Desenvolvimento de um tecido multifuncional por acabamento para utilização em vestuário desportivo

Tese de Doutoramento em Engenharia TêxtilO desenvolvimento de materiais com múltiplas funcionalidades é um imperativo de mercado que coloca novos desafios ao processamento têxtil. Seja qual for a aplicação, o objetivo é sempre alcançar produtos com o melhor desempenho em função dos requisitos pretendidos, otimizando o processo de fabrico, de forma a simplificá-lo, tornando-o economicamente viável e sustentável. O presente estudo focou-se na avaliação da combinação de processos de acabamento para conferir propriedades termorreguladoras e ação antimicrobiana a tecidos de algodão a ser aplicados em vestuário para desporto. Para tal, foram utilizadas microcápsulas de materiais de mudança de fase (mPCM) combinadas com diferentes agentes antimicrobianos. Numa primeira fase, foi avaliada a conjugação das mPCM com óleo de tomilho encapsulado em monoclorotriazinil- β-ciclodextrina (MCT-β-CD). Posteriormente, as mPCM foram aplicadas com nanoparticulas de dióxido de titânio (TiO2), no sentido de acrescentar às propriedades anteriores o efeito de autolimpeza, aproveitando a ação fotocatalítica destas nanopartículas. Por fim, foi estudada a aplicação das mPCM associada a partículas de quitosano com zeólitas dopadas com prata (CSSZ). Para isso, procedeu-se primeiro à síntese deste novo composto usando um processo de reticulação iónica com trifosfato de sódio (TPP). Depois de convenientemente caracterizadas, estas partículas foram aplicadas e o desempenho do processo comparado com o da aplicação das zeólitas dopadas com prata (SZ) e SZ aplicadas após incorporação num filme de quitosano. Os tecidos resultantes foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho (FTIR-ATR), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), termografia de infravermelho (IR), microscopia electrónica de varrimento (SEM/EDX) e difração de raios X. Foi ainda determinado o ângulo de contacto e estudado o comportamento electrocinético das particulas, a capacidade fotocatalítica do TiO2 e a libertação controlada do óleo de tomilho. Todas as amostras foram análisadas no que se referia à atividade antimicrobiana, quer contra bactérias quer contra fungos. Determinaram-se as respectivas concentrações mínimas inibitórias (CMI) e as concentrações mínimas letais (CML). Para concluir, fez-se a avaliação de propriedades estacionárias relacionadas com conforto térmico para os materiais desenvolvidos pelas diferentes estratégias de acabamento, comparando as amostras em termos do desempenho apresentado no que se referia à condutividade térmica, à resistência térmica e à absortividade térmica. Analisaram-se ainda as propriedades de gestão de humidade destes tecidos, medindo a permeabilidade ao ar e a permeabilidade ao vapor de água que apresentavam. Os resultados permitiram verificar que conjugando microcápsulas de PCMs e MCT-β-CD, aplicadas no mesmo banho e impregnando depois os materiais acabados com óleo de tomilho, como um agente ativo modelo, eram obtidos tecidos de algodão que combinam propriedades de termorregulação com atividade antimicrobiana contra S. aureus, E. coli, T. rubrum, P. aeruginosa e C. albicans. Por seu lado, por acabamento com TiO2 NP e mPCMs obteve-se um tecido de algodão com termorregulação, autolimpeza e ação bacteriostática contra S. aureus, E. coli e C. albicans. Os melhores resultados requeriam um processo de aplicação em duas fases. Em alternativa, a aplicação do compósito de quitosano com zeólitas sintetizado resultou em tecidos de algodão com atividade antimicrobiana contra E. coli, S. aureus, C. albicans e T. rubrum, mas a aplicação de zeólitas com prata sozinhas ou com o filme de quitosano apenas conferiram atividade contra S. aureus e T. rubrum. Contudo, qualquer destes acabamentos, quando conjugado com mPCM, conferiu ao material conforto térmico. Globalmente, o trabalho realizado permitiu definir diferentes estratégias de funcionalização por processos de acabamento, facilmente implementáveis industrialmente, que permitem obter tecidos de algodão com propriedades antibacterianas e antifúngicas, frescos e respiráveis, adequados à confeção de vestuário desportivo.The development of materials with multiple functionalities is a market imperative that places new challenges in textile processing. Whatever the application, the goal is to achieve always the best performance in accordance with the desired requirements, optimizing the manufacturing process in order to simplify it, making it economically viable and sustainable. The present study focused on the evaluation of the combination of finishing processes to provide both thermoregulatory properties and antimicrobial action to cotton fabrics to be applied in sports clothing. For that purpose, microcapsules of phase change materials (mPCM) were used combined with different antimicrobial agents. In a first moment, the conjugation of the mPCM with the thyme oil encapsulated in monochlorotriazinyl-β-cyclodextrin (MCT-β-CD) was evaluated. Subsequently, the mPCM were applied with nanoparticles of titanium dioxide (TiO2), in order to add to the previously mentioned properties the self-cleaning effect, taking advantage of the photocatalytic action of these nanoparticles. Finally, the application of the mPCM associated with chitosan particles with silver doped zeolites (CS-SZ) was studied. Accordingly, in a first moment it was performed the synthesis of this novel compound using an ionic crosslinking process with sodium triphosphate (TPP). After being suitably characterized, these particles were applied and the process performance was compared with the process performance of the application of the zeolites doped with silver (SZ) and SZ applied after incorporation into a chitosan film. The resulting fabrics were characterized with resource to infrared spectroscopy (FTIR -ATR), differential scanning calorimetry (DSC), infrared thermography (IR), scanning electron microscopy (SEM/EDS) and X-ray diffraction. It was also determined the contact angle and studied the electrokinetic behaviour of the particles, the photocatalytic capacity of TiO2 and the controlled release of thyme oil. All samples were analysed for antimicrobial activity against both bacteria and fungi. It was determined their minimum inhibitory concentrations (MIC) as well as their minimal lethal concentrations (MLC). To conclude, it was made the evaluation of stationary properties related to thermal comfort for the materials developed through the different finishing strategies, comparing the samples in terms of the performance presented with respect to thermal conductivity, thermal resistance and thermal absorptivity. Similarly, the humidity management properties of these fabrics were also analysed, through the measurement of the air permeability and the water vapor permeability of these fabrics. The results allowed to verify that by conjugating microcapsules of PCM with MCT-β-CD, applied in the same bath, and, then, impregnating the finished materials with thyme oil, as a model active agent, were obtained cotton fabrics combining thermoregulation properties with antimicrobial activity against S. aureus, E. coli, T. rubrum, P. aeruginosa and C. albicans. On the other hand, through the finishing with TiO2 NP and mPCM it was obtained a cotton fabric with thermoregulation, self-cleaning and bacteriostatic action against S. aureus, E. coli and C. albicans. The results showed that the best application process was obtained with a finishing process in two steps. Alternatively, the application of the chitosan composite with synthesized zeolites resulted in cotton fabrics with antimicrobial activity against E. coli, S. aureus, C. albicans and T. rubrum, however, the application of silver zeolites, alone or with the chitosan film, provided activity only against S. aureus e T. rubrum. Nevertheless, any of these finishes, when conjugated with the mPCM, provided thermal comfort to the material. In a global way, the work performed allowed to define different functionalization strategies through finishing processes, easily implemented at the industrial level, which allow to obtain cotton fabrics with antibacterial and antifungal properties, fresh and breathable, suitable for the manufacture of sportswear