Autores
Oliveira, K.M. (COLÉGIO MILITAR DE SÃO PAULO) ; Secundo Pontes Damasceno, P.B. (COLÉGIO MILITAR DE SÃO PAULO) ; Serdeira da Luz, V. (COLÉGIO MILITAR DE SÃO PAULO) ; Oliveira Fagundes da Silva, E. (COLÉGIO MILITAR DE SÃO PAULO)
Resumo
A extração dos pigmentos coloridos de diferentes materiais do cotidiano constitui um desafio químico e pedagógico atrativo para os alunos que estão despertando o interesse na atividade científica. A partir desses pigmentos é possível desenvolver tintas atóxicas para o tingimento de tecidos. Neste trabalho foram utilizados diferentes compostos presentes no cotidiano, solventes (água e etanol) e dois aglutinantes (polvilho e cola branca). Este projeto é o primeiro trabalho criado pelo clube de Iniciação Científica do 9º ano do Colégio Militar de São Paulo, criado em 2023. A parceria com o Zumzaravoice permitiu que as tintas obtidas fossem utilizadas para o tingimento de camisas que serão usadas pelos alunos na competição cultural do XV Jogos da Amizade do Sistema Colégio Militar do Brasil.
Palavras chaves
pigmentos coloridos; tintas atóxicas; extração
Introdução
Os primeiros indícios do uso de tintas remontam períodos anteriores a 30000 anos, geralmente associadas a pinturas em paredes rochosas realizadas por sociedades nômades primitivas. (PESSIS e GUIDON, 2009). Essas tintas eram obtidas através de terras coloridas, sangue, vegetais, além de compostos animais (BERMOND, 2017). Os pigmentos naturais podem ser obtidos por diversos processos como cocção, maceração, infusão, turbolização, entre outros. Após, é possível adicionar aglutinantes - materiais que auxiliam na fixação da tinta à superfície aplicada - podendo ser naturais ou artificiais (BERMOND,2017). Uma das grandes desvantagens desses pigmentos é sua baixa estabilidade frente à temperatura, oxigênio e luz, que afetam negativamente a qualidade e aparência dos produtos (SCHIOZER E BARATA, 2007). A composição química das diferentes substâncias de onde podem ser extraídos os pigmentos naturais influencia diretamente na obtenção da cor. A Curcuma longa L., popularmente conhecida como açafrão, apresenta como principal princípio ativo a curcumina. A curcumina é um polifenol amarelo extraído do rizoma do açafrão que faz parte dos pigmentos curcuminoides (SANTIN, 2014). Os pigmentos curcuminoides apresentam coloração amarelo- alaranjada, que conferem a cor amarela característica ao açafrão (MOREIRA, 2013). São facilmente solubilizados em etanol, porém pouco solúveis em água. Quando encapsulados em matrizes poliméricas biocompatíveis, a sua solubilidade em água aumenta (SANTOS, 2018). Extraído do urucuzeiro, o colorau é resultado da transformação da camada externa da semente do urucum em pó. É rico em bixina, considerada o principal pigmento presente nas sementes de urucum, pertencente à classe de pigmentos naturais denominados carotenoides, substância responsável pela sua coloração amarelo-alaranjada (DA COSTA e CHAVES, 2005). Os carotenoides são importantes pigmentos lipossolúveis, sendo solúveis em solventes orgânicos. São insolúveis na água, exceto quando formando complexos com proteínas, o que aumenta a sua solubilidade (MORAIS, 2006). São responsáveis pelas cores laranja, amarela e vermelha presentes em algumas algas, fungos, frutas, vegetais e flores (MALDONADO et al., 2003). A spirulina (Arthrospira platensis) é uma microalga da classe das cianobactérias, de coloração azul-esverdeada (MINATEL, 2021). Possui na sua composição pigmentos, como a clorofila, carotenoides e ficocianinas (MORAES; MIRANDA e COSTA, 2006). As ficocianinas pertencem à família das ficobiliproteínas, que se caracterizam por uma coloração azul intensa, sendo solúveis em água (ROMAY et al., 1998; FIGUEIRA, 2014). A clorofila é um pigmento verde, insolúvel em água, presente em quase todos os tipos de plantas, algas e em algumas bactérias (MAESTRIN et al., 2009). Nativo da Ásia Tropical, o Hibiscus rosa-sinensis, popularmente conhecido como hibisco, é um arbusto lenhoso fibroso que possui diversas variedades e formas, com flores geralmente vermelhas. Dentre as substâncias bioativas mais estudadas no hibisco, podemos citar os flavonoides, que constituem o mais importante grupo de compostos fenólicos. Os principais compostos fenólicos encontrados no hibisco são as antocianinas, responsáveis pela coloração vermelha característica da flor (GUINDANI et al., 2014). São pigmentos solúveis em solventes polares (LOPES et al., 2007). O extrato de repolho roxo apresenta uma coloração roxa e funciona como um indicador de pH, uma vez que é rico em ancitocinas. As ancitocinas sofrem mudanças de cor naturalmente, dependendo do pH do meio onde se encontram, variam de vermelho em meio ácido, passando para roxas em meio neutro, esverdeadas e azuis em meios básicos e amarelos em meios muito básicos (GONÇALVES, DOS SANTOS e SILVA, 2016). Essa característica permite que sejam adquiridas soluções de diversas cores, adicionando compostos com diferentes valores de pH. O objetivo geral deste projeto é a extração de pigmentos coloridos e a criação de tintas atóxicas a partir de materiais do cotidiano, que criou uma parceria entre o Clube de Iniciação Científica do 9º ano do Colégio Militar de São Paulo (CMSP) e o Clube Zumzaravoice responsável pela apresentação cultural do CMSP no XV Jogos da Amizade (JA) do Colégio Militar. Esta parceria tem o objetivo de produzir camisetas tingidas com pigmentos coloridos provenientes de tintas orgânicas atóxicas que serão usadas pelos alunos do colégio na apresentação cultural dos JA. Para tal, serão realizados os seguintes objetivos específicos: extração de pigmentos coloridos de compostos do nosso cotidiano utilizando como solventes a água mineral e o etanol 77ºGL; monitoramento da estabilidade da coloração das soluções obtidas após a extração quando tingidas em um tecido de algodão branco; avaliação da variação de coloração e da estabilidade da tinta orgânica quando adicionados aglutinantes às soluções extraídas; seleção dos melhores pigmentos/solventes/aglutinantes para a criação das tintas atóxicas e tingimento das camisas.
Material e métodos
Para este projeto foram utilizadas algumas especiarias e condimentos (páprica, colorau, açafrão e bicarbonato de sódio) algas (spirulina verde e azul em pó), plantas (hibisco desidratado e repolho roxo) e outros materiais de uso cotidiano (limão, sabão em pó e água sanitária) para a obtenção das 5 cores de interesse: vermelho, laranja, amarelo, verde e azul. Além disso, foram utilizados béqueres, funis de vidro, espátulas, balança semi-analítica, filtro de papel, tubos de ensaio, pipetas Pasteur, um liquidificador e uma peneira. Como solventes foram utilizados água mineral e etanol 77ºGL e como aglutinantes cola branca lavável e polvilho azedo.Para a extração dos pigmentos coloridos do açafrão, colorau, páprica, spirulina azul e verde, foram pesados e misturados 25,0g de cada uma das substâncias em um volume de 50,0mL de água mineral ou 50,0mL de etanol 77ºGL em um béquer, totalizando 10 misturas. Foi realizada uma agitação mecânica com o auxílio de uma espátula. O béquer foi vedado e a mistura deixada em repouso por 24 horas. Após as 24 horas, foi realizada a filtração das soluções. Foram pipetados 10,0mL de cada uma das soluções resultantes e acondicionados em tubos de ensaio. Para o hibisco desidratado, foram pesados e misturados 50,0g do material com 250,0mL de água mineral ou etanol 77ºGL. Foram repetidos os procedimentos de extração mencionados anteriormente. Para o teste de tingimento e coloração de tecido, foram utilizados pequenos pedaços de um tecido de algodão (100%) branco. Com o auxílio da pipeta, cada pedaço foi tingido com cada uma das soluções obtidas anteriormente. Os pedaços de tecido tingidos foram colocados sobre uma superfície impermeável e catalogados de acordo com a mistura de condimentos/ especiarias/plantas e o seu respectivo solvente. Foi também analisada a fixação e variação da cor dos pigmentos no tecido com e sem a adição do agente aglutinante. No caso, foram utilizados 2 agentes aglutinantes para cada pedaço de tecido, a cola branca e o polvilho azedo (misturado com água) na proporção de 4:1 (solução:aglutinante). O processo de secagem da tinta e fixação no tecido com e sem aglutinantes e estabilidade dos pigmentos foi acompanhado durante 2 semanas. Para a extração e obtenção dos pigmentos coloridos a partir do repolho roxo, foi adicionada uma folha de repolho roxo com 1,0L de água mineral em um liquidificador. Foi realizada a turbolização do material. A mistura resultante foi peneirada e o líquido colocado em um béquer. Foram pipetados 10,0mL da solução obtida em 4 tubos de ensaio, cada um contendo aproximadamente 2,0mL de suco de limão, 2,0mL de água sanitária, 2,0g de sabão em pó e 2,0g de bicarbonato de sódio. Os tubos foram agitados mecanicamente. O processo de tingimento do tecido de algodão, a variação da cor e estabilidade do pigmento com e sem aglutinantes, o tempo de acompanhamento do processo de secagem da tinta e fixação do pigmento foi semelhante ao mencionado acima.
Resultado e discussão
Os Colégios Militares (CM) são organizações militares (OM) que funcionam como
estabelecimentos de ensino de educação básica, com a finalidade de atender ao
Ensino Preparatório e Assistencial. O Sistema Colégio Militar do Brasil (SCMB),
realiza, anualmente, uma competição esportiva entre os 15 colégios militares
existentes no sistema denominada Jogos da Amizade. A partir do ano de 2015, foi
criada uma competição cultural do evento denominada Zumzaravoice que inclui
apresentações de dança, música e teatro. O Colégio Militar de São Paulo teve a
sua primeira participação nos Jogos da Amizade e no Zumzaravoice no ano 2022. O
tema da apresentação do CMSP no Zumzaravoice no ano de 2023 engloba, além de
aspectos culturais da cidade de São Paulo, temas como a sustentabilidade na
economia, sociedade e meio ambiente. Baseado na sustentabilidade, foi realizada
uma parceria entre a Iniciação Científica do 9º ano com o Clube de Arte, Música
e Cultura (Zumzaravoice) do colégio, com o intuito de produzir tintas atóxicas
coloridas e o tingimento de camisas de 5 cores variadas (azul, verde, vermelho,
laranja e amarelo) para os alunos usarem na competição cultural. O tecido de
algodão branco foi tingido com técnica Tie Dye, uma técnica de tingimento a frio
onde podem ser criadas estampas variadas, através da amarração do tecido de
diferentes formas e posterior adição das tintas obtidas. No total, foram
tingidas 25 camisas, 5 de cada uma das cores obtidas: vermelho, laranja,
amarelo, azul e verde. O tempo de secagem foi de aproximadamente 3 dias e as
camisas ficaram com os mais diversos padrões de estampas. A extração dos
pigmentos coloridos das diversas substâncias analisadas deu origem a uma
diversidade de cores e tons, dependendo do solvente e da adição do agente
aglutinante. Para a extração com água, os melhores resultados foram obtidos com
o hibisco (coloração avermelhada), spirulina verde (coloração verde mais
intensa) e spirulina azul (coloração azul claro). A mistura de água mineral com
açafrão, colorau e páprica deram colorações amarelas fracas (caso do açafrão) e
alaranjadas muito claras (caso do colorau e páprica), em tom quase incolor. Em
relação à estabilidade, a coloração dos pigmentos extraídos do hibisco, açafrão,
spirulina verde e spirulina azul não sofreram grandes variações de tons no
tecido durante as 2 semanas que foram monitorados. Para a extração com etanol,
os melhores resultados obtidos foram com o açafrão (coloração amarelo intensa),
spirulina verde (coloração verde), colorau (coloração laranja) e spirulina azul
(coloração azul claro). A mistura do etanol com a páprica deu origem a uma
coloração alaranjada menos intensa e com o hibisco a uma coloração rosada. Em
relação à estabilidade, a coloração dos pigmentos extraídos do açafrão, colorau,
spirulina verde e spirulina azul também não sofreram grandes variações de tons
no tecido durante as 2 semanas que foram monitorados. Este fato pode ser
explicado pela solubilidade nos diferentes solventes: a ficocianina, responsável
pelo pigmento azul da spirulina, apresenta solubilidade na água e no etanol,
assim como a clorofila e clorofilina, responsável pela cor da spirulina verde,
solúveis em etanol e água respectivamente. A cor laranja do colorau é derivada
dos carotenoides, solventes em etanol e insolúveis em água, exceto quando
formando complexos com proteínas. Este fator explica a melhor extração do
pigmento laranja do colorau no etanol, comparativamente à água. A cor amarela
extraída do açafrão é devida aos pigmentos curcuminoides. Este tipo de pigmentos
é facilmente solubilizado em etanol, porém pouco solúveis em água. Quando
encapsulados, a sua solubilidade aumenta, o que pode justificar a extração da
cor amarela do açafrão também na água, porém com menor intensidade. As
antocianinas são pigmentos solúveis em solventes polares, por isso solúveis em
água e etanol, o que explica a sua boa extração da coloração vermelha do hibisco
nos dois solventes. Em relação às misturas originárias da mistura entre a
solução de repolho roxo e as substâncias do cotidiano analisadas, os resultados
não foram satisfatórios em termos de coloração e estabilidade do pigmento
colorido. A mistura entre a solução de repolho roxo e bicarbonato de sódio
originou uma solução azul, resultando numa mistura de pH básico, corroborando
com a literatura, uma vez que o pH do bicarbonato de sódio é em torno de 8,6.
Entre repolho roxo e limão, deu origem a uma solução avermelhada, o que indica
um pH ácido. O pH do limão gira em torno de 2, coincidindo novamente com a faixa
de variação de coloração da solução de repolho roxo. A mistura entre repolho
roxo e sabão em pó resultou numa solução verde-azulada clara, com pH próximo de
11, idêntico ao do soluto; e entre repolho roxo e água sanitária, uma solução
amarelo-clara, que indica um pH próximo a 14. Todos os experimentos corroboram
com a literatura. Porém, após 24h de monitoramento, foi observado que todos os
tecidos que haviam sido tingidos com essas soluções tiveram as suas cores muito
alteradas: as soluções com água sanitária e bicarbonato de sódio estavam em tons
amarelo e azul aguados de fraca intensidade; a solução de sabão em pó estava
incolor e a de limão em um tom rosado de fraca intensidade. Com 1 semana de
monitoramento, as cores haviam praticamente desaparecido do tecido, o que mostra
que a estabilidade deste tipo de solução é muito curta. Sendo assim, as soluções
de colorações mais intensas e vivas escolhidas para o tingimento dos tecidos
foram: açafrão com etanol (amarelo), hibisco e água (vermelho), colorau e álcool
(laranja), spirulina azul e água (azul) e spirulina verde e água (verde). Após a
obtenção dos pigmentos coloridos extraídos com os solventes, foi testado o
efeito do aglutinante na cor e na estabilidade da tinta. A mistura do
aglutinante de polvilho azedo e água não obteve resultados satisfatórios, tanto
nas soluções coloridas obtidas com água, quanto com etanol, pois não foi
possível solubilizar as misturas no polvilho azedo, uma vez que este ficou com
uma consistência sólida. Para a obtenção de tinta, é necessário que a solução
resultante seja líquida. No caso da adição da cola branca como aglutinante,
houve variação de cor e um pequeno aumento da estabilidade da coloração da tinta
em alguns experimentos. Foi observado que a tinta obtida a partir da spirulina
azul com água manteve a sua coloração azul clara mais intensa durante as duas
semanas com a adição da cola branca do que sem ela, porém ao adicionar cola
branca à spirulina com álcool, esta mudou de cor e consistência, passando para
uma cor azul-esverdeada e com a cola branca não se dissolvendo totalmente na
mistura. No caso da spirulina verde com água, a cola branca tornou a coloração
verde intensa um pouco mais clara e a tinta muito espessa. Em relação ao
pigmento amarelo obtido com açafrão e etanol, a estabilidade da coloração
durante as duas semanas foi semelhante, variando apenas o tom de amarelo - com
cola branca o amarelo ficou um pouco mais claro. O vermelho extraído da mistura
de hibisco com a água ficou em tons próximos do rosa escuro quando foi
adicionada a cola branca, mudando o tom de coloração que era desejado, porém a
estabilidade da cor da tinta com e sem aglutinante foi semelhante nos dois
casos. Para a mistura de colorau e etanol, a mistura com a cola branca tornou o
laranja menos intenso e mais voltado para um laranja salmão, não tendo ganhos
significativos de estabilidade da cor, quando comparados à solução sem
aglutinante.
Conclusões
A partir dos resultados obtidos, foi possível determinar as melhores substâncias e solventes para produção das cinco cores de deram origem às tintas orgânicas atóxicas do projeto. Os pigmentos coloridos selecionados derivaram das misturas de: açafrão e etanol, que deu origem a uma coloração amarelo intensa; spirulina verde e azul com água, resultando em soluções de coloração verde e azul claro, respectivamente; colorau e etanol, obtendo-se uma solução laranja e hibisco com água, para a obtenção da coloração vermelha. As misturas obtidas com a solução de repolho roxo resultaram em cores de interesse do projeto, porém a instabilidade das misturas obtidas foi inferior a 24h, o que inviabilizou o seu uso. Foi possível verificar que a adição do aglutinante polvilho azedo não obteve resultados satisfatórios e a cola branca alterou a coloração da maioria das tintas, passando-as para tons pastel. Além disso, o ganho de estabilidade da cor das tintas obtidas no tecido de algodão não foi significativo com a adição do aglutinante, durante as 2 semanas de monitoramento. O projeto possibilitou a criação e tingimento com técnica Tie Dye de 25 camisas que serão usadas pelos alunos do CMSP na competição artística Zumzaravoice no ano de 2023, seguindo o tema da sustentabilidade abordado pelo colégio na apresentação. Esta parceria permitiu a criação do primeiro projeto do grupo de Iniciação Científica do 9º ano do CMSP, criado no ano de 2023 e a sua projeção no Sistema Colégio Militar do Brasil e na comunidade.
Agradecimentos
Referências
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