Desenvolvimento de métodos para a caracterização de materiais termocrómicos

Abstract

Atualmente, os materiais têxteis são muito utilizados em aplicações de elevado desempenho em áreas da saúde, proteção e bem-estar, área automóvel e aeroespacial e têxtil-lar. Desenvolvimentos recentes no ramo da nanotecnologia contribuíram para uma fusão de áreas, como a ciência da cor com propriedades térmicas, surgindo o termocromismo. Os materiais termocrómicos são uma classe de materiais inteligentes, que perante um estímulo térmico alteram as suas propriedades óticas de forma reversível, percebidas como uma mudança de cor. O objetivo deste projeto focou-se no desenvolvimento de métodos para a avaliação de desempenho termocrómico de substratos têxteis 100% algodão funcionalizados com pigmentos termocrómicos microencapsulados por técnicas de incorporação baseadas em esgotamento e foulardagem. Os substratos funcionalizados foram sujeitos a uma lavagem redutiva com o intuito de eliminar os excessos de pigmento presentes na superfície do têxtil. Utilizando estas soluções de lavagem foi possível relacionar a absorvância destas com a refletância dos substratos funcionalizados. Posteriormente às lavagens de eliminação de excessos, duas das réplicas foram expostas à luz solar e sujeitas a lavagens mecânicas, de modo a avaliar a solidez da cor dos substratos obtidos. A caracterização dos substratos, antes e após os ensaios de solidez da cor, foi realizada através de espetros de refletância na zona do visível (400-700 nm), obtidos com recurso a um espetrofotómetro com esfera integradora. Estes espetros permitiram determinar componentes tricromáticos espectrais (X Y Z) utilizados para calcular as coordenadas L* (luminosidade) a* (+a indica vermelho e -a indica verde) b* (+b indica amarelo e -b indica azul). As coordenadas L*a*b* permitiram estudar e quantificar as diferenças de cor (ΔE), quer em função dos diferentes pigmentos e respetivas técnicas de incorporação, quer em função da temperatura (T). Um outro parâmetro calculado foi a força colorística (K/s), que permitiu avaliar a força da cor dos pigmentos consoante as técnicas de aplicação. Pela análise dos resultados obtidos, verificou-se que todos os provetes funcionalizados apresentavam desempenho termocrómico reversível, mesmo quando expostos à luz solar e a lavagens mecânicas. No entanto, quanto maior a exposição dos têxteis, maior a sua perda de cor.

Nowadays, textile materials are widely used in high-performance applications in the areas of health, wellness, automotive and aerospace, and home textiles. Recent developments in the field of nanotechnology have contributed to a fusion of areas, like colour science with thermal properties, arising thermochromism. Thermochromic materials are a class of intelligent materials that, in the presence of a thermal stimulus, change their optical properties in a reversible way, resulting in a colour change. The aim of this project was to develop methods for the thermochromic performance evaluation of textile substrates 100 % cotton functionalized with microencapsulated thermochromic pigments by incorporation techniques based on exhaustion and padding. The functionalized substrates were subjected to a reductive wash in order to eliminate the excess of pigment present on the surface of the textile. Using these washing solutions it was possible to relate their absorbance to the reflectance of the functionalized substrates. After redutive washing, two of the replicates were exposed to sunlight and were subjected to mechanical washes, in order to evaluate the colour fastness of the substrates. The characterization of the substrates, before and after the colour fastness tests, was carried out through reflection spectra in the visible area (400-700 nm), using a spectrophotometer equipped with an integrating sphere. These spectra allowed determine the spectral trichromatic values (X Y Z) used to calculate the colour coordinates L* (lightness) a* (+ a* indicates red and - a* indicates green) b* (+ b* indicates yellow and - b* indicates blue). These coordinates L*a*b* allowed the study and quantification of the colour differences (ΔE), depending on the different pigments and their incorporation techniques, as well as on the temperature (T). Another calcuated parameter was the colour strength (K/s), which allowed to evaluate the pigment colour strength according to the application techniques. From the analysis of the results, it was found that the samples had reversible thermochromic performance, even when exposed to sunlight and mechanical washing. However, the longer the exposure time to these factors, thelarger is the loss of colour for the exposed textiles.