Obtenção de filmes e filamentos de celulose regenerada a partir de resíduo colorido de algodão utilizando líquido iônico como solvente

Abstract

A crescente demanda por produtos têxteis representa um desafio ambiental e de recursos, posicionando a indústria têxtil como o segundo maior setor poluidor. O processo produtivo têxtil engloba diversas fases, gerando uma variedade de resíduos. Nesse contexto, este estudo se propõe a valorizar os resíduos de algodão da indústria têxtil. Especificamente, foi utilizado o resíduo do processo têxtil de felpagem, um subproduto sólido tingido com corantes sintéticos e destinado a aterros devido aos riscos da incineração. Este resíduo, sendo 100% celulósico, pode ser reciclado por meio da regeneração da celulose, a principal fibra manufaturada de fonte renovável. Dessa perspectiva, o objetivo central é a obtenção de filmes e filamentos de celulose regenerada usando líquidos iônicos (LIs) com aproveitamento das fibrilas de algodão tingidos provenientes da peluciadeira. Primeiramente, foi investigada a descoloração química redutiva e enzimática do resíduo algodão tingido com corante reativo. Os resultados mostraram que a otimização das condições de descoloração química atingiu um grau Berger de 50,5 ± 3,5, atingindo eficiência de descoloração de 77%. Porém, com a enzima lacase não se alcançou êxito no processo de descoloração. Outro aspecto do estudo envolveu a obtenção de filmes de celulose regenerada a partir de resíduos verdes e descoloridos. A dissolução da celulose em cloreto de 1-etil-3-metilimidazólio [EMIM]Cl ocorreu nas temperaturas de 110, 120 e 130 °C. A temperatura de dissolução de 110 °C resultou em menor despolimerização da celulose. Os filmes obtidos preservaram a cor original das amostras, eliminando a necessidade de tingimento adicional, quando utilizadas fibrilas tingidas. Os filmes regenerados mostraram morfologia uniforme e transformação da celulose I para II, porém com menor estabilidade térmica devido à cristalinidade reduzida. Esses filmes contribuem para a economia circular e redução do desperdício na indústria têxtil. Em um terceiro estudo, a atenção voltou-se para a fabricação de filamentos de celulose regenerada por meio do uso de [EMIM]Cl, juntamente com os cossolventes DMSO e DMF, em concentrações de 15%, 30% e 50% em relação à massa de LI. O processo empregando 30% de DMSO resultou na obtenção de filamentos com desempenho mecânico superior. Os filamentos foram então sujeitos a uma funcionalização com óxido de zinco (ZnO) nas proporções de 5%, 10%, 15% e 20%. A inclusão de ZnO revelou melhorias significativas nas propriedades mecânicas, em especial destaque para a concentração de 10% ZnO. No potencial de atividade antimicrobiana contra E. coli, apenas as concentrações de 10% e 20% de ZnO apresentaram potencial antimicrobiano. Os filamentos produzidos exibiram características que evidenciam seu potencial para aplicações de alto valor. Esses estudos combinados promovem a sustentabilidade na indústria têxtil ao explorar a reciclagem de resíduos, abrangendo descoloração eficaz, regeneração de celulose e aprimoramento de propriedades de filamentos, contribuindo para a economia circular e inovação na indústria têxtil.

Abstract: The growing demand for textile products represents an environmental and resource challenge, positioning the textile industry as the second largest polluting sector. The textile production process encompasses several steps, generating a variety of waste. In this context, this study proposes to value cotton waste from the textile industry. Specifically, waste from textile the brushing process was used, a solid by-product dyed with synthetic dyes and sent to landfills due to the risks of incineration. This residue, being 100% cellulosic, can be recycled through the regeneration of cellulose, the main fiber manufactured from a renewable source. From this perspective, the central objective is to obtain regenerated cellulose films and filaments using ionic liquids (ILs) with the use of dyed cotton fibrils from the furrier. First, the reductive and enzymatic chemical discoloration of cotton waste dyed with reactive dye was investigated. The results showed that the optimization of chemical bleaching conditions reached a Berger degree of 50.5 ± 3.5, reaching 77% bleaching efficiency. However, with the enzyme laccase, the discoloration process was not successful. Another aspect of the study involved obtaining regenerated cellulose films from green and discolored waste. The dissolution of cellulose in 1- ethyl-3-methylimidazolium chloride [EMIM]Cl occurred at temperatures of 110, 120 and 130 °C. The optimal dissolution temperature was 110 °C. The films obtained preserved the original color of the samples, eliminating the need for additional dyeing when using dyed fibrils. The regenerated films showed uniform morphology and transformation from cellulose I to II, but with lower thermal stability due to reduced crystallinity. These films contribute to the circular economy and reduce waste in the textile industry. In a third study, attention turned to the manufacture of regenerated cellulose yarns using [EMIM]Cl, together with the co-solvents DMSO and DMF, in concentrations of 15%, 30% and 50% in relation to the mass of IL. The process using 30% DMSO resulted in filaments with superior mechanical performance. The filaments were then subjected to functionalization with zinc oxide (ZnO) in the proportions of 5%, 10%, 15% and 20%. The inclusion of ZnO revealed significant improvements in mechanical properties, especially the concentration of 10% ZnO. In activity potential antimicrobial analysis against E. coli, only concentrations of 10% and 20% of ZnO showed antimicrobial potential. The filaments produced exhibited characteristics that demonstrate their potential for high-value applications. These combined studies promote sustainability in the textile industry by exploring waste recycling, encompassing effective decolorization, pulp regeneration and enhancement of filament properties, contributing to the circular economy and innovation in the textile industry.