Melhoria das propriedades do poliéster através da funcionalização com poli (álcool de vinilo)

Abstract

Nesta dissertação procurou-se desenvolver um processo de funcionalização química das fibras de poliéster, com o objetivo de melhorar as suas propriedades de hidrofilidade, efeitos soil-release e o desempenho mecânico. A fim de cumprir este propósito procedeu-se à incorporação de um polímero hidrofílico, o poli (álcool de vinilo), PVA, sobre o substrato têxtil, modificando-o de forma a melhorar a sua hidrofilidade e a remoção de sujidades, durante um procedimento de lavagem doméstico. Para realizar este processo de funcionalização definiram-se duas estratégias. A primeira consistiu em efetuar uma saponificação nas fibras de poliéster (PET) com uma solução de NaOH a 3M, à temperatura de 55ºC durante 30 minutos. Trabalhos realizados anteriormente mostraram serem estas as condições ótimas para realizar este tratamento. Este procedimento teve como principal objetivo o incremento da hidrofilidade do poliéster, permitindo uma melhor penetração da solução de tratamento, bem como aumentar a reatividade do substrato, através da criação de novos grupos funcionais capazes de permitir uma posterior ligação do PVA ao substrato têxtil. É de salientar que as condições utilizadas na hidrólise alcalina permitem alcançar uma melhoria na primeira etapa do tratamento, com a menor degradação das propriedades mecânicas das fibras. A segunda estratégia consistiu na modificação do PET através da incorporação do PVA, de massa molecular média 9000 – 10000 e com um grau de hidrólise de 80%, na presença de uma resina DMDHEU (N,N’-dimetilol-4,5-dihidroxietileno ureia) modificada com um catalisador incorporado, através do processo pad-dry-cure. Neste trabalho estudou-se a influência da concentração do PVA e da resina, na incorporação deste polímero no substrato de PET. As concentrações de PVA estudadas foram de 25, 50 e 70 g/L e da resina foram 40 e 60 g/L. Da análise dos resultados obtidos na segunda etapa concluiu-se que, globalmente, a utilização de uma solução de tratamento contendo 50 g/L de PVA e 40 g/L de resina, constituem as condições que melhor permitem atingir os objetivos propostos. Neste estudo foram avaliadas as propriedades de hidrofilidade, soil-release, mecânicas, permeabilidade ao ar e permeabilidade ao vapor de água do PET modificado. Da análise dos resultados concluiu-se que no que concerne à hidrofilidade através da técnica do ângulo de contacto, o tratamento do PET com o PVA (50 g/L) na presença da resina (40 g/L), tornou a fibra mais hidrófila (33,9º) em relação à original (95º). Apesar de haver uma melhoria significativa da hidrofilidade do PET tratado com o PVA e resina nas condições referidas, em relação à fibra original, este acabamento possui um grau de eficácia idêntico à saponificação do PET, no que diz respeito a esta propriedade. No entanto, em relação às propriedades soil-release verificou-se uma melhoria, passando de grau 2 para grau 4. Contudo, esta amostra de PET tratada possuía uma eficácia idêntica em termos do efeito soil-release, ao PET hidrolisado com uma solução de NaOH (3M), à temperatura de 55ºC durante 30 minutos (grau 4). Quanto às propriedades mecânicas conclui-se que para o PET modificado com uma solução de 50 g/L de PVA e 40 g/L de resina, a resistência à tração aumenta de uma maneira significativa (590,6 N) em relação ao PET sem tratamento (no sentido da trama). No que se refere à permeabilidade ao ar constatou-se que há uma melhoria desta propriedade, obtendo-se para o PET modificado nas condições indicadas acima, 107,20 L/m2/s e para o polímero sem tratamento, 45,35 L/m2/s. Os materiais modificados foram caracterizados pelas técnicas de DSC, FTIR-ATR, e SEM-EDS. Estas técnicas permitiram comprovar que efetivamente os materiais foram modificados.

In this dissertation, a process of chemical functionalization of polyester (PET) fibers was developed with the aim of improving their properties of hydrophilicity, soil-release effects and mechanical performance. To this end, a hydrophilic polymer, the polyvinyl alcohol (PVA), was incorporated onto the textile substrate, so as to improve their hydrophilicity and the ease of removing dirt during a domestic washing procedure. In order to perform this functionalization process, two approaches were defined. The first strategy consisted in carrying out a PET fibers alkaline hydrolysis with a solution of sodium hidroxide 3M, at 55°C for 30 minutes. Previous work has shown that these are the optimal conditions to perform this treatment. This first step had as main goal, the increase of the hydrophilicity of the PET, in order to allow a better penetration of the treatment solution, as well as, to increase the reactivity of the substrate, through the creation of new functional groups, able to allow the a subsequent connection of PVA to the textile substrate. It should be noted that, the conditions used in the alkaline hydrolysis, improve the first step of the treatment, with lesser degradation of the fibers mechanical properties. The second strategy consisted in the modification of the PET by the incorporation of the PVA, with an average molecular weight of 9000 – 10000 and with a hydrolysis degree of 80%, in the presence of a modified DMDHEU (N, N'-dimethylol-4,5-dihydroxyethylene urea) resin with a catalyst incorporated, by the pad-dry-cure process. In this work, the influence of the concentration PVA and the resin was studied in the incorporation process of this polymer in the PET substrate. The concentrations of PVA studied were 25, 50 and 70 g/L and the resin concentrations were 40 and 60 g/L. From the analysis of the results obtained in the second step, it was concluded that, globally, that the use of one solution containing 50 g/L PVA and 40 g/L resin, correspond to the conditions that better allow to accomplish the proposed goals. In this study, the hydrophilicity, soil-release, mechanical properties, permeability to air and permeability to water vapor of the modified PET were evaluated. From the analysis of the results, it was concluded that the treatment of PET with PVA (50 g/L) in the presence of the resin (40 g/L) made the fiber more hydrophilic (33,9°) from the original (95°). Although there is a significant improvement in the hydrophilicity of the PET treated with the PVA and resin under mentioned conditions, with respect to the original fiber, this finish has a similar degree of efficacy to the saponification of the PET, with respect to this property. However, in relation to the soil-release properties an improvement was observed, going from grade 2 to grade 4. However, this treated PET sample, has the same soil-release effect in relation to the hydrolysed PET, with NaOH solution (3M), at 55ºC during 30 minutes (grade 4). As regards mechanical properties, it can be concluded that, for PET modified with a solution of 50 g/L PVA and 40 g/L resin, the tensile strength increases significantly (590,6 N) relative to untreated PET (in the weft direction). As regards air permeability, it can be seen that there is an improvement of this property, obtaining for the PET modified in the conditions indicated above, 107,20 L/m2/s and for the untreated polymer, 45,35 L/m2/s. The modified materials were characterized by DSC, FTIR–ATR and SEM-EDS techniques. These techniques allowed to prove that the materials were modified.