Experimento 06_ Tingimento de tecido

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.
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.1
2.1 – 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
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
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.
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.
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?
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. 71-78, Feb. 2000.
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.