Nano coloração: revestimento de substratos têxteis com cristais fotónicos

Abstract

A indústria têxtil é considerada uma das indústrias mais poluentes a nível mundial. A procura de novos métodos mais ecológicos de processamento de substratos têxteis é de interesse contínuo e de permanente investigação. Uma das principais preocupações ecológicas é o elevado consumo de água utilizada em processamento têxtil e seus efluentes, que contêm uma alta carga de produtos químicos tóxicos para o ambiente. Sendo o tingimento um dos processos com maior consumo de água, devido às quantidades necessárias para a preparação do banho de corante e respetivas lavagens para remoção do corante em excesso que não tenha reagido/penetrado na fibra, é necessário arranjar uma alternativa ecológica. A coloração de substratos têxteis através da cor estrutural (interação física de luz com materiais que possuem variação nanoestrutural no índice de refração) pode ser a solução para este problema, pois o consumo de água é drasticamente reduzido, sendo apenas necessário água para a síntese dos cristais fotónicos, a partir dos quais a cor é conseguida. Através desta técnica é possível obter uma ampla gama de cores (consoante o tamanho dos cristais) com um brilho que não é possível obter com corantes tradicionais. Esta técnica também permite obter substratos têxteis com iridescência, uma propriedade caraterística dos cristais fotónicos, onde a cor do substrato muda consoante o ângulo de observação e o ângulo de incidência da luz. Assim sendo, este trabalho teve como objetivos principais (i) sintetizar cristais fotónicos com diferentes tamanhos, (ii) testar diferentes técnicas de deposição dos cristais, (iii) utilizar biopolímeros para melhorar a adesão e uniformidade dos cristais aos substratos e (iv) melhorar a solidez à lavagem e à fricção dos substratos revestidos. Em relação ao primeiro objetivo, foram sintetizados cristais fotónicos de poli(estireno-metilmetacrilatoácido acrilíco), com tamanhos entre os 170 e os 250 nm, através de uma reação de polimerização, alterando as condições reacionais. Em relação ao segundo objetivo, foram testados dois métodos de deposição diferentes, por deposição gravitacional e por dip-drawing. O método por dip-drawing foi o método onde se obtiveram melhores resultados de uniformidade, obtendo-se uma variada gama de cores (violeta, azul, verde, amarelo e vermelho), aquando da deposição dos cristais em tecidos de poliamida 6,6. Quanto ao terceiro objetivo, foi utilizada uma solução 15.00 g/L de quitosano como biopolímero. Este biopolímero também foi utilizado no quarto objetivo, onde infelizmente não foi possível obter melhorias de solidez significativas.

The textile industry is considered one of the most polluting industries in the world. The search for new, greener methods of processing textile substrates is of continuous interest and ongoing research. One of the main ecological concerns is the high consumption of water used in textile processing and its effluents, which contain a high load of environmentally toxic chemicals. As dyeing is one of the most water consuming processes, due to the quantities required for the preparation of the dyebath and its washings to remove excess of not reacted/penetrated dye, an ecological alternative need to be found. Coloring of textile substrates by structural coloration (physical interaction of light with materials having nanostructural refractive index variation) may be the solution to this problem, as water consumption is drastically reduced, where water is only needed for the synthesis of photonic crystals from which color is achieved. Through this technique it is possible to obtain a wide range of colors (depending on the size of the crystals) with a brightness that is not possible to achieve with traditional dyes. This technique also provides iridescence to textile substrates, a characteristic property of photonic crystals, where the color of the substrate changes depending on the viewing angle and the angle of incidence of light. Therefore, the main objectives of this work were (i) to synthesize photonic crystals with different sizes, (ii) to test different crystal deposition techniques, (iii) to use biopolymers to improve crystal adhesion and uniformity to substrates and (iv) to improve the washing and rubbing fastness of the coated substrates. Regarding the first objective, poly (styrene-methylmethacrylate-acrylic acid) photonic crystals were synthesized, with sizes between 170 and 250 nm, through a polymerization reaction, by changing the reaction conditions. Regarding the second objective, two different deposition methods were tested, by gravitational deposition and by dip-drawing. The dip-drawing method was the method with the best uniformity results, obtaining a wide range of colors (violet, blue, green, yellow and red) when depositing crystals in polyamide 6,6 fabrics. As for the third objective, a 15.00 g/L solution of chitosan was used as biopolymer. This biopolymer was also used in the fourth objective, where, unfortunately, no significant fastness improvements where obtained.