Cor estrutural: coloração ecológica de substrato têxtil através da aplicação de cristais fotónicos à base de sílica

Abstract

A indústria têxtil, reconhecida pela sua significativa pegada ambiental, enfrenta desafios contínuos na procura de métodos de processamento mais sustentáveis. Em resposta a essas questões, a coloração por cor estrutural surge como uma alternativa ecológica promissora ao tingimento convencional, baseada na interação física da luz com nanoestruturas de índice de refração variável. Além de proporcionar uma solução mais sustentável, reduzindo o consumo de água, a coloração por cor estrutural oferece uma ampla gama de cores com um brilho distintivo. A iridescência, característica inerente dos cristais fotónicos (CF), possibilita a obtenção de substratos têxteis que mudam de cor conforme o ângulo de observação e a incidência da luz. Os CF de polímeros sintéticos como o poliestireno (PS), o polimetilmetacrilato (PMMA) e o poli (estireno-metilmetacrilato-ácido acrílico) (P(St-MMA-AA)) são pouco sustentáveis e ambientalmente prejudiciais (microplásticos). Neste sentido o projeto estudou CF mais sustentáveis de dióxido de silício (SiO2) sintetizados pelo método de Stöber e caracterizados com análises de DLS e SEM. Foram testados diferentes métodos de deposição, como sedimentação vertical e gravitacional, spray e dip-drawing. A coloração obtida foi caracterizada por espetroscopia e análise CIELAB, com foco na luminosidade, saturação e diferenças cromáticas. Os resultados indicaram que a coloração azul foi a mais frequentemente alcançada. A cor verde foi obtida apenas em condições específicas, quando a quantidade de Teos era menor, entre 1 e 3 mL. As cores vermelhas foram obtidas em condições específicas, mas os parâmetros de reação mostraram sensibilidade significativa á temperatura e ao tempo de reação, mas mesmo assim umas das sínteses que obteve esta coloração na análise de DLS obteve um DPI superior a 0,1 ficando assim excluída para a análise de SEM. As sínteses de coloração verde, foram a que apresentaram uma distribuição de esferas mais uniformes. O método com melhores resultados foi o da deposição gravitacional na concentração de 5% (m/v) de CF dissolvidos em etanol e secos a 40°C na estufa. A solidez à lavagem foi avaliada, com melhorias observadas na adesão dos cristais aos substratos após funcionalizações específicas. Concluiu-se que, embora promissor, o método necessita de maior refinamento, particularmente no controlo de variáveis e na funcionalização dos cristais, para alcançar estabilidade e uniformidade adequadas. Futuros estudos deverão explorar novas combinações de reagentes e técnicas de deposição, com o objetivo de ampliar o espectro de cores e melhorar a viabilidade do método para aplicações industriais.

The textile industry, recognized for its significant environmental footprint, faces ongoing challenges in finding more sustainable processing methods. In response to these issues, structural color staining emerges as a promising ecological alternative to conventional dyeing, based on the physical interaction of light with nanostructures of variable refractive index. In addition to providing a more sustainable solution by reducing water consumption, structural color staining offers a wide range of colors with distinct brightness. Iridescence, an inherent characteristic of photonic crystals (PC), makes it possible to obtain textile substrates that change color depending on the angle of observation and the incidence of light. CFs from synthetic polymers such as polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), and poly (styrene-methyl methacrylate-acrylic acid) (P(St-MMA-AA)) are unsustainable and environmentally harmful (microplastics). In this sense, the project studied more sustainable CFs of silica dioxide (SiO₂) synthesized by the Stöber method and characterized with DLS and SEM analyses. Different deposition methods were tested, such as vertical and gravitational sedimentation, spray, and dip-drawing. The color obtained was characterized by spectroscopy and CIELAB analysis, focusing on luminosity, saturation, and chromatic differences. The results indicated that blue coloration was the most frequently achieved. The green color was obtained only under specific conditions, when the amount of Teos was lower, between 1 and 3 mL. The red colors were obtained under specific conditions, but the reaction parameters showed significant sensitivity to temperature and reaction time, but even so, one of the syntheses that obtained this coloration in the DLS analysis obtained a DPI greater than 0.1, thus being excluded. for SEM analysis. The green colored syntheses were those that presented the most uniform sphere distribution. The method with the best results was gravitational deposition at a concentration of 5% (m/v) of photonic crystals dissolved in ethanol and dried at 40°C in a greenhouse. Washing fastness was evaluated, with improvements observed in the adhesion of crystals to substrates after specific functionalizations. It was concluded that, although promising, the method requires further refinement, particularly in variable control and crystal functionalization, to achieve adequate stability and uniformity. Future studies should explore new combinations of reagents and deposition techniques, with the aim of expanding the color spectrum and improving the viability of the method for industrial applications.