Funcionalização de substrato têxtil de algodão com nanopartículas de ZnO e ß-ciclodextrinas

Abstract

A cadeia produtiva têxtil vem buscando constantemente inovação de seus produtos para atender a demanda de consumidores por têxteis com características e funcionalidades específicas, o que pode trazer um aumento na competitividade e inserção no mercado global. Nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) representam uma boa alternativa para a obtenção de têxteis multifuncionais, uma vez que possuem propriedades antimicrobianas e de proteção UV, podendo ser utilizadas em baixas quantidades e sem comprometer as propriedades dos tecidos. Além disso, são biocompatíveis e disponíveis a um custo relativamente baixo. Este estudo, portanto, visa investigar a obtenção de um substrato têxtil de composição 100% algodão, com funcionalidade antimicrobiana e anti-UV pela incorporação de nanopartículas de óxido de zinco. Com o objetivo de aumentar a durabilidade ou potencializar os efeitos, foi investigada a formação de complexos de inclusão com ß-Ciclodextrinas (ß-CD) previamente fixadas no substrato de algodão, utilizando ácido cítrico como agente reticulante e fosfato de sódio dibásico anidro como catalisador. O enxerto foi realizado pelo método de imersão-secagem-fixação (pad-dry-cure) utilizando diferentes concentrações de ß-CD (5 a 15 g/L) e de agente reticulante (2,5 a 5 g/L). A funcionalização com as nanopartículas de ZnO foi realizada em três diferentes concentrações (1%, 2,5% e 5% m/v), na ausência e na presença de ß-CD, utilizando Foulard horizontal na pressão de 1,5 bar e velocidade de 2m/min. A quantificação da ß-CD impregnada ao tecido foi feita pelo método colorimétrico da fenolftaleína e indicou um aumento da quantidade enxertada com o aumento da concentração de ß-CD utilizada na reação. O reticulante ácido cítrico e o catalisador não contribuíram para o aumento da quantidade enxertada. A análise da morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou uma microestrutura mais lisa e uniforme quando as nanopartículas de ZnO foram utilizadas em conjunto com ß-CD. Em relação à cor, crescentes concentrações de ZnO promovem o aumento da diferença total de cor, principalmente pela alteração dos parâmetros a* e b*, e redução do grau de branco. No entanto, essas alterações foram menores na presença da ß-CD. O percentual de refletância em uma pequena região do ultravioleta, entre 360 e 400 nm foi reduzido para as amostras com ZnO, o que pode ser correlacionado ao aumento da absorção desta radiação pelo tecido. O comportamento térmico das amostras foi avaliado por termogravimetria (TGA) e foi observada uma redução do percentual de perda de massa no principal evento de decomposição (entre 250 °C e 400°C) na presença das nanopartículas de ZnO. Além disso, as nanopartículas promoveram um aumento no resíduo carbonáceo gerado, de 0,13% para as amostras sem tratamento para 25% para as amostras com ZnO, indicando um importante potencial retardante de chama. Em relação à atividade quantitativa antimicrobiana in vitro, foi observada uma redução em torno de 80% do número de colônias para bactérias Gram-positivas e inferior a 50% para bactérias Gram-negativas, sem uma tendência definida para as diferentes concentrações de ZnO. Com os ensaios para determinação do Fator de Proteção Ultravioleta (FPU) foi demonstrado que a ß-CD é capaz de intensificar a capacidade de proteção, sendo que amostras controle apresentaram FPU 5, as amostras contendo ZnO apresentaram FPU de 10, enquanto as amostras contendo ß-CD e ZnO obtiveram classificação FPU 35-40, antes e após 5 ciclos de lavagem a 40°C. Esse resultado indica excelente proteção UV e potencial para estudos subsequentes envolvendo a avaliação da durabilidade dos tratamentos.

Abstract: The textile production chain has been constantly seeking innovation in its products to meet consumer demand for textiles with specific characteristics and functionalities, which contributes to increase competitiveness and to the insertion in the global market. Zinc oxide (ZnO) nanoparticles represent a good alternative for obtaining multifunctional textiles, since they have antimicrobial and UV protection properties, being able to be used in low quantities and without compromising the properties of the fabrics. In addition, they are biocompatible and available by a relatively low cost. This study, therefore, aims to investigate the obtaining of a textile substrate of 100% cotton composition, with antimicrobial and anti-UV functionality by the incorporation of zinc oxide nanoparticles. In order to increase the durability or the effects, the formation of inclusion complexes with ß-Cyclodextrins (ß-CD) previously fixed on the cotton substrate will be investigated, using citric acid as a crosslinking agent and dibasic sodium phosphate as a catalyst. The graft will be performed using the pad-drying-cure method with different concentrations of ß-CD (5 to 15 g/L) and cross-linking agent (2.5 to 5 g/L). The fabric was functionalized with the ZnO nanoparticles in three different concentrations (1%, 2.5% and 5% spm), in the absence and presence of ß-CD, using horizontal Foulard at the pressure of 1.5 bar and speed of 2 m/min. The quantification of ß-CD impregnated into the fabric was performed by the phenolphthalein colorimetric method and indicated an increase in the amount grafted with the increase in the concentration of ß-CD used in the reaction. The crosslinker citric acid and the catalyst did not contribute to the amount of ß-CD grafted. Analysis of morphology by Scanning electron microscopy (SEM) revealed a smoother and more uniform microstructure when ZnO nanoparticles were used together with ß-CD. Regarding color, increasing concentrations of ZnO promote an increase in the total difference in color, mainly by altering the parameters a* and b*, and reducing the whiteness. However, these changes were smaller in the presence of ß-CD. The percentage of reflectance in a small ultraviolet region, between 360 and 400 nm, was reduced for the samples with ZnO, which can be correlated to the increase in the absorption of this radiation by the fabric. The thermal behavior of the samples was evaluated by thermogravimetry (TGA) and a reduction in the percentage of mass loss was observed in the main decomposition event (between 250 °C and 400 °C) in the presence of ZnO nanoparticles. In addition, the nanoparticles promoted an increase in the carbonaceous residue generated, from 0.13% for the untreated samples to 25% for the samples with ZnO, indicating an important flame retardant potential. Regarding the quantitative in vitro antimicrobial activity, a reduction around 80% in the colonies counting was observed for Gram-positive bacteria and less than 50% for Gram-negative bacteria, without a defined trend for the different concentrations of ZnO. Tests to determine the Ultraviolet Protection Factor (UPF) demonstrated that ß-CD is capable of intensifying the protection capacity, as control samples presented FPU 5, samples containing ZnO presented an FPU of 10 while the samples containing ß-CD and ZnO obtained FPU classification 35-40, before and after 5 washing cicles at 40°C. This result indicates excellent UV protection and potential for subsequent studies involving the evaluation of the durability of treatments.