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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
CHRISTIANE SIQUEIRA DE AZEVEDO SÁ
DESENVOLVIMENTO DE UM MATERIAL TÊXTIL
TERMOSENSSÍVEL COM MICRO/NANOCÁPSULAS
IMOBILIZADAS EM FIBRAS REGENERADAS
NATAL
2015
CHRISTIANE SIQUEIRA DE AZEVEDO SÁ
DESENVOLVIMENTO DE UM MATERIAL TÊXTIL
TERMOSENSSÍVEL COM MICRO/NANOCÁPSULAS
IMOBILIZADAS EM FIBRAS REGENERADAS
Dissertação apresentada ao Programa
de Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte, na área de
Tecnologia dos Materiais, em
cumprimento as exigências para
obtenção do título de Mestre em
Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. Dr. Rasiah
Ladchumananandasivam
Co-Orientador: Prof. Dr. José Heriberto
O. do Nascimento
Natal/RN, Fevereiro, 2015
CHRISTIANE SIQUEIRA DE AZEVEDO SÁ
DESENVOLVIMENTO DE UM MATERIAL TÊXTIL TERMOSENSSÍVEL COM
MICRO/NANOCÁPSULAS IMOBILIZADAS EM FIBRAS REGENERADAS
Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de
MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA
Sendo aprovada em sua forma final.
Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam (Orientador – Presidente)
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Prof. Dr. José Heriberto O. do Nascimento (Co-Orientador)
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Prof. Dr. Fernando Ribeiro Oliveira (Examinador Interno)
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Profª. Drª. Andreza Kelly Costa Nóbrega (Examinador Externo)
Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA)
Dedico este trabalho a Deus o Senhor da minha vida. Ao meu esposo Antônio Henrique, pela compreensão, amor e carinho. Aos meus familiares, em especial a minha mãe Maria Zuleide, pelo amor, dedicação, incentivo e ao meu querido pai e avô José Machado “in memoriam”.
Pedi e vos dará. Buscai e acharei. Batei e vos será aberto. Porque todo aquele
que pede, recebe. Quem busca, acha. A quem bate, abrir-se-á.
Mateus 7, 7-8.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus o meu Senhor e Salvador, por estar
sempre ao meu lado me guardando, ensinando sempre o melhor caminho e
dando força para enfrentar as dificuldades.
Aos meus familiares, pais, avós, tios e tias, primos e primas, sogro e sogra
e ao meu padrasto pelo apoio e incentivo ao longo dessa carreira. Em especial
a minha mãe que muito se dedicou em me ajudar.
Ao meu esposo Antônio Henrique que está ao meu lado desde a
graduação, pelo amor, dedicação e compreensão por cada dia de dedicação
exclusiva aos estudos.
A Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Norte -UFRN, que
proporcionou a minha formação acadêmica, tanto a nível de graduação, como
na pós- graduação, Mestrado.
Ao apoio financeiro da CAPES (Comissão de Aperfeiçoamento de
Pessoal do Ensino Superior).
Ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEM, pela
contribuição em minha formação acadêmica.
Ao Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam, pela confiança em mim
depositada, pelos conhecimentos, pela orientação e pela convivência desde a
época da graduação nessa Instituição e depois como aluna de mestrado.
Ao Prof. Dr. José Heriberto Oliveira do Nascimento, pelo incentivo para
fazer o mestrado, pela grande ajuda na elaboração do projeto, pela orientação e
pela convivência desde a graduação quando éramos alunos.
Ao Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza coordenador e a Luiz
Henrique secretário da pós- graduação em Engenharia Mecânica.
A todos os professores do Departamento de Engenharia Mecânica e aos
do Departamento de Engenharia Têxtil que contribuíram para a minha formação
acadêmica e profissional.
Aos técnicos e alunos dos laboratórios que ajudaram na realização das
análises de MEV, DRX, FTIR, Tamanho de partícula, Potencial zeta, TG.
Aos alunos de iniciação científica do LABTEX, Felipe, Rodrigo, Rivaldo,
Carlos Uala, por companhia e ajuda no laboratório químico têxtil, em especial a
minha amiga Rita Kássia que muito me ajudou na realização da parte prática do
meu trabalho.
Aos meus amigos de sala Mayara, Breno, Itailza, Alcione, Augusta,
Brismark, Dany Kramer e especial a Francisco Claudivam da Silva e Iris Oliveira
da Silva pelos momentos compartilhados, pela grande ajuda na realização deste
trabalho.
RESUMO
Os materiais têxteis inteligentes e funcionais têm sido amplamente
desenvolvidos e pesquisados com a finalidade de serem utilizados em várias
áreas da ciência e tecnologia. Esses materiais fibrosos necessitam de diferentes
propriedades químicas e físicas para se tornarem materiais multifuncionais. Com
o advento da nanotecnologia, as técnicas desenvolvidas têm sido ferramentas
essenciais para caracterizar qualitativamente esses novos materiais.
Ultimamente a aplicação de micro e nanomateriais em substratos têxteis tem
sido objeto de muitas pesquisas. Muitos desses nanomateriais não tem sido
otimizado, e os custos para sua aplicação e a poluição ao meio ambiente vem
aumentando, pois ainda não existe tratamento de efluentes contento esses
nanomateriais. As fibras de soja têm baixa adsorção de micro e nanocápsulas
termosenssíveis devido a sua incompatibilidade de suas cargas superficiais. No
presente trabalho utilizou-se a síntese da quitosana para previamente
funcionalizar as fibras de soja. A quitosana é um polieletrólito natural
apresentando alta densidade de cargas positivas, as fibras de soja apresentam
cargas negativas bem como, as micro/nanocápsulas, com isso a quitosana atua
como agente cationizador da fibra. Neste caso a quitosana atua como agente
auxiliar cationizador para fixar as microcápsulas termosenssíveis no substrato
têxtil. Para a caracterização do polieletrólito foram feitas as análises do tamanho
das partículas, potencial zeta, bem como as análises morfológicas (MEV e DRX),
análises das propriedades térmicas (TG), análise da Calorimetria Exploratória
Diferencial (DSC), análise por Espectroscopia na Região do Infravermelho com
Transformada de Fourier (FTIR), colorimetria via espectro de UV-VIS foram
simultaneamente realizadas no substrato utilizado. No potencial zeta e na
determinação do tamanho das partículas foi observada a estabilidade
eletrostática da quitosana em torno de 31.55mV e 291,0 nm respectivamente. O
resultado obtido com (GD) para o material extraído de camarão foi de 70%, que
de acordo com a literatura pode ser considerada como quitosana. Para
otimização do processo de tingimento foi usado um software estatístico, o Design
expert. A funcionalização do substrato têxtil com 2% de quitosana apresentou o
melhor resultado de K/S, sendo o parâmetro utilizado para o planejamento
experimental juntamente com as variáveis, tendo demonstrado a melhor
resposta de tingimento na faixa de 2,624 de absorbância. Verificou-se também
que a malha de soja tingida com as nano/microcápsulas termosenssíveis
apresentou excelente propriedade de solidez a lavagem, que foi observada após
25 lavagens caseiras e valores significativos de K/S.
Palavras-chave: Têxteis inteligentes; Quitosana; Polieletrólito; Microcápsulas,
Nanotecnologia.
ABSTRACT
Intelligent and functional Textile Materials have been widely developed and
researched with the purpose of being used in several areas of science and
technology. These fibrous materials require different chemical and physical
properties to obtain a multifunctional material. With the advent of
nanotechnology, the techniques developed, being used as essential tools to
characterize these new materials qualitatively. Lately the application of micro and
nanomaterials in textile substrates has been the objective of many studies, but
many of these nanomaterials have not been optimized for their application, which
has resulted in increased costs and environmental pollution, because there is still
no satisfactory effluent treatment available for these nanomaterials. Soybean
fiber has low adsorption for thermosensitive micro and nanocapsules due to their
incompatibility of their surface charges. For this reason, in this work initially
chitosan was synthesized to functionalise soybean fibres. Chitosan is a natural
polyelectrolyte with a high density of positive charges, these fibres have negative
charges as well as the micro/nanocápsules, for this reason the chitosan acts as
auxiliary agent to cationize in order to fix the thermosensitive microcapsules in
the textile substrate. Polyelectrolyte was characterized using particle size
analyses and the measurement of zeta potential. For the morphological analysis
scanning Electron Microscopy (SEM) and x-Ray Diffraction (XRD) and to study
the thermal properties, thermogravimetric analysis (TGA), Differential Scanning
Calorimetry (DSC), Near Infrared Spectroscopy analysis in the Region of the
Fourier Transform Infrared (FTIR), colourimetry using UV-VIS spectrum were
simultaneously performed on the substrate. From the measurement of zeta
potential and in the determination of the particle size, stability of electrostatic
chitosan was observed around 31.55mV and 291.0 nm respectively. The result
obtained with (GD) for chitosan extracted from shrimp was 70 %, which according
to the literature survey can be considered as chitosan. To optimize the dyeing
process a statistical software, Design expert was used. The surface
functionalisation of textile substrate with 2% chitosan showed the best result of
K/S, being the parameter used for the experimental design, in which this showed
the best response of dyeing absorbance in the range of 2.624. It was noted that
soy knitting dyed with the thermosensitive micro andnanocapsules property
showed excellent washing solidity, which was observed after 25 home washes,
and significant K/S values.
Keywords: Intelligent textiles, Chitosan, Polyelectrolyte, Microcapsules,
Nanotechnology
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Fluxograma 1: A nanotecnologia no segmento têxtil. ....................................... 13
Fluxograma 2:Classificação das fibras têxteis.................................................. 15
Fluxograma 3: Processo de obtenção da quitina e quitosana. ......................... 28
Figura 1: Representação esquemática das estruturas polimórficas de quitina... 4
Figura 2: Estrutura química da (a) celulose, (b) quitina e (c) quitosana. ............ 6
Figura 3: Reação de desacetilação da quitina.................................................... 7
Figura 4: Representação de uma microcápsula. .............................................. 20
Figura 5:Ilustração do princípio do termocromismo. ......................................... 21
Figura 6: Molécula do corante termocrômico. .................................................. 24
Figura 7: Ilustração da ligação entre fibra/quitosana/cápsulas. ........................ 54
Imagem 1: Equipamento para funcionalização e tingimento das amostras. ..... 30
Imagem 2: Rama .............................................................................................. 31
Imagem 3: Espectrofotômetro de bancada. ..................................................... 31
Imagem 4: Aparelho de Microscopia Eletrônica ............................................... 35
Imagem 5: Cascas trituradas............................................................................ 39
Imagem 6: Processo de desmineralização. ...................................................... 39
Imagem 7: Processo de desproteinização (Quitina). ........................................ 40
Imagem 8: Processo de desodorização. .......................................................... 40
Imagem 9: Processo de desacetilação (Quitosana). ........................................ 41
Imagem 10: Processo de diluição da quitosana. .............................................. 41
Imagem 11: Quitosana diluída. ......................................................................... 42
Imagem 12: Micrografia da quitosana em pó. .................................................. 46
Imagem 13: Micrografia da quitosana em pó. .................................................. 47
Imagem 14: Micrografia da quitosana em pó. .................................................. 47
Imagem 15: Amostras funcionalizadas com quitosana e tingidas. ................... 56
Imagem 16: Micrografia da fibra de soja (A) e (B) com micro/nanocápsulas. .. 57
Imagem 17: Micrografia das micro/nanocápsulas termosenssíveis. ................ 57
Imagem 18: Micrografia das micro/nanocápsulas termosenssíveis. ................ 58
Imagem 19: Amostra após lavagem. ................................................................ 59
Imagem 20: Solidez a lavagem (A) sem lavagem, (B) após 25 lavagens. ....... 59
Imagem 21: Amostra com melhor resultado do planejamento experimental. ... 61
Imagem 22: Efluente (a), Solução de tingimento (b) ........................................ 61
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Potencial zeta da quitosana ............................................................. 43
Gráfico 2: Potencial zeta das micro/nanocápsulas termosenssíveis. ............... 44
Gráfico 3: Tamanho de partícula da quitosana................................................. 45
Gráfico 4: FTIR da quitosana em pó. ............................................................... 49
Gráfico 5: DRX da Quitosana. .......................................................................... 50
Gráfico 6: DRX da Soja sem tratamento. ......................................................... 51
Gráfico 7: DRX da Soja tratada com quitosana. ............................................... 51
Gráfico 8: Curva TG da quitosana, soja, soja com quitosana, soja com
quitosana e cápsulas, cápsulas termosenssíveis. ............................................ 53
Gráfico 9: Funcionalização das amostras com quitosana. ............................... 55
Gráfico 10: Solidez a Lavagem. ....................................................................... 60
Gráfico 11: Resultados de K/S do planejamento experimental. ....................... 62
Gráfico 12: Diagrama de Pareto do tingimento. ............................................... 64
Gráfico 13: Valores observados em função dos previstos. .............................. 66
Gráfico 14: Normal de probabilidade de resíduos. ........................................... 67
Gráfico 15: Combinação da Concentração (B) e Temperatura (A). .................. 68
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Receita de alvejamento. ................................................................... 29
Tabela 2: Variáveis usadas no planejamento experimental. ............................ 32
Tabela 3: Parâmetros usados no planejamento experimental.......................... 33
Tabela 4: Cálculo de rendimento do processo de obtenção da Quitosana. ..... 38
Tabela 5: Valor em mV do potencial zeta da quitosana. .................................. 43
Tabela 6: Valor em mV do potencial zeta das micro/nanocápsulas
termosenssíveis. .............................................................................................. 44
Tabela 7: Tamanho médio de partícula e polidispersão da quitosana ............. 45
Tabela 8: Relação entre os termos, efeito padrão e % contribuição para o
modelo. ............................................................................................................ 64
Tabela 9: Análise de Variância (ANOVA) para a resposta do K/S ................... 65
LISTA DE ABREVIATURAS
CS - Quitosana
HCl - Ácido clorídrico
NaOH – Hidróxido de sódio
NaOCl – Hipoclorito de sódio
H2O2 – Peróxido de hidrogênio
pH – Potencial hidrogeniônico
NH2 – Amina
CF3(CF2)7SO3Li – Hepetadecafluorooctano
CS – Quitosana
DNA - Ácido Desoxirribonucleico
RNA – Ácido Ribonucleico
SF – Farinha de Soja
SPC – Concentrado de Proteína de Soja
SPI – Proteína Isolada de Soja
SPF – Fibra Proteica de Soja
UV – Radiação Ultravioleta
RPM – Rotações por minuto
K/S – Força Colorística
MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura
DRX – Difratometria de Raio- X
ICR – Índice de Cristalinidade Relativa
TG – Análise Termogravimétrica
FTIR – Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourrier.
LABTEX – laboratório Químico Têxtil
mS/cm – miliSiemens por centímetro
Pa.S – Pascal por segundo
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO. ............................................................................................ 1
2. OBJETIVO GERAL ..................................................................................... 3
2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ................................................................... 3
3. REFERENCIAL TEÓRICO. ......................................................................... 4
3.1. QUITINA E QUITOSANA ......................................................................... 4
3.1.1. Quitosana como Biomaterial ........................................................... 9
3.1.2. Modificação Superficial de Fibras Têxteis .................................... 10
3.1.3. Biomateriais .................................................................................. 11
3.2. NANOTECNOLOGIA ............................................................................. 12
3.2.1. Aplicação de Nanotecnologia na indústria têxtil .................................. 13
3.3. FIBRAS .................................................................................................. 14
3.3.1. Fibras biodegradáveis .................................................................. 15
3.3.2. Fibras de Proteínas ...................................................................... 16
3.3.3. Fibras Regeneradas e Modificadas .............................................. 16
3.3.4. Fibra de Soja ................................................................................ 16
3.4. MICROCÁPSULAS ................................................................................ 18
3.5. CROMISMO ........................................................................................... 20
3.6. TÊXTEIS INTELIGENTES ..................................................................... 24
4. METODOLOGIA. .......................................................................................... 26
4.1. Materiais e equipamentos ...................................................................... 26
4.2. Procedimento experimental ................................................................... 26
4.2.1. Obtenção da Quitosana ................................................................... 26
4.2.2.Tratamento do Substrato Têxtil ......................................................... 29
4.2.3.Tratamento Superficial com Quitosana ............................................. 29
4.2.4.Tingimento com as Micro/nanocápsulas Termosenssíveis ............... 30
4.2.5. Espectrofotometria UV/VIS .............................................................. 31
4.2.6. Análise Estatística do Tingimento através do Planejamento
Experimental 24.......................................................................................... 32
4.3. TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO ..................................................... 33
4.3.1. Potencial Zeta .................................................................................. 34
4.3.2. Tamanho de Partícula ...................................................................... 34
4.3.3. Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV ................................... 35
4.3.4. Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier –
FTIR ........................................................................................................... 36
4.3.5. Difratometria de Rios-X – DRX ........................................................ 36
4.3.6. Análise Termogravimétrica – TG ..................................................... 37
4.3.7. Solidez a Lavagem .......................................................................... 37
5. RESULTADOS ............................................................................................. 38
5.1. Processo de Obtenção da Quitosana .................................................... 38
5.2. Potencial Zeta ........................................................................................ 42
5.3. Tamanho de Partícula ............................................................................ 44
5.4. Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV.......................................... 46
5.5. Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier – FTIR 48
5.5.1. Grau de Desacetilação .................................................................... 49
5.6. Difratometria de Rios-X – DRX .............................................................. 50
5.6.1. Índice de Cristalinidade .................................................................... 50
5.7. Análise Termogravimétrica – TG ............................................................ 52
5.8. Tratamento Superficial do Substrato Têxtil com Quitosana ................... 53
5.9. Solidez a Lavagem ................................................................................. 58
5.10. Análise Estatística do Tingimento através do Planejamento
Experimental 24 ............................................................................................. 60
5.10.1. Gráfico de Pareto ........................................................................... 63
5.10.2. Gráfico de relação dos Valores Previstos e dos Valores Observados
................................................................................................................... 66
5.10.3. Gráfico Normal de Probabilidade de Resíduos .............................. 67
5.10.4. Gráficos 3D de Superfícies ............................................................ 68
6. CONCLUSÃO ............................................................................................ 69
7. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................ 71
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 72
1
1. INTRODUÇÃO.
Os processos de modificação superficial de fibras têxteis por vias
químicas/físicas têm sido amplamente utilizados para melhorar a
adesão/adsorção de nanopartículas, corantes e pigmentos sobre estes
substratos. Atualmente, a modificação da superfície de fibras têxteis é
considerada como o melhor caminho para obter tratamentos têxteis modernos
(ENESCU, 2008).
Entre vários biopolímeros disponíveis, o polissacarídeo quitosana (CS) é
altamente recomendável para o processo de modificação superficial de fibras
têxteis, uma vez que apresenta propriedades biológicas e químicas únicas e a
sua solubilidade em soluções ácidas torna facilmente disponíveis para fins
industriais (ENESCU, 2008). Em pH ácido a quitosana comporta-se como
polieletrólito, apresentando alta densidade de carga, uma carga positiva por cada
unidade de glicosamina (CRAVEIRO; CRAVEIRO; C., 2004).
Muitos materiais como proteínas, polissacarídeos aniônicos, ácidos
nucleicos, ácidos graxos, etc. que possuem cargas negativas tem fortes
interação com a quitosana, em razão da sua carga positiva (CRAVEIRO;
CRAVEIRO; C., 2004). Como o substrato usado tem cargas superficiais
negativas, a soja que é produzida a partir de proteínas, há uma grande interação
entre o substrato e a quitosana.
A indústria têxtil é considerada um setor tradicional, porém foi uma das
pioneiras a introduzir a nanotecnologia nos seus produtos. Isto só foi possível
em função da sensibilidade de vários pesquisadores em ver que a nanociência
pode contribuir para desenvolver produtos têxteis inovadores, com diferentes
funcionalidades e desempenhos (NASCIMENTO, 2012).
Pigmentos termocromáticos orgânicos são compostos que mudam de cor em
função da temperatura em pequeno gradiente, quando comparados com os
inorgânicos. Estes são os mais usados industrialmente e podem ter uma variada
aplicação, nomeadamente em janelas, cobertura de estufas e em substratos
têxteis (BAMFIELD, 2001).
2
As microcápsulas são partículas esféricas com tamanhos entre 50 nm e
aproximadamente 2 micrômetros, que são compostas por uma matriz polimérica
(parede) e um componente ativo encapsulado. As micro/nanocápsulas com
efeito termocromáticos, elas são constituídas por três componentes: um
composto sensível ao pH, um doador de prótons que atua como promotor da cor
e um solvente hidrofóbico não volátil (NASCIMENTO, 2012).
Uma fibra inteligente é aquela que pode reagir diante da variação de um
estímulo, luz, calor, suor, pH, etc., no lugar onde se produz a variação do
estímulo, mas que se comporta como uma fibra normal no local onde estes
estímulos não acontecem. As fibras inteligentes podem apresentar o
comportamento que as caracteriza devido a incorporação de microcápsulas em
seu interior. Quando se produz um tecido com essas fibras, este tecido adquire
as propriedades das fibras que o compõe e torna-se conhecido como tecido
inteligente (SÁNCHEZ, 2006).
3
2. OBJETIVO GERAL
Neste projeto o objetivo foi desenvolver um têxtil funcional termocrômico,
previamente cationizado com um polieletrólito natural, a quitosana, e tingido pelo
método de exaustão.
2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Sintetizar um polieletrólito natural para atuar como auxiliar têxtil e modificar
as fibras de soja para melhorar a adsorção de micro/nanocápsulas
termocromáticas.
Caracterizar o polieletrólito através das técnicas de Microscopia Eletrônica
de Varredura (MEV), Difratometria de Raios-X (DRX), análise Termogravimétrica
e (TG), Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de
Fourier (FTIR), Potencial Zeta e Tamanho de Partícula.
Fazer o tingimento da soja com as nano/microcápsulas termocromáticas,
utilizando uma ferramenta estatística para otimizar este processo.
Caracterizar o material, têxtil funcional termocrômico, através das análises
de MEV, DRX, TG, espectrofotometria, coordenadas colorimétricas e solidez a
lavagem.
4
3. REFERENCIAL TEÓRICO.
3.1. QUITINA E QUITOSANA
A quitina é um biopolímero essencialmente produzido por fontes naturais
renováveis, encontrada nos exoesqueletos dos crustáceos (camarão,
caranguejo, siri, lagosta e krill), nos insetos, nas algas diatomáceas e também
na parede celular de alguns fungos. A fonte comercial mais utilizada são as
cascas de crustáceos marinhos (camarões e caranguejos), devido às largas
quantidades disponíveis desta fonte, essencialmente subprodutos da indústria
de processamento alimentar (MOURA; SCHMIDT; PINTO, 2006), (CAMPANA-
FILHO et al., 2007).
A quitina é a segunda substância orgânica mais abundante na biosfera, é
superada apenas pela celulose, mas a sua taxa de reposição chega a ser duas
vezes superior à da celulose, é a principal fonte de poluição superficial nas zonas
costeiras (CAMPANA-FILHO et al., 2007), (ABDOU; NAGY; ELSABEE, 2008).
A quitina apresenta três diferentes formas polimórficas, descritas como α-
quitina, β-quitina e γ-quitina, dependendo de sua estrutura cristalina, da
disposição de suas cadeias e da presença de moléculas de água, figura 1,
(MOURA; SCHMIDT; PINTO, 2006).
Figura 1: Representação esquemática das estruturas polimórficas de quitina
Fonte: Adaptado de CAMPANA-FILHO et al., 2007.
Após a solubilização, a quitina pode formar fibras, esponjas e filmes por
extrusão ou liofilização. A quitina pode ser processada na forma de filmes e fibras
5
a partir de misturas com celulose ou seda. Estas fibras são antialérgicas,
desodorizantes, antibacteriana e controladora de umidade. Estes materiais
também podem incorporar diferentes drogas ou outros tipos de moléculas.
Levando-se em conta a biodegradabilidade, não-toxicidade, propriedades
antibacterianas, hidrofilidade, e afinidade para as proteínas formadoras de gel, a
quitina é amplamente utilizada na imobilização de enzima (RINAUDO, 2008).
É solúvel em meio ácido, formando um polímero catiônico, com a
protonação (adição de prótons) do grupo amino (NH3+), que confere
propriedades especiais diferenciadas em relação às fibras vegetais (KUMAR,
2000).
Estruturalmente, a quitina é semelhante à celulose substituindo-se os grupos
OH do carbono-2 de cada unidade glicosídica da celulose por grupos acetilados
(-NHCOCH3). Logo, a quitina é um polissacarídeo linear contendo cadeias de
resíduos β-(1-4)-2-acetamida-2-desoxi-D-glicose. Já a quitosana difere da
quitina, por ocorrer desacetilação na posição do carbono-2 de cada unidade
glicosídica por grupos aminas, como apresentado na figura 2 (ANTONINO,
2007).
6
Figura 2: Estrutura química da (a) celulose, (b) quitina e (c) quitosana.
Fonte: ANTONINO 2007.
A quitosana é obtida pela reação de desacetilação da quitina em meio
alcalino, figura 3. A quitosana é um copolímero de 2-amino-2-deoxi-D-
glicopiranose e 2-acetamido-2-deoxi-D-glicopiranose. Este polímero possui uma
estrutura cristalina altamente organizada. Dessa forma, é um polímero insolúvel
em meio aquoso e na maioria dos solventes orgânicos, e tem baixa reatividade
química. A insolubilidade da quitina é o maior fator limitante da sua utilização. A
quitosana pode ser modificada fisicamente, sendo uma das vantagens mais
interessantes a sua grande versatilidade em ser preparada em diferentes formas,
tais como pós, flocos, microesferas, nanopartículas, membranas, esponjas,
fibras (LARANJEIRA; FÁVERE, 2009).
7
Figura 3: Reação de desacetilação da quitina.
Fonte: Adaptado de LARANJEIRA, FÁVERE, 2009.
Para a obtenção de 1 kg de quitosana desacetilada a 75%, a partir de cascas
de camarão, são necessários cerca de 6,3 kg de HCl para desmineralização, 1,8
kg de NaOH para desproteinização e desacetilação, e 1,5 toneladas de água
para a ocorrência total das reações. Com tudo isso, o custo da quitina purificada,
no mercado internacional, gira em torno de US$ 750 por quilograma (SPIN-
NETO et al., 2008).
Quando o grau de desacetilação da quitina atinge cerca de 50%
(dependendo da origem de polímero), torna-se solúvel em soluções aquosas
ácidas médias e é chamada de quitosana (RINAUDO, 2006).
O termo quitosana abrange uma série de polímeros, que variam em massa
molar (em torno de 10.000 a 1 milhão de Daltons), dependendo da fonte e
procedimentos de preparação, e grau de desacetilação de 50 a 95% (LIMA,
2006).
A molécula de quitosana apresenta três tipos de grupos funcionais reativos:
um grupo amino e dois grupos hidroxila, um primário e um secundário, nas
posições C(2), C(3) e C(6), respectivamente (KIM et al., 2008). O grupo amino é
facilmente protonado, melhorando sua solubilidade. Os grupos hidroxila
secundários também podem ser substituídos com o objetivo de aumentar a
solubilidade do polímero. As hidroxilas primárias, em particular, podem ser
substituídas por cadeias, formando polímeros ramificados, ou mesmo
copolímeros grafitizado (VINSOVA; VAVRIKOVA, 2008).
A quitosana normalmente é insolúvel em soluções aquosas, com pH superior
a 7. Entretanto, em alguns ácidos, os grupos amino livres são protonados e a
8
molécula torna-se altamente solúvel em pH ácido (SPIN-NETO et al., 2008). Em
pH ácido a quitosana comporta-se como polieletrólito, apresentando alta
densidade de carga, uma carga positiva por cada unidade de glicosamina
(CRAVEIRO; CRAVEIRO; C., 2004).
A quitosana é uma poliamina linear que possui grupamentos amino
disponíveis para reações químicas, aos quais são atribuídas as propriedades de
maior interesse. Estes grupamentos em presença de soluções ácidas, podem
adquirir uma carga positiva. Daí sua capacidade de solubilizar-se em ácidos
orgânicos, o que constitui uma das principais características que diferencia a
quitosana em relação à quitina (MOURA; SCHMIDT; PINTO, 2006).
A solubilidade da quitosana estará intimamente relacionada com a
quantidade de grupos amino protonados (–NH3+) na cadeia polimérica. Quanto
maior a quantidade destes grupos, maior o número de interações eletrostáticas
repulsivas entre as cadeias e também maior a sua solvatação em água. Deste
modo, o conhecimento preciso do teor de grupos –NH2 é um fator de muita
importância e que poderá condicionar a utilização da quitosana nas suas
diferentes aplicações (SPIN-NETO et al., 2008).
A quitosana tem muitas aplicações na indústria têxtil incluindo fibras de
quitosana, no tratamento de águas residuais, na remoção de odor e como agente
antimicrobiano (ÖKTEM, 2003).
Muitos materiais como proteínas, polissacarídeos aniônicos, ácidos
nucleicos, ácidos graxos, etc. que possuem cargas negativas têm fortes
interações com a quitosana, em razão da carga positiva desta. A quitosana adere
facilmente a polímeros naturais como cabelo e pele, constituídos por proteínas
e mucopolissacarídeos com cargas negativas (CRAVEIRO; C., 2004).
Devido as suas características de biodegradabilidade, biocompatibilidade e
hidrofilidade, além de ser proveniente de um recurso natural renovável e
abundante, quitina e quitosana vêm sido largamente utilizadas em estudos
relacionados a tratamento de efluentes, utilizada como agentes quelantes de
metais, floculantes, adsorventes de corantes, adsorventes de ânions metálicos,
dentre outras aplicações (MOURA; SCHMIDT; PINTO, 2006).
9
A quitosana apresenta uma excelente capacidade de formar filmes, que têm
atraído as atenções e o interesse do mundo cientifico e da indústria. Mas, apesar
das suas vantagens e propriedades únicas, os filmes de quitosana apresentam
algumas desvantagens, a fragilidade é uma delas (FERNANDES et al., 2009).
Devido à ação antimicrobiana do grupo amino na posição C2 do resíduo de
glucosamina, a quitosana também é conhecida por ser um polissacarídeo
antimicrobiano. A capacidade da quitosana para imobilizar microrganismos
deriva de seu caráter policatiônico. Os grupos amino protonados bloqueiam as
sequências de proteína dos microrganismos, inibindo assim a proliferação dos
mesmos (ÖKTEM, 2003).
3.1.1. Quitosana como Biomaterial
A quitosana aplicada aos têxteis tem sido amplamente estudado para efeitos
como, melhorar a absorção do corante e agentes auxiliares ou anti-estáticos, por
causa da baixa toxicidade e boa biocompatibilidade deste polímero natural
(ZHANG et al., 2003).
Zhang et al., 2003 usaram a quitosana como agente antimicrobiano em
tecido de algodão, usando o glutaraldeído como agente de reticulação. Eles
pesquisaram o comportamento antibacteriano da quitosana em relação a
Escherichia coli. Foi preparada uma solução com quitosana e dialdeído numa
razão de 1:1, a solução ficou em repouso durante uma hora para a reação dos
grupos CHO do dialdeído com NH2 da quitosana, em seguida o tecido foi
mergulhado na solução resultando num pick-up de 110%. O tecido impregnado
com a solução foi seco a 80°C durante 5 minutos e polimerizados a 140°C por 3
minutos. Perceberam que quanto maior o peso molecular da quitosana menor é
a taxa de proliferação das bactérias estudadas e que quanto maior o grau de
desacetilação, maior a redução na taxa de proliferação das bactérias.
Ivanova e Philipchenko (2012) desenvolveram um tecido de algodão
hidrofóbico usando uma solução de quitosana com um tensoativo aniônico
hepetadecafluorooctano de lítio sulfonado CF3(CF2)7SO3Li. Para formar o
revestimento de nanopartículas hidrofóbicas foi pulverizado a dispersão sobre a
10
amostra de tecido, em seguida foi seca ao ar, lavada com água pura por várias
vezes e novamente seco ao ar. Após evaporação do solvente, as amostras foram
secas numa estufa de vácuo a 110°C (IVANOVA; PHILIPCHENKO, 2012).
3.1.2. Modificação Superficial de Fibras Têxteis
A modificação ou funcionalização de fibras têxteis e de superfícies
poliméricas está ganhando cada vez mais importância. As modificações podem
atribuir novas propriedades a estes materiais, melhorar o desempenho em
aplicações convencionais e abrir novos campos de aplicação para os materiais
poliméricos. Em fibras têxteis, principalmente quando usadas em artigos de
vestuário, as modificações devem ser resistentes às repetidas lavagens e
secagens (ANDREAUS; DALMOLIN, 2010).
Processos de modificação superficial das fibras têxteis por vias
químicas/físicas têm sido amplamente utilizados para melhorar a
adesão/adsorção de corantes, pigmentos e nanopartículas sobre os substratos
têxteis. Hoje em dia, a modificação da superfície de fibras têxteis é considerada
como o melhor caminho para obter tratamentos têxteis modernos (ENESCU,
2008). Ele permite o nível requerido de efeitos benéficos pela modificação
apenas da superfície da fibra, minimizando assim, ataque a fibra, e por
conseguinte, a deterioração da qualidade da fibra pode ser facilmente evitada.
Entre vários biopolímeros disponíveis, o polissacarídeo quitosana (CS) é
altamente recomendável, uma vez que apresenta propriedades biológicas e
químicas únicas e a sua solubilidade em soluções ácidas torna facilmente
disponíveis para fins industriais (ENESCU, 2008).
Existem muitas técnicas para controlar as características de superfície das
fibras no que diz respeito ao processamento têxtil. Anteriormente, eram
aplicados principalmente os sistemas líquidos, mas atualmente, os sistemas
secos que são ambientalmente mais corretos, como o plasma, pulverização, e
feixe de íons são de muito interesse para aplicações em diversos materiais
(WAKIDA; TOKINO, 1996).
11
Produtos têxteis com propriedades antibacterianas tem se tornado cada vez
mais importante para aplicações higiênicas e médicas. A aplicação de
acabamentos antimicrobianos nos materiais têxteis pode impedir o crescimento
e proliferação de bactérias. Os materiais antibacterianos, tais como fios, tecidos
e vestuário são muito importantes para evitar a infecção cruzada por
microrganismos patogênicos, especialmente bactérias, como Staphylococcus
aureus, Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae. Assim, os polímeros naturais
como quitosana e extrato naturais foram usados para fazer o acabamento nos
tecidos e foram considerados eficientes para cumprir estes objetivos
(CHANDRASEKAR; VIJAYAKUMAR; RAJENDRAN, 2014).
3.1.3. Biomateriais
Biomateriais à base de quitosana tiveram utilização sugerida como
bioadesivo, agente cicatrizador, agente antimicrobiano, material de bandagem,
molde para enxerto de pele, agente hemostático, material para sutura, e até
mesmo material para lentes de contato, na forma de filmes, géis, cápsulas, micro
cápsulas ou soluções. Recentemente, pesquisadores têm mostrado interesse
em novos materiais capazes de serem associados a outras substâncias que
favoreçam a formação óssea, especialmente os biopolímeros naturais, em
particular a quitosana, que pode apresentar potencial na reparação de defeitos
ósseos, levando em consideração as limitações de outros biomateriais (SPIN-
NETO et al., 2008).
Os biopolímeros são produzidos por organismos vivos, como plantas e micro
organismos. Celulose, amido, proteínas, peptídeos, DNA e RNA, são exemplos
de biopolímeros, no qual as unidades monoméricas são, respectivamente,
açúcares, aminoácidos e nucleotídeos. Biopolímeros estão presentes em
qualquer organismo, e na maioria desses organismos eles contribuem para a
maior fração da matéria seca celular. Eles possuem uma ampla gama de funções
essenciais ou benéficas para os organismos (BEDÊ, 2010).
A quitosana, por ser um biomaterial seletivamente permeável, surgiu como
bom candidato a meio de liberação de medicamentos no meio gastrointestinal,
12
na mucosa oral, canais radiculares, dentinas cariadas ou bolsas periodontais, e
os estudos realizados têm apresentado resultados que colaboram com o uso da
quitosana nesta aplicação, visto que explicitam as qualidades dessa substância
como agente de liberação de fármacos, principalmente quando se necessita de
liberação lenta e controlada (SPIN-NETO et al., 2008).
3.2. NANOTECNOLOGIA
A nanotecnologia é entendida como a ciência de materiais para o domínio
de partículas e interfaces com dimensões extremamente pequenas, da ordem
de 1 a 100 nanômetros. Partículas deste tamanho, ou “nanopartículas”,
apresentam uma grande área superficial e, frequentemente, exibem
propriedades mecânicas, ópticas, magnéticas ou químicas distintas de partículas
e superfícies macroscópicas. O aproveitamento dessas propriedades em
aplicações tecnológicas forma a base da nanotecnologia de materiais (QUINA,
2004).
Os materiais em escala nano são ideais para utilizar em compósitos bem
como em sistemas que envolvam reações catalíticas, ativação de superfícies,
armazenamento, transformação e libertação de energia por células combustíveis
(hidrogênio e gás natural), células solares, sistemas nanoparticulados dispersos
(nanopartículas dispersas numa emulsão, microemulsão ou nanoemulsão
aquosa), dentre outros (NASCIMENTO, 2012).
O Brasil lidera as pesquisas e desenvolvimento de novos materiais com
nanotecnologia na América latina, devido às políticas e programas de
desenvolvimento, construção de novos centros de pesquisas em colaboração
com o bloco do Mercosul (principalmente Argentina), criação de redes de
pesquisa nacional envolvendo diversas instituições de ensino, liderada pela
Universidade de São Paulo (USP) e Universidade de Campinas (Unicamp) e
também com a significativa cooperação em patentes e publicações com os
Estados Unidos, França, Alemanha, Itália, Japão, Inglaterra, Canadá (KAY;
SHAPIRA, 2009).
13
3.2.1. Aplicação de Nanotecnologia na indústria têxtil
A indústria têxtil é considerada um setor tradicional, porém foi uma das
pioneiras a introduzir a nanotecnologia nos seus produtos, como mostra o
fluxograma 1. Muitos produtos com nanotecnologia passiva já estão sendo
produzidos pelas indústrias têxteis (roupas, têxteis técnicos e médicos em
especial, não tecidos). Isso foi devido a sensibilidade de vários investigadores
em ver que a nanociência pode contribuir para o desenvolvimento de produtos
têxteis inovadores, com diferentes funcionalidades e desempenhos. Nos tempos
atuais, aplicar nanotecnologia requer estudo intenso, muita pesquisa e custo
muito elevado, mas espera-se que estes custos diminuam a longo prazo devido
ao avanço das inovações nanotecnológicas (NASCIMENTO, 2012).
Fluxograma 1: A nanotecnologia no segmento têxtil.
Fonte: adaptado de NASCIMENTO, 2012.
14
3.3. FIBRAS
As Fibras Têxteis, são elementos filiformes (tem forma de filamento),
caracterizados pela flexibilidade, finura e grande comprimento em relação à sua
dimensão transversal máxima, o que as torna portanto, apropriadas para
aplicações têxteis. As fibras podem ser descontínuas e contínuas. As
descontínuas têm comprimento limitado a alguns centímetros. As contínuas têm
um comprimento muito grande e é limitado apenas por razões técnicas: no caso
da seda natural, o conteúdo do casulo; no caso das fibras não naturais, a
capacidade da embalagem (Ladchumananandasivam, 2005).
As fibras têxteis podem ter várias origens, e esse é o critério comumente
usado para a sua classificação. Assim as fibras podem ser: de origem natural se
são produzidas pela natureza sob uma forma que as torna aptas para o
processamento têxtil; ou de origem não-natural (que não existe na natureza) se
são produzidas por processos industriais, quer a partir de polímeros naturais
transformados por ação de reagentes químicos (fibras regeneradas ou
artificiais), quer por polímeros obtidos por síntese química (fibras sintéticas),
como mostra o fluxograma 2.
15
Fluxograma 2:Classificação das fibras têxteis.
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.
Fluxograma 3: Processo de obtenção da quitina e quitosana.
Fonte: autor
29
4.2.2.Tratamento do Substrato Têxtil
O substrato têxtil utilizado neste trabalho foi a malha de soja Rib 1x1 com
gramatura de 274g/m2. A malha possui uma cor natural amarelada, por isso foi
necessário o alvejamento para melhorar o grau de brancura. A malha alvejada
foi utilizada em todos os processos seguintes, o alvejamento foi realizado em
uma máquina tipo banho maria, modelo Q215M2 da Quimis, com a temperatura
controlada de 90°C por 60 minutos, com volume de banho de 2 litros, após este
processo se deu o enxague da malha com água morna e em seguida com água
corrente para a retirada total dos produtos químicos. A tabela 1 mostra a receita
usada para o alvejamento do tecido de soja.
Tabela 1: Receita de alvejamento.
Produto Quantidade em mililitros por
litro (mL/L)
Hidróxido de sódio - NaOH 32,73
Peróxido de hidrogênio – H2O2 63,64
Estabilizador de H2O2 - Stabilizer
HSF
21,82
Detergente - Resiwet HEM 43,64
Sequestrante Resipac NB/Reflanil 21,82
Volume de Banho 2000 mL
Fonte: autor
4.2.3.Tratamento Superficial com Quitosana
Primeiramente houve a diluição da quitosana na proporção de 1:100 (1 g de
quitosana para 100 mL de água destilada).
Após a malha alvejada e seca foi realizado o processo de funcionalização
com as concentrações de 0, 1, 2, 3, 5, 7, 10% de quitosana em relação ao volume
de banho. Foram usadas 7 amostras com as soluções contendo as devidas
concentrações. Foi realizado esse processo com diferentes concentrações de
30
quitosana para se conseguir uma porcentagem ideal de funcionalização, com
intuito de não desperdiçar o polieletrólito, visto que a partir de uma determinada
concentração ocorre a saturação, ou seja, todos os grupos funcionais da
quitosana já se ligaram ao substrato.
Foram utilizadas amostras com aproximadamente 1 grama, para um volume
de banho de 50 mL. Estas amostras foram funcionalizadas utilizando o
equipamento ALT-B TOUCH 35 da Mathis, imagem 1, com os seguintes
parâmetros:
40 rotações por minuto RPM
Auto reversão de 50 segundos
Temperatura 70°C
Tempo de 30 minutos
Pressão de 4 bar
Imagem 1: Equipamento para funcionalização e tingimento das amostras.
Fonte: autor
4.2.4.Tingimento com as Micro/nanocápsulas Termosenssíveis
As amostras funcionalizadas com quitosana foram tingidas com as
micro/nanocápsulas termosenssíveis no processo por exaustão utilizando o
mesmo equipamento usado para o processo de funcionalização (Imagem 1). As
condições para o tingimento foram as seguintes, massa da amostra de 1 grama,
relação de banho de 1:75 g/mL; temperatura 70°C; tempo 40 minutos. O pH foi
ajustado entre 4,5 e 5, também foi usado um ligante que auxilia na fixação das
31
cápsulas no substrato. Após o tingimento as amostras foram secas na rama por
2 minutos a 130°C (Imagem 2).
Imagem 2: Rama
Fonte: autor
4.2.5. Espectrofotometria UV/VIS
Após o tingimento com as micro/nanocápsulas termosenssíveis foram
realizadas as leituras da força colorística (K/S) em cada amostra utilizando o
espectrofotômetro de bancada modelo 2600D da Konica Minota, (Imagem 3).
Com intervalo de medição de 400 a 700nm, abertura do feixe de 10° e tipo de
iluminante D65.
Imagem 3: Espectrofotômetro de bancada.
Fonte: autor
32
4.2.6. Análise Estatística do Tingimento através do Planejamento
Experimental 24
Com o objetivo de encontrar um ponto ótimo de tingimento com as
micro/nanocápsulas termosenssíveis foi realizado um planejamento
experimental com o programa estatístico Design Expert 7.0 utilizando 4 variáveis
e 4 pontos centrais, resultando em 20 experimentos. Realizados os
experimentos de acordo com a tabela gerada pelo programa foram obtidas as
respectivas respostas.
As variáveis utilizadas no processo e seus valores estão descritas na tabela
2, e na tabela 3, que foi gerada pelo software, estão os parâmetros para cada
experimento.
Tabela 2: Variáveis usadas no planejamento experimental.
Variáveis - 0 +
Temperatura ºC 40 55 70
Concentração % 1 3 5
Tempo (min) 20 30 40
R:B (g/mL) 35 55 75
Fonte: autor
33
Tabela 3: Parâmetros usados no planejamento experimental.
Padrão Corrida A: Temperarura
ºC B: Concentração
% C: Tempo
(min) D: R:B (g/mL)
Resposta K/S
1 1 40 1 20 35 -
8 2 70 5 40 35 -
10 3 70 1 20 75 -
14 4 70 1 40 75 -
4 5 70 5 20 35 -
2 6 70 1 20 35 -
19 7 55 3 30 55 -
11 8 40 5 20 75 -
15 9 40 5 40 75 -
6 10 70 1 40 35 -
3 11 40 5 20 35 -
9 12 40 1 20 75 -
17 13 55 3 30 55 -
12 14 70 5 20 75 -
5 15 40 1 40 35 -
18 16 55 3 30 55 -
20 17 55 3 30 55 -
7 18 40 5 40 35 -
13 19 40 1 40 75 -
16 20 70 5 40 75 - Fonte: autor
4.3. TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO
Para caracterização da quitosana diluída foram realizadas as análises de
Potencial Zeta e Tamanho de Partícula, as análises morfológicas das amostras
foram realizadas com uso de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV),
Espectroscopia na Região de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR)
e Difração de Raios-X (DRX). As propriedades térmicas foram estudadas através
da análise Termogravimétrica (TG). Para o tecido foram feitos os testes de
solidez a lavagem e espectroscopia UV/VIS.
34
4.3.1. Potencial Zeta
A análise do potencial zeta foi analisada em aparelho modelo zetasizer
nanoseries/nano-Z do fabricante Malvern no laboratório do NUPEG/UFRN.
Análise de Potencial zeta é uma técnica para determinar a carga de
superfície das nanopartículas em solução (coloides). As mesmas têm uma carga
de superfície que atrai uma fina camada de íons de carga oposta à sua
superfície. O potencial Zeta de partículas tem valores que variam tipicamente
desde 100 mV e -100 mV. Nanopartículas com valores de potencial zeta maior
que 25 mV ou inferior a -25 mV normalmente têm um alto grau de estabilidade.
Trata-se de uma importante ferramenta para a compreensão do estado da
superfície de nanopartículas e prevê a estabilidade ao longo das mesmas. Esse
potencial é função da carga superficial da partícula, de qualquer camada
adsorvida na interface com o meio, e da natureza e composição do meio que a
circunda. Como esse potencial reflete a carga efetiva nas partículas, ele se
relaciona com a repulsão eletrostática entre elas e com a estabilidade da
suspensão. O Potencial Zeta também varia em função do pH da solução que se
deseja analisar (BEDÊ, 2010).
4.3.2. Tamanho de Partícula
Por essa técnica, quando um raio luminoso atravessa uma dispersão coloidal
e atinge uma nanopartícula em movimento browniano, ocorre o espalhamento
da luz. O equipamento relaciona o tamanho das partículas com a quantidade de
luz espalhada (BEDÊ, 2010).
O diâmetro médio e a polidispersão das partículas em suspensão foram
determinados através de espalhamento de luz dinâmico utilizando-se
equipamento Zetasizer Nano series Nano-Zs (Malvern Instruments).
35
4.3.3. Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV
Essa técnica é utilizada para analisar a morfologia de materiais sólidos, pois
permite uma caracterização rápida e precisa da superfície e de suas
subestruturas. A área a ser analisada é bombardeada por um fino feixe de
elétrons de alta voltagem, que são direcionados na superfície da amostra coberta
por um filme de carbono condutivo. Como resultado da interação do feixe de
elétrons com a superfície da amostra em análise ponto a ponto, uma série de
radiações é emitida, e, quando captada corretamente, fornece informações da
natureza topográfica da amostra, cujas imagens se apresentam com aparência
natural em três dimensões (KESTENBACH E FILHO, 1994).
As análises das microestruturas das amostras foram realizadas em
equipamento tipo Hitachi Tabletop Microscope TM 3000, imagem 11, do
laboratório de Engenharia de Materiais.
Imagem 4: Aparelho de Microscopia Eletrônica
Fonte: autor
36
4.3.4. Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier – FTIR
A técnica por Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada
de Fourier é um método analítico padrão, frequentemente usado para
caracterizar a estrutura dos polímeros. É utilizada para verificar a presença das
bandas de absorção dos grupos funcionais presentes nas amostras. O espectro
é obtido pela passagem da radiação pela amostra, registrando os comprimentos
de onda para os quais as bandas de absorção aparecem (ANDRADE, 2010).
A análise foi feita em um espectrômetro Shimadzu, modelo FTIR-8400S de
série IRAffitinity-1, acoplado a um módulo HATR MIRacle com prisma de ZnSe
da PIKE Techonogies no laboratório de química da UFRN.
4.3.5. Difratometria de Rios-X – DRX
As análises por Difração de Raios-X foram realizadas em Difratômetro
Universal de raios-x, modelo Miniflex II Rigaku, com radiação de cobre (Cu),
potência de 30 kV e corrente de 30 mA, na região angular de 10 a 90° com passo
0,02 e velocidade de 5° por minuto. As análises foram realizadas no laboratório
de Física da UFRN.
Através dessa técnica é possível realizar a caracterização micro estrutural,
determinar a cristalinidade do material, bem como o índice de cristalinidade do
mesmo.
O índice de cristalinidade (ICR) de um polímero expressa a relação entre as
partes cristalinas e não cristalinas do material, pode ser calculado com a
equação 1:
% ICR = (IC – IA / IC) 100 (1)
Onde: % ICR é o índice de cristalinidade; IC e IA são as intensidades difratadas
relativas às regiões cristalinas (2θ≅20°) e amorfas (2θ≅10°).
37
4.3.6. Análise Termogravimétrica – TG
A TG fornece informações com relação às variações de massa em função
do tempo e/ou temperatura sob determinadas condições atmosféricas. Os
experimentos são executados por meio de uma termobalança de elevada
sensibilidade, reprodutibilidade e resposta rápida às variações de massa. As
curvas obtidas fornecem informações relativas à composição e estabilidade
térmica da amostra, dos produtos intermediários e do resíduo formado. Dada a
natureza dinâmica da variação de temperatura da amostra para originar curvas
TG, fatores instrumentais (razão de aquecimento, atmosfera (N2, ar ou outros),
vazão de gás, composição do cadinho, geometria do porta amostra e tamanho e
forma do forno] e relacionados às características da amostra (quantidade,
granulometria, forma cristalina, empacotamento, condutividade térmica,
solubilidade dos gases liberados da amostra e calor de reação envolvido) podem
influenciar a natureza, a precisão e a exatidão dos resultados experimentais
(CLEMENTINO et al., 2007).
As análises termogravimétricas das amostras sólidas foram realizadas no
aparelho de modelo STA 449 F3, de marca NETZSCH, utilizando cadinho de
platina, sob atmosfera de ar sintético e intervalos de temperatura de 20 a 450°C
com taxa de aquecimento de 20°C/min.
4.3.7. Solidez a Lavagem
O teste de resistência a água foi realizado com objetivo de avaliar o
comportamento da amostra após tingimento, para observar se realmente ocorreu
a fixação das micro/nanocápsulas no substrato. Esta análise segue os padrões
estabelecidos pela norma AATCC 61-2008 como utilizada por (NASCIMENTO
2012). De acordo com a norma utilizada, cada ciclo de lavagem industrial
equivale a 5 lavagens domésticas.
Dependendo do tipo de fibra as lavagens são realizadas em pH neutro ou
alcalino (> pH 10), em temperaturas até 60ºC e com detergentes, contendo
surfactantes não iônicos, aniônicos, oxidantes e outros.
38
5. RESULTADOS
5.1. Processo de Obtenção da Quitosana
Através das análises realizadas na quitosana obtida, o percentual de
rendimento foi calculado sobre a concentração da massa inicial dos
exoesqueletos de camarões, na tabela 4 encontra-se o percentual de rendimento
e perda de massa de cada etapa do processo para a extração da quitosana.
Houve redução em cada etapa da produção, devido a cada etapa ter por objetivo
a redução de componentes orgânicos. A redução ocorrida entre as etapas de
desodorização (quitina purificada) e desacetilação (quitosana) se deve a quebra
das moléculas e a retirada de grupamentos acetil, havendo uma redução de
massa, sendo que a redução mais significativa ocorreu no processo de
desmineralização. Observou-se que o percentual de rendimento da quitosana foi
de 10,05%, valor superior a outro, como citado por (MOURA; SCHMIDT; PINTO,
2006). Podemos observar na tabela 4 o percentual de perda de massa da
amostra em cada processo da obtenção.
Tabela 4: Cálculo de rendimento do processo de obtenção da Quitosana.
Processo Peso obtido em
gramas
Perda (%)
Peso inicial da amostra(cascas) úmida
262,70 -
Após secagem por uma hora 180,55 31,3
Após a trituração 175,67 1,9
Após a desmineralização 47,75 48,7
Após a desproteinização 40,18 2,9
Após a desodorização (quitina) 34,28 2,2
Após a desacetilação 26,40 3,0
Rendimento da quitosana % 10,05
Fonte: autor
39
A imagem 5 mostra o resultado da trituração dos exoesqueletos de camarão,
esta é a primeira etapa após a limpeza manual da amostra.
Imagem 5: Cascas trituradas.
Fonte: autor
Na imagem 6 temos a amostra após o processo de desmineralização, na
mesma percebemos uma pequena alteração com relação a cor e uma grande
redução no peso da amostra devido a eliminação do carbonato de cálcio.
Imagem 6: Processo de desmineralização.
Fonte: autor
40
A imagem 7 mostra a amostra após o processo de desproteinização no qual
houve a elimimação de proteínas, também percebemos uma alteração na cor da
amostra. Após este processo já obtemos a quitina.
Imagem 7: Processo de desproteinização (Quitina).
Fonte: autor
A imagem 8 apresenta o resultado do processo de desodorização, no qual
são eliminados os pigmentos coloridos que não foram eliminados nos procesos
anteriores, e também o odor característico do camarão.
Imagem 8: Processo de desodorização.
Fonte: autor
41
Na imagem 9 temos o produto final, a quitosana, a qual apresenta-se em
forma de pó como escamas e geometricamente irregular.
Imagem 9: Processo de desacetilação (Quitosana).
Fonte: autor
A imagem 10 mostra o processo de diluição da quitosana, onde temos a transformação da quitosana em pó para quitisana em líquido.
Imagem 10: Processo de diluição da quitosana.
Fonte: autor
42
Na imagem 11 temos a quitosana diluída, a qual foi obtida a partir da quitosana em pó.
Imagem 11: Quitosana diluída.
Fonte: autor
A quitosana diluída a 1%, imagem 11, apresenta pH de 4,07 e condutividade eletrica
de 2,24 mS/cm, a mesma apresenta uma viscosidade de 0,0281144 Pa/S a temperatura
de 25°C e um bom grau de pureza e aparência translúcida.
A solução tem durabilidade superior a um ano, isto deve-se a seleção da matéria-
prima e controle durante o processo de obtenção. A solução que foi preparada a 12
meses atrás, apresenta as mesma características como viscosidade e cor, esta solução
foi estocada em recipiente de vidro devidamente fechado a temperatura ambiente.
5.2. Potencial Zeta
As medidas de potencial zeta foram realizadas a fim de descobrir se o
material apresenta boa estabilidade eletrostática quando em suspensão. A regra
geral para a estabilidade eletrostática da solução é a faixa de Potencial Zeta de
+/- 25 mV. Como o potencial zeta da amostra de quitosana está fora dessa faixa,
43
em torno de 31.55mV, como mostra o gráfico 1 e a tabela 5, podemos considerar
que a amostra está estável. A amostra de quitosana líquida foi preparada em
emulsão com água destilada em 1:200 mL em agitador magnético por 30 minutos
seguidos de 60 minutos em ultrassom, ultrasonic cleaner, para eliminar as bolhas
e aglomerados formados durante a diluição, o pH da solução foi ajustado em 7.
Gráfico 1: Potencial zeta da quitosana
Fonte: autor
Tabela 5: Valor em mV do potencial zeta da quitosana.
Fonte: autor
No gráfico 2 temos o potencial zeta das micro/nanocápsulas, onde
observamos uma predominância de valores negativos o que resulta em uma
44
média negativa o que confirma sua característica. Isto explica o fato da não
compatibilidade das cargas superficiais com o substrato usado que também
apresenta carga superficial negativa. Na tabela 6 temos os valores do potencial
zeta onde temos uma média de -4,21 mV.
Gráfico 2: Potencial zeta das micro/nanocápsulas termosenssíveis.
Fonte: autor
Tabela 6: Valor em mV do potencial zeta das micro/nanocápsulas termosenssíveis.
Fonte: autor
5.3. Tamanho de Partícula
As medidas de tamanho de partículas são importantes para se definir o
melhor método de preparo das amostras, já que se busca uma faixa de tamanho
45
que reflita diretamente nas propriedades do material. O diâmetro médio das
partículas de quitosana, mostrado na tabela 6 é de 291,0 nm, com polidispersão
média de 0,196. Podemos encontrar na literatura resultados semelhantes para
tamanho de partícula conforme publicado por KÜLKAMP, 2009. Esses valores
de polidispersão revelam uma variação pequena de tamanho, e uma
homogeneidade das nanopartículas, indicando a estabilidade e controle do
diâmetro das mesmas.
Gráfico 3: Tamanho de partícula da quitosana
Fonte: autor
Tabela 7: Tamanho médio de partícula e polidispersão da quitosana
Fonte: autor
46
5.4. Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV
As amostras de quitosana em pó foram caracterizadas por Microscopia
Eletrônica de Varredura.
As características morfológicas do sólido estudado, quitosana de camarão,
mostraram resultados de estruturas similares com aspectos de várias partículas
geometricamente irregulares, finas e levemente unidas e ainda apresentam uma
superfície heterogênea, imagem 12.
Imagem 12: Micrografia da quitosana em pó.
Fonte: autor
47
Nas imagens 13 e 14 onde temos uma aproximação em x200 e x150
observamos uma estrutura rugosa e fibrosa.
Imagem 13: Micrografia da quitosana em pó.
Fonte: autor
Imagem 14: Micrografia da quitosana em pó.
Fonte: autor
48
5.5. Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier – FTIR
A análise de FTIR foi feita com o objetivo de identificar os grupos funcionais
e as bandas características da quitosana como podemos observar no gráfico 4.
O espectro é obtido pela passagem da radiação pela amostra, registrando os
comprimentos de onda para os quais as bandas de absorção aparecem. As
análises foram realizadas no Espectrômetro Shimadzu, modelo FTIR-8400S, da
série IRAfinity - 1; acoplado a um modulo HATR MIRacle com prisma de ZnSe
(Seleneto de Zinco), da PIKE techonogies.
O Gráfico 4 mostra as bandas características da quitosana de camarões
Litopenaeus vannamei, onde temos:
A região de 3357 cm-1 corresponde ao estiramento O-H;
A banda 1642 cm-1 é associada ao estiramento C=O, conhecida como
banda amida I;
Em 2878 cm-1, o pico corresponde ao alongamento do C-H.
A região de 1425 cm-1 corresponde à deformação angular do CH2.
Os picos em torno de 1319 cm-1, 1360 cm-1, 1374 cm-1 correspondem
às vibrações fortes de flexão da ligação NH primário, secundário e
terciário, respectivamente.
A região entre 890 a 1021 cm-1 corresponde às bandas de estruturas
polissacarídicas.
49
Gráfico 4: FTIR da quitosana em pó.
Fonte: autor
5.5.1. Grau de Desacetilação
O grau de desacetilação (D) pode ser calculada a partir de Equação 2, e por
esta razão a determinação da absorbância no espectro de infravermelho da
quitosana foi obtida para as bandas em 3400 e 1655 cm-1, respectivamente,
como mostrado no gráfico 4.
Ao aplicar esses valores na equação correspondente foi obtido o
DD=70,17% para a quitosana obtida em laboratório e DD= 70,33% para a
quitosana industrial usada como comparação, o que corresponde a um aceitável
grau para este biopolímero LIMA; AIROLDI, 2004. Este valor é compatível com
o encontrado por ANDRADE et al., 2012.
(2)
50
5.6. Difratometria de Rios-X – DRX
O emprego da técnica por difração de raios-X permitiu distinguir claramente
existência dos picos cristalinos para a quitosana e demais amostras.
5.6.1. Índice de Cristalinidade
A quitosana por si só não apresenta padrão de cristalinidade absoluta, isto
depende do grau de acetilação e do processo pelo qual o polissacarídeo foi
obtido, por isso a partir dos dois picos de maior intensidade da difratometria de
raio-X desse material foi determinado o índice de cristalinidade. Com base no
gráfico 4 do DRX da quitosana encontramos os valores dos principais picos
característicos deste polímero, referentes a 2θ/10°=59962 e 2θ/20°=50720, a
partir daí foi calculado o índice de cristalinidade relativa (ICR) usando a equação
(1), onde valor do ICR foi 15,41%.
Gráfico 4: DRX da Quitosana.
Fonte: autor
No gráfico 5 temos o DRX do tecido de soja que apresenta três picos mais
significativos, um pico em 2θ/11°=25211, um em 2θ/20°=61427 de maior intensidade e
um em 2θ/22°=35993.
51
Gráfico 5: DRX da Soja sem tratamento.
Fonte: autor
O gráfico 6 apresenta o DRX da soja tratada com quitosana onde observamos uma
diminuição na intensidade do pico 2θ/20º=61103 em relação a soja, isto pode ser
atribuído as regiões amorfas da quitosana, temos em 2θ/11°=30700 um aumento do
pico em relação a soja que é atribuído ao pico de maior intensidade da quitosana, e um
pico em 2θ/22°=36337 o mesmo que aparece na soja. Isto mostra que mesmo a baixa
concentração a quitosana influenciou na cristalinidade do substrato.
Gráfico 6: DRX da Soja tratada com quitosana.
Fonte: autor
52
5.7. Análise Termogravimétrica – TG
O termograma a seguir, gráfico 8, revela que sob atmosfera dinâmica N2, as
amostras apresentam um processo de desidratação, seguido da decomposição
do polímero com geração de material carbonizado. Observa-se dois estágios,
desidratação e decomposição em todas as amostras, sendo o segundo estágio
onde ocorre a perda de massa.
Para a soja, na faixa de 25-70ºC acontece a desidratação e na faixa de 230-
350ºC ocorre a decomposição, com a quitosana, a desidratação ocorre na faixa
25-135°C e na faixa entre 250-320°C a decomposição como foi observado por
SANTOS; P SOARES, 2003. Na soja funcionalizada com quitosana percebemos
o mesmo comportamento da soja sem tratamento, isto pode ser atribuído ao fato
de que a quitosana não altera as características estruturais do substrato, apenas
modifica as suas cargas superficiais devido formar apenas um
nanorevestimento. No caso das nano/microcápsulas termosenssíveis
percebemos que não há desidratação apenas a decomposição na faixa entre
300-330°C. Para o tecido de soja funcionalizado com quitosana e tingida com as
micro/nanocápsulas termosenssíveis, a desidratação ocorre entre 28-90°C e a
decomposição entre 230-330°C.
53
Gráfico 7: Curva TG da quitosana, soja, soja com quitosana, soja com quitosana e cápsulas,
cápsulas termosenssíveis.
Fonte: autor
5.8. Tratamento Superficial do Substrato Têxtil com Quitosana
Este processo é feito com o polieletrólito quitosana, o mesmo consiste em
cationizar a superfície do tecido o qual apresenta grupos hidroxilos (-OH), deixa-
la com cargas positivas (NH+), para que possa ocorrer a ligação entre o substrato
e as micro/nanocápsulas termosenssíveis, as quais também apresentam cargas
negativas, como ilustra a figura 7.
54
Figura 7: Ilustração da ligação entre fibra/quitosana/cápsulas.
Fonte: autor
De acordo com os resultados da força colorística, gráfico 8, a amostra
funcionalizada com 2% de quitosana apresentou um maior pico de absorbância
em torno de 1,6996 no comprimento de onda de 590,73 cm-1, também
observamos que a partir de 3% de funcionalização há uma saturação do
polieletrólito, o qual é desperdiçado. A partir desses dados foi adotado este
parâmetro de funcionalização das 20 amostras usadas no planejamento
experimental. As leituras de cor das amostras foram feitas sob condições de
temperatura de ± 25°C e umidade relativa do ar de ± 65%.
55
Gráfico 8: Funcionalização das amostras com quitosana.
400 450 500 550 600 650 700
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
K/S
Comprimento de Onda cm-1
Padrão
S/ Quitosana
1% Quitosana
2% Quitosana
3% Quitosana
5% Quitosana
7% Quitosana
10% Quitosana
Fonte: autor
Foi evidenciado que a quitosana atua como cationizador o que podemos
observar na imagem 15; nesta temos as amostras que foram funcionalizadas
com as diferentes concentrações de quitosana e uma sem funcionalização, em
seguida as mesmas foram tingidas, a amostras sem funcionalização não fixou
as micro/nanocápsulas durante o tingimento devido a incompatibilidade de
cargas superficiais do substrato e das cápsulas. O gráfico 9, mostra através da
força colorística, que a amostra sem quitosana apresenta um valor de K/S muito
próximo ao da amostra padrão a qual não foi tingida.
56
Imagem 15: Amostras funcionalizadas com quitosana e tingidas.
Fonte: autor
Através das imagens de MEV observamos as micro/nanocápsulas
impregnadas na soja, na imagem 16A observamos a fibra de soja sem
tratamento, na imagem 16B temos a soja funcionalizadas com quitosana e
tingidas com as micro/nanocápsulas termosenssíveis, as micro/nanocápsulas se
fixam na superfície da fibra.
57
Imagem 16: Micrografia da fibra de soja (A) e (B) com micro/nanocápsulas.
Fonte: autor
Nas imagens 17 e 18 observa-se o aspecto estrutural das
micro/nanocápsulas termosenssíveis antes da aplicação no tecido de soja. É
possível averiguar que as cápsulas apresentam geometria esférica e diâmetro
diferenciado, há uma grande variação de tamanho que vai de microns a
nanômetros como podemos ver nas imagens a seguir.
Imagem 17: Micrografia das micro/nanocápsulas termosenssíveis.
Fonte: autor
58
Imagem 18: Micrografia das micro/nanocápsulas termosenssíveis.
Fonte: autor
5.9. Solidez à Lavagem
A amostra tingida com as micro/nanocápsulas termosenssíveis que obteve
a melhor resposta no planejamento experimental, foi reproduzida e submetida
ao teste de solidez à lavagem com diferentes ciclos (1, 2, 3, 4, 5), com o intuito
de verificar a durabilidade da adsorção nano/microcápsulas na soja. Foram
usadas amostras com 1 grama, volume de banho de 75 ml, 1,5% de detergente,
por 60 minutos cada ciclo a 40°C. Cada ciclo de lavagem industrial com 60
minutos corresponde a 5 lavagens domésticas.
Após 25 lavagens as amostras apresentam uma boa concentração de
micro/nanocápsulas na superfície da fibra, como mostra a imagem 19.
59
Imagem 19: Amostra após lavagem.
Fonte: autor
Imagem 20: Solidez a lavagem (A) sem lavagem, (B) após 25 lavagens.
Fonte: autor
A partir da leitura feita no espectrofotômetro obtemos o resultado da força
colorística (K/S) para cada ciclo de 5 lavagens, gráfico 10, a amostra sem lavar,
imagem 20A, apresenta o valor de K/S aproximadamente de 2,37 no
comprimento de onda de 590 cm-1, de acordo com o aumento das lavagens o
valor de K/S vai diminuindo, como é esperado. A grande queda do valor de K/S
da amostra sem lavar para a amostra após 5 lavagens, é devido ainda existir
muitas micro/nanocápsulas que não se fixaram no tecido durante o tingimento.
Porém após 25 lavagens, imagem 20B, ainda temos um valor muito significativo
da força colorística com 1,02.
60
Gráfico 9: Solidez a Lavagem.
Fonte: autor
5.10. Análise Estatística do Tingimento através do Planejamento Experimental
24
De acordo com os resultados obtidos com o planejamento, a melhor resposta
da força colorística (K/S) foi a amostra denominada padrão 8-corrida 2, imagem
21, onde foi usado os seguintes valores das variáveis, temperatura de 70°C,
concentração de micro/nanocápsulas de 5%, tempo 40 minutos e volume de
banho 35 mL. Com isso pode-se ver que foi suficiente o menor volume de banho,
isso mostra que o processo utiliza pouca água o que é muito bom para as
indústrias. Os resultados obtidos com o programa estatístico mostram que o
processo é confiável.
61
Imagem 21: Amostra com melhor resultado do planejamento experimental.
Fonte: autor
Na imagem 22a temos o efluente e 22b a solução antes do tingimento,
analisando o efluente visualmente percebemos que as cápsulas foram todas
fixadas no substrato.
Imagem 22: Efluente (a), Solução de tingimento (b)
Fonte: autor
62
No gráfico 11 estão os resultados da força colorística de todas os
experimentos do planejamento.
Gráfico 10: Resultados de K/S do planejamento experimental.
400 450 500 550 600 650 700
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
K/S
Comprimento de Onda cm-1
Padrão
Std 6 Run 19
Std 16 Run 18
Std 1 Run 9
Std 3 Run 15
Std 13 Run 14
Std 15 Run 13
Std 7 Run 12
Std 14 Run 17
Std 11 Run 16
Std 8 Run 8
Std 4 Run 7
Std 9 Run 6
Std 19 Run 5
Std 12 Run 4
Std 5 Run 3
Std 2 Run 2
Std 20 Run 1
Std 17 Run 20
Std 10 Run 11
Std 18 Run 10
Fonte: autor
A tabela a seguir foi gerada pelo software, após a inserção das respostas
(K/S) do experimento para cada corrida, onde está destacada a amostra de
melhor resultado.
Padrão Corrida A: Temperarura
ºC B: Concentração
% C: Tempo
(min) D: R:B (g/mL)
Resposta K/S
1 1 40 1 20 35 0,644
8 2 70 5 40 35 2,624
10 3 70 1 20 75 0,3493
14 4 70 1 40 75 0,7412
4 5 70 5 20 35 2,038
2 6 70 1 20 35 0,1685
19 7 55 3 30 55 0,8346
11 8 40 5 20 75 1,6769
15 9 40 5 40 75 1,6743
6 10 70 1 40 35 0,3972
3 11 40 5 20 35 1,6528
63
9 12 40 1 20 75 0,2978
17 13 55 3 30 55 0,7826
12 14 70 5 20 75 2,1308
5 15 40 1 40 35 0,7826
18 16 55 3 30 55 0,6867
20 17 55 3 30 55 1,0876
7 18 40 5 40 35 1,6378
13 19 40 1 40 75 0,4721
16 20 70 5 40 75 2,2731
Modelo matemático em termos dos fatores codificados:
(R1) = +1.04 + 0.027A +0.36B +0.059C -6.228E -003D +0.080AB +0.032AC
+0.048AD -0.030BC -8.386E -004BD -1.881E-003CD -1.189E-003ABC-
0.06ABD -9.891E-003ACD -0.016BCD -8.757E -003ABCD.
5.10.1. Gráfico de Pareto
O gráfico de Pareto, gráfico 12, mostra os efeitos principais de interações
que contribuem em valores positivos (maiores) e valores negativos (menores)
para o experimento, e na tabela 7 são mostrados os valores de cada termo.
A cor laranja representa os efeitos positivos e a cor azul representa os
efeitos negativos. Assim pode-se dizer que as variáveis as quais apresentam
valores positivos foram a concentração (B) e temperatura (A), as mesmas
apresentam valores acima da linha t-valor (3.18245). A combinação entre a
temperatura (A), concentração (B) e a relação de banho (D) contribuíram
negativamente para o processo, isto mostra que a concentração (B) está
diretamente proporcional ao volume de banho (D). A concentração (B) foi a
variável que mais influenciou em maior valor no processo, pois esta variável está
diretamente ligada a resposta do experimento (K/S), quanto menor a
concentração menor a resposta de (K/S).
64
Gráfico 11: Diagrama de Pareto do tingimento.
Fonte: autor
Tabela 8: Relação entre os termos, efeito padrão e % contribuição para o modelo.
Termo Efeito Padrão % Contribuição
A-Temperatura 0,054 0,48
B-Concentração 0,72 84,68
C-Tempo 0,12 2,29
D-R:B -0,012 0,025
AB 0,16 4,24
AC 0,064 0,67
AD 0,095 1,48
BC 0,06 0,59
BD -1,677 E 4,601 E
CD -3,762 E 2,315 E
ABC -2,379 E 9,256 E
ABD -0,12 2,4
ACD -0,02 0,064
BCD -0,031 0,16
ABCD -0,018 0,05
Erro - 1,01 Fonte: autor
65
Tabela 9: Análise de Variância (ANOVA) para a resposta do K/S
Fonte de Variação Soma
Quadrática
N° de graus de
liberdade
Média Quadrática
F Valor
Probabilidade (p)
Regressão 2,376 15 0,158 19,23 0.0163
B-Concentração 2,071 1 2,071 251,50 0.0005
AB 0,104 1 0,104 12,59 0.0381
ABD 0,059 1 0,059 7,13 0.0757
C-Tempo 0,056 1 0,056 6,80 0.0798
AD 0,036 1 0,036 4,41 0.1267
AC 0,016 1 0,016 2,00 0.2523
BC 0,014 1 0,014 1,75 0.2780
A-Temperatura 0,012 1 0,012 1,43 0.3184
Resíduo 0,025 3 8,235E-
003 - -
Total corrigido 2,446 19 - - - Desvio padrão = 0,091; R2 = 0,9897; R2 ajustado = 0,9382; R2 previsível = 0,95 CV% = 8,96;
Previsão adequada = 14,455.
Observamos na tabela 9 que os coeficientes de determinação R2, R2
ajustado e R2 previsível para o tingimento convergem próximo de 1, o que indica
um nível de concordância e ajuste entre os valores previstos pelo modelo
estatístico proposto e os valores obtidos experimentalmente. O nível de precisão
adequado obtido é 14,455, uma relação adequada de precisão superior a 4
indica que o modelo quadrático é adequado.
O modelo F-valor de 19,23 implica que o modelo é significativo e pode ser
utilizado para a previsão dos valores experimentais.
Os valores de "Prob> F" menor que 0,0500 indica que os termos do modelo
são significativos. Neste caso B, AB são termos significativos do modelo.
66
5.10.2. Gráfico de relação dos Valores Previstos e dos Valores Observados
O gráfico 13 mostra a relação entre os valores experimentais encontrados e
previstos do K/S. Os valores previstos pelo modelo foram representados pela
reta e os valores observados pelos pontos. Verifica-se que a diferença dos
valores observados aproximou-se dos valores previstos, o que pode ser
comprovado pelo elevado valor do coeficiente de regressão obtido pelo modelo
(R2 = 0.9897). Isto mostra que o modelo proposto foi satisfatório e não necessita
de ajustes.
Gráfico 12: Valores observados em função dos previstos.
Fonte: autor
67
5.10.3. Gráfico Normal de Probabilidade de Resíduos
No gráfico 14 é apresenta a probabilidade normal dos resíduos e observa-
se que o modelo proposto na análise de variância obedece aos critérios dos
mínimos quadrados, em razão que os resíduos foram ajustados ao longo de uma
linha reta, o resíduo foi de 0,025, o que comprova que a normalidade do modelo
foi satisfeita.
Gráfico 13: Normal de probabilidade de resíduos.
Fonte: autor
68
5.10.4. Gráficos 3D de Superfícies
No gráfico 15 está representada tridimensionalmente a melhor resposta de
K/S obtida na análise estatística.
A região do gráfico em vermelho representa as melhores respostas do
experimento, e exatamente no ponto de K/S igual a 2,624 temos a melhor
resposta do experimento, no qual temos a combinação das variáveis:
temperatura de 70°C, concentração de 5% das nano/microcápsulas
termosenssíveis, tempo 40 minutos e relação de banho 1:35 g/mL. A região em
azul representa os resultados menos significativos do experimento.
Gráfico 14: Combinação da Concentração (B) e Temperatura (A).
Fonte: autor
69
6. CONCLUSÃO
De acordo com os objetivos neste trabalho e dos resultados obtidos,
concluímos que:
As etapas para extração do biopolímero mostraram-se eficientes, pois a
quitosana obtida apresentou grau de desacetilação (GD) acima de 50%,
contribuindo para a sua solubilização e para o processo de funcionalização do
substrato têxtil.
A análise de potencial zeta mostrou uma boa estabilidade eletrostática da
quitosana em solução.
Com relação ao tamanho de partícula da quitosana foi encontrado um valor
médio dentro da escala nanométrica, o que mostra que o processo de diluição
foi eficiente.
A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foi essencial para observação
do formato e tamanho das partículas de quitosana e das micro/nanocápsulas
termosenssíveis bem como destas impregnadas no tecido de soja, destacando
suas características superficiais.
Com a análise de FTIR podemos comprovar que o material obtido na síntese
é quitosana, pois podemos observar os grupos funcionais e as bandas
características deste polímero.
Através da técnica de DRX podemos observar os picos cristalinos de cada
material, evidenciando uma diminuição na intensidade do maior pico do
substrato de soja funcionalizado com quitosana.
Na análise de TG podemos observar os processos de desidratação e
decomposição onde ocorre a carbonização de cada material. O comportamento
dos gráficos para o tecido de soja sem tratamento e do tecido de soja com
quitosana foi igual, concluímos que a quitosana não influenciou nas
características estruturais do substrato.
O resultado da aplicação do planejamento estatístico com as variáveis
usadas mostrou-se eficiente no processo de tingimento da soja com as
70
micro/nanocápsulas onde conseguimos otimizar o processo encontrando as
condições ideais de cada variável.
O método de tingimento por exaustão com temperatura e pressão foi muito
eficiente, pois conseguimos um bom resultado no tingimento com as cápsulas e
uma boa solidez a lavagem mesmo após 25 ciclos de lavagens domésticas, onde
temos uma boa concentração de cápsulas no substrato.
71
7. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como sugestões para trabalhos futuros foram identificados os seguintes:
1- Estudar a influência do grau de desacetilação da quitosana na eficiência
da funcionalização de substratos têxteis.
2- Síntese de um biofilme de quitosana para liberação controlada de
antibiótico.
3- Caracterização do efluente gerado no processo de tingimento.
4- Estudo cinético da adsorção.
5- Estudo da solidez a luz e fricção.
6- Estudo de como melhorar resistência de solidez à lavagem.
72
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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