Estudo e análise de soluções em pasta e estamparia convencional mais sustentáveis em termos químicos e energéticos

Margarida Taipa Andrade Campos Guimarães Janeiro de 2024 UMinho | 2024 Estudo e análise de soluções em pasta e estamparia convencional mais sustentáveis em termos químicos e energéticos Universidade do Minho Escola de Engenharia Margarida Taipa Andrade Campos Guimarães Estudo e análise de soluções em pasta e estamparia convencional mais sustentáveis em termos químicos e energéticos Janeiro de 2024 Dissertação de Mestrado Mestrado em Engenharia Têxtil Materiais e Acabamentos Químicos Funcionais Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Doutor Andrea Zille Margarida Taipa Andrade Campos Guimarães Estudo e análise de soluções em pasta e estamparia convencional mais sustentáveis em termos químicos e energéticos Universidade do Minho Escola de Engenharia ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição CC BY https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ iii Agradecimentos O término desta dissertação de mestrado em Engenharia Têxtil, é um marco muito importante na minha vida que foi conseguido ultrapassando grandes obstáculos, e que contou com a ajuda e o apoio de várias pessoas, sem as quais não teria sido possível a sua elaboração. Primeiramente, gostaria de agradecer ao meu orientador, Professor Dr. Andrea Zille, uma referência na área da Investigação, por toda a sabedoria, atenção, apoio e disponibilidade prestada ao longo deste projeto. Agradeço ao meu supervisor na empresa, o Engenheiro Miguel Ramôa, assim como à Estamparia Têxtil Adalberto Pinto da Silva, S.A. pela oportunidade, pelo desafio entregue e por toda a disponibilidade demonstrada para o desenvolvimento deste projeto. Também agradeço a todos os colaboradores das secções de estamparia e controlo de qualidade que se cruzaram comigo e me ajudaram de alguma forma. Ao Departamento de Engenharia Têxtil por tornar possível a realização dos ensaios e à técnica do Laboratório de Ultimação, Sónia Gonçalves, pela ajuda no decorrer de todo o processo. Agradeço também em especial à Cátia Alves, investigadora do Centro de Ciência e Tecnologia Têxtil, pelo auxílio prestado na realização dos ensaios e seus resultados. Por último, mas não menos importante, um enorme agradecimento a toda a minha família e amigos mais próximos que constantemente me deram todo o apoio e compreensão tornando tudo isto possível. iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. Estudo e análise de soluções em pasta e estamparia convencional mais sustentáveis em termos químicos e energéticos v Resumo A indústria têxtil é um dos setores mais importantes da economia portuguesa, mas também um dos que gera uma maior quantidade de resíduos. Atualmente, o mercado têxtil tem progredido de modo a adaptar-se às exigências que estão constantemente a aparecer adotando estratégias mais sustentáveis na produção, preservando ainda a qualidade dos produtos e satisfazendo as exigências do consumidor. O trabalho desenvolvido surge da necessidade da empresa Têxteis Adalberto SA obter desenhos estampados com um pigmento natural na estamparia convencional sem necessidade de irem ao termofixador, passando apenas pela secagem na mansarda e reticulação na râmola substituindo assim os tradicionais ligantes e fixadores de alta temperatura de reticulação por outros de baixa temperatura. No âmbito deste projeto, foram propostas três receitas de pastas de estamparia, uma já usual deles, e duas extrínsecas à empresa, com diferentes ligantes e fixadores. Após a formulação das diferentes pastas e posterior aplicação por estamparia convencional em tela 100% CO, foram termofixadas as amostras com diferentes temperaturas (130ºC e 160ºC) e uma de cada pasta sem termofixar. Em seguida foram realizados testes de controlo de qualidade, que simulam durabilidade do estampado e transferência de cor após estampagem. Posteriormente, estas amostras foram também caraterizadas por FTIR, ângulo de contacto e UV-vis, optando-se assim pela pasta 2 (Receita sugerida pela Empresa ADI, Barcelona, Espanha, fornecedora de produtos químicos para os mercados têxtil) para o objetivo final. Determinou-se o consumo de gás e um estudo financeiro para a empresa usando o vaporizador a 150ºC ou a râmola a 100ºC ou 130ºC, para chegarmos ao propósito deste projeto, não passar no vaporizador e acabar na râmola, sendo que os melhores consumos e custos estão na râmola com temperatura a 130ºC. Para a amostra final estampada em malha 97% Algodão (CO) e 3% Poliamida (PA) com a pasta 2, sem termofixação, foram feitos testes de controlo de qualidade: avaliação da solidez à lavagem, à água, ao suor ácido e suor alcalino, fricção e durabilidade do estampado às lavagens e a amostra foi caraterizada também por FTIR, ângulo de contacto e UV-vis. Globalmente, a utilização da pasta 2 no estampado final sem utilização do vaporizador e com entrada direta na râmola, trouxe vantagens nos consumos finais para a empresa. PALAVRAS-CHAVE: indústria têxtil, sustentáveis, estamparia convencional, pigmento natural Study and analysis of more sustainable paste and conventional printing solutions in chemical and energy terms vi Abstract The textile industry is one of the most important sectors in the Portuguese economy, but it is also one of the sectors that generates the greatest amount of waste. Currently, the textile market has progressed in order to adapt to the demands that are constantly appearing by adopting more sustainable production strategies, while preserving product quality and satisfying consumer demands. The work carried out arose from the need of the company Têxteis Adalberto SA to obtain designs printed in conventional printing with a natural pigment without the need to go to the thermofixer, going only through drying in the mansard and crosslinking in the ramola, thus replacing the traditional hightemperature crosslinking binders and fixers with low-temperature ones. As part of this project, three recipes for printing pastes were proposed, one of which was already their usual recipe, and two which were extrinsic to the company, with different binders and fixatives. After the different pastes were formulated and then applied by conventional printing on 100% CO fabric, the samples were thermofixed at different temperatures (130ºC and 160ºC) and one of each paste without thermofixing. Quality control tests were then carried out, simulating print durability and color transfer after printing. Subsequently, these samples were also characterized by FTIR, contact angle and UV-vis, and paste 2 (Recipe suggested by ADI Company, Barcelona, Spain, supplier of chemicals to the textile markets) was chosen for the final objective. Gas consumption was determined, and a financial study was carried out for the company using the vaporizer at 150ºC or the ram at 100ºC or 130ºC, in order to achieve the purpose of this project, not to go through the vaporizer and end up in the ram, with the best consumption and costs being in the ram with a temperature of 130ºC. For the final sample printed on 97% cotton (CO) and 3% polyamide (PA) mesh with paste 2, without thermofixation, quality control tests were carried out: assessment of fastness to washing, water, acid sweat and alkaline sweat, friction and durability of the print to washing and the sample was also characterized by FTIR, contact angle and UV-vis. Overall, the use of paste 2 in the final print without the use of a steamer and with direct entry into the roll has brought advantages in final consumption for the company. KEYWORDS: textile industry, sustainable, conventional printing, natural pigment vii Índice Resumo ..................................................................................................................... v Abstract .................................................................................................................... vi Lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos .................................................................. x Índice de Figuras ....................................................................................................... xi Índice de Tabelas ..................................................................................................... xii Índice de Equações ................................................................................................. xiii 1. Introdução ......................................................................................................... 1 1.1. Enquadramento .................................................................................................... 1 1.2. Objetivos .............................................................................................................. 1 2. Estado de Arte .................................................................................................... 3 2.1. Estamparia convencional ....................................................................................... 3 2.1.1. Máquinas de estampar ......................................................................................................... 4 2.1.2. Fases da estamparia ............................................................................................................. 6 2.2. Sustentabilidade na estamparia ............................................................................ 7 2.3. Preparação da pasta de estampar ......................................................................... 8 2.3.1. Espessantes .......................................................................................................................... 9 2.3.2. Agentes anti-espuma .......................................................................................................... 10 2.3.3. Emulsionantes .................................................................................................................... 10 2.3.4. Ligantes .............................................................................................................................. 10 2.3.5. Fixadores ............................................................................................................................ 11 2.3.6. Amaciadores ....................................................................................................................... 11 2.3.7. Catalisadores ...................................................................................................................... 11 2.4. Viscosidade das pastas de estampar .................................................................... 12 2.5. Estamparia convencional com corantes e pigmentos ........................................... 12 2.6. Fixação dos estampados ...................................................................................... 14 1 1. Introdução 1.1. Enquadramento Atualmente, com a crescente preocupação com a sustentabilidade ambiental e social, há uma maior procura por uma vertente sustentável. (Shirvanimoghaddam et al., 2020) Entre todos os setores industriais, o setor têxtil e do vestuário está classificado como um dos setores mais poluentes, tendo em consideração o volume e a composição dos efluentes líquidos gerados, resultantes do forte consumo de água durante as operações de ultimação têxtil. (Shirvanimoghaddam et al., 2020) Estima-se que, globalmente, se produza 13 milhões de toneladas de resíduos têxteis por ano, dos quais 95% poderiam ser reciclados ou reutilizados. Estes incluem não só roupa comercializada que acaba por ser descartada, mas também excedentes que não são reaproveitados. Esta indústria é também responsável pelo consumo de 25% de todos os químicos produzidos mundialmente. (Shirvanimoghaddam et al., 2020) As estamparias apresentam baixo consumo de água, quando comparadas aos outros processos têxteis, no entanto, os efluentes do processo de estampagem possuem uma alta carga tóxica por conter metais pesados provenientes dos pigmentos e corantes e dos diversos produtos não biodegradáveis usados. (Mariane De Almeida et al., 2013) Neste contexto, um dos desafios passa por encontrar alternativas viáveis para reduzir o impacto ambiental e humano como uma produção mais limpa, através do uso de corantes e pigmentos ecológicos, na eliminação de produtos químicos prejudiciais, reciclagem de água e resíduos. (Gu#mu#s$, 2011) Neste sentido, o estudo e a análise de pastas de estamparia convencional mais sustentáveis torna-se relevante para um futuro sustentável e com um decrescente impacto ambiental. 1.2. Objetivos O objetivo principal deste trabalho é estudar e analisar soluções em pasta e estamparia convencional mais sustentáveis em termos químicos e ecológicos para posteriormente alteração de receitas de estampagem na Empresa Têxteis Adalberto SA. Deste modo, este trabalho tem em vista a redução de impactos ambientais e objetiva a otimização de pastas de estamparia mais sustentáveis e com produtos quimicamente menos agressivos comparando-as com as usuais. 2 Neste sentido, é importante um estudo e análise das receitas de estamparia que a empresa usa, tendo em atenção a todos os seus constituintes, permitindo obter simultaneamente benefícios ambientais e sucesso nos resultados finais pretendidos, mantendo a qualidade dos estampados tais como boa penetração e bom rendimento colorístico, uniformidade, bom toque e solidez a diversos agentes. No fim da realização deste trabalho, é esperada a opção de uma pasta mais ecológica com o uso de corantes/pigmentos naturais e a obtenção de um estampado termofixado com o menor gasto de energia, podendo assim resultar em menores gastos energéticos para a empresa. 3 2. Estado de Arte Nesta secção, serão apresentados métodos para uma estamparia mais sustentável e ecológica com a possibilidade do uso de biopolímeros, a definição de estamparia, as suas fases, as pastas para estampar e o seu conteúdo e as diferentes máquinas de estamparia. 2.1. Estamparia convencional A estamparia convencional é um processo de estampagem têxtil no qual os desenhos são impressos no tecido utilizando matrizes de estampagem e tintas ou pigmentos. Este processo é conhecido por ser tradicional e manual, e é usado para produzir estampados complexos e detalhados. (J.Neves, 2000) É necessário o conhecimento técnico dos operadores para ajustarem a posição do desenho e as cores. É realizado através de rolos que têm o negativo do padrão que se pretende estampar onde é inserida a cor. O tecido é colocado num equipamento onde se encontram vários rolos e o desenho vai ser estampado à medida que o artigo passa de rolo para rolo. Os rolos são colocados por ordem da separação da cor do desenho, sendo que a estampagem é feita das cores mais escuras para as mais claras. Na separação e gravura é onde se prepara o desenho e o material, os rolos, para a estampagem. (J.Neves, 2000) Na “cozinha de cores” é feita a preparação das pastas de estampagem de cores necessárias para utilizar. A preparação de pastas de cores consiste na mistura de vários produtos: água e substâncias auxiliares, que conferem a reologia adequada às pastas, pigmentos e corantes. (J.Neves, 2000) 4 Figura 1: Secção de estamparia convencional (Fonte: Foto Própria) 2.1.1. Máquinas de estampar Þ Estampagem ao quadro plano As telas que constituem o quadro são normalmente constituídas por fios monofilamento de poliéster, sendo o tecido em ponto tafetá. Estas devem ser resistentes às raspagens sucessivas e aos meios químicos utilizados nas pastas, não sofrendo deformac$ões. Para proceder à gravura é necessário proceder à separac$ão das cores do desenho. No processo tradicional manual é efetuado o decalque individual das cores num filme de acetato transparente utilizando uma tinta foto-opaca, sendo assim obtidos os filmes ou “misonetes”. Caso se utilize um sistema CAD, a separac$ão das cores é efetuada automaticamente via informática, seguindo-se a impressão das cores separadas, “ misonettes ”, efetuada através de plotters em filmes transparentes de acetato. Os filmes para a gravura dos quadros são impressos com tinta foto-opaca. (Kumar Roy Choudhury, 2022) A passagem da pasta através do quadro para o tecido é feita através duma racla ou régua. As raclas tradicionais são de borracha, mas podem utilizar-se também as raclas magnéticas, constituídas por uma vareta metálica que se desloca sob ac$ão dum eletroíman colocado por baixo da mesa de estampar. A máquina de estampar ao quadro plano tem uma muito baixa produtividade, mas em contrapartida não limita o número de cores por desenho e dá estampados de maior qualidade, pelo fato de haver alguma secagem tecido entre duas cores. A máquina de estampar ao quadro plano automática tem uma grande produtividade, com velocidades da ordem de 5 a 10m/min 5 (dependendo do tamanho dos quadros e dos parâmetros de estampagem). É mais versátil, pois permite variar facilmente o rapport, mas torna difícil a estampagem de linhas verticais. A mudanc$a do desenho é rápida. Podem obter-se contornos finos. A gravura é relativamente barata. Trata-se assim da máquina mais aconselhável para pequenas a médias metragens por desenho. (J.Neves, 2000) Figura 2: Estamparia ao quadro plano (Autor: Estamparia Salete) Þ Estamparia ao quadro rotativo Este é o processo de estampagem mais usado para estampar tecido em grande quantidade, com rapidez e qualidade. O tecido é colocado em um tapete de borracha em movimento contínuo. (Meza, 2010) Os cilindros podem ser gravados por diferentes técnicas: • Tradicionais, todas utilizando a fotogravura (lacagem, galvanoplastia e corrosão) • Digitais (laser e jato de cera) A máquina de estampar ao quadro rotativo pode trabalhar a velocidades da ordem de 50 m/min. A mudanc$a de desenho é relativamente rápida. Os custos de gravac$ão são no entanto mais elevados do que no quadro plano. Tem como vantagem ser preferível para estampar desenhos com linhas verticais, pois não há o risco, como no quadro plano, das riscas ficarem quebradas. Um dos inconvenientes é o rapport fixo (o mais frequente é de 64cm, embora possam também ser usados outros: 820 e 1018 mm). É um processo que se torna mais económico apenas para metragens médias, da ordem de vários milhares de metros por desenho. (Kumar Roy Choudhury, 2022) 6 Figura 3: Estamparia ao quadro rotativo (Autor: Estamparia IRMÃOS HORT) 2.1.2. Fases da estamparia Para estampar um tecido, temos de passar pelas seguintes fases: 1º: Tratamento prévio do tecidoHaverá que submeter o tecido às operac$ões de tratamento prévio normais: gasagem, desencolagem, desensimagem, fervura, mercerizac$ão, branqueamento e termofixac$ão de modo a eliminar uniformemente substâncias estranhas ao artigo têxtil que poderiam durante a estampagem causar vários tipos de problemas negativos na qualidade final do artigo estampado, bem como melhorar as caraterísticas do material.(SALEM, 2010). Deve estar uniformemente hidrófilo, com grau de branco e cor de fundo uniforme, o pH deve ser neutro, deve ter boa estabilidade dimensional e elevada resistência aos vincos e quebras. Em muitos casos, é possível encurtar as operac$ões de tratamento prévio, nomeadamente quando se estampa com pigmentos. (J.Neves, 2000). 2º: Preparaç ã o da pasta de estampar - A pasta de estampar tem que ter uma grande viscosidade, para que os desenhos não alastrem. Contam por isso obrigatoriamente um espessante, bem como o corante e uma série de produtos auxiliares necessários a sua fixac$ão. (J.Neves, 2000) 3º: Transferência da cor dum intermediário para o artigo têxtil - Esta operac$ão é considerada coma a estampagem propriamente dita. Hoje em dia, os processos mais utilizados são os seguintes: i) ao quadro plano, ii) ao quadro rotativo, iii) por jato de tinta (J.Neves, 2000) 4°: Secagem - Logo após a deposic$ão da pasta sobre o tecido, é necessário proceder a uma secagem para evitar o alastramento da pasta, pois o corante ainda não se encontra fixado. É assim possível um certo período de armazenamento antes da fixac$ão do corante. (J.Neves, 2000) 7 5°: Fixaç ã o - A fixac$ão da cor pode ser feita por calor seco, por vaporizac$ão ou por tratamento a molhado. Nesta fase que o corante vai penetrar no interior das fibras para aí se fixar (excec$ão feita aos pigmentos, os quais são colados à superfície das fibras). Praticamente, o tempo e as circunstâncias empregues no processo de fixac$ão, quer por vaporizac$ão quer por fixac$ão térmica a alta temperatura, dependem da natureza do corante e do tecido, variando geralmente entre 10 segundos a 60 minutos a 100-200°C. Existem três abordagens diferentes de vaporizac$ão para fixac$ão: i) Vaporizac$ão de tecido à pressão atmosférica, ii) Vapor de alta pressão e iii) Vapor em alta temperatura. A termofixac$ão é outro procedimento de fixac$ão de estampagem aplicado a alta temperatura (em torno de 200°C) apenas por alguns segundos a poucos minutos na ausência de vapor. Após a fixac$ão, a pasta de impressão é removida por lavagem (Abdelrahman et al., 2020). 6°: Tratamentos posteriores - Excetuando o caso dos pigmentos, é necessário proceder a lavagens para eliminar os produtos utilizados na preparac$ão da pasta, com especial relevo para o espessante, bem como o corante que não se fixou nas fibras. (J.Neves, 2000). Neste trabalho será dada mais importância ao estudo no desenvolvimento da etapa 2, Preparação da pasta de estampar. 2.2. Sustentabilidade na estamparia A sustentabilidade química e ecológica na estamparia têxtil se concentra em reduzir o impacto ambiental e humano dos processos químicos e da gestão de resíduos envolvidos na produção de estampados. (Rodrigues Da Rocha, 2021) Algumas das principais iniciativas incluem: • Uso de corantes e pigmentos ecológicos: Isso inclui o uso de corantes de origem vegetal, corantes naturais, corantes orgânicos e corantes solúveis em água. Estes tipos de corantes têm um impacto ambiental menor do que os corantes sintéticos e tóxicos. • Redução do uso de produtos químicos tóxicos: Isso inclui o uso de produtos químicos menos tóxicos e mais seguros para o meio ambiente e para as pessoas, como os fixadores e os agentes de limpeza. 8 • Reciclagem de água e resíduos: Isso inclui a reciclagem de água usada na estamparia, assim como a gestão adequada dos resíduos gerados, como os efluentes e os resíduos de corante. • Certificação ambiental: Isso inclui a certificação de processos e fábricas de acordo com normas ambientais reconhecidas, como a norma ISO 14001, que garante que as empresas estejam em conformidade com as melhores práticas ambientais. • Desenvolvimento de tecnologias limpas: Isso inclui a pesquisa e desenvolvimento de tecnologias mais limpas e eficientes, como processos de estampagem digital, que têm um impacto ambiental menor do que os processos tradicionais de estampagem. • Os biopolímeros, como o amido de milho, a celulose, o algodão e a lã, entre outros, podem ser usados como matérias-primas para a produção de tecidos e fibras têxteis, bem como como espessantes para pastas de estampagem. Eles têm vantagens como serem biodegradáveis, de baixo impacto ambiental, e podem ser produzidos com baixo uso de energia e recursos naturais. (Elnashar, 2010). Alguns exemplos de biopolímeros utilizados na estamparia têxtil incluem: i) amido de milho modificado (CMS): É um polímero biodegradável produzido a partir de amido de milho. É usado como espessante em pastas de estampagem e como agente de fixação; ii) Poli(3-hidroxibutirato) (PHB): É um polímero biodegradável produzido a partir de bactérias geneticamente modificadas. É usado como matéria-prima para produção de fibras têxteis; ii) Poli(ácido lático) (PLA): é um polímero biodegradável produzido a partir de cana-de-açúcar, milho ou outras plantas. É usado como matéria-prima para produção de fibras têxteis. A sustentabilidade na estamparia têxtil é um processo contínuo e requer esforços contínuos para reduzir o impacto ambiental e melhorar as condições de trabalho. 2.3. Preparação da pasta de estampar As pastas são compostas por vários elementos que permitem a sua difusão nas fibras para que se obtenha uma boa penetração e bom rendimento. Um dos ingredientes essenciais na estamparia é o espessante, que confere às pastas uma determinada viscosidade, para que os desenhos não alastrem, e que a quantidade de corante 9 depositado à superfície da fibra seja tecnicamente a desejada. Para além do espessante, a pasta contém também diversos produtos auxiliares necessários à fixac$ão dos corantes. (De & De Araranguá, 2008) Uma pasta de estampar pode conter: espessantes, dispersantes, emulsionadores, reguladores da viscosidade, produtos anti-espuma, amaciadores, molhantes, catalisadores, ácidos, bases. oxidantes, redutores, corantes/pigmentos e água (existem pastas como as Plastisol que não são à base de água). (Schönberger & Schäfer, 2003) Os ingredientes concretos dependem do processo desenvolvido. 2.3.1. Espessantes Os espessantes são há muito tempo o principal ingrediente das pastas de estampar, servindo de meio de transporte do corante/pigmento para o tecido, mantém o corante dentro da área do estampado, desde a sua deposic$ão até à fixac$ão e evita o alastramento da pasta e a formac$ão de auréolas. (Hassabo et al., 2021; J.Neves, 2000) Um bom espessante deve possuir as seguintes qualidades: compatibilidade com o corante, compatibilidade com outros produtos da pasta, boa aderência, alta viscosidade, deve ser homogéneo e de elevada pureza, deve ser de fácil eliminac$ão e possuir resistência às ac$ões mecânicas. Não deve afetar a tonalidade dos corantes, deve dar um bom recorte do desenho, bom rendimento e igualização das cores e deve conceder um bom toque ao estampado. (Hassabo et al., 2021) Na tabela seguinte são apresentados os tipos de espessantes que existem. Tabela 1: Tipos de espessantes Designação Espessantes Naturais Amido, gomas vegetais, algas - alginato de sódio, - estamparia com corantes Naturais modificados Derivados de celulose, amidos modificados, gomas modificadas, éteres e ésteresestamparia com corantes Sintéticos Derivados de ácido poliacrilico ou vinílicos - estamparia com pigmentos De emulsão À base de solventes - estamparia com pigmentos (hoje em dia pouco utilizados devido a problemas ambientais). 10 2.3.2. Agentes anti-espuma Os agentes anti-espuma são aditivos químicos que são adicionados às pastas de estampagem para reduzir ou eliminar a formação de espuma durante o processo de estampagem. (Kumar Roy Choudhury, 2022). 2.3.3. Emulsionantes Os emulsionantes são adicionados às pastas de estampagem para estabilizar as emulsões de corante e água. Estes aumentam a estabilidade das pastas e melhoram o grau de dispersão dos pigmentos na pasta. (J.Neves, 2000) 2.3.4. Ligantes Os ligantes são substâncias químicas utilizadas para fixar os corantes ou pigmentos ao tecido. São usados principalmente na estampagem a frio, ao contrário da estampagem a quente que utiliza altas temperaturas para fixar os corantes. (J.Neves, 2000) O ligante é uma substância formadora de película composta por macromoléculas de cadeia longa que, quando aplicada ao tecido juntamente com o pigmento, produz uma rede ligada tridimensionalmente. As ligações são formadas durante um processo de “fixação” adequado, que geralmente consiste em calor seco a uma determinada condição de pH, provocando auto-reticulação ou reação com agentes de reticulação adequados. O grau de reticulação não deve ser muito elevado, caso contrário as macromoléculas tornam-se demasiado rigidamente ligadas, dificultando a extensibilidade do polímero. (Kumar Roy Choudhury, 2022). Os ligantes dividem-se em três grupos principais: • Ligantes com base de acrilatos • Ligantes com base em butadieno • Ligantes com base em poliuretano Os ligantes à base de acrilato são conhecidos por serem resistentes à lavagem, luz e calor, o que os torna ideais para estampagem de roupas e outros artigos têxteis que serão lavados e usados com frequência. Têm também boa resistência ao envelhecimento e boa estabilidade térmica, o que os torna adequados para estampagem por transferência térmica. (J.Neves, 2000) 17 3.4.2. Solidez dos tintos ao suor ácido e alcalino A solidez dos tintos ao suor ácido e alcalino refere-se à resistência das cores nos tecidos quando expostas ao suor proveniente do corpo humano. É realizado para garantir que os corantes ou pigmentos utilizados sejam duráveis e não desbotem facilmente durante o uso e lavagem. Para este ensaio utilizou-se a norma ISO 105-E04:2013 . Começaram-se por cortar dois provetes de 10cmx4cm para a amostra final. De seguida coseu-se um tecido testemunho multifibras DW em cada um dos provetes. Figura 6: Tecido testemunho multifibras DW (Fonte: Foto Própria) Prepararam-se duas soluções de 500mL cada, uma alcalina e outra ácida. Para a solução alcalina começou-se por colocar 0,25g de monohidrocloreto de L-histidina monohidratado, ao qual se adicionou 2,5g de cloreto de sódio e 2,5g de hidrogenofosfato dissódico dodecahidratado, adicionando-se água destilada até perfazer os 500mL. Colocou-se a solução num medidor de pH e, com a ajuda duma solução de hidróxido de sódio de 0,1M, acertou-se o pH. De seguida, para preparar a solução ácida começou-se por colocar 0,25g de monohidrocloreto de L-histidina monohidratado, juntando-se 2,5g cloreto de sódio e por fim 1,1g de dihidrogenofosfato de sódio dihidratado. Adicionou-se água destilada até perfazer 500mL e colocou-se a solução num medidor de pH de forma a ajustá-lo com uma solução de hidróxido de sódio. Colocou-se um provete num gobelé com 100mL de solução alcalina e o outro provete noutro gobelé de 100mL de solução ácida. Deixaram-se os provetes mergulhados na solução durante 30 minutos. Após os 30 minutos retirou-se o excesso de solução dos provetes com duas varetas de vidro e colocou-se cada um dos provetes entre dois vidros no perspirómetro, exercendo-se uma força de 12,5kPa sobre estes, colocando o perspirómetro novamente na estufa a 37ºC durante 4 horas. Passadas as 4 horas retiraram-se os dois provetes e secou-se ao ar, tendo atenção em separar o provete do tecido multifibras durante a secagem. lã acrílico poliéster r poliamida algodão acetato de celulose v 18 3.4.3. Solidez dos tintos à água Este ensaio tem como objetivo determinar a resistência dos tintos à imersão em água de acordo com a norma ISO 105-E01:1994 . Primeiramente cortou-se 1 provete de tamanho 10cmx4cm. De seguida coseu-se o provete a um tecido testemunho multifibra DW sendo que este tem de se encontrar em contacto com a fase direita do provete. Imergiu-se em 100mL de água de forma a que este fique totalmente submerso. Retirou-se o provete da água e com duas varetas de vidro retirou-se o excesso de água, colocando-se entre duas placas de vidro cada provete, colocando-se de seguida no perspirómetro. O perspirómetro, que já se encontrava previamente na estufa a 37ºC, volta a ser lá colocado durante 4 horas. Por fim, seca-se o provete ao ar tendo em atenção que o provete e o multifibras não entrem em contacto. 3.4.4. Solidez à lavagem Este ensaio é usado na indústria têxtil para se referir à sensibilidade ou durabilidade do estampado realizado em materiais têxteis quando expostos a agentes que fazem com que haja uma perda de cor. Os níveis de solidez à lavagem das amostras foram avaliados de acordo com o estipulado na NP ISO 105-C06: 1994B2S e C06 - solidez do tingimento às lavagens domésticas e Industriais, com o tecido multifibras. Cortaram-se dois provetes para a amostra final estampada de tamanho 10cmx4cm. De seguida coseu-se um tecido multifibras nos provetes. Preparou-se uma solução de lavagem 4g/L de detergente ECE e 1g/L de perborato de sódio. Colocou-se 150mL de volume de banho no recipiente juntamente com 10 bolas de aço num recipiente e 25 bolas de aço noutro distinto. Colocou-se no aparelho Roaches Washtec a 40ºC durante 30 minutos. Tirou-se a amostra do LINETEST , lavou-se com água a 40ºC e de seguida com água fria. Colocou-se a secar à temperatura ambiente. 3.4.5. Avaliação da durabilidade do estampado Este teste foi feito de acordo com um método interno da empresa, baseado no método BhsTM 12 A, utilizando a Durawash . 19 Pegou-se numa amostra 40cmx30cm e dobrou-se em metade tendo esta adquirido o tamanho de 30cmx20cm. De seguida coseu-se três lados do retângulo, deixando um dos dois lados mais pequenos aberto. Colocaram-se as amostras na Durawash e deixou-se lavar a 40ºC durante 15 minutos. Após a lavagem, retiraram-se os provetes da mesma e enxaguou-se com água fria manualmente de forma a retirar todo o detergente. Secou-se na máquina de secar a 50ºC durante 20 minutos. Por fim retirou-se da máquina de secar e deixou-se a relaxar durante cerca de meia hora. Figura 7: Durawash (Fonte: Foto Própria) 3.4.6. Molhabilidade e Ângulo de Contacto O ângulo de contacto refere-se ao ângulo que forma a superfície de um determinado líquido sobre uma superfície sólida. O valor do ângulo de contacto depende principalmente da relação que existe entre as forças de interface tripla entre o sólido, o líquido e o vapor, cuja posição de equilíbrio depende das forças associadas às três tensões interfaciais. A técnica de ângulo de contacto é bastante utilizada para a caraterização da molhabilidade/hidrofilidade de diversos materiais. Com esta técnica as propriedades superficiais de um substrato podem ser determinadas através da energia de superfície ou mesmo pelo trabalho de adesão. O ângulo de contacto entre uma gota de um líquido com uma tensão superficial conhecida e uma superfície sólida depende da relação entre as forças adesivas (que fariam a gota se espalhar 20 sobre a superfície) e as forças coesivas do líquido (que querem contrair a gota a uma esfera com uma superfície mínima). Figura 8: Ângulo de Contacto de uma gota de líquido quando depositada sobre uma superfície sólida (Fonte: Researchgate) 𝛾"# : Energia interfacial entre as fases líquido e vapor (mN/m); 𝛾$# : Energia interfacial entre as fases sólido e vapor (mN/m); 𝛾"$ : Energia interfacial entre as fases sólido e líquido (mn/m). Chegando à seguinte equação: Equação 1 𝜆$# − 𝜆"$ = 𝜆"#𝑐𝑜𝑠𝜃 O valor do ângulo pode variar entre 0º e 180º, sendo que quando θ = 0º o líquido molha a superfície do sólido completamente, quando θ > 0º o líquido não se distribui completamente sobre a superfície. Os ângulos de contacto das amostras foram caraterizadas com o equipamento Dataphysics utilizando o software OCA20 com sistema de vídeo para captura de imagens no estado estático. Foram realizadas cinco medições para cada amostra. 3.4.7. Espetroscopia de Infravermelho com transformada de FourierATR-FTIR A espetroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier de reflexão total atenuada (FTIR-ATR), método físico-químico analítico, é uma técnica que permite a identificação dos grupos funcionais presentes nas estruturas das moléculas orgânicas e poliméricas, assim como inferir acerca das reações de reticulação e degradação envolvidas na sua transformação. (Castro et al., 2016) A região IV (10 𝑐𝑚%& a 14 000 𝑐𝑚%& ) do espetro eletromagnético é dividida em três partes: próximo, médio e afastado; sendo que a IV média (400 𝑐𝑚%& a 4 000 +𝑐𝑚%& ) é a região usualmente utilizada para o estudo pois integra frequências correspondentes às vibrações básicas 21 de praticamente de todos os grupos funcionais de moléculas orgânicas, convertendo as vibrações em energia oscilatória. (Davis, 2010)(Simonescu, 2012) O espetrofotómetro emite um feixe de radiação monocromática na gama do infravermelho, que incide na superfície do material. Os espectros de infravermelho obtidos fornecem a transmitância em função do número de onda e a sua complexidade é tão mais elevada, quanto mais complexa for a estrutura do composto analisado. (Castro et al., 2016.) Cada composto orgânico possui frequências vibracionais, rotacionais e de elongação específicas, não havendo dois compostos diferentes que possuam exatamente o mesmo espectro, pelo que o espectro característico de cada um deles constitui uma espécie de impressão digital que permite a sua identificação. Assim, a identificação de compostos ou materiais desconhecidos, bem como a quantificação de diversas tipologias de grupos funcionais, pode ser realizada por intermédio desta análise qualitativa. (Maria Isabel Castro da Costa Alves, 2016). Neste procedimento as amostras em estudo foram caraterizadas pela técnica de FTIR recorrendo ao equipamento FTIR Iraffinity da Shimadzu Corporation com o acessório horizontal de ATR e um cristal de diamante. A resolução para os espetros de infravermelhos foi de 8 𝑐𝑚%& e 40 scans para cada espetro em temperatura ambiente e os espetros foram visíveis na região entre os 4000 e os 400 𝑐𝑚%& . 3.4.8. Força colorística (K/S) e coordenadas CIELab No espaço psicométrico CIELAB, as cores podem ser descritas por luminosidade (L*), seu conteúdo de vermelho-verde (a*) e de amarelo-azul (b*); ou pelo uso de coordenadas cilíndricas de Luminosidade (L*), tonalidade (hº) e croma (C*), relacionadas diretamente com as coordenadas Munsell. As diferenças de cor são definidas pela comparação numérica entre a amostra exposta e a padrão. Ela indica as diferenças absolutas nas coordenadas de cor e são conhecidas como Deltas (Δ). Os Deltas para L* (ΔL), a* (Δa) e b* (Δb) podem ser negativas (-) ou positivas (+). (LEÃO, 2005). A diferença total Delta E (ΔE), todavia, é sempre positiva e são expressas como: ΔL*= diferença em mais claro e escuro (+) mais claro, (-) mais escuro Δa*= diferença em vermelho e verde (+) mais vermelho, (-) mais verde Δb*= diferença em amarelo e azul (+) mais amarelo, (-) mais azul ΔE* = diferença total de cor 22 Para determinar a diferença total de cor entre as três coordenadas é utilizada a seguinte fórmula: Equação 2 ΔE ∗= / (ΔL ∗)!+ ( ( Δa ∗ ) !+ (Δb ∗)! Figura 9: Representação das coordenadas colorimétricas (Fonte: MiMoriarty) A força colorística é calculada a partir da equação de Kubelka-Munk (equação abaixo), onde K é o coeficiente de absorção do substrato, S é o coeficiente de dispersão e R é a refletância medida no comprimento de onda máximo. Equação 3 𝐾/𝑆 = (1 − 𝑅)! 2𝑅 Os valores de K/S representam a intensidade colorística, ou seja, quanto maior o valor, mais intensa e mais saturada é a cor. Através dos valores de K/S gerados pelo espectrofotômetro, realizou-se o somatório de todos os valores em cada concentração, para que posteriormente fossem utilizados para construir o gráfico. Interessa realçar que só se analisou os comprimentos de onda dos 400-700 nm, pois sendo que se trata da intensidade colorística só é pertinente o intervalo da gama do visível. 23 3.4.9. Fator de proteção UV (UPF) A radiação ultravioleta é dividida em três tipos: UVA (315-400 nm), UVB (280-315 nm) e UVC (200280 nm). A radiação UVC e parte da radiação UVB são absorvidas pela camada de ozono existente na estratosfera. Cerca de 2% de radiação UVB e 98% de radiação UVA alcançam a superfície terreste. No entanto, a quantidade de radiação que atinge a superfície varia de acordo com a latitude, longitude, época do ano, hora do dia bem como as condições climatéricas. (Kocić et al., 2019) A capacidade de um tecido bloquear a radiação UV é expressa pelo valor do “Fator de proteção ultravioleta” - UPF, termo utilizado pela primeira vez na Austrália em 1996. De acordo com a norma “ Sun protective clothing— Evaluation and classification ” AS/NZS 4399:1996 , a medição da transmissão da radiação UVA e UVB é efetuada in vitro, num espetrofotómetro. Quando o feixe de radiação UV incide na amostra, uma parte da radiação é refletida, outra parte é absorvida e existe também uma terceira parte que atravessa a amostra, ou seja, é transmitida (figura 14). De acordo com esta norma, a medição é realizada nos comprimentos de onda 280 - 400 nm do espetro, em intervalos de 5 nm. (Georgouras et al., 1997) (Kullavanijaya & Lim, 2005) A medição do UPF foi realizada no espectrofotómetro Shimadzu UV-VIS UV 2600, no intervalo em cima referido. Para cada amostra de substrato têxtil foram realizadas três medições, mudando a amostra de posição O valor de UPF para um tecido seco plano e sem tensão é dado pela equação seguinte: Equação 4 𝑈𝑃𝐹 = ∑ 𝐸'𝑆'∆' ()) !*) ∑ 𝐸'𝑆' ()) !*) 𝑇'∆' Segundo o Comité Europeu de Normalização, para que um tecido tenha ação fotoprotetora adequada, o valor de UPF, deve superior a 40 e a taxa de transmissão de UVA deve ser inferior a 5%. Os índices de classificação UPF (tabela 4), variam num intervalo numérico, e a sua classificação varia entre “Baixa Proteção” a “Excelente Proteção”. (Tarbuk et al., 2016) Tabela 4: Classificação do UPF (Fonte: Tarbuk, Grancarić and Šitum, 2016) Intervalo UPF Classificação UPF Categoria de proteção à radiação UV Bloqueio da radiação UV <14 0, 5, 10 Baixa Proteção <93,3 15-24 15, 20 Boa Proteção 93,3-95,8 24 25-39 25, 30, 35 Muito Boa Proteção 95,9-97,4 >40 40, 45, 50, 50+ Excelente Proteção >97,5 25 4. Apresentação, análise e discussão de resultados 4.1. Pasta de estamparia de baixa temperatura de reticulação Com a finalidade de se obterem desenhos estampados sem necessidade de irem ao termofixador, que apenas passem pela secagem na mansarda e acabem na râmola, quer-se substituir os tradicionais ligantes e fixadores de alta temperatura de reticulação por outros de baixa temperatura de reticulação. Para isso, foram preparadas 3 pastas diferentes para um volume final de 2 kg e o pigmento utlizado foi o royal blue. Tabela 5: Receita com a pasta 1 Constituintes da pasta 1 (pasta atual da empresa) Concentração P1 (rica em ligante) (g/kg) Concentração P2 (pobre em ligante) (g/kg) Água 668 923 Espessante 11 10 Ligante 300 60 Emulsionador 15 3 Fixador 6 4 Pigmento 100 Para a preparação final de 2kg tirou-se 398 g/kg de P1 e 496,5 g/kg de P2, adicionou-se 5,5 g/kg de espessante e 100 g/kg de pigmento. Tabela 6: Receita com a pasta 2 Constituintes da pasta 2 (pasta sugerida pela ADI) Concentração P1 (rica em ligante) (g/kg) Concentração P2 (pobre em ligante) (g/kg) Água 668 923 Espessante 2 11 + 7,5 10 + 5 Ligante 300 60 Emulsionador 15 3 Fixador 2 6 4 Pigmento 100 26 Dado que a pasta 2 com a receita inicial possuía pouca viscosidade, mediu-se o pH para ver se este se encontrava dentro dos valores sugeridos 8,3-9,0. No entanto, o pH era bem mais baixo e por consequente adicionou-se 5g de amoníaco, usado para subir o pH e sucessivamente aumentar a viscosidade. Todavia, este subiu, mas a viscosidade manteou-se, forçando então a adição posterior de uma maior quantidade de espessante. Adicionou-se 7,5g/kg no P1 e 5g/kg no P2 obtendo-se uma viscosidade mais elevada, dentro dos valores pretendidos. Para a preparação final de 2kg tirou-se 398 g/kg de P1 e 496,5 g/kg de P2, adicionou-se 5,5 g/kg de espessante e 100 g/kg de pigmento. Tabela 7: Receita com a pasta de stock 3 Constituintes da pasta de stock 3 (pasta sugerida pela Clarychem para o Tough Camo) Concentração (g/kg) Ligante 100 Emulsionador 3 10 Amaciador 10 Fixador 3 10 “Improver and problem solver” 5 Espessante 3 7,5 Água 857,5 Tabela 8: Constituintes da receita 3 Constituintes da receita final 3 (pasta sugerida pela Clarychem para o Tough Camo) Concentração (g/kg) Pasta 500 Pasta de stock 400 Espessante 6 Pigmento 100 33 Ângulo de Contacto amostras com pasta 2 q=115,4º±2,6 q=114,3º±3,9 q=126,8º±3,9 q=113,5º±3,4 amostra sem fixar amostra lavada amostra 130º amostra lavada Figura 14: Imagens dos ângulos de contacto reais para as amostras com a pasta 2 Ângulo de Contacto amostras com pasta 3 q= 127,2±1,8 q=120,4±3,9 q=113º±3,4 q=127,9º±2,8 amostra sem fixar amostra lavada amostra 130º amostra lavada Figura 15: Imagens dos ângulos de contacto reais para a amostra com a pasta 3 Ângulo de Contacto amostras malha q= 135,2º±4,4 q= 118,7º±4,6 amostra malha branca amostra malha branca lavada Figura 16: Imagens dos ângulos de contacto reais para as amostras de malha branca 34 Por análise das imagens 13, 14 e 15 concluímos que ambas as amostras possuem valores de ângulos de contacto superiores a 90º, o que indica que ambas são hidrófobas. Os tratamentos das diferentes pastas reagiram da mesma maneira, tendo havido uniformização da pasta, fazendo com que não molhe tanto as amostras. Além disso, o formato da gota de água sobre a fibra mostra como as amostras possuem pouca afinidade com a água, sendo necessárias forças mecânicas para que a mesma possa penetrar no substrato. Em todas as amostras o ângulo de contacto diminui após lavagem, exceto na amostra tratada com a pasta 3 a 130ºC, o que indica que após lavar houve uniformização fechando alguns poros. Também porque sendo a pasta 3 mais elaborada e tendo ocorrido termofixação, alguns materiais podem ter saído só na lavagem e aí outros ficarem expostos, fazendo com que não molhe tanto a superfície. Relativamente aos ângulos de contacto da malha, figura 16, estes são hidrofóbicos. Isto é de esperar porque a malha está em estado crú, tendo ainda resíduos na sua superfície. Ângulo de Contacto amostra tela branca q=55º±4,5 q=38º±1,8 Amostra normal Amostra lavada Figura 17: Imagens dos ângulos de contacto reais para a amostra de tela branca Ao observar a imagem 17, referente à tela sem estampado, vemos ângulos inferiores a 90º, o que indica que é uma amostra hidrófila, ou seja, quando uma gota de água cai sob a superfície, molha o tecido. Isto acontece porque o tecido não está em estado crú, e devido à eliminação de resíduos do algodão, a superfície fica propícia à molhabilidade. 35 4.5. Espetroscopia de Infravermelho com transformada de FourierATR-FTIR No presente estudo, as amostras foram analisadas, recorrendo-se para o efeito à espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier , no modo de Reflexão Total Atenuada (FTIR-ATR), visto que as amostras se encontram no estado sólido. Assim sendo, esta investigação pode evidenciar as diferenças entre as estruturas químicas das amostras estampadas com a pasta 1, com as estruturas químicas das amostras da pasta 2 e consequentemente com as da pasta 3, através da comparação dos espetros nas figuras 18 e 19. Figura 18: Espetros do FTIR para as amostras não termofixadas Figura 19: Espetros do FTIR para as amostras termofixadas a 130ºC 400100016002200280034004000 Transmitância (%) Número de onda (cm¯¹) Tela Tela lavada Amostra pasta 1 SF Amostra pasta 1 SF lav. Amostra pasta 2 SF Amostra pasta 2 SF lav. Amostra pasta 3 SF Amostra pasta 3 SF lav. 400100016002200280034004000 Transmitância (%) Número de onda (cm¯¹) Tela Tela lavada Amostra pasta 1 130 Amostra pasta 1 130 lav. Amostra pasta 2 130 Amostra pasta 2 130 lav. Amostra pasta 3 130 Amostra pasta 3 130 lav. 36 Em todos os espetros é possível confirmar a presença de vários picos caraterísticos da celulose. No caso das amostras 100% CO notam-se as bandas de absorção dos grupos hidroxilo ( d3332,99 cm¯¹– ligações intermoleculares e d3290 cm¯¹ – ligações intramoleculares), grupo alifático C-H e presença de ligações glicosídicas (d2900, u898,83 cm¯¹), H-O-H (d1650 cm¯¹), C=C do anel aromático (u1650 cm¯¹), grupo alifático -CH2 (d1315,45 cm¯¹), assim como a ligação assimétrica C-O-C (d1161,15, d1107,14, d1029,99, d999,13 cm¯¹). A amostra com a pasta 2 a 130ºC não apresenta o pico H-O-H (d1650 cm¯¹). Estas bandas de absorção caraterísticas identificadas encontram-se em concordância com a atual literatura. (Amaya Vergara et al., 2018); Yavuz et al., 2018); (Paiva, 2015). Com a observação das figuras acima, todos os picos de absorção se sobrepõem sendo que a tela branca apresenta um menor alongamento nas bandas de absorção entre 3333-3290 cm¯¹, 2900 cm¯¹ e 1161-999 cm¯¹, aumentando a intensidade dos picos depois da lavagem, o que traduziu num aumento dos grupos hidroxilo, ligações glicosídicas podendo ter ocorrido condensação e da ligação assimétrica C-O-C. Figura 20: Espetros do FTIR para as amostras de malha Em relação à malha, figura 20, os picos de absorção visíveis são os mesmos que os das outras amostras à exceção da banda de alongamento característica da presença de água a 1635 cm¯¹, o que significa que as condições de secagem não permitiram eliminar toda a água residual presente. (Paiva, 2015). 400100016002200280034004000 Transmitância (%) Número de onda (cm¯¹) Malha Malha lavada 37 Todos os espetros da malha sobrepõem-se sempre sendo que alguns da amostra lavada são mais alongados. O pico de absorção dos 3333 cm¯¹ pode significar que a lavagem foi acompanhada pelo aumento dos grupos hidroxilo e das ligações por pontes de hidrogénio., o pico dos 2900 cm¯¹ indica que houve um maior estiramento do C-H assim como a ligação assimétrica CO-C (d1161,15, d1107,14, d1029,99, d999,13 cm¯¹). Sendo esta malha uma mistura de algodão e poliamida, era de esperar que fossem visíveis picos de absorção típicos da poliamida como 1450 a 1670 cm¯¹ do grupo C=O, entre os 1680 a 1630 cm¯¹ e o dobramento N-H aproximadamente a 1550 cm¯¹, mas como a quantidade é mínima, 3%, não são percetíveis nenhum dos picos. 4.6. Força colorística (K/S) e coordenadas CIElab É importante salientar que as distintas pastas estampadas originaram amostras com diferentes tonalidades e intensidades de cor. Posto isto, procedeu-se à determinação das coordenadas colorimétricas CIELab através do programa Color Shortcut e medição da força colorística (K/S), tendo sido feitas três medições em posições diferentes de cada substrato têxtil, visíveis na tabela 15. Tabela 15: Coordenadas de cor das amostras Amostra L* a* b* DE Amostra pasta 1 SF 28,2 ± 0,4 8,0 ± 0,1 -36,6 ± 0,4 13,7 Amostra pasta 1 SF lavada 37,8± 0,4 3,7 ± 0,2 -27,9 ± 0,3 Amostra pasta 1 130 27,9±0,1 8,1±0,1 -37,0±0,2 3,8 Amostra pasta 1 130 lavada 27,7± 2,4 6,5± 0,3 -33,7± 1,7 Amostra pasta 2 SF 29,1± 0,1 7,7 ± 0,0 -36,1 ± 0,4 10,1 Amostra pasta 2 SF lavada 36,8 ± 2,0 4,7 ± 0,8 -30,3 ± 2,0 38 Amostra pasta 2 130 28,9 ± 0,1 7,7 ± 0,0 -37,3 ± 0,0 3,0 Amostra pasta 2 130 lavada 30,1±0,3 5,2±0,2 -36,1± 0,2 Amostra pasta 3 SF 27,4±0,3 5,8±0,1 -33,8±0,3 12,1 Amostra pasta 3 SF lavada 36,9±0,8 2,8±0,1 -26,9±0,6 Amostra pasta 3 130 28,5± 0,4 5,8± 0,1 -34,2± 0,2 1,0 Amostra pasta 3 130 lavada 29,5± 0,1 5,5± 0,1 -34,2± 0,4 Tela branca 83,8±0,4 -0,6±0,0 -0,0±0,0 0,1 Tela branca lavada 83,9± 0,3 -0,6± 0,0 -0,0± 0,0 Malha branca 87,9± 1,1 -0,3± 0,1 5,4± 1,4 2,3 Malha branca lavada 90,1± 0,5 -0,7± 0,2 5,9± 0,7 Analisando a tabela 15, os valores da coordenada L* são sempre maiores para as amostras com a pasta 1, com a pasta 2, pasta 3 e para a amostra estampada lavadas, o que indica que as amostras depois de lavar perderam luminosidade. Observando os valores de L* para a tela branca e malha branca são muito superiores o que indica que a intensidade é bem menor, mantendo-se a ideia da diminuição da intensidade de cor depois de lavadas. Os valores para a coordenada a* para as amostras com pasta 1, pasta 2 e pasta 3 sem lavar são mais vermelhas que as amostras lavadas, onde há sempre diminuição da intensidade da cor. Além disso a tela branca e a malha possuem valores negativos, o que indica que são mais verdes. Focando na coordenada b*, todas as amostras com pasta 1, pasta 2 e pasta 3 têm valores mais negativos, ou seja, são mais azuis que as amostras lavadas. Relativamente à malha branca, os valores são positivos, sendo a amostra lavada mais amarela o que pode indicar que ao lavar amareleceu devido a algum produto de lavagem. A tela branca possui um valor nulo o que indica que não tem cor azul. 39 Estes resultados estão de acordo com a análise efetuada pela análise visual das amostras estampadas assim como pelos valores obtidos no gráfico de K/S. Como o principal componente do algodão é a celulose, que inclui regiões cristalinas, o tamanho das partículas foi reduzido até certo ponto, os defeitos intergranulares foram diminuídos depois da lavagem e a transparência aumentou, diminuindo então a intensidade da cor (Gan et al., 2021), confirmando-se os valores médios das amostras lavadas inferiores aos das não lavadas visíveis no gráfico da figura 22. Relativamente à diferença de cor entre as amostras lavadas e não lavadas, esta é elevada principalmente quando não há fixação do pigmento. Quando há termofixação a 130ºC a pasta 3 é a que apresenta uma diferença de cor mais baixa, 1, o que reflete as suas elevadas propriedades de solidez. A tela sem estampado sendo uma amostra branca e que passou pelos processos de tratamento prévio apresenta uma quase nula diferença de cor e a malha branca difere com a lavada em 2,3 o que indica que houve resíduos que saíram pós lavagem sendo esta uma amostra não tratada. Figura 21: Valores de KS das amostras 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Amostra pasta 1 SF Amostra pasta 1 SF lavada Amostra pasta 1 130 Amostra pasta 1 130 lavada Amostra pasta 2 SF Amostra pasta 2 SF lavada Amostra pasta 2 130 Amostra pasta 2 130 lavada Amostra pasta 3 SF Amostra pasta 3 SF lavada Amostra pasta 3 130 Amostra pasta 3 130 lavada Tela Tela lavada Malha Malha lavada K/S 40 4.7. Fator de proteção UV (UPF) Na figura 23 são apresentados os valores de UPF para as amostras testadas. Através da análise da figura 23 verifica-se que as amostras depois de lavar aumentaram o valor médio de UPF. O índice UPF de muitos têxteis à base de algodão pode melhorar após serem lavados pelo menos uma vez pois o seu encolhimento permite que menos radiação UV passe através da estrutura. (Juan, 2001) Todas as amostras com a pasta 1 apresentam um UPF classificado como “boa proteção” à exceção da amostra com a pasta 1 termofixada a 130ºC lavada que apresenta muito boa proteção que pode ter ocorrido devido ao facto de ter sido termofixada, havendo então uniformização do pigmento juntamente com o facto de ter ocorrido um ligeiro encolhimento do tecido. As amostras com a pasta 2 apresentam todas uma “muito boa proteção” pois na composição da receita adicionou-se uma maior quantidade de espessante em relação à pasta 1, o que ajudou na fixação e evitou o alastramento da pasta, uniformizando bem os produtos. Relativamente às amostras estampadas com a receita 3, estas possuem também um UPF classificado como “muito boa proteção”, sendo que depois de termofixadas à temperatura de 130ºC diminuiu ligeiramente, o que pode demonstrar que como esta pasta é a mais complexa com mais produtos auxiliares, a reação de um deles com a temperatura fez com que a superfície absorvesse mais radiação. A tela branca apresenta baixa proteção à radiação UV porque não apresenta qualquer estampado e como tem uma grande quantidade de poros por ser um tecido, absorve a maior parte da radiação. A malha branca apresenta um UPF classificado como “excelente proteção”, porque sendo apertada, menor é a distância entre as fibras o que traduz na pequena quantidade de poros e elevada espessura, dificultando a passagem de raios UV. Em relação à diferença entre a tela e a malha, é a estrutura têxtil como a porosidade e a densidade que influenciam o UPF. 41 Figura 22: Valores médios do UPF das amostras Baixa Proteção Boa Proteção Muito Boa Proteção Excelente Proteção 4.8. Consumo de gás Devido ao aumento dos custos da energia, e sendo este um problema que influencia cada vez mais o futuro das empresas, efetuou-se um estudo com o intuito de se perceber se era mais rentável usar o vaporizador a 150ºC ou a râmola a 100ºC ou 130ºC, determinando-se o consumo de gás de ambos. Para isso, em cada um dos casos, enquanto um artigo entrava na respetiva máquina para termofixar/acabar, apontou-se o valor inicial da energia, os metros iniciais da amostra e o tempo que demorava a sair e no final retirou-se novamente o valor final da energia e os metros que tinham passado na máquina. Com estes dados, calculou-se então o consumo de gás e custos para cada uma das temperaturas no vaporizador e na râmola, como podemos observar nas tabelas 17 e 18. O custo do gás natural é de 0,5643€/ 𝑚+ . 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Amostra pasta 1 SF Amostra pasta 1 SF lav. Amostra pasta 1 130 Amostra pasta 1 130 lav. Amostra pasta 2 SF Amostra pasta 2 SF lav. Amostra pasta 2 130 Amostra pasta 2 130 lav. Amostra pasta 3 SF Amostra pasta 3 SF lav. Amostra pasta 3 130 Amostra pasta 3 130 lav. Tela Tela lav. Malha Malha lav. UPF 42 Tabela 16: Consumo de gás na râmola e vaporizador Máquina Temperatura 𝒎𝟑 𝒎𝟑/𝒎𝒊𝒏 Peso/metro linear Metro linear/kg Râmola 100ºC (secar a 120ºC) ∆𝐸 ×(𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟(𝑑𝑒(𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠ã𝑜 =(5,355 𝑚" 𝑡 =0,5355 𝑝𝑒𝑠𝑜( ×(𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 =243 1000 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 =4,1152 Râmola 130ºC 3,885 0,3885 308 3,2467 Vaporizador 150ºC 3,432 0,2288 264 3,7879 Tabela 17: Consumo de gás na râmola e vaporizador Máquina Temperatura kg/m 𝒎𝟑/𝒌𝒈 (consumo de gás) €/kg (custos) Râmola 100ºC (secar a 120ºC) D𝑣×1000E𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟 𝑘𝑔 H 1000=6,8526 𝑚"/𝑚𝑖𝑛 𝐾𝑔/𝑚 =0,0781 0,0781 ×0,5643 =0,044€ Râmola 130ºC 9,6712 0,0402 0,0402 ×0,5643 =0,023€ Vaporizador 150ºC 5,280 0,0433 0,0433 ×0,5643 =0,024€ De acordo com os resultados obtidos nas tabelas acima e dado o objetivo do projeto, a sustentabilidade, optou-se pela utilização da râmola a 130ºC, passando à frente o processo de termofixação no vaporizador. 49 Nos dois espetros é possível confirmar a presença de picos caraterísticos da celulose. É de notar as bandas de absorção dos grupos hidroxilo ( d3332,99 cm¯¹– ligações intermoleculares e d3290 cm¯¹ – ligações intramoleculares), grupo alifático C-H e presença de ligações glicosídicas (d2900, u898,83 cm¯¹), H-O-H (d1650 cm¯¹), grupo alifático -CH2 (d1315,45 cm¯¹), assim como a ligação assimétrica C-O-C (d1161,15, d1107,14, d1029,99, d999,13 cm¯¹). Como esta malha é constituída por 3% de poliamida era de esperar que se observasse bandas de absorção típicas como de 1450 a 1670 cm¯¹ do grupo C=O entre os 1680 a 1630 cm¯¹ e o dobramento N-H aproximadamente a 1550 cm¯¹ (Associada, 2021), o que não se comprova. Na amostra lavada denota-se que a banda a 3333 cm¯¹ e 3290 cm¯¹ é mais larga e mais alongada podendo significar que a lavagem resultou num aumento dos grupos hidroxilo e das ligações por pontes de hidrogénio. Também os picos de absorção referentes à ligação C-O-C são mais intensos. Estas bandas de absorção caraterísticas identificadas encontram-se em concordância com a atual literatura. (Amaya Vergara et al., 2018); Yavuz et al., 2018); (Paiva, 2015). É detetada a banda de alongamento característica da presença de água a 1635 cm¯¹ nas amostras não lavada e lavada, o que significa que as condições de secagem não permitiram eliminar toda a água residual presente. (Paiva, 2015). 5.8. Força colorística (K/S) e coordenadas CIElab Para a medição da força colorística (K/S) e coordenadas CIELab foram feitas 3 medições em posições diferentes de cada amostra. Tabela 24: Coordenadas de cor CIELab Amostra L* a* b* DE Amostra estampada 41,5± 4,9 -0,3± 0,1 -0,3 ± 0,7 3,5 Amostra estampada lavada 44,9± 4,7 -0,9± 0,3 -0,0± 0,8 Analisando a tabela 24, os valores da coordenada L* são pouco elevados indicando que têm muita luminosidade, sendo que o da amostra depois de lavar é maior, o que revela que a amostra depois de lavar perdeu intensidade de cor. 50 Os valores para a coordenada a* são negativos, o que indica que são mais verdes, aumentando depois de lavar. Focando na coordenada b*, a amostra possui um valor negativo muito baixo o que indica que é uma amostra com uma tonalidade pouco azulada, sendo que depois de lavar perdeu totalmente. Olhando ao valor do delta E, a diferença de cor de 3,5 entre a não lavada e a lavada reflete que não houve muita diferença de perda de cor com a termofixada a 130ºC, o que incide na não interferência da termofixação. Estes resultados estão de acordo com a análise efetuada pela análise visual das amostras estampadas. Os valores obtidos no gráfico de K/S mostram pequenas diferenças entre as amostras o que indica que têm intrinsecamente forte efeito de dispersão e baixa intensidade de absorção. Figura 27: Valor do K/S das amostras 5.9. Fator de proteção UV (UPF) Na figura 29 são apresentados os valores de UPF para a amostra final estampada. 0 20 40 60 80 100 120 140 Amostra estampada final Amostra estampada final lavada 51 Figura 28: Valores médios dos UPF das amostras Excelente Proteção Através da análise da figura acima, verifica-se que as amostras apresentam um UPF classificado como “excelente proteção”, sendo que a amostra depois de lavar ainda aumentou o seu valor de UPF assim como a malha sem estampado. Mais uma vez, após a lavagem a malha encolheu ficando mais apertada, traduzindo na menor distância entre as fibras e consequentemente menor quantidade de poros e elevada espessura, dificultando a passagem de raios UV. 52 6. Conclusões e Perspetivas Futuras 6.1. Conclusões finais A divulgação dos inúmeros impactos ambientais e económicos causados pela indústria têxtil tem contribuído para a predileção por práticas sustentáveis nos processos têxteis. Neste sentido, como os efluentes do processo de estampagem possuem uma alta carga tóxica por conter metais pesados provenientes dos pigmentos e corantes e dos diversos produtos não biodegradáveis usados e de forma a poupar custos nas operações de estamparia, foi realizado um estudo e análise das receitas de estamparia que a empresa usa, tendo em atenção a todos os seus constituintes, permitindo obter simultaneamente benefícios ambientais e sucesso nos resultados finais pretendidos. De acordo com os resultados obtidos no decorrer da realização deste trabalho, é possível afirmar que o objetivo estipulado pela Estamparia Têxtil Adalberto Pinto da Silva, S.A. de estudar e analisar soluções em pasta e estamparia convencional mais sustentáveis em termos químicos e ecológicos foi alcançado com sucesso. Primeiramente foram desenvolvidas três pastas diferentes, as duas primeiras com diferença apenas entre o ligante e o fixador e uma terceira mais robusta em que todos os constituintes se diferenciavam das outras, mas todas com o pigmento natural em comum, em que a ideia era a utilização de ligantes e fixadores de baixa temperatura de reticulação em substituição dos tradicionais ligantes e fixadores de alta temperatura de reticulação, mantendo a qualidade dos estampados. Durante o estudo realizado, tendo em vista a eliminação do processo de termofixação, as amostras foram estampadas e termofixadas a 130ºC e 160ºC, deixando outras por termofixar, para posteriormente serem testadas por diversos ensaios como solidez dos tintos à fricção, durabilidade do estampado às lavagens, molhabilidade e ângulo de contacto, FTIR, rendimento colorístico e UPF. Pela análise de todos os testes, é de salientar o melhor comportamento da pasta 3, realçando o melhor rendimento colorístico, mas sendo esta uma pasta cara e visto que os resultados para a pasta 2 eram próximos, optou-se pela escolha desta última. Devido ao aumento dos custos da energia, e sendo esta uma problemática que questiona cada vez mais o futuro das empresas, efetuou-se um estudo com o intuito de se perceber se era 53 mais rentável usar o vaporizador a 150ºC ou a râmola a 100ºC ou 130ºC, determinando-se o consumo de gás para ambos. A utilização da râmola a 130ºC traz um custo para a empresa de 0,023€/kg, sendo a opção menos consumidora, eliminando-se o processo de termofixação no vaporizador. Posto isto, usando a receita 2, estampou-se a malha, secando-a na mansarda e levou-se a reticular na râmola a 130ºC, saltando assim o processo de termofixação. De modo a avaliar o sucesso da escolha, testou-se esta amostra final aos diversos índices de solidez, que se mantiveram conforme o esperado, dentro das especificações internas, FTIR, molhabilidade e ângulo de contacto, UV-vis e UPF. Relativamente ao FTIR esta apresentou todos os picos de absorção típicos da celulose, faltando os da poliamida devido à sua baixa percentagem. Pela análise dos valores de ângulo de contacto estes foram acima dos 90º, caraterizando-a como hidrófoba, e ainda o formato da gota de água sobre a fibra mostra como as amostras possuem pouca afinidade com a água. Pelo estudo do rendimento colorístico, é possível verificar que sem termofixação esta obteve resultados parecidos aos com termofixação, apresentando apenas 3,5 de DE, podendo concluir que as perdas de cor não ocorrem devido à não termofixação/termofixação e poderão resultar da concentração usada na pasta de fixador. Os valores médios do UPF classificam-na como “excelente proteção”, aumentando ainda os resultados depois da lavagem, que traduz numa menor distância entre as fibras e consequentemente menor quantidade de poros devido ao encolhimento. Em suma, o trabalho realizado resultou na produção de uma pasta mais sustentável para aplicação em estamparia convencional conseguindo eliminar o processo no vaporizador, resultando em menos gastos de energia e custos para a empresa. 6.2. Perspetivas Futuras Este estudo permitiu tirar várias conclusões, tal como enunciado anteriormente. Todavia ainda há certas questões em aberto: i) Poder estampar com este método em grandes quantidades; ii) Avaliar a distribuição do pigmento no substrato têxtil; iii) Utilizar biopolímeros de modo a testar a reprodutibilidade destes assim como de um espessante natural; iv) Estudar a possibilidade de incorporar diferentes aditivos naturais na pasta de estampar, de forma a desenvolver estampados com diferentes funcionalidades. 54 Referências bibliográficas Abdelrahman, M. S., Nassar, S. H., Mashaly, H., Mahmoud, S., Maamoun, D., & Khattab, T. A. (2020). Review in textile printing technology. In Egyptian Journal of Chemistry (Vol. 63, Issue 9, pp. 3465–3479). NIDOC (Nat.Inform.Document.Centre). https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.23726.2418 Amaya Vergara, M. C., Cortés Gómez, M. P., Restrepo Restrepo, M. C., Manrique Henao, J., Pereira Soto, M. A., Gañán Rojo, P. F., Castro Herazo, C. I., & Zuluaga Gallego, R. (2018). 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