BRPI0901349A2 - processo para tingir fibras têxteis com corante ìndico de origem vegetal - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA TINGIR FIBRAS TêXTEIS COM CORANTE ìNDIGO DE ORIGEM VEGETAL. Processo de tingimento de fios e tecidos de fibras naturais ou artificiais, com Indigo de origem vegetal, utilizando como redutor derivados de uréia como, Dióxido de Tio-uréia com o objetivo de substituir o Hidrosulfito de Sódio, e assim reduzir problemas ambientais, bem como tornar o a cor azul resultante mais estável.

Description

"PROCESSO PARA TINGIR FIBRAS TÊXTEIS COMCORANTE ÍNDIGO DE ORIGEM VEGETAL"

INTRODUÇÃO

Refere-se o presente relatório descritivo ao pedido depatente de invenção para, um processo de tingimento de fios etecidos de fibras naturais e/ou artificiais, com corante índigo deorigem vegetal, em todas as suas formas de aplicação,utilizando agentes redutores químicos de baixo impactoambiental e de baixa toxicidade, tais como: uréia e seusderivados, com objetivo de substituir o hidrosulfito de sódio, eassim promover a diminuição da carga de efluentes químicos,minimizando problemas ambientais com eficiência, e querespeitem padrões ecológicos vigentes, bem como tornar todosos tons da cor azul resultante mais estáveis e duradouros.

COMENTÁRIOS DA TÉCNICA

Na busca pra reproduzir sinteticamente as coresconhecidas e utilizadas pela humanidade a partir de fontesnaturais existentes no planeta, desde 5000 anos antes de Cristo.

O homem por meio da industria química, vem desde 1800realizando descobertas e invenções através da síntese química,com o objetivo de sintetizar compostos químicos quesubstituíam os corantes e pigmentos obtidos e encontrados nanatureza, entre eles: os de origem mineral, os oriundos da florae da fauna, elementos cromáticos que sempre foram utilizadospela humanidade para ornamentar o corpo, utensílios, adornos,vestimentas, armas e suas moradias, transformando assimelementos da natureza em artefatos da cultura, impregnandoestes objetos com a essência de sua alma, expressa pelas cores.

Os corantes naturais se encontram principalmente nosvegetais (plantas superiores, algas, fungos e liquens). Nasplantas superiores os corantes podem ser encontrados noscernes, seivas, cascas, raízes, folhas, flores, frutos e sementes,também podem ser encontrados entre alguns animais (insetos emoluscos), existem insetos, entre os quais a cochonilha e okermes, e moluscos como a lula e o murex, que possuem matériacromática com grande poder de fixação concentrada em suassecreções.

As plantas superiores absorvem os sais minerais enutrientes existentes no solo (sais de cobre, alumínio, magnésio,potássio,cobalto, cromo, estanho, ferro, e outros), estes saismetálicos catalisam reações de sínteses bioquímicas,possibilitando a formação das substancias corantes nasdiferentes partes do corpo das plantas (sementes, flores, folhas,raízes, cascas e caules). Este processo de fixação das cores naestrutura celular da planta é conhecido por metalização (oumaturação) e a estabilidade das cores permanece apenasenquanto a planta estiver viva.

No caso especifico das plantas superiores que possuemsubstancias denominadas indigóides, estas são na sua grandemaioria leguminosas, e apresentam associados a plantaprocessos de fixação biológica de nitrogênio (FBN), é oprocesso pelo qual este elemento químico é captado daatmosfera, onde se caracteriza pela sua forma molecularrelativamente inerte (N2) e ó convertido em compostosnitrogenados (como Amônio ou Nitrato) usados em deversosprocessos químico-biológicos do solo, especialmenteimportantes para a nutrição de plantas.

A associação de bactérias diazotróficas, principalmente dogênero Rhizobium, com raízes de plantas da família dasleguminosas (fabaceae) é um tipo de simbiose, termo que defineum tipo de relação benéfica entre os parceiros, neste caso aplanta e a bactéria, formando nódulos nas raízes como ocorrecom as leguminosas, e fixam nitrogênio atmosférico somentequando não há acúmulo de oxigênio em seu entorno.

As bactérias utilizam parte dos fótons assimiladores daplanta hospedeira para gerar a energia necessária para promovero processo de fixação biológica de nitrogênio. Por outro lado, aplanta beneficia-se do nitrogênio fixado pela bactéria prasíntese de suas proteínas.

Os corantes naturais que apresentam coloração do espectrovermelho (do rosa ao castanho-avermelhado) são constituídospor antraquinona e/ou di-hidropirenóide. Entre as plantas quepossuem corantes avermelhados, podemos citar a rubia (Rubiatinctoria) que tem como substância corante a alizarina e o pau-brasil (Caesealpinia equinata) com substância corante abrasilina. Entre os corantes de origem animal, a cochonilha(Coccus cacti) tem como substância corante o ácido carmínico.

Entre os corantes do espectro alaranjado e castanhos, nasua maioria constituídos por carotenóide e/ou a naftoquinona, ourucum (Bixa orellana) tem como substância corante a norbixinae bixina, a resedá ou henna (Lawsonia inermis) tem comosubstância corante a lawsona, nogueira (Juglans regia) temcomo substância corante o tanino juglone e a acácia minosa(Acácia mearnsii) que tem como substância corante o taninofisetinina.

No espectro dos amarelos vamos encontrar corantesconstituídos por flavonóides entre as plantas de açafrão-da-terra(Curcuma longa) com substância corante a crucumina, o cravode defunto (Tagetes sp) com substância corante a xantofila, olírio dos tintureiros (Reseda luteola) com substância coranteluteolina. Também encontramos alguns carotenóides nas plantascomo o Açafrão vermelho (Crocus sativus) com substânciacorante crocetina e a taiúva (Maclura tinctoria) com substânciacorante morim ou maclurina.

No espectro da cor verde os corantes são constituídospelas clorofilas presentes em plantas como a salsa (petroselinumsativum), o espinafre (Spinacea oleracia), e alfafa (Medicagosativa), a urtiga (Urtica dióica) e o hortelã-mente (Mentapiperita).

No espectro de cor azul encontramos os indigóidespresentes nas plantas de anileira (Indigofera tinctoria), anilão(Solanum indigoferum), anil-assú (Eupatorium laeve) e o pastel(Isatis tinctoria) que possuem o índigo como substânciacromática.

No espectro da cor violeta, os corantes são constituídospor dihidropirenóides presentes nas plantas como o pau-campeche (Haematoxylum campeachianum) que tem comosubstância corante a hematoxilina e o jenipapo (Genipaamericana) com substância corante genipapina.

Os corantes naturais podem ser utilizados isoladamente oucombinados. Uma característica peculiar a estes corantes é aalteração de sua coloração em função do pH do meio ou soluçãoonde se encontram diluídos, muitos são utilizados comoindicadores para medir a acidez e alcalinidade das soluçõesquímicas. Em função desta característica, os corantes naturaisapresentam grande versatilidade em seu uso e aplicações.

ÍNDIGO - ANIL

Corante Natural índigo

Anil é a cor da luz entre 450 e 420 nanômetros decomprimento de onda, localizada entre o azul e o violeta. Aorigem do nome provém de uma matéria-prima natural - aplanta que dá origem ao corante índigo. Pela etimologia, doárabe annir e do persa nil, do grego Indikon (índigo).

Uso: matéria corante azul para têxteis;

Nome comum do produto: corante índigo natural; índigoindiano.

Matéria - prima utilizada: O extrato natural de índigopode ser obtido a partir da fermentação das folhas de variasespécies de anileiras como por exemplo as do gênero Indegoferassp., exemplares perenes nativos e/ou cultivados.

Nomes Botânicos: Indigofera spp ( família: liguminosos).Espécies conhecidas: Indigofera tinctoria L.; Indigofera anil L.;Indigofera arrecta Hochst.; Indigofera suffruticosa Mill.;Indigofera spicata Forssk.; Indigofera argêntea Burm. F.;Indigofera guatemalensis Moc. & Sessé; Indigofera truxillensisH.B.K., Fabáceas.

Sinônimos: Anil, anil-de-pasto, anil-dos-tintureiros,anileira, cáa-abi, cáa-chica, guajaná-timbé, anileiro, indigoteiro,indigueiro, anilão, anil-assu, timbú-mirim, arruda-brava eamendoim-bravo.

Distribuição e ocorrência: Ásia, África e Américas.

Forma comercializada internacionalmente: Blocos comopequenas pedras de giz ou como um extrato em pó de coloraçãoazul escuro intenso.

No Brasil é encontrado em diversas plantas do gêneroIndigofera sp da família das Fabáceas, leguminosas; outras dogênero Solanum sp da família das Solanáceas - anilão (Solanumindigoferum), e do gênero Eupatorium sp. - anilassu(Eupatorium laeve DC.) da família das Asteráceas. Destasplantas se extrai um corante vegetal de coloração azul, do grupocromógeno dos indigóides, que é obtido a partir da fermentaçãode suas folhas. O pigmento principal, índigo, obtido destasespécies é idêntico aquele do pastel (woad- Isatis tinctoria)utilizado pelos antigos Bretões na Inglaterra.A substância cromática do índigo não é encontrada naplanta viva, e só é obtida após a colheita, onde durante afermentação das folhas frescas em água forma-se, por hidroliseso glicosídeo "Indicam", que se converte em "Indoxilo" e estepor oxidação complexa-se e precipita como pigmento azulíndigo, que é insolúvel.

Características físico-químicas.

O índigo é um pó azul escuro que tem ponto de fusão em390° - 392°C.

A estrutura química do índigo corresponde a formulaC16H10N202.

O precursor químico é o indican, substância existente nafolha que é incolor e solúvel na água, que pela fermentaçãoconverte-se no indoxilio e este posterior a sua oxigenação,como a exposição ao ar - oxidação, torna-se no corante índigo.

A única reação química de importância pratica é suaredução pela uréia em uma substância solúvel conhecida comoanil branco ou "leucoindigo". Este depois do tingimento é re-oxidado ao anil conferindo a sua cor azul característica, agorajá depositado pelo processo do tingimento na superfície dotêxtil.

Estrutura química: (molécula do índigo), nome químico:(índigo, glicosideo indigóide), fórmula química:(C16H10N202), peso molecular: (262.26).

Quando isolada, a substância apresenta-se como cristaisem pó azul escuro violáceos, e solúvel em água, álcool esolventes orgânicos como o éter, mas solúvel no clorofórmio, nonitro-benzeno, o no ácido sulfúrico concentrado, solúveltambém em solução alcalina em meio redutor.

Possui uma ótima afinidade tintorial as fibras têxteisnaturais e artificiais, sua resistência à luz e a lavagem é boa, éum dos poucos corantes naturais cujas propriedades do solidez epermanência não são melhoradas pelo emprego de mordentes.

Historia do índigo:

O índigo é um dos mais antigos corantes azuis utilizadopelo homem em têxteis, muitos paises asiáticos tais como,índia,China, e Japão, usaram o anil como tintura por séculos. Atintura foi conhecida também pelas civilizações antigas naMesopotâmia, no Egito, na Grécia, em Roma, na Grân-Bretanha,na América Central, nos Andes em especial no Peru, no Irâ, e naÁfrica.

A índia recebe o credito de ser o centro mais antigo autilizar o anil no velho mundo, foi a principal fornecedora doanil à Europa, primeiramente restrita a Grécia e Roma, aassociação da índia com anil é percebida na palavra grega para"tintura", que era Indikon (indicum). Os romanos usaram oindicum do termo, que passou no dialeto italiano, eeventualmente no inglês, em que a palavra para anil é índigo.

Na mesopotâmia, uma tabuleta cuneiforme neo-babilônicado século VII A.C. mostrava uma receita para tingir lãs, onde alã era colorida lápis-lazúll (uqnatu) através da imersão repetidado pano em um banho de tingimento.

Os romanos usaram o anil como um pigmento para apintura de afrescos e para finalidades medicinais e cosméticas,era um artigo de luxo importado pelo Mediterrâneo, trazido daíndia por comerciantes árabes, ele permaneceu como umproduto rato na Europa durante toda a idade média. O pastel,uma tintura quimicamente idêntica derivada da planta (Isatistinctoria - Brassicaceae), era usada preferencialmente.

No final do século XV, o explorador português Vasco daGama descobriu uma rota marítima para as índias, isto levou aestabelecer o comercio direto com índia, a China, e o Japão.

Conseqüentemente, a importação e o uso do anil na Europaaumentaram significativamente, muito anil utilizado na Europaproveniente da Ásia chegou através dos portos de Portugal, dosPaises Baixos, Inglaterra, a Espanha importava a tintura de suascolônias nas Américas Central e do Sul.

Durante o período colonial o índigo era um produtoproduzido tradicionalmente na índia e na América Central,depois transferido para São Domingos, Luisiana e Guiana pelosfranceses, e Jamaica e Carolina do Sul pelos ingleses.

Muitas plantações do anil foram estabelecidas pelo podereuropeu em climas tropicais; era a colheita principal na Jamaicae Carolina do Sul, com todo o trabalho executado por escravosafricanos. As plantações do anil prosperaram também nas IlhasVirgens. No ano de 1773, a Carolina do Sul, exportou 600 milquilos do corante para a Europa.

O anil era usado tradicionalmente na África ocidental. Ouso do anil pelos nômades Tuaregue do Sahara a Republica dosCamarões, onde suas roupas se tingia com a nobreza do anil. Asmulheres tingiam pano na maior parte dos locais, como osIorubas da Nigéria e o povo de Mali particularmente conhecidopelo seu conhecimento da tintura. Entre os Hauçás a tintura eraa base de riqueza da cidade antiga de Kano.

No Japão, o anil tornou-se especialmente importante noperíodo Edo em que se proibiu usar a seda, assim os japonesescomeçaram a importar e plantar o algodão, era difícil tingir afibra do algodão exceto com o anil. Muitos anos mais tarde ouso do anil passa a ser muito apreciado como cor ara o Quimonode verão Yukata, porque o mar azul e a natureza são recordadosnesta roupa tradicional.

A planta também presente na costa brasileira, e bemconhecida entre os índios por seu uso tintorial, nunca havia sidocultivada por eles. Curiosamente esta informação não chgou aoscolonizadores, uma vez que, em 1689, o governador da Bahiapediu remessas de sementes do índigo da índia. Segundoregistros da Companhia Geral do Comercio do Grão-Pará e doMaranhão, fundada em 1756, eram enviados para a Europa oPau-Brasil, sangre-de-drago, o anil e outros corantes para astinturarias da época.

A planta foi domesticada sob o patrocínio da AcademiaCientifica do Rio de Janeiro, as técnicas de beneficiamentoforam ensinadas, e a sua comercialização foi promovida pelovice-rei. Até 1779 as exportações brasileiras de anilsatisfizeram o mercado português. Durante os anos 1800 a 1900,a índia aumentou significativamente a produção de índigonatural, chegando a exportar para a Inglaterra durante o ano de1896/97, o total de 19 vil toneladas desta matéria cromática.

Em 1865 o químico alemão Joham Friedrich Wiheim AdolfVon Baeyer iniciou trabalhos com o anil, seu trabalho culminouna primeira síntese do anil em 1880 a partir do nitrobenzenoaldeído e a acetona em adição a hidróxido sódio diluído, ouhidróxido de bário, ou a amônia.

A Basf (Badische Aniline Soda Fabrik) desenvolveu oprocesso de síntese comercial de produção e introduziu nomercado o primeiro índigo sintético no ano de 1897/ e já em1913 o índigo natural havia sido substituído quase inteiramentepelo índigo sintético. Com a vinda do substituto sintético, ademanda para o anil natural caiu substancialmente, e paramuitos fazendeiros de anil a plantação tornou-seeconomicamente inviável.

Na literatura, o drama Nlldarpan (o espelho azul) escritopor Dinabandhu Miltra é baseado na escravidão vivida pelosindianos do sul onde o cultivo do anil e sua produção era à baseda economia nesta região da índia. Este trabalho é comparadofreqüentemente ao livro sobre a escravidão no mundo e nosEstados Unidos (do inglês Uncle tons cabin).

Fontes e demanda mundial:

Graças a Marco Pólo o índigo Indiano (I. tinctoria) tornou-se disponível na Europa desde o século XIII, mas encontrouoposição principalmente dos produtores de pastel (woad) daInglaterra, da França e da Alemanha até o século XVI. Maistarde, o índigo conseguiu o domínio sobre o paste devido a doisfatores muito importantes: seu alto teor corante de custo maisbaixo, e pela abertura da rota marítima a índia e, finalmentepelo desenvolvimento das plantações e sua produção em altaescala nas Américas.

Antes da industrialização do índigo sintético no final doséculo XIX, o índigo natural era provavelmente o corantenatural mais usado pela industria têxtil e tinha importânciaparticular para as industrias de lãs.

Entretanto, com a síntese industrial o mercado para oproduto natural caiu a 4% no ano de 1914, o que gerouproblemas sociais graves para a índia, a registros de que a áreacultivada e a produção anual do corante na década de 1890 eramao redor de 0,6 milhão há. e 3000 toneladas, respectivamente,comparada as que figuravam nos anos 1950 eram 4000 há.cultivados e uma produção de 50 toneladas de índigo.

Hoje, o índigo ainda é cultivado na índia, em El Salvadore Guatemala em partes do sudoeste da Ásia e noroeste daÁfrica. É empregado localmente no oficio de tingimento etécnicas artesanais (produção do batk, tei-dye, etc.) comotambém ainda há um pequeno comercio para exportação.

Uma retomada recente ao interesse por índigo natural foiobservada na Europa ocidental e no mercado norte-americanopara uso em tecidos de denim como tendência sócio-ambientaldo mercado de moda. Ainda que, entretanto, isto não resultouem nenhuma ascensão subida no comercio internacional docorante, por exemplo, as exportações de índia entre os anos de1988 a 93 apresentando uma flutuação entre 2 e 20 toneladas,sem indicar um aumento constante e gradativo.

Em 2002, 17000 toneladas de anil sintético foramproduzidas em todo mundo. Logo, quase todo o anil produzidohoje é sintético. Entre outros usos tornou-se famosos por dar acor ás calças "Blue Jeans".

Cultivo com relação a solo e clima:

A maioria das espécies comerciais de Indigofera sãoadaptadas a um bom espectro de climas nas áreas tropicais eáreas quentes sub-tropicais onde apresentam um bomdesempenho. O crescimento é melhor nos solos permeáveis quesão ricos em matéria orgânica e com boa incidência de chuvas.

Propagação e cuidados:

A multiplicação é geralmente por meio da semente. A pré-hidratação das sementes em água pode ajudar na germinação. Oespaçamento entre plantas no campo depende de cada espécie ede duas características de crescimento, mas pode ser adotadoum espaçamento médio de 50-60 cm entre linhas e 20-30 cmentre plantas.

E prudente adotar irrigação na plantas novas, quanto aocontrole de pragas é necessário a retirada de ervas daninhasentre o plantio e a(s) colheitas(s).

Quando as espécies de Indigofera forem do tipo perene, avida econômica varia entre 1 e 3 anos de acordo com a espécie ecircunstâncias locais. A primeira colheita é feita em três ouquatro meses após a germinação e desta recomenda-se cortar ashastes 10-20 cm acima do nível do solo. Sob circunstânciasfavoráveis, três colheitas podem ser obtidas por ano.

Há muito pouca informação existente na literatura quantoao rendimento da colheita para as varias espécies. Entretanto, aIndigofera arrecta é muito superior comprada a I. tinctoria,aquela superou em muito a ultima na índia. Para a I. arrecta hárelatos na África que pode fornecer em um ano de 130 a 325 Kgde índigo/ha.

Processamento e extração:

Defere de outros corantes, sua extração é feita atemperatura ambiente entre 25 e 45° C. o corte dos ramos é feitoao amanhecer geralmente com as folhas ainda úmidas, sãotransportados para o local de extração o mais rápido possívelapós a colheita. As folhas frescas destas plantas são imersas emágua limpa. A operação envolve imergir totalmente o materialfresco na água a temperatura ambiente pro 10-15 horas para quese processe a fermentação, e durante esta se formará oglucosídeo Indican. Prova-se a fermentação por meio da adiçãode uréia diluída; ou urina animal; ou açúcar de cana; ou porfermentação espontânea. Este processo deve ser feito em localarejado e coberto para que a fermentação se processe seminterferência.

O liquido de cor e odor característico gerado após afermentação contem uma substância intermediada do processoque é denominada indoxilo, este liquido é transferido então paraoutro recipiente onde receberá a aeração por agitação(oxigenação do banho) provocando a oxidação formando asubstância corante denominada índigo. Para provocar aprecipitação do corante, após o processo de oxigenação pelaagitação do banho, é necessário remover a espuma da superfíciee adicionar água fresca e limpa a 15° C. tais passagens pode servisto na figura 1, onde apresenta-se a estrutura molecular, nodetalhe A o indican, detalhe B após fermentação Indoxilo,detalhe C índigo.

Após 12 horas em repouso, o liquido acima do precipitadoé removido cuidadosamente por um sifão ou transferência, e alama do índigo é separada e então desidratado. Este precipitadoé então purificado, podendo ser cozido ou não entre 60 a 70° Cpor 15 min. e finalmente seco ao sol após ser cortada para aformação de tabletes (cakes) de índigo ou moído a pó.

O índigo natural encontra-se no mercado tanto em estadonão reduzido, em forma de pasta, pó ou pedaços, como emestado reduzido, na forma de soluções de índigo, tina de índigoe branco de anil seco ou em pasta. Seu grau de pureza podevariar muito dependendo de vários fatores desde a nutrição daplanta, passando pelas técnicas de extração até fatoresclimáticos podendo variar desde 15 a 70% de pureza.

Desenvolvendo a tecnologia do tingimento:

O índigo é um pigmento insolúvel na água; para serdissolvido, deve ser submetido a uma mudança química pelaação de um agente redutor e um álcali. Quando o banho detintura é preparado o índigo solúvel pode rapidamente entrar emcontato com o oxigênio do ar e sua formula facilmente reverteem substância insolúvel novamente.

Quando se tornou amplamente disponivvel na Europa apartir do século XVI, os pintores e tingidores europeus tiveramdificuldades com o anil por causa desta propriedade única. Eratambém uma substância perigosa pouco conhecida que,requerendo diversas manipulações químicas, e processo pederiase tornar tóxico aos trabalhadores.

Um processo pré-industrial para tingir com anil, usado naEuropa, era dissolver o anil em urina, a urina reduz o anilinsolúvel em uma substância solúvel conhecida como o anilbranco ou "leucoindigo", que produz uma solução verdeamarela, como pode ser visto na estrutura molecular da figura 2detalhe D índigo, detalhe E Leucoindigo.

Após o tingimento faz-se a transformação do leuco-indigopor oxidação retornando ao índigo oxidado conferindo a corazul ao têxtil. A uréia sintética para substituir a urina tornou-sedisponível a partir de 1800.

Outro método pré-industrial, usado no Japão, era dissolvero anil em um meio de cultura de bactérias termofilicas,aneróbicas. Algumas espécies destas bactérias geram ohidrogênio como um produto metabólico, que pode converter oanil insolúvel na forma solúvel. O tecido tingido em tal meio foidecorado com as técnicas japonesas de tintura tais como, doshibori, do kasuri, do katazome, e do tsutsugaki. Os exemplosda roupa e das bandeiras tingidas com estas técnicas podem servistos nos trabalhos de Hokusai e de outros artistas japoneses.20/35Redução do Corante índigo de Origem Natural:

Tradicionalmente, o corante índigo natural écomerncializado na forma sólida (tabletes ou pó), sendoinsolúvel em água requer, para a sua utilização a adição de umagente redutor químico (sendo amplamente utilizado ohidrossulfito de sódio) ou o desenvolvimento de um meioredutor gerado a partir de outros métodos que possibilite asolubilização do corante no banho de tingimento.

Estes agentes redutores químicos, devido à sua naturezaquímica e elevada concentração originavam efluentes que, alemda presença do corante precipitado sob a forma oxidada,apresentavam um significativo teor em compostos de enxofre(sulfuretos e outros). Sendo cada vez maior a preocupaçãoambiental, e esta tem pressionado a industria têxtil, na ultimadécada, a buscar alternativas para minimizar este impactoambiental, com o surgimento de novas formas do coranteíndigo, que passam a ser comercializado sob novas formas(corante pré-reduzido, corante solúvel e/ou novas formassólidas de produto com alto teor de pureza) e em especial nabusca por processos de redução do corante alternativos nasubstituição aos produtos anteriores como: glucose,hidroxiacetona, entre outros.O índigo natural e insolúvel em água. Unicamente pelaação de um agente redutor em presença de um álcali, se obtémuma solução chamada tina. O índigo em estado reduzido fixa-sena tina sobre a fibra na forma de leuco-indigo, sendo então pormeio da oxidação subseqüente, geralmente pela influencia dooxigênio do ar, convertendo-se novamente em índigo insolúvel.

Para seu emprego faz-se necessário a preparação da tina-mãe mais ou menos concentrada que depois será adicionada aobanho de tintura. Neste caso deve-se fazer inativo o oxigênio daágua com a finalidade de evitar a oxidação e conseqüenteprecipitação de parte do corante. Por este motivo deve-seacrescentar ao banho um pouco de álcali e do agente redutorantes de adicionar a tina-mãe.

OBJETIVO DA PATENTE

Processo de tingimento com índigo de origem vegetal:

A invenção proposta, consiste na descrição de um processode tingimento de fios e tecidos de origem natural e/ou artificialpela imersão destes têxteis em banho contendo índigo de origemvegetal. Estes banhos aquosos de imersão tornam o índigosolúveis pela adição de redutores químicos derivados de uréiacomo o Dióxido de Tio-uréia em meio alcalina para que ocorante índigo adquira solubilidade, ao gerar maior potencial deredução promovendo excelente ação tintorial, melhor resistênciae estabilidade da cor azul resultante nos fios e tecidos tintos poreste processo. Estes banhos de tintura são obtidos pela mistura ehomogeneização dos extratos de índigo natural em pó emsolução alcalina e reduzida. Por sua vez, estes extratos deíndigo em pó são obtidos por precipitação e secagem desoluções aquosa provenientes da oxigenação de banhosresultantes da fermentação de soluções que continham folhasfrescas e/ou secas de plantas nativas e/ou cultivadas de anileira,anilão, anilassu e suas sinônimas, em tanques de alvenaria, oupedra, ou plásticos ou aço-inoxidável a temperatura ambiente oua 30° a 80° C, em sistema aberto e/ou fechado.

Tem como objetivo promover processos que confiramcoloração azul anil e similares e no tingimento de fibras têxteisde origem natural e artificiais (fios e tecido), de couro, depapel, de madeira e de cosméticos como tintura para cabelo,como também no fabrico de tintas para deferentes finalidades.A invenção compreende os seguistes processo:Produção do extrato liquido a partir do índigo natural empedra ou em pó denominado tintura mãe.

O índigo e pedra ou em pó é insolúvel em água, após sermoído e diluído em água contando um álcali, em solução compH que pode variar de 9 a 13. Para a alcalinização do banhopodem ser utilizados cal hidratada, Hidróxido de Sódio,Hidróxido de Berílio, Hidróxido de amônio, Água de cinzas. Ecom o acréscimo de um agente químico redutor substituto aoHidrosulfito de Sódio como o Dióxido de tio-uréia, Uréia,Tiouréia, urina, tiosulfito de Sódio, glucose invertida, etc. emquantidade que podem variar de 0,1 a 500g/litro de solução porexemplo. Este redutor desenvolve a solubilização do índigo noextrato possibilitando a sua aplicação no tingimento.

Redução do corante índigo natural com Dióxido de Tio-uréia.

O índigo natural é insolúvel em água. Unicamente pelaação de um agente redutor em presença de um álcali, se obtémuma solução chamada tina. O índigo em estado reduzido fixa-sena tina sobre a fibra na forma de leuco-indigo, sendo então pormeio da oxidação subseqüente, geralmente pela influencia dooxigênio do ar, convertendo-se novamente em índigo insolúvel.

Para seu emprego faz-se necessário a preparação da tina-mãe mais ou menos concentrada que depois será adicionada aobanho de tintura, neste caso deve-se fazer inativo o oxigênio daágua com a finalidade de evitar a oxidação e conseqüenteprecipitação de parte do corante, por este motivo deve-seacrescentar ao banho um pouco de álcali e do agente redutorantes de adicionar a tina-mãe.

A solução de índigo a tina já reduzido, na forma de leuco-indigo, apresenta em geral uma outra coloração de que a tinturapor ele obtida. Pela ação do oxigênio do ar forma-se nasuperfície do banho uma espuma constituída de índigo a tinaque é conhecida como a flor da tina, esta espuma apresenta amesma cor resultante da tintura.

O processo aqui descrito, parte da conversão do índigoinsolúvel para a forma solúvel, denominada leuco-indigo, poração do Dióxido de Tio-uréia como redutor em meio alcalino,como pode ser visto na estrutura molecular da figura 3.

Este redutor por sua propriedades de baixa toxidez ebiodegradabilidade bem como sua performance em manter umexcelente potencial de redução no banho, apresenta grandevantagem em relação ao Hidrosulfito de Sódio e aindaproporcionalmente aplica-se metade da quantidade em peso emcomparação ao seu rival.

Receita da tina-Mãe.

Ingredientes:

Soda a 50% (NaOH) aplicação de 10 a 150g/L

Substancia que aumenta a dispersão do corante aplicar de0,1 a 10 g/L.

Substancia Umectante base tenso-ativo biodegradávelaplicar de 0,1 a 20 g/L.

Corante índigo natural aplicar de 10 a 500 g/L.

Redutor Dióxido de Tio-uréia aplicar de 1 a 200 g/L.

Agua limpa na temperatura ambiente ou de 30° a 80° C.

Preparo da Tina-Mãe:

Adicionar inicialmente a água no recipiente de preparação.

Adicionar o álcali que pode ser a soda cáustica 50%. Adicionaro agente de dispersão. Adicionar o agente umectante. Adicionaro corante natural. Homogeneizar e adicionar o redutor Dióxidode Tio-uréia. Agitar por 15 min. Completar com água até atingiro volume da tintura mãe desejado. Medir em milivolt. Corrigircom adição do álcali o pH para a faixa que pode variar de 10 a12. corrigir o potencial de redução com a adição do redutor paraa faixa de - 1000 á -1200 mV e ajustar pH para 12 á 13 e deixarem repouso por 30 min.

Obs; ajustar com freqüência o pH e o potencial de reduçãoem mV a medida que adicionar o agente redutor.

Tingimento:

O tingimento é realizado em banhos que contenham umálcali e um agente de solubilização que na presença de umagente redutor que tornará o índigo solúvel na forma reduzida.

O têxtil sofre sucessivas imersões no banho de tintura e emseguida é colocado para secar em contato com o ar; quando acor azul se desenvolverá no têxtil durante o estagio final com aoxidação do corante já impregnado na fibra.

Redutores do corante índigo biodegradáveis e de baixoimpacto ambiental:

URÉIA

A uréia é um composto orgânico cristalino, incolor.

Formula química: CO(NH2)2 (ou CH4N20)

Ponto de fusão de 132.7° C.

E solúvel em água e em álcool, e ligeiramente solúvel eméter.

A uréia é o principal produto final da excreção donitrogênio nos mamíferos, sendo sintetizada pelo ciclo da uréia.

A uréia forma-se principalmente no fígado, sendo filtrada pelosrins e eliminada na urina ou pelo suor, onde é encontradaabundantemente; constitui o principal produto terminal dometabolismo protéico no ser humano e nos mamíferos. Emquantidades menores, esta presente no sangue, nos excrementosde peixes e de muitos outros animais inferiores. Altamenteazotado, o nitrogênio da uréia (que constitui a maior parte donitrogênio da urina), é proveniente da decomposição das célulasdo corpo do corpo e também das proteínas dos alimentos. Auréia também esta presente no mofo dos fungos, assim como nasfolhas e sementes de numerosos legumes e cereais.

A uréia é sintetizada industrialmente a partir de amônia ede dióxido de carbono para ser usada em resinas, em produtosfarmacêuticos, como fonte de nitrogênio não protéico para raçãoanimal e como um fertilizante nitrogenado para correção desolos degradados. A uréia fio descoberta por Hilaire Rouelle em1773, foi o primeiro composto orgânico sintetizadoartificialmente em 1828 por Friedrich Woehier, obtido a partirdo aquecimento do cianato de amônio (sal inorgânico), estasíntese derrubou a teoria de que os compostos orgânicos sopoderiam ser sintetizados pelos organismos vivos (teoria daforça vital). NH4(0CN) — > CO(NH2)2.

TIO-URÉIA

Nome químico : tio-uréia

Sinônimos: isotioureia; ácido tiocarbônico diamda;tiocarbaida; 2-tioureia.

Formula: H2NCSNH2 ou CH4N2S

N0 CÂS: 62-56-6

O tio-uréia é um composto orgânico de carbono,nitrogênio, enxofre e hidrogênio, com a formula CSN2H4 ou(NH2) 2CS. É similar ao uréia, exceto que o átomo de oxigênioesta substituído por um átomo do enxofre. As propriedades douréia e do tio-uréia deferem significativamente por causa doseletronegatividade relativos do enxofre e do oxigênio.

Propriedades físico-químicos:

Apresenta-se na forma cristais de cor branco, inodoro.Com ponto de fusão entre 175 a 180° C, solúvel em água. Podese decompor a > 180° C.

Densidade a 20° C 1,405 g/ml

Peso especifico: 640 Kg/m3

Peso molecular: 76 gm/mol

Temperatura de ignição: 440° C

Dióxido de Tio-uréia (Thiourea dioxide)

Nome: Dióxido de Tio-uréia (Dióxido de Thiourea)

Aliás Ácido de formamidine Sulfinic

Aparência externa como cristal branco, e cheiro nãoirritante.

Formula Molecular: (NH2) 2CS02Peso Molecular 108.12Ponto de fusão: 126°CPH 4 (em solução a 1%)CÃS NO 1758-73-2 ou 4198-44-0

Classe de perigo: 4.2 Classe Proporção 1.68

Descrição do produto:

Dióxido de tio-uréia, também denominado Ácido deFormamidina Sulfônico, apresenta-se com um cristal branco, éum composto químico estável na forma sólida e na formaliquida quando em solução aquosa, sua solubilidade em água éde 26.7 g/l a (20°C), em solução apresenta pH 5.

Apresenta excelente solubilidade em solução aquosaalcalina entre 25 a 45°C, ao dissolver o Dióxido de Tio-uréia(Dióxido de Thiourea), obtém-se um resposta muito boa aopotencial elétrico do estado original do produto (- 1230 mV),quando exposto por tempo prolongado a esta condições podeapresentar decomposição ou desnaturação química, mesmonestas condições de redução química, manifestouconseqüentemente um retorno forte á atividade do estadooriginal.

Aplicação do produto:

O dióxido de Tio-uréia (Dióxido de Thiourea) na forma decristais branco amarelado apresenta alto grau de segurança, éum produto biodegradável com bom desempenho ambiental,durante armazenagem mantém elevação potencial de redução,boa termo-estabilidade, baixa toxidez e, em operação simplessendo transportado corretamente não acarreta em riscos ao meioambiente, vem sendo aplicado intensamente nas tinturas deredução e em tingimento das tinturas a base de enxofre, nobranqueamento de seda natural e de lãs, em tinturas de corantesdireto e/ou reativos, aplicado ainda em tintura de corantesdispersos retornando ao estado original limpo.

Alem disto, este produto é um excelente agente redutor, naremoção de excesso de corantes, como branqueador, comestabilizador de plásticos, com anti-oxidante orgânico dasíntese. Pode ser utilizado na industria de papel comobranqueador em processos de reciclagem; como catalisador deresinas e na industria de polímeros como estabilizador;Industria química fina como material foto-sensível emmedicamentos, na medicina, em especiarias e na reciclagem eseparação de metais nobres.

O Dióxido de Tio-uréia é também utilizado para remover oexcesso de corantes reativos da fibra, assim com algunscorantes diretos e ácidos, é especialmente útil em tecidos decelulose, desde que usado conjuntamente com soda. Pode serusado em seda ou em lã, mas devemos lembrar que a soda éprejudicial a estas fibras, e devem ser neutralizados com ácidoacético ou outro ácido leve logo após o processo.

Imersão:

O Dióxido de Tio-uréia é usado geralmente como umbanho de descarga, removendo a cor por inteiro. É muitoindicado para corrigir tingimentos, ou modificar um tecidosobre-tingindo. Um tecido tingido pode ser amarrado na técnicado tié-dye ou no shibori, colocado então no banho de descargapara produzir efeito interessantes.

A solução de índigo a tina já reduzido, na forma de leuco-indigo, apresenta em geral uma outra coloração de que a tinturapor ele obtida. Pela ação do oxigênio do ar forma-se nasuperfície do banho uma espuma constituída de índigo a tina,que é conhecida como a flor da tina. Esta espuma apresenta amesma cor resultante da tintura, como pede ser visto naestrutura molecular apresentada na figura 4 detalhe Fleucoíndigo, detalhe G índigo radical, detalhe H índigo.

No entanto, a aplicação industrial em alta escala continuasendo a tradicional, através de um banho de tintura comredutores poluentes e tóxicos (usados em altas concentrações eque não são recuperados), como também altas concentrações deálcalis para que seja atingido o potencial de redução necessárioa solubilização do corante.O controle de concentração do corante nos banhoscontinua a ser efetuado através de métodos de dosagem(freqüentemente, espectrofotométricos ouanalítico/quantitativo) que não são os mais adequados a estetipo de corante, devido a sua baixa solubilidade, fácil re-oxidação e possibilidade de formação de agregados moloculares,podem ser verificados desvios á lei de Beer-Lambert. A situaçãopode traduzir-se na pratica, em eventuais sobre-dosagens o queconduz a um aumento da quantidade do produto rejeitado nosefluentes e, conseqüentemente, aumento da poluição.

Presentemente, novos processos de tingimento começam aser considerados, como é o tingimento sob atmosfera de azotoou a redução eletrolítica do corante. No primeiro caso, aoutilizar uma atmosfera inerte, evita-se a re-oxidação do corante,no segundo caso, ao substituir a redução química por um aredução eletroquímica, elimina-se o excesso de redutor nobanho de tingimento.

Tingimento com índigo Natural:

Produção da tintura-Mãe (Extrato Liquido) a partir doíndigo em pedra.

O índigo em tabletes é moído a pó, na forma insolúvel edissolvido em água contendo um álcali, pH 10 a 12. para aAlcalinização do banho podem ser utilizados cal hidratada,hidróxido de Sódio, Hidróxido de potássio, Hidróxido de lítio,Hidróxido de cálcio, Hidróxido de magnésio, Hidróxido deBerílio, Hidróxido de amônio, Água de cinzas. Com o acréscimode um agente químico redutor, como Hidróxido de Sódio, outio-sulfito de Sódio, ou Dióxido de Tio-uréia, Uréia, Tio-uréia,urina, glucose invertida, etc., em quantidade que podem variarde 0,1 a 500 g/l de Solução, por exemplo. Este agente redutorpossibilita a solubilização de corante no extrato e possibilitandoo seu uso no tingimento.

O tingimento de índigo é realizado em banhos quecontenham água e um álcali como agente de solubilização e napresença de um agente redutor que devera se adicionado após aadição do corante, que o tornará solúvel na forma reduzida. Otêxtil sofre sucessivas imersões no banho de tintura e emseguida é colocado para secar em contado com o ar; e aoxidação do corante já impregnado na fibra, esta oxidação seprocessa pelo contado do têxtil com o ar, como pode ser vistona estrutura molecular da figura 5, em detalhe I, Leuco-indigo(em sua forma solúvel) em detalhe J, índigo (em sua formaoxidada).

Preparação do banho de tintura:Adicionar água limpa para o tanque ou os tenques deimersão onde será preparado os banhos de tintura (Volumeequivalente para o numero de tanques a ser utilizado noprocesso).

Adicionar soda caustica a 50% ou outro álcali até atingir opH na faixa de 10 a 13 deixar circular por 1 hora.

Adicionar o redutor Dióxido de Tio-uréia em quantidadeequivalente a necessária para se obter um potencial de reduçãona faixa de - 500 a - 1200 mV e deixar circular por 1 hora.

Medir pH e mV que devem permanecer na faixa indicadaacima, respectivamente.

Adicionar o álcali e redutor até o padrão desejado para pHe mV, circular o banho por um período que pode variar de 15min. a 1 hora.

Adicionar a quantidade necessária de Tina Mãe ao banhode tintura circular o banho de tintura contendo a tintura mãe por1 hora, iniciar processo de tingimento.

À medida que se processa o tingimento e existe consumodo corante dosar a Tina-mãe para o banho de tintura mantendo aconcentração do corante desejada no banho.

Dosagem de corante: a vazão de Tina-Mae para o banho detintura pode variar de 0,1 a 20 Litros/minutos dependendo doconsumo de corante e absorção do têxtil pelo banho de tintura.

Para obter tons escuros de azul índigo nos fios e/outecidos a ser tingidos devemos imergir e expor ao arsucessivamente por 2 a 8 vezes até obtermos o tom desejado.

Este processo de imersão e oxidação por exposição ao ar podeser realizado de forma continua em maquinário desenvolvidopara esta finalidade, ou pode ser imersões e exposições ao ar deforma descontínua onde o tempo de imersão pode variar de 1 a60 minutos e o tempo de exposição ao ar pode variar de 15 a180 minutos.

Claims (5)

1.) "PROCESSO PARA TINGIR FIBRAS TÊXTEIS COMCORANTE ÍNDIGO DE ORIGEM VEGETAL" processo deaplicação de índigo de origem vegetal no tingimento de fios etecidos de fibras naturais utilizando derivados de uréia comredutor químico com o objetivo de gerar processo com menorimpacto ambiental, melhorar a resistência e estabilidade da corazul gerada para atuar, em processos aplicáveis no tingimento ecoloração de fibras têxteis, papel, couro, cosméticos, e outros,caracterizado por, misturar um extrato de índigo na forma de póem solução aquosa contendo um álcali que pode ser Hidróxidode Sódio ou outros álcalis puros o misturados destes, utilizandoo Dióxido de Tio-uréia e outros produtos que contenham estasubstância, como redutor químico, obtendo assim uma soluçãoconcentrada que será utilizada como tina mãe, a ser dosada nosbanhos de tingimento por imersão.

2.) "PROCESSO PARA TINGIR FIBRAS TÊXTEIS COMCORANTE ÍNDIGO DE ORIGEM VEGETAL" de acordo comreivindicação 1, Caracterizado pela receita da Tina-Mãecompreender, Soda a 50% (NaOH) aplicação de 10 a 150 g/L,substancia que aumenta a dispersão do corante aplicar de 0,1 a-10 g/L, substância umectante base tenso-ativo biodegradávelaplicar de 0,1 a 20 g/L, corante índigo natural aplicar de 10 a-500 g/L, redutor Dióxido de Tio-uréia aplicar de 1 a 200 g/L,em água limpa na temperatura ambiente ou de 30° a 80°C.

3.) "PROCESSO PARA TINGIR FIBRAS TÊXTEIS COMCORANTE ÍNDIGO DE ORIGEM VEGETAL" de acordo comreivindicação anterior, caracterizado pelo processo de adiçãodos ingredientes da Tina-Mae compreender a seguinte ordem:adicionar inicialmente a água no recipiente de preparação,adicionar o álcali que pode ser a soda caustica 50%, adicionaro agente de dispersão, adicionar o agente umectante, adicionaro corante natural, homogeneizar e adicionar o redutor Dióxidode Tio-uréia, agitar por 15 minutos, completar com água atéatingir o volume da tintura mãe desejado, medir pH e mV,corrigir co adição do álcali o pH para a faixa que pode varia de-10 a 12, corrigir o potencial de redução com a adição do redutorpara a faixa de 1000 á 1200 mV, e ajustar pH para 12 á 13 edeixar repouso por 30 minutos, deve-se ajustar co freqüência opH e o potencial de redução em mV a medida que adicionar oagente redutor.

4.) "PROCESSO PARA TINGIR FIBRAS TÊXTEIS COMCORANTE ÍNDIGO DE ORIGEM VEGETAL" de acordo comreivindicação anterior, caracterizado pela preparação do banhocompreender a seguinte forma: adicionar a água limpa aorecipiente ou tanque onde será realizado o tingimento emvolume equivalente a 70% do total, adicionar o quantidadenecessária do álcali que pode ser a soda caustica em 50%,circular o banho por um período que pode variar de 15 minutosa 1 hora, acionar a quantidade necessária do redutor Dióxido deTio-uréia, circular o banho por um período que pode variar de-15 minutos a 1 hora, medir o potencial de redução em mV quedeve ficar na faixa de 500 a 1200 mV, adicionar o álcali e oredutor até o padrão desejado para pH e mV, deixar circular obanho por um período de 15 minutos a 1 hora, adicionar aquantidade necessária da tintura mãe, deixar circular o banhopor um período de 15 minutos a 1 hora, iniciar processo detingimento, a concentração do corante índigo no banho duranteprocesso de tingimento pode variar de 1 a 5 g/L dependo daintensidade da cor desejada.

5.) "PROCESSO PARA TINGIR FIBRAS TÊXTEIS COMCORANTE ÍNDIGO DE ORIGEM VEGETAL" de acordo comreivindicação anterior, caracterizado pelo processo detingimento se proceder da seguinte forma: a medido que seprocessa o tingimento existe consumo do corante, deve-se dosaro tintura-mãe para o banho de tintigimento mantendo aconcentração do corante desejada, a vazão de Tina-Mãe para obanho de tintura pode variar de 0,1 a 20 L/m dependo doconsumo de corante e absorção do têxtil pelo banho de tintura,para obter tons escuros de azul índigo, deve-se imergir e exporao ar sucessivamente entre 2 e 8 vezes até obter-se o tomdesejado, o processo de imersão e oxidação por exposição ao arpode ser realizado de forma continua, ou pode ser imersões eexposições ao ar de forma descontínua onde o tempo de imersãopode variar de 1 a 60 minutos e o tempo de exposição ao arvaria de 15 a 180 minutos.