Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería
Teñido con Colorantes Directos Método de Agotamiento I.-OBJETIVOS • • •
Comprender el proceso de tintura con colorantes directos. Conocer los principios químicos que permiten la tintura con colorantes directos. Analiz Analizar ar los factores factores que intervie intervienen nen en la tintur tinturaa y que podrían podrían afectar afectar el proceso como la temperatura, el tiempo, la cantidad de colorante, etc.
II.-FUNDAMENTO II.-FUNDAMEN TO TEORICO
TINTURA La tintura es el proceso en el que la materia textil, al ser puesta en contacto con una solución de colorante, absorbe éste de manera que habiéndose teido ofrece resistencia a devolver el colorante al bao. !l proceso molecular tintóreo es lo que llamamos cinética tintórea. !n torno a esta definición de tintura, establecemos dos principios fundamentales" #ue la tintura consiste en una compenetración entre colorante y fibra, que no es • el recubrimiento exterior de una fibra con un colorante, sino absorción de colorante al interior de la fibra. #ue es un proceso de efecto durable$ si una fibra se destie f%cilmente es que no • ha sido teida. Lo mismo en teoría que experimentalmente en el laboratorio, se puede se&uir el proceso tintóreo a nivel molecular, observando las diferentes fases por las que atraviesa una molécula de colorante" Difusión: 'ovimiento de la molécula a través del líquido en el que se deposita, acerc%ndose a la fibra textil. Absorción: Contacto de la molécula de colorante con la fibra y penetración en su cuerpo físico. Difusión sólida: La difusión del colorante a través del interior de la fibra. (i)ación" !s el estab estable lecim cimien iento to de enla enlace cess estab estable less entr entree las las molé molécu cula lass de la fibr fibraa y de colorante. Lle&ado a este punto de fi)ación se puede decir que el colorante ha teido la fibra y el proceso de tintura ha terminado, estando todas las moléculas de fibra enlazadas con moléculas de colorante.
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Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería Factores de difusión Los factores m%s influyentes en el coeficiente de difusión son los si&uientes"
Concentraci Concen tración ón del colorante color ante
Con el aumento de la concentración del colorante en el substrato aumenta el coeficiente de difusión$ éste se da siempre como aparente y se mide por la curva de a&otamiento. El coeficiente coeficiente de difusión D varía de cero a infinito, infinito, según varía la concentración concentración C de cero a infinito
Al estudiar los colorantes posteriormente veremos que a cada tipo de fibra se le aplica un tipo de colorante$ ello es necesario porque en la tintura tintura el sistema fibra*color fibra*colorante ante es fundam fundament ental. al. +or esta razón razón las tres curvas de a&otam a&otamient iento o del e)emplo e)emplo son bien bien distintas.
Col. dispersos
Col. directos
Col. %cidos y b%sicos
a afinidad colorante-fibra!
+ara el caso de la afinidad colorantefibra, ésta no es directamente proporcional al coeficiente de difusión. -i se trata de una elevada afinidad, la tintura es r%pida en el inic inicio io de la pene penetr trac ació ión n en la fibr fibra, a, pero pero ense ense&u &uid idaa se rale ralent ntiz izaa por por la prop propia ia concentración del colorante en ese principio que frena m%s partículas de colorante con las suyas propias. Las capas exteriores se tintan mucho y las interiores muy poco y muy despacio. Con ba)a afinidad, si bien el coeficiente puede que no aumente, sin embar&o la penetración al interior es m%s uniforme. +uede verse el fenómeno en una sección transversal de una fibra al microscopio
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Gran afinidad
Baja afinidad
a #resencia de sal electrolito/ !n el bao influye influye en la atracciónrep atracciónrepulsió ulsión n entre la fibra y el colorante$ colorante$ en ese sentido sentido es como influye en el coeficiente coeficiente de difusión. +ara la tintura que precisa de electrolito, electrolito, hay un &rado óptimo de concentración de sal. a tem#eratura !s proporcional al coeficiente de difusión. Aumentar temperatura es a&re&arle ener&ía al bao. El substrato a tintar es determinante en todo proceso tintóreo.
0a se ha visto que en al&unas estructuras moleculares el colorante sólo puede ocupar las re&ion re&iones es amorfas amorfas de los mismo mismos, s, no pudien pudiendo do,, por e)emplo e)emplo,, romper romper la estruct estructura ura cristalina de la formación molecular de esa fibra. Las fibras sintéticas una vez hiladas se someten a un estirado considerable, en el que la macromolécula se alar&a y quedan sus cristales orientados unidireccionalmente. !n esas condiciones es muy difícil que el colorante se alo)e en el interior de la fibra.
COORANTES DIRECTOS Los colorantes artificiales directos se llaman así porque tien la fibra sin necesidad de un se&undo producto que act1e como mordiente de ésta !xisten dos familias de colorantes directos" a$ Colorantes a%óicos b$ Colorantes tia%ólicos
Los colorantes a%óicos son derivados de las aminas del difenilo
en donde & #uede ser
' #uede ser
- (-
Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería 2332 arild arildia iami mina nas, s, enla enlace ce simp simple le de benc bencid idíni ínico coss C26C2 etilbénicos 32 4 - C432 32C432
2 -45 3a 3a Cl 347 42 C25 4C2 5 4C27C43a
Los colorantes tia%ólicos se llaman así porque en su molécula contienen el anillo tia%ólico. !stos colorantes son solamente amarillos, anaran)ados y pardos.
Características de los colorantes artificiales directos •
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8enera 8eneralme lmente nte son solubl solubles es en a&ua, a&ua, aunque aunque al&uno al&unoss precisa precisan n para para ello ello la presencia de carbonato sódico. -u solubilidad aumenta con el n1mero de &rupos sulfónicos y disminuye al aumentar su peso molecular. !n frío forman soluciones coloidales. Los colorantes directos resisten bien a los %cidos, aunque tienden a enro)ecer. !n pres presen enci ciaa de a&en a&entes tes reduc reducto tores res romp rompen en su molé molécul culaa haci haciaa deriv derivad ados os aminados.
Clasificación de los colorantes directos • • •
según la Society la Society of Dyers Dyers and Coulorists Coulorists colorantes autorregulables colorantes controlables mediante la sal colorantes regulables #or tem#eratura
Los colorantes colorantes autorregulables poseen buenas propiedades de i&ualación y dispersión. +ueden +ueden aplica aplicarse rse por a&otam a&otamien iento, to, sin precau precaució ción n especia especial, l, dentro dentro de los límite límitess normales de la tintura. controlables mediante la sal dan un índice de a&otamiento de 9:; en Los colorantes controlables bao de solución <*5:, con contenido de sal inferior al <;. regulables #or tem#eratura tem#eratura son de &ran sensibilidad, lle&ando a una Los colorantes colorantes regulables absorción de un 9:; de colorante, en soluciones de menos del <; de sal. =e esa forma la tintura tintura es demasia demasiado do brusca brusca y necesit necesita, a, por tanto, tanto, ser controla controlada da median mediante te su - )-
Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería temperatura.
CONCE!TOS ADICIONAES Sustantividad La susta sustant ntiv ivid idad ad de un colo coloran rante te en un siste sistema ma de tint tintur uras as es su tende tendenc ncia ia a ser ser transportado del bao de tintura al interior de la fibra para ser absorbida absorbida por esta en los sitios activos que a tal efecto posee. !l de sustantividad es un concepto m%s bien cualitativo. Cuando se quiere cuantificar esta tendencia del colorante, se recurre al concepto termodin%mica de afinidad. Los colorantes colorantes directos directos conocidos conocidos como sustantivos sustantivos debido debido a que presentan presentan una alta afinidad afinidad por las fibras celulósicas celulósicas y en principio principio son absorbido absorbidoss por la fibra debido a esta causa y posteriormente fi)ados por un mecanismo de adsorción acompaado de difusión dentro de los poros de las fibras.
Posibilidad de tintura en la la celulosa !n la parte amorfa se crean los poros en la estructura de la fibra a través de los cuales las moléculas de colorantes hacen su in&reso durante el teido.
III.-MATERIAES E INSUMOS • • • • • • •
7 vasos de precipitación de 79: ml +robeta Calentador < estufa 7 ba&uetas < balanza < termómetro - *-
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Colorante directo amarillo -al
IV.-CURVA DE TE"IDO SE#UIDA
-AL ?@>C
7: <:
<:
@:>C
5:>C
C4L4A3B!
V.- !ROCEDIMIENTO • •
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Co&er una muestra de tela hecha de al&odón. Cortar 7 muestras muestras de la misma de tal manera manera que el peso de cada una este en un promedio de 9 &r. +reparar 7 vasos de precipitación cada uno con los productos indicados para la practica en sus concentraciones indicadas +oner cada una de las muestras, una en cada vaso. - +-
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Calentar los vasos de precipitación a&re&ar la sal y mantener cada uno a la temperatura y tiempo indicado. +ara obtener el producto final se somete las muestras a un en)ua&ue y son secadas.
VI.-CONDICIONES VI.-CONDICION ES DE TINTURA • •
Beir 7 muestras a D:>, ?@> C Colorante" <;
o
•
•
Colorante =
<::cc × ( 9 gr ) × = 9cc <:: < gr <
elación de bao" <"7: o 'uestra de 9&r traba)amos un bao de <::ml, como el colorante es 9ml adicionaremos ?9 ml de a&ua. -al" <: &r*L o Como traba)amos en <::ml usaremos <&r de sal
VII.- DIA#RAMA DE FUJO $ In%l&encia de la te'(erat&ra - -
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?9 ml de a&ua
<&r <::cc de a&ua colorante
9cc
Bextil 9&/
Bextil 9&/
Calenta'iento a )*+C
Calenta'iento a ,+C
-al
-al
B6 ?@>C t6 7:min
B6 D:>C t6 7:min
SECADO
SECADO
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VIII.- MUESTRAS •
'uestra < tintura a ?@>C
•
'uestra 7 E tintura a D:>C
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I.- OBSERVACIONES / CONCUSIONES !xisten distintos factores que intervienen en la tintura" •
Bemperatura o +ode +odemo moss deci decirr que que unas unas may mayor abso absorc rció ión n de colo colora rant ntee se da a temperaturas cercanas de la ebullición, pues claramente hemos podido observar en las muestras que la muestra traba)ada a D: >C presenta una saturación menor que la muestra teida a ?@>C, esto se da por que aumentar la temperatura es a&re&arle ener&ía al bao permitiendo un mayor movimiento molecular favoreciendo el proceso de tintura, en el caso analizado la diferencia es muy poca, pues este tipo de colorante amarillo es un color muy sustantivo es decir sube muy r%pido.
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!lectrolito o La muest muestra ra tei teida da con con mayo mayorr conc concen entr traci ación ón de elect electro roli lito to <:& <:&*L *L// presenta un color m%s intenso que aquella con menor concentración de sal<&*L/, esto se debe a que en la tintura con colorantes directos se requi requier eree ciert ciertaa canti cantida dad d de ione ioness ne&a ne&ati tivo voss en el bao bao que que del del la suficiente suficiente cantidad de car&a ne&ativo permitiendo permitiendo la tintura, tintura, si no existe la cantidad necesaria, el colorante permanecer% en el bao.
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elación de bao o A una relación de bao de <"<: obtenemos un color m%s saturado pero con una muy ba)a i&ualación al compararla con la muestra traba)ada en <"7:, al encontrase el colorante en una concentración mayor en el bao y al tratarse de un color muy sustantivo, este colorante r%pidamente subir% ocasionando una mala i&ualación del color.
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Biempo A mayor mayor tiempo tiempo en el bao de tintura tintura,, el textil textil podr% podr% adsorbe adsorberr m%s o colorante, pues a&ota m%s.
.- ANEOS
MA0UINARIA DE TINTURA !OR A#OT A# OTAM AMIE IENT NTO O +ara el sistema por a&otamiento, las m%quinas se diferencian por su acción mec%nica que act1a sobre la materia textil a tintar, sobre el bao tintóreo o sobre ambas cosas a la vez.
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Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería 013 1 M45uinas con la fibra a tintar est4tica 6 la solución de colorante en movimiento!
U!"C#$%S U!"C#$%S
Los autoclaves tienen la venta)a de poder tintar el &énero una vez que éste haya sido empaquetado$ pero por el hecho de tintar en paquete, la cuestión m%s importante a tener en cuenta es la i&ualación de color en toda la masa, que ser% m%s problem%tica cuanto cuanto mayor mayor sea la veloci velocidad dad de fi)aci fi)ación ón del colora colorante nte$$ veloci velocidad dad contro controlad ladaa mediante la temperatura y electrolitos. E789EMA DE U!"C#$% DE U!"C#$%
A es el recip recipien iente te herm herméti ético co que que cont contie iene ne la solu soluci ción ón tint tintór órea ea.. F es la )aula )aula portamateria, en la que se alo)a el textil a teir, convenientemente hol&ado para que el bao pueda circular entre ello. Los portamateriales ser%n diferentes, se&1n sea el tipo de textil y su empaquetado" a$ de corona circular$ empleado para floca, dentro circula el bao nada m%s en sentido G!. b$ En forma de es#ada $ empleado para mechas de peinado, que se enrollan sobre varias bobinas de un tubo perforado. c$ De bobina #erforada$ sobre ella se enrollan directamente los hilos. C es la bomba impulsora del bao tintóreo, capaz de mantenerlo continuamente en movimiento y capaz de invertir, a intervalos, el sentido de circulación del bao a través de la materia a tintar.
013 11 M45uinas con el tetil en movimiento 6 la solución fi;a! 01&09'A E& !"&NI'U%!%
!n la tintura con torniquete, el movimiento del textil a través del bao es el que crea la circulación del mismo, a base de removerlo suave pero constantemente. -i el colo colora rant ntee no posee posee buen buenaa mi&r mi&raci ación ón,, este este siste sistema ma no ser% ser% apro apropi piad ado$ o$ y si el colo colora rant ntee es f%cilm f%cilment entee oxid oxidab able le,, tamp tampoc oco, o, porq porque ue el mate materia riall tint tintad ado o sale sale - .2 -
Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería periódicamente al aire ambiente, arrastrado por el &rueso hilo, fuera del bao. 3i esta m%quina ni este sistema sirven para colorantes a la tina. !l esquema mec%nico en el TORNIQUETE es el si&uiente" A" una cuba trapezoidal o artesa, para el bao tintóreo.
<" Hn rodillo motriz del textil, situado sobre la cuba y fuera de ella, que arrastra el textil a través del bao. +ara la lana, el rodillo devanador del torniquete es de forma circular, produciendo un movimiento suave, sin tirones, que evita el enfieltrado y estirado del hilo. +ara el al&odón suele ser elíptico, acentuando la formación de plie&ues en la cuba$ menos elíptico cuanto m%s li&ero de peso es el textil
01&09'A E& (IGG%& E& (IGG%&
!l sistema de funcionamiento del Ii&&er es el si&uiente" dos cilindros donde se reco&e, reco&e, enrollado enrollado y sin arru&as, arru&as, el te)ido, te)ido, de orillo orillo a orillo. orillo. Hn &rupo &rupo motriz motriz que hace &irar los cilindros para enrollar y desenrollar en ellos el te)ido durante la tintura. Hn recipiente, en forma de artesa, para la solución tintórea. =entro del bao el te)ido pasa por otros rodillos donde se mantiene estirado$ otro curvado evita cualquier arru&a en el te)ido. Al entrar el te)ido en la solución tintórea, absorbe de éste una parte que ser% retenida por sus fibras, lle&ando así al rodillo donde se reco&e$ volver%, desenroll%ndose, con una cierta cantidad de colorante fi)ado y se pondr% de nuevo en contacto contacto con la solución tintórea. Así Así se ir% ir% inter interca camb mbian iando do colo colora rant ntee entr entree te)id te)ido o y la solu soluci ción ón,, hasta hasta lle& lle&ar ar al equilibrio entre solución y te)ido tintado y conse&uir, por tanto, completar la tintura. Cada vez que el te)ido lle&a al bao no se da en éste la misma concentración de colorante, lo que hace difícil que las fran)as de te)ido que no han conse&uido i&ualación la consi&an ahora. Las diferencias suelen darse entre el centro y los extremo del te)ido. 4tra dificultad puede darse en la i&ualación de tintura a lo ancho, diferencia entre los orillos y el centro, producida sobre todo porque haya diferencias de tensión en el enrollamiento del te)ido, presionando en los orillos m%s o menos que en el centro. - ." -
Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería La propia humectación del te)ido en la solución puede modificar su estructura y alterar esta tensión lon&itudinal, apareciendo el típico moaré o a&uas en su aspecto.
013 111 M45uinas en las 5ue tetil 6 solución est4n en movimiento durante el #roceso tintóreo! 01&09'A E& (%! E& (%!
!n esta m%quina el textil se mueve dentro de una corriente de bao tintóreo. (ue éste el método para solventar solventar los problemas problemas de la tintura de poliéster a alta temperatura. temperatura. La tracción del textil se efect1a por una devanadora que lo conduce a través de un tubo por el que circula el bao en el mismo sentido.
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