Barreiro, M.F.Santamaria-Echart, ArantzazuJunior, Bogdan DemczukZanella, André Luiz Neres2024-06-182024-06-182024http://hdl.handle.net/10198/29912Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáThe tanning sector faces two complex challenges: increasing sustainability and improving leather quality. Shifting to natural dyes and mordants from synthetic and metallic ones eliminates harmful substances and produces 100% organic leather. Natural colouring systems offer additional benefits like antimicrobial and antioxidant properties, contributing to leather preservation. This shift aligns with global regulations, addressing environmental and health concerns by ensuring safer and non-toxic manufacturing processes. This thesis presents a comprehensive study on the characterization and evaluation of natural dyes and mordants for leather dyeing. In the initial phase, undyed wet-white leather samples and seven natural dyes were supplied from industry partners (Curtumes Aveneda and AQUITEX, respectively). The selected dyes and their extracts were: AQUINAT BioIndigo - Indigofera tinctoria plant; AQUINAT Kareel – Myrobalan (Terminalia chebula) fruit; AQUINAT Leaf Green - Mulberry (Morus alba) plant; AQUINAT Mallow - Pomegranate (Punica granatum) fruit rind; AQUINAT Nimbus – Secretion of Kerria lacca insect; AQUINAT Rubia – Rubia cordifolia root; AQUINAT Yeliona: Marigold (Tagetes erecta), Tesu (Butea monosperma) and Kamala (Mallotus philippensis) plant. Three types of natural mordants were selected: chitosan 85%, mimosa extract and tannic acid, and one metal mordant, aluminium potassium sulphate dodecahydrate (KAl(SO4)2). These dyes were characterised by employing FTIR to confirm the chemical structure. Additionally, the evaluation of dye colour at different pH was conducted through UV-Vis analysis. The AQUINAT Yeliona dye was the most stable when varying the pH, with AQUINAT Nimbus and Rubia showing good colour variability against this process parameter. Subsequently, mordanting and dyeing tests were performed. The mordanting technique adopted was pre-mordanting. Three leather piece samples were utilized, with a mordant concentration of 6% (OLW), temperature of 40°C, stirring at 120 rpm, and time of 60 minutes. Subsequently, the leather dyeing step was also applied with a dye concentration of 10% (OLW), a temperature of 40°C, stirred at 120 rpm and dyed for 30, 90, and 180 minutes for each sample. The best dyeing time in all the tests was 180 minutes due to the achieved higher colour intensity. After the dyeing process, the leather colour was monitored over time through the ΔE parameter, which revealed no significant variation in ΔE values over time, showing good colour fastness of the dyes on the leather. Dye exhaustion was quantified, even though results should be evaluated with caution due to solubility problems for some of the analysed dyes. In the final step, performance parameters such as colour fastness to light, perspiration and rubbing were performed to validate the efficacy of the dyes. The experiments revealed varying results for each dye-mordant combination. The AQUINAT BioIndigo dye, despite its potential, failed to penetrate and fix uniformly to the leather, resulting in a stained appearance. In contrast, the AQUINAT Kareel dye demonstrated promising results, particularly when combined with chitosan and aluminium sulphate, yielding a uniform and intense beige colouration. Similarly, the AQUINAT Leaf Green dye exhibited satisfactory results, with tannic acid proving to be the most effective mordant, resulting in a vibrant and uniform green hue. AQUINAT Mallow dye produced a beige colour, with aluminium sulphate and chitosan offering the most intense and uniform result. The AQUINAT Nimbus dye displayed versatility across various mordants, with aluminium sulphate yielding a distinct purple hue, while chitosan resulted in a darker beige tone. AQUINAT Rubia dye produced a beige colouration, with aluminium sulphate proving to be the most effective mordant in terms of uniformity. Lastly, AQUINAT Yeliona dye showcased a strong yellow colouration across all experiments, with chitosan emerging as the most effective mordant, showing promising potential for applications in leather dyeing. Overall, this study highlights the importance of mordant selection in enhancing the dyeing process and achieving desired colour outcomes in leather dyeing with natural dyes. The findings contribute to the ongoing efforts towards sustainable practices in the leather industry while offering insights for further research and practical applications. The most promising dyeing procedures have been successfully identified and will be tested in the future on a larger scale, under real conditions, for further evaluation and validation.O setor de curtumes enfrenta dois desafios complexos: aumentar a sustentabilidade e melhorar a qualidade do couro. A substituição de corantes sintéticos e metálicos por corantes e mordentes naturais elimina substâncias nocivas e produz couro 100% orgânico. Os sistemas de coloração natural oferecem benefícios adicionais como propriedades antimicrobianas e antioxidantes, contribuindo para a preservação do couro. Esta mudança está em conformidade com os regulamentos globais, abordando as preocupações ambientais e de saúde ao garantir processos de fabrico mais seguros e não tóxicos. Esta tese apresenta um estudo abrangente sobre a caracterização e avaliação de corantes naturais e mordentes para tingimento de couro. Na fase inicial, foram fornecidas amostras não tingidas de couro wet-white e sete corantes naturais por parceiros da indústria (Curtumes Aveneda and AQUITEX, respetivamente). Os corantes selecionados e extratos foram: AQUINAT BioIndigo - planta Indigofera tinctoria; AQUINAT Kareel - fruto Myrobalan (Terminalia chebula); AQUINAT Leaf Green - planta de Amoreira (Morus alba); AQUINAT Mallow - casca de fruto de Romã (Punica granatum); AQUINAT Nimbus - secreção do inseto Kerria lacca; AQUINAT Rubia - raiz de Rubia cordifolia; AQUINAT Yeliona: planta de Cravo-túnico (Tagetes erecta), Tesu (Butea monosperma) e Kamala (Mallotus philippensis). Foram selecionados três tipos de mordentes naturais: quitosano 85%, extrato de mimosa e ácido tânico, e um mordente metálico, sulfato de potássio e alumínio dodeca-hidratado (KAl(SO4)2). Esses corantes foram caracterizados empregando FTIR para confirmar sua estrutura química. Além disso, a avaliação da cor dos corantes em diferentes pH foi conduzida por UV-Vis. O corante AQUINAT Yeliona foi o mais estável com o pH, e o AQUINAT Rubia e Nimbus mostraram boa variabilidade face a este parâmetro. Posteriormente, foram realizados testes de mordentagem e tingimento. A técnica de mordentagem foi a pré-mordentagem. Para cada ensaio foram selecionadas três amostras de couro, utilizada uma concentração de mordente de 6% (OLW), temperatura de 40°C, agitação a 120 rpm e tempo de 60 minutos. Posteriormente, na etapa de tingimento do couro foi usado uma concentração de corante de 10% (OLW), temperatura de 40°C, agitação a 120 rpm e tingida por 30, 90 e 180 minutos para cada amostra. O melhor tempo de tingimento em todos os testes realizados foi de 180 minutos devido à maior intensidade de cor alcançada no couro. Após o processo de tingimento, a cor foi monitorada ao longo do tempo através do parâmetro ΔE, não havendo variação significativa desses valores ao longo do tempo, mostrando boa solidez da cor dos corantes no couro. A exaustão do corante foi quantificada, embora os resultados devam ser avaliados com cautela devido a problemas de solubilidade para alguns dos corantes analisados. Em uma etapa final, parâmetros de desempenho, como solidez da cor à luz, à transpiração e ao atrito, foram realizados para validar a eficácia dos corantes. Os ensaios revelaram diferentes resultados para cada combinação de corante e mordente. O corante AQUINAT BioIndigo, apesar do seu potencial, falhou em penetrar e fixar uniformemente no couro, resultando numa aparência manchada. Em contraste, o corante AQUINAT Kareel demonstrou resultados promissores, especialmente quando combinado com quitosano e sulfato de alumínio, resultando numa coloração bege uniforme e intensa. Da mesma forma, o corante AQUINAT Leaf Green exibiu resultados satisfatórios, com o ácido tânico provando ser o mordente mais eficaz, resultando em um tom verde vibrante e uniforme. O corante AQUINAT Mallow produziu uma coloração bege, com sulfato de alumínio e quitosano oferecendo o resultado mais intenso e uniforme. O corante AQUINAT Nimbus exibiu versatilidade face aos diversos mordentes, nomeadamente com o sulfato de alumínio a produzir um tom roxo distinto, enquanto o quitosano resultou num tom bege mais escuro. O corante AQUINAT Rubia produziu uma coloração bege, com o sulfato de alumínio sendo o mordente mais eficaz em termos de uniformidade. Por fim, o corante AQUINAT Yeliona apresentou uma forte coloração amarela em todos os ensaios, com o quitosano emergindo como o mordente mais eficaz, potenciando a sua aplicação no tingimento de couro. No global, este estudo destaca a importância da seleção de mordentes na melhoria do processo de tingimento e na obtenção de resultados de cor desejados no tingimento de couro com corantes naturais. Os resultados contribuem para os esforços contínuos em direção a práticas sustentáveis na indústria do couro, ao mesmo tempo que oferecem direções para pesquisas futuras e aplicações práticas. Os procedimentos de tingimento mais promissores foram identificados com sucesso e serão testados futuramente numa escala superior, sob condições reais, para uma avaliação e validação mais aprofundadas.engNatural dyesNatural mordantsLeather dyeingSustainabilitymaster thesis203650050