Acabamento retardante de chamas contendo micropartículas de casca de ovo aplicado em tecido de algodão

Abstract

Devido à crescente demanda por tecnologias sustentáveis e reutilização de resíduos, esta pesquisa investigou o uso da casca de ovo como retardante de chama em tecidos de algodão. O tecido de algodão pré-alvejado foi inicialmente tratado com ureia, seguido por um processo de esgotamento e impregnação. Posteriormente, foi aplicado um método de camada por camada, envolvendo uma solução de quitosana (2%) dissolvida em ácido cítrico (10%) e homogeneizada com 2% de casca de ovo, seguida por camadas de APTES ((3-Aminopropil)trietoxisilano) e ácido fítico, caracterizando um ciclo. Foram realizados testes com 1 e 2 ciclos e repetido o processo para uma concentração de 4% de casca de ovo. O tratamento com 2% de casca de ovo demonstrou ser o mais eficiente na prevenção da propagação de chamas, conforme os critérios da NFPA 701, limitando a carbonização dentro do parâmetro máximo de 16,5 cm. Além disso, o aumento do número de ciclos de aplicação resultou em melhorias nas propriedades gerais das amostras, como resistência mecânica e desempenho térmico. Embora o tratamento com 4% de casca de ovo também tenha sido eficaz em conter a propagação das chamas, algumas amostras apresentaram uma extensão de carbonização acima do permitido. A análise de tração revelou que as amostras tratadas com 2% de casca de ovo e submetidas a um ciclo de aplicação romperam de maneira mais uniforme em comparação com as amostras não tratadas ou tratadas com mais ciclos, que tendiam a romper mais próximas às garras de fixação durante o teste. Nos testes de TGA, as amostras não tratadas apresentaram uma perda de massa de até 96% a 650°C, enquanto as amostras com 2% de casca de ovo em um ciclo tiveram uma perda de 83%, e as com 4% e dois ciclos, uma perda de 66%. A análise FTIR das amostras tratadas revelou novos picos de absorção em 1719, 1578, 1270, 916, 811, 797 e 741 cm⁻¹, ausentes na amostra sem tratamento, indicando a incorporação de carbonilas, compostos nitrogenados, fosforados, silanos e aromáticos nas amostras funcionalizadas. A amostra com 2% ES - 2 Ciclos não mostrou picos em 3336 e 2900 cm⁻¹, mas apresentou um pico em 1578 cm⁻¹, sugerindo uma incorporação eficiente de compostos nitrogenados. Esses resultados evidenciam que o tratamento modificou a superfície do algodão, adicionando novos grupos funcionais e alterando suas propriedades químicas. A análise de cor no espectrofotômetro mostrou que todas as amostras ficaram mais amareladas com o aumento dos ciclos e da concentração de casca de ovo, provavelmente devido à coloração do ácido fítico (tonaldadei amarronzado) e da quitosana (tonalidade amarelada). Esses resultados sugerem que o tratamento com casca de ovo, especialmente em concentrações de 2%, aliado ao número adequado de ciclos de aplicação, pode melhorar significativamente a resistência ao fogo, além de otimizar as propriedades mecânicas e térmicas de tecidos de algodão.

Due to the growing demand for sustainable technologies and waste reuse, this research investigated the use of eggshell as a flame retardant in cotton fabrics. The pre-bleached cotton fabric was initially treated with urea, followed by a depletion and impregnation process. Subsequently, a layer-by-layer method was applied, involving a solution of chitosan (2%) dissolved in citric acid (10%) and homogenized with 2% eggshell, followed by layers of APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) and phytic acid, characterizing one cycle. Tests were conducted with 1 and 2 cycles, and the process was repeated for a 4% eggshell concentration. The treatment with 2% eggshell proved to be the most efficient in preventing flame spread according to NFPA 701 criteria, limiting charring within the maximum parameter of 16.5 cm. Additionally, increasing the number of application cycles resulted in improvements in the overall properties of the samples, such as mechanical strength and thermal performance. Although the 4% eggshell treatment was also effective in halting flame spread, some samples showed charring beyond the allowed limit. The tensile analysis revealed that the samples treated with 2% eggshell and subjected to one application cycle broke more uniformly compared to untreated samples or those treated with more cycles, which tended to break closer to the grips during the test. In TGA tests, untreated samples showed a mass loss of up to 96% at 650°C, while samples with 2% eggshell in one cycle had a loss of 83%, and those with 4% and two cycles had a loss of 66%. FTIR analysis of the treated samples revealed new absorption peaks at 1719, 1578, 1270, 916, 811, 797, and 741 cm⁻¹, absent in the untreated sample, indicating the incorporation of carbonyls, nitrogen, phosphorus compounds, silanes, and aromatic groups into the functionalized samples. The 2% ES - 2 Cycles sample did not show peaks at 3336 and 2900 cm⁻¹, but exhibited a peak at 1578 cm⁻¹, suggesting efficient incorporation of nitrogen compounds. These results demonstrate that the treatment modified the cotton surface by adding new functional groups and altering its chemical properties. The color analysis using a spectrophotometer showed that all samples became more yellowish with increasing cycles and eggshell concentration, likely due to the brownish hue of phytic acid and the yellowish tint of chitosan. These results suggest that eggshell treatment, especially at a 2% concentration combined with the appropriate number of application cycles, can significantly enhance fire resistance, as well as optimize the mechanical and thermal properties of cotton fabrics.