Fonte: LADCHUMANANANDASIVAM, 2006.
3.3.1. Fibras biodegradáveis
Muitas fibras naturais, regeneradas ou sintéticas, são biodegradáveis. As fibras naturais podem ser subdivididas em três categorias principais, dependendo da sua natureza ou origem: vegetal, animal ou mineral. As fibras vegetais e fibras de origem animal são totalmente biodegradáveis, enquanto as fibras minerais não são. As fibras vegetais são obtidas a partir de diversas partes das plantas incluindo as folhas, caules, e frutas / sementes. Os comprimentos destas fibras dependem principalmente da sua localização no interior da planta, por exemplo, as fibras dos frutos/sementes são curtas (alguns centímetros), enquanto fibras do caule e folhas podem ter mais de um metro de comprimento (BLACKBURN, 2005).
16 3.3.2. Fibras de Proteínas
Fibras de proteínas são constituídas por cadeias polipeptídicas compostas por vários aminoácidos como unidades primárias (monoméricos). Fibras de proteínas podem ser classificadas em quatro grupos distintos, com base na fonte: fibras do cabelo/pelo de animais, fibras formadas por secreção, fibras obtidas a partir de penas de aves, e fibras que são regeneradas a partir de proteínas vegetais ou animais (BLACKBURN, 2005).
3.3.3. Fibras Regeneradas e Modificadas
Uma das fibras regeneradas de celulose mais comum é a fibra de raion viscose (viscose), derivado a partir da polpa da madeira purificada. Muitas variedades de fibras de viscose, por exemplo viscose de alta tenacidade estão disponíveis comercialmente.
Lyocell é produzido de polpa de madeira através de um processo de fiação a solvente. Existem vários sistemas de solventes efetivos na dissolução direta da celulose: Cloreto de lítio, dimetil acetamida, Amônia, tiocianato de amônia. Lyocell tem várias propriedades interessantes que resultam do arranjo cristalino das unidades celulósicas. O grau de polimerização e cristalinidade são maiores do que do ráion viscose. As unidades cristalinas são conectadas pelas pontes de hidrogênio (LADCHUMANANANDASIVAM, 2006).
3.3.4. Fibra de Soja
A utilização de proteína de soja não é nova, já na década de 1910 Henry Ford experimentou o uso de materiais agrícolas para fazer peças de carros. Ele tentou muitas culturas, incluindo glúten de trigo, farelo e óleo de soja e foi bem sucedido em fazer várias peças de automóveis, tais como caixa de bobina com glúten de trigo reforçado com fibras de amianto e porta-luvas, trocador de marchas, maçanetas, botões de buzina, pedais de acelerador, cabeças
17 distribuidoras, acabamento interno, painéis, etc., com farelo de soja reforçados com fibras (BLACKBURN, 2005).
As proteínas de soja disponíveis comercialmente são classificadas em três grupos principais com base no teor de proteína: farinha de soja (SF), concentrado de proteína de soja (SPC) e proteína isolada de soja (SPI). SF contém cerca de 55% de proteínas e 35% de amido (hidratos de carbono) é a forma que tem menos proteína de soja refinada e é preparada por moagem de flocos de grãos de soja. SPC é preparado por eluição de componentes solúveis a partir de farinha de soja desengordurada e contém cerca de 70% de proteína e 18% de carboidratos. SPI é a forma mais pura de todas elas e contém cerca de 95% de proteína (BLACKBURN, 2005).
Criar uma fibra feita pelo homem, macia, confortável e economicamente viável equivalente a lã, uma fibra de proteína natural, tem sido uma meta para as indústrias têxteis, cientistas e fabricantes. Desenvolvimentos em fibras biodegradáveis a partir de recursos renováveis no final do século XX, reavivaram o interesse nestas fibras. O desenvolvimento de uma fibra como a lã a partir de soja é uma história de inovação tecnológica (e fracasso) interligados com a mudança de política e prioridades ecológicas. As fibras de proteína de soja foram uma das inovadoras e pioneiras nas fibras proteicas regeneradas que foram desenvolvidos na metade do século XX. No entanto, os problemas técnicos significavam que as fibras não poderiam competir com tantas fibras naturais ou as fibras sintéticas recém-desenvolvidas e assim, ter aplicação comercial limitada, não se tornou fibras convencionais e foram quase totalmente esquecidas (BLACKBURN, 2005).
A fibra de soja é uma fibra proteica regenerada sendo um polímero natural obtido a partir da semente de soja. É feita do bolo da soja após olear, pelas novas tecnologias da bioengenharia, e foi descoberta na China, em 1999, por Li Guanqi. Entre as suas características, apresentam toque e brilho muito próximos da seda, é confortável, tem ótimo toque, e de fácil cuidado, assim como boas propriedades de alongamento, absorção de umidade, e tem maior resistência à tração em relação ao algodão (ALVES; RUTHSCHILLING, 2008). O processo de obtenção destas fibras é realizado a úmido, devido ao líquido que coagula em banho. Posteriormente, estas são firmadas por termofixação, onduladas e
18 cortadas em fibras curtas. Em decorrência de sua forma, as fibras de SPF são adequadas para a fabricação de tecidos leves e de alto poder de cobertura. Os tecidos com 100% de fios de SPF resultam em tecidos leves e com toque similar aos da mistura do cashmere com a seda natural (Aparecida & Raquel). A proteína esférica é destilada do bolo da semente e refinada e, posteriormente, é adicionada uma enzima biológica que modifica a estrutura espacial da proteína. Seguidamente, são adicionados altos polímeros e a solução é cozida e estabilizada por acetilização. Por fim, passa pelo processo de texturização e termofixação e é cortada no tamanho necessário para o fim a que se destina. Apesar da cor natural das fibras de soja serem amareladas, estas fibras podem ser tingidas com corantes ácidos e reativos e possuem uma ótima solidez. Contudo, não reagem aos corantes neutros.
A absorção à umidade é semelhante à do algodão. A sua taxa de recuperação de umidade é de 8.6%. Estas fibras detêm um bom efeito anti- estático e contêm aminoácidos necessários ao corpo humano como a hidroxila, a cianamida e a carboxila.
As fibras de soja são resistentes aos ácidos, aos raios ultravioleta e bastante resistentes aos álcalis, contudo são sensíveis à soda cáustica. Também são resistentes aos fungos, apresentando uma resistência semelhante à da seda e lã, e uma maior resistência ao mofo que a lã, seda e algodão. As fibras proteicas de soja têm uma má qualidade termoplástica, na medida em que começam a amarelar a partir de 120ºC. Estas fibras são mais leves que o algodão, viscose e seda e têm um melhor alongamento que o algodão, na ordem dos 18-21%, porém, menor que a da viscose, seda e lã (YI-YOU, 2004).
3.4. MICROCÁPSULAS
As microcápsulas são definidas como partículas esféricas ou irregulares, com tamanho entre os 50 nanômetros e 2 micros, compostas por uma matriz polimérica (parede da microcápsula) e um componente ativo, substância do núcleo (BEZERRA; SILVA; MORELL, 2014). As microcápsulas também são
19 aplicadas na área cosmética e na enologia. Sua aplicação nos produtos têxteis data do princípio dos anos 1990.
A microencapsulação é o processo através do qual pequenas parcelas de componentes ativos de um gás, líquido ou sólido, são empacotadas num segundo material, com objetivo de proteger o material ativo do meio circundante. Uma grande vantagem de usar a tecnologia de microencapsulação é a sua capacidade para proteger os componentes ativos de ambiente perigoso, como oxidação, calor, acidez, alcalinidade, umidade ou evaporação. Também protege componentes de interagir com outros compostos no sistema, o que pode resultar na degradação ou polimerização (CHENG et al., 2009).
Entre vários materiais, a sílica é amplamente usada como um material de revestimento por causa da sua durabilidade, estabilidade fotocrômico e inocuidade para o ambiente do corpo humano. Assim, microcápsulas de sílica são aplicadas em vários setores, como cerâmica, medicina, cosméticos, cromatografia e pigmentos (HONG et al., 2011).
Processos físico-químicos, tais como coacervação e polimerização interfacial têm sido utilizados para micro encapsular os sistemas fotossensíveis e termocrômico. Porém, para obter uma vida útil satisfatória e melhor durabilidade em tecidos, técnicas de polimerização interfacial são quase sempre adotadas. O sistema mais utilizado para a microencapsulação de tintas termocrômicas e fotocrômicas envolve sistemas de ureia ou de melamina- formaldeído. Corantes termocrômicos micro encapsulados geralmente resistem até 20 ciclos de lavagem, embora a secagem excessiva a temperaturas elevadas ou uso de produtos branqueadores pode reduzir a vida útil do acabamento (NELSON, 2002).
A composição das microcápsulas tem como base de referência a patente número US 4717710, com o título Thermochromic composition. Segundo esta patente, que se refere aos pigmentos termocromáticos da Matsui, a composição termocromática compreende: um material cromogênio doador de elétrons, um composto do tipo 1,2,3 – triazole, uma imina (ou base de Schiff) pouco solúvel ou um sal de amina primária com ácido carboxílico, e um álcool, amida ou éster atuando como solvente (LOPES et al., 2009).
20
Figura 4: Representação de uma microcápsula.
Fonte: (http://www.helmetharbor.com/st)
3.5. CROMISMO
Cromismo se refere ao fenômeno em que a cor é o resultado de um largo espectro de interações entre a luz incidente e o material (DURASEVIC; OSTERMAN; SUTLOVIC, 2010). Estas interações podem ser classificadas em cinco grupos seguintes: mudança reversível na cor; absorção e reflexão da luz; absorção de energia, seguido de emissão da luz; absorção de luz e transferência de energia ou transformação de energia; uso (manipulação) de luz.
Cromismo é um fenômeno no qual ocorre uma alteração na cor de um composto químico que é denominado de acordo com um estímulo externo que provoque a reação, quer fisicamente quer quimicamente. Muitas, mas não todas estas reações são reversíveis. O fenômeno inclui mudanças de cor, não só na região visível, mas em todo espectro eletromagnético (DURASEVIC; OSTERMAN; SUTLOVIC, 2010)(LOPES et al., 2009). A classificação deste fenômeno é como se segue:
- Fotocromismo - a mudança de cor de um composto induzida pela luz. - Termocromismo - mudança de cor de um composto induzido por calor.
- Eletrocromismo - mudança de cor de um composto causada por uma corrente elétrica.
21 A figura 5 ilustra o princípio de termocromismo que ocorre em microcápsulas poliméricas, onde temos o estado colorido e o estado incolor do corante de acordo com a variação de temperatura.
Figura 5:Ilustração do princípio do termocromismo.
Fonte: (www.chromazone.co.uk)
Corantes e pigmentos termocrômicos mudam de cor reversivelmente com uma alteração relativamente pequena na temperatura. Eles oferecem um significativo potencial para a estética e design têxtil funcional na área de materiais inteligentes, que são concebidos para interagir em uma variedade de formas. Dois tipos de sistema termocrômico que tenha sido usado com sucesso nos têxteis merecem destaque: o tipo líquido cristalino e os baseados em formadores de cor, para ambos os tipos, os componentes ativos são normalmente microencapsulados e aplicados ao substrato têxtil como um pigmento (CHOWDHURY; BUTOLA; JOSHI, 2013).
Materiais orgânicos termocrômicos reversíveis consistem geralmente de pelo menos três componentes ou seja, um corante, um revelador da cor e um solvente. A sua reação com o segundo componente, o revelador da cor aceita elétrons, define a posição da absorção de comprimento de onda mais longo que provoca coloração / descoloração (KULČAR et al., 2010).
22 Corantes termocrômicos reversíveis são disponíveis comercialmente com várias temperaturas de ativação, a partir de -15 a 65 °C, mas a maioria das aplicações são limitadas a três gamas de temperatura, ou seja, frio (~10°C), calor do corpo ativado (~31°C) e quente (~43°C) (KULČAR et al., 2010).
Misturas orgânicas termocrômicas fazem parte da maior família de corantes funcionais, que são materiais inteligentes com propriedades óticas que podem mudar com estímulos químicos, elétricos e/ou térmicos (MACLAREN; WHITE, 2005).
Corantes e pigmentos termocrômicos, nos quais a mudança de cor com a temperatura é reversível, são úteis onde a mudança de cor indica uma variação na temperatura, como por exemplo em termômetros de plástico, embalagens de alimentos, termografia médica e em ensaios não-destrutivos de artigos de engenharia e circuitos eletrônicos. Eles podem também ser usado para design criativo ou efeitos em artigos têxteis. Há um potencial recente de aplicações têxteis de termocromismo com o desenvolvimento dos chamados tecidos de vestuário "inteligentes", que são projetados para interagir em uma variedade de formas com o seu ambiente (CHRISTIE; BRYANT, 2005).
Dois principais tipos de sistemas termocrômicos foi desenvolvido para os materiais têxteis. O primeiro é um sistema multicomponente contando com uma cor principal, o efeito termocrômico é geralmente um intercâmbio reversível a partir de uma cor para outra, ou de incolor para cor a uma dada temperatura. O segundo tipo usa cristais líquidos, neste caso o efeito termocrômico é bastante diferente em que um espectro contínuo de cores, é possível ao longo de um intervalo das temperaturas, conhecidas como "jogo de cores" (CHRISTIE; BRYANT, 2005). Uma característica de ambos os sistemas termocrômicos aplicados aos têxteis é a exigência da microencapsulação, um processo pelo qual os ingredientes são envolvidos em uma pequena cápsula. Isto é necessário para assegurar que os materiais estejam ali contidos e proporcionar proteção contra o ambiente a que os mesmos podem ser sensíveis. Eles são aplicados como pequenas partículas sólidas e são muitas vezes consideradas como pigmentos, em vez de corantes (CHRISTIE; ROBERTSON; TAYLOR, 2007).
23 Há uma exploração comercial de têxteis termocrômicos, mais notavelmente as camisetas que mudam de cor com a temperatura da pele, um item de moda transitória do final dos anos 1980. Há, no entanto, um considerável potencial para aplicações têxteis funcionais de termocromismo associados com os chamados tecidos e vestuários 'inteligentes', que são projetados para detectar e reagir às condições ambientais e a estímulos. Um projeto termocrômico requer um meio de aplicação de corantes ou pigmentos termocrômicos em um substrato, em conjunto com um sistema gerador de calor, o que pode, por exemplo, envolver um simples contato com a pele humana ou circuitos eletrônicos. Este último combina o processo de design criativo com as tecnologias de coloração e engenharia eletrônica (CHRISTIE; ROBERTSON; TAYLOR, 2007).
Os materiais fotossensíveis são suscetíveis a serem afetados pelos fatores ambientais, tais como oxigênio, pH, luz e temperatura, que leva à oxidação e deterioração. Esses fatores ambientais limitam as aplicações de materiais fotossensíveis em têxteis e outras áreas civis (ZHOU et al., 2013).
Materiais fotossensíveis, quando ativados por irradiação com luz ultravioleta (UV) sofre uma transformação reversível entre duas espécies moleculares com diferentes espectros de absorção. No caso de corantes disponíveis comercialmente, o resultado de irradiação UV é uma mudança de cor, normalmente a base de incolor para cor. O material reverte ao seu estado original, quando a fonte luminosa é removida, ou por irradiação com um comprimento de onda diferente da luz. Podem ser previstas aplicações de corantes fotossensíveis em têxteis utilizando a criatividade do designer têxtil para explorar os efeitos de mudança de cor dinâmicas de uma forma inteligente e em produtos têxteis funcionais ou inteligentes; por exemplo, na proteção de marca, camuflagem e como sensores UV (LITTLE; CHRISTIE, 2011).
Compostos fotossensíveis são de interesse da ciência e indústria por sua característica única de mudar de cor de forma reversível, em resposta a estímulo da luz. As mudanças de cor em compostos fotossensíveis provêm da mudança de absorção óptica em função da estrutura molecular ou alteração de conformação. O uso de fotocromismo nos têxteis criará novas oportunidades para desenvolver roupas inteligentes capazes de bloquear a radiação UV e/ou
24 detecção de alterações ambientais, bem como a indicação de efeitos fantasia de mudança de cor (CHENG et al., 2008).
A figura 6 ilustra a molécula do corante termocrômico, onde na forma leuco o corante encontra-se na forma incolor.
Figura 6: Molécula do corante termocrômico.
Fonte: http://commons.wikimedia.org
3.6. TÊXTEIS INTELIGENTES
Têxteis inteligentes podem ser descritos como têxteis que são capazes de detectar estímulos do meio ambiente, para reagir a eles e se adaptar por integração de funcionalidades na estrutura têxtil. O estímulo, bem como a resposta pode ser elétrica, térmica, de origem química, magnética ou outro (SCOTT, 2005).
A extensão de inteligência pode ser dividida em três subgrupos:
Têxteis inteligentes passivos, são aqueles que mantêm suas características independentemente do ambiente exterior;
Têxteis inteligentes ativos, são os que atuam especificamente sobre um agente exterior;
Têxteis muito inteligentes, são os tecidos que adaptam automaticamente sua funcionalidade às alterações do ambiente. São aqueles que modificarão suas propriedades em relação ao estímulo exterior.
25 A indústria têxtil está procurando alterar o seu foco principal para o desenvolvimento de produtos com grandes possibilidades para acrescentar valor aos substratos têxteis tradicionais através do incremento de diferentes funcionalidades, seja pela utilização de novas fibras, pelo desenvolvimento de novas estruturas, pela aplicação de novos acabamentos ou mesmo pela integração de sistemas eletrônicos. Os denominados têxteis técnicos, funcionais e o conceito “wearable technology” fazem parte deste novo eixo de atenção (FERREIRA; FERREIRA; OLIVEIRA, 2014).
O primeiro material têxtil rotulado como um smart textile foi um fio de seda com memória de forma (Otsuka e Wayman, 1999). Tratava-se de um novo tipo de produto que oferecia um grande e potencial interesse para aplicações de natureza técnica.
Materiais de alta tecnologia, por exemplo, podem ser utilizados em condições perigosas envolvendo calor tóxico ou produtos químicos agressivos, eles fornecem extrema resistência ao impacto (SCOTT, 2005).
Podemos citar como têxteis inteligentes os tecidos antimicrobianos, tecidos frios, Cosmeto-têxteis, têxteis fotocrômicos e termocrômicos, têxteis para segurança, saúde e comunicação, proteção contra a radiação ultravioleta, tecidos poli sensuais, têxteis eletrônicos e condutores, materiais com memória de forma (SÁNCHEZ, 2006).
26 4. METODOLOGIA.
Neste capítulo será descrito os materiais e métodos experimentais usados para a obtenção da quitosana, funcionalização do substrato têxtil e processo de exaustão usado no tingimento com microcápsulas termosenssíveis.
4.1. Materiais e equipamentos
Todos os reagentes utilizados neste trabalho foram de grau analítico para análise (P.A).
Hidróxido de sódio em micro pérolas – NaOH - Vetec Ácido clorídrico – HCl - Quimex
Hipoclorito de sódio – NaOCl - QM Ácido acético – CH3COOH - Vetec
Acetona - CH3OCH3– Vetec
Demais produtos:
Quitosana – produzida em laboratório
Micro/nanocápsulas Termosenssíveis – Matsui Ligante – Primal Eco 934 TK
4.2. Procedimento experimental
4.2.1. Obtenção da Quitosana
O processo para a extração de quitina e quitosana a partir de exoesqueletos de camarões (Litopenaeus vannamei) foi semelhante ao utilizado por ANDRADE
et al., 2012. Todo o processo para a obtenção da quitosana foi realizado no
Laboratório Químico Têxtil – LABTEX.
As cascas do camarão foram obtidas em uma feira livre da cidade de Natal/RN. Uma das primeiras operações para obtenção da quitina a partir dos resíduos de camarão foi o pré-tratamento: limpeza, separação, secagem, trituração. Inicialmente lavou-se as cascas com água corrente, uma a uma, para eliminação de materiais residuais como: carne, ovas, sais, matérias vegetais,
27 orgânicos e outros materiais. Em seguida as cascas foram secas em estufa, da Biofogo modelo BF2 ECF 64, a temperatura de 80ºC por 4 horas. As cascas já secas foram trituradas a fim de obter menor granulometria.
Após obtenção de partículas menores, foi realizado o processo de desmineralização, o qual tem por objetivo reduzir o teor de cinzas da matéria- prima, com o uso do ácido clorídrico (HCl) a uma concentração de 2,5%, este processo foi realizado em banho maria por uma hora a 50°C para eliminação do carbonato de cálcio (CaCO3), em seguida a amostra foi lavada constantemente
com água destilada para neutralização do pH.
No processo de desproteinização foi utilizado o hidróxido de sódio (NaOH) à 5% para eliminação das proteínas, processo realizado em banho maria por uma hora a 50°C com agitação manual e seguido da neutralização do pH, sendo neste processo obtida a quitina.
Os exoesqueletos dos crustáceos contêm pigmentos que não se encontram complexados com materiais inorgânicos ou proteínas, não sendo eliminados pelos tratamentos mencionados, por isso é necessário o processo de despigmentação/desodorização com hipoclorito de sódio (NaOCl) a 0,36% (v/v).
Durante a reação de desacetilação, os grupamentos acetamido (-NHCOCH3) da quitina são transformados, em graus variados, em grupos amino
(-NH2), dando origem a quitosana. Para obtenção da quitosana a partir da quitina
foi realizado o processo de desacetilação alcalina, com o hidróxido de sódio concentrado (43%), processo realizado por três horas a 90°C sob agitação no agitador magnético.
Após a obtenção da quitosana particulada segue-se para o processo de diluição, onde foi utilizada uma concentração de 1:100. Em um béquer foi diluído o ácido acético (1% v/v) com 99 ml de água destilada e acrescentado um grama de quitosana particulada, o processo foi feito em um agitador magnético, durante 2 horas seguido de filtragem em papel filtro. Depois de diluída a solução de quitosana foi filtrada duas vezes em papel filtro, obtendo-se uma solução viscosa e transparente. No fluxograma 3 está descrito todos os processos e reagentes usados para a obtenção da quitosana.
28 A quitosana diluída, solução padrão de 1%, foi caracterizada em análise de condutividade elétrica e viscosidade.
A condutividade elétrica foi realizada no equipamento Multi parâmetro da Hach Sension 156 e a viscosidade medida em um Rheometer R/S da BrookField.