 10%, encolha e altere a sua resistência à tração. Como neste tratamento são dissolvidas as cadeias de celulose mais curtas, o grau de polimerização após fervura é superior ao do algodão cru. A estrutura das fibras não sofre modificações significativas e este tratamento tem também um baixo efeito no grau de cristalinidade. A degradação ocorre por formação de centros de peeling-off na celulose, isto é, grupos aldeído, devido à eliminação de grupos β-alcoxi das extremidades redutoras das cadeias. Desta forma, são introduzidos grupos carbonilo, que contém produtos coloridos e amarelados, nas extremidades das cadeias, o que faz com os têxteis de algodão, após fervura, apresentem cor mais escura e acastanhada do que os têxteis de algodão cru (S.R. KARMAKAR, 1999).

2.2.2 Mercerização

A mercerização é realizada para conferir ao algodão mais brilho, torna-lo mais macio e menos rugoso, aumentar a absorção de corantes e produtos de acabamento e, consequentemente, reduzir o desperdício químico (Bhatti et al., 2012; Zuber et al., 2012). Neste processo é utilizada uma solução concentrada de agente alcalino, normalmente hidróxido de sódio, e é aplicada uma tensão nos fios de algodão (Babu et al., 2007). Esta tensão é aplicada de modo a que os fios sejam esticados longitudinalmente durante o tratamento e durante a posterior lavagem para evitar o seu encolhimento. A mercerização normalmente é realizada depois da fervura porque permite que sejam removidas algumas impurezas que não foram eliminadas na fervura e que possam interferir no branqueamento. Por vezes é também adicionado ao banho um agente molhante de modo a permitir que o tecido molhe rapidamente na solução e de forma uniforme.

Durante este tratamento com hidróxido de sódio a celulose sofre várias modificações químicas, físico-químicas e estruturais. As reações químicas levam à formação de celulose alcalina e as reações físicas a uma mudança na disposição das unidades de celulose. As modificações ótimas nas propriedades da celulose podem ser manipuladas através da seleção adequada da concentração de agente alcalino, tempo, tensão e temperatura utilizados no processo.

Se a mercerização for realizada sem tensão, as fibras ao entrarem em contacto com a solução alcalina incham, e, apesar de se encontrarem mais lisas e com pouca ou nenhuma torção, ainda apresentam vincos e rugas residuais, não havendo aumento considerável do brilho. Em contrapartida se for realizada com tensão, quando a fibra incha ocorre alteração na sua secção transversal e há um aumento significativo do brilho. O brilho aumenta à medida que aumenta a tensão aplicada à fibra durante a mercerização.

Limpeza e branqueamento de têxteis de algodão em cru usando nanopartículas fotossensíveis

Contexto e Estado da Arte 6

Devido ao inchaço da celulose, muitas ligações de hidrogénio são quebradas, a estrutura molecular tende a tornar-se descritalizada, os espaços dentro da estrutura tornam-se mais uniformes e as cadeias de resíduos de glicose sofrem uma ligeira torção. Devido à torção da rede de polímeros e às mudanças na estrutura cristalina, o processo de mercerização é irreversível.

A mercerização aumenta a resistência à tração das fibras de algodão, permitindo que se absorva maior quantidade de água. Para além disso, o algodão mercerizado apresenta um aumento da tonalidade, um aumento da taxa de tingimento e as irregularidades, devido a borbotos e algodão imaturo, são menos proeminentes. Há um aumento do volume dos poros e redução do lúmen o que faz com que o rendimento das cores seja maior e a dispersão de luz dentro das fibras seja menor, assim, a mercerização permite reduzir os custos do tingimento (S.R.

KARMAKAR, 1999).

2.2.3 Branqueamento

Mesmo após a fervura, os tecidos de algodão ainda contêm muito corante natural que lhe confere uma cor característica amarelada/acastanhada. Como referido anteriormente, esta cor pode dever-se à presença de resíduos protoplasmáticos de proteínas e de pigmentos flavonoides das flores de algodão, mas também pode estar relacionado com sujidade, poeira ou insetos associados aos processos de recolha e óleos e gorduras associados aos equipamentos de tratamento (S.R. KARMAKAR, 1999).

O branqueamento tem como objetivo produzir tecidos brancos, destruindo estas impurezas que conferem cor, através de agentes branqueadores, com a mínima degradação possível da fibra.

Os agentes branqueadores oxidam ou reduzem as impurezas que são posteriormente lavadas e o grau de branco obtido é de natureza permanente (Babu et al., 2007).

O agente de branqueamento mais utilizado para o algodão é o peroxido de hidrogénio. Embora este agente seja estável em meio ácido, o branqueamento ocorre normalmente pela adição de um agente alcalino ou pelo aumento de temperatura. O peróxido de hidrogénio liberta o ião peridroxil (HO2-) em meio aquoso e comporta-se quimicamente como um ácido dibásico fraco, Equação 1. O hidróxido de sódio ativa o peróxido de hidrogénio porque o ião H⁺ é neutralizado pelo agente alcalino que é favorável à libertação de HO2-, Equação 2. O ião peridroxil é altamente instável e, na presença de compostos oxidáveis, como as impurezas coloridas do algodão, decompõe-se permitindo que o branqueamento ocorra (S.R. KARMAKAR, 1999).

H₂O₂⇌ H⁺+ HO₂⁻ (1)

H₂O₂→ H⁺+ HO₂^−OH

−

→ HO₂⁻+ H₂O (2)

Se o pH for demasiado alto (superior a 10,8), a libertação do ião HO2- é demasiado rápida e há formação de oxigénio gasoso, o que não favorece o branqueamento. Para além disso, se a taxa de decomposição for muito alta, o HO2- não utilizado para o branqueamento pode danificar a fibra. Assim, o pH ideal para o branqueamento situa-se entre 10,5 e 10,8, onde a taxa de evolução do ião peridroxil é igual à taxa de consumo no branqueamento. Com pH superior a 10,8, o peróxido de hidrogénio não é estável e, portanto, normalmente adiciona-se um estabilizador ao banho de branqueamento. Estabilizadores são combinações complexas de compostos que apresentam diferentes funções e atuam controlando a formação de radicais livres. Podem incluir qualquer um dos seguintes:

• Agentes alcalinos, p.ex.: soda caústica/carbonato/silicato;

• Dispersantes, p.ex.: acrilatos/fosfanatos;

• Agentes quelantes ou sequestrantes, p.ex.: EDTA/DTPA/heptanoatos/gluconatos;

• Sais inorgânicos, p.ex.: sais de magnésio;

• Estabilizadores coloidais, p.ex.: polímeros acrílicos.

A seleção do agente alcalino depende da fibra que se pretende branquear. Em fibras celulósicas normalmente utiliza-se o hidróxido de sódio ou o carbonato de cálcio (S.R. KARMAKAR, 1999).

2.2.4 Gastos e resíduos associados aos métodos convencionais

A indústria têxtil consome elevada quantidade de água e de energia térmica e elétrica. As fibras de algodão são os têxteis que requerem maior quantidade de água para a sua preparação, entre 250-350 kg/kg de têxtil. Os processos preparatórios convencionais dos têxteis, fervura, mercerização e branqueamento, são operações altamente consumidoras de água e, consequentemente, necessitam de elevada quantidade de energia. 55-60% da energia consumida na indústria têxtil é utilizada nestes processos de tratamento (S.R. KARMAKAR, 1999). Durante estes processos são também gerados diferentes tipos de resíduos que podem ser prejudiciais ao ambiente: na fervura os ésteres glicólicos ou solventes utilizados libertam compostos orgânicos voláteis para atmosfera e na água ficam resíduos de detergentes, gorduras, óleos, pectinas e cinzas; no passo de mercerização os resíduos libertados na atmosfera são poucos ou nenhuns, mas a água fica com elevado pH e resíduos de hidróxido de sódio; no branqueamento também não são geradas emissões atmosféricas significativas, mas verifica-se um elevado pH nas águas residuais e vestígios de peróxido de hidrogénio e de estabilizador (Babu et al., 2007).

Para além disso, com o aumento do custo de produtos químicos, equipamentos, trabalhadores, controlo de efluentes e recuperação dos produtos utilizados, estes processos convencionais de tratamento têm tido cada vez menos atenção, havendo uma maior procura de alternativas a

Limpeza e branqueamento de têxteis de algodão em cru usando nanopartículas fotossensíveis

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