Estudo do tingimento de couro com corantes naturais e sintéticos em couros curtidos e recurtidos e uso de modelos cinéticos de transferência de massa

Abstract

A produção de couro é uma das indústrias mais antigas, inicialmente usando extratos vegetais para estabilizar peles de animais. No final do século XIX, os sais de cromo passaram a ser adotados como agentes de curtimento, e hoje são utilizados em mais de 80% da indústria global. No entanto, esse curtente gera resíduos tóxicos que trazem riscos ao meio ambiente e à saúde humana. Em busca de alternativas mais seguras, o glutaraldeído se tornou popular, mas foi recentemente classificado como Substância de Alta Preocupação devido a seus riscos. Nesse contexto, as zeólitas emergem como agentes de curtimento promissores, oferecendo benefícios como maior fixação de corantes e menor uso de produtos químicos agressivos. Além da etapa de curtimento, outras etapas do processamento do couro desempenham papel fundamental na qualidade final do couro. O tingimento, é responsável pela obtenção de cores vibrantes e duradouras, aspectos essenciais na avaliação sobre a qualidade final do couro. Tradicionalmente, corantes sintéticos com metais pesados são usados no tingimento devido à sua eficácia, mas apresentam riscos ambientais e à saúde. Com preocupações crescentes sobre sustentabilidade, corantes naturais e sintéticos sem metais estão surgindo como alternativas mais seguras e biodegradáveis. No entanto, a baixa disponibilidade e menor solidez da cor dos corantes naturais limitam sua adoção em larga escala, destacando a necessidade de novos estudos para promover seu uso na indústria coureira. Assim como o produto químico correto, a eficiência no uso de produtos químicos é essencial para reduzir os impactos ambientais e otimizar a produção. Modelos cinéticos e matemáticos ajudam a ajustar a quantidade de reagentes necessários, evitando desperdícios e reduzindo a poluição. O estudo da cinética no processamento do couro ajuda a otimizar o tempo de operação, economizando energia e recursos. Diversos modelos cinéticos foram desenvolvidos e utilizados ao longo dos anos, sendo essencial seguir seus pressupostos para resultados consistentes. Embora amplamente usados no tratamento de águas residuais do processamento de couro, poucos estudos aplicaram esses modelos na etapa de tingimento. Este estudo foi realizado a partir da produção dos couros com curtentes distintos, para que o estudo cinético fosse realizado em diferentes condições de recurtimento e tingimento. Os resultados para o estudo da influência dos diferentes materiais na solidez da cor dos couros e na exaustão do banho de tingimento mostraram que o corante e a concentração de mordente impactaram na solidez da cor. A concentração de 1% de mordente com os corantes naturais Wau color e Logwood propiciou os melhores resultados. O corante natural mostrou solidez comparável ao sintético, um dado relevante, pois os corantes naturais costumam ter menor solidez. Couros curtidos com glutaraldeído tiveram melhor elasticidade que os curtidos com zeólita, mas ambos superaram os valores mínimos de resistência ao rasgo, tração e de elasticidade. Esses resultados indicam que o couro curtido com zeólita é uma alternativa sustentável ao glutaraldeído, com bom desempenho físico e ambiental. Nos estudos com o couro wet blue, os de menor espessura e maior concentração de corante (30 g/L) mostraram menor tempo de atravessamento, enquanto produtos auxiliares melhoraram o tingimento de couros de maior massa. Também foi observado que experimentos laboratoriais com couro devem usar uma massa mínima de 100 g para garantir ação mecânica adequada. Os estudos sobre a cinética do tingimento com os corantes naturais e sintéticos nos couros indicaram que o tingimento com corantes Logwood e GT atingiu o equilíbrio em cerca de 100 a 120 minutos. A transferencia de massa durante o tingimento ocorre sem que haja a resistencia externa a transferência de massa, com coeficientes convectivos tendendo ao infinito.

Leather production is one of the oldest industries, initially using plant extracts to stabilize animal skins. In the late 19th century, chromium salts began to be adopted as tanning agents, and today they are used in more than 80% of the global industry. However, this tanning agent generates toxic waste that poses risks to the environment and human health. In the search for safer alternatives, glutaraldehyde has become popular, but it has recently been classified as a Substance of Very High Concern due to its risks. In this context, zeolites emerge as promising tanning agents, offering benefits such as greater dye fixation and reduced use of aggressive chemicals. In addition to the tanning stage, other stages of leather processing play a fundamental role in the final quality of the leather. Dyeing is responsible for obtaining vibrant and long-lasting colors, essential aspects in assessing the final quality of the leather. Traditionally, synthetic dyes with heavy metals are used in dyeing due to their effectiveness, but they present environmental and health risks. With growing concerns about sustainability, metal-free natural and synthetic dyes are emerging as safer and biodegradable alternatives. However, the low availability and lower color fastness of natural dyes limit their widespread adoption, highlighting the need for further studies to promote their use in the leather industry. As with the right chemical, efficient use of chemicals is essential to reduce environmental impacts and optimize production. Kinetic and mathematical models help to adjust the amount of reagents needed, avoiding waste and reducing pollution. Studying kinetics in leather processing helps to optimize operation time, saving energy and resources. Several kinetic models have been developed and used over the years, and following their assumptions is essential for consistent results. Although widely used in the treatment of wastewater from leather processing, few studies have applied these models to the dyeing stage. This study was conducted from leather produced with different tanners, so that the kinetic study could be performed under different retanning and dyeing conditions. The results of the study of the influence of different materials on the color fastness of leather and on the exhaustion of the dye bath showed that the dye and the mordant concentration had an impact on the color fastness. The 1% mordant concentration with the natural dyes Wau color and Logwood provided the best results. The natural dye showed fastness comparable to the synthetic dye, an important finding, since natural dyes usually have lower fastness. Leathers tanned with glutaraldehyde had better elasticity than those tanned with zeolite, but both exceeded the minimum values for tear resistance, tensile strength and elasticity. These results indicate that leather tanned with zeolite is a sustainable alternative to glutaraldehyde, with good physical and environmental performance. In the studies with wet blue leather, those with thinner thickness and higher dye concentration (30 g/L) showed a shorter throughput time, while auxiliary products improved the dyeing of leathers with higher mass. It was also observed that laboratory experiments with leather should use a minimum mass of 100 g to ensure adequate mechanical action. The kinetics of dyeing with natural and synthetic dyes on leather indicated that dyeing with Logwood and GT dyes reached equilibrium in about 100 to 120 minutes. Mass transfer during dyeing occurs without external resistance to mass transfer, with convection coefficients tending to infinity.