Teñido de algodón: optimización
Temas
materia prima preparación blanqueo daños catalíticos procesos de teñido colorantes controles maquinarias automación factor humano
Materia prima • El algodón se clasifica:
longitud de fibra, resistencia, impurezas, finura, madurez, color, néps, torsión de la fibra, pegajosidad, elasticidad, uniformidad, • Sus principales defectos: impurezas, fibras cortas, fibras inmaduras, fibras muertas
Materia prima • Longitud:
uniformidad y % de fibras cortas fibra corta < 26 mm. fibra mediana 26 ‐ 29 mm. fibra larga 30 ‐ 38 mm. fibra extra larga > 39 mm. • Resistencia: Pressley • Impurezas: Trash, dust y materias extrañas • Finura: micronaire • Indice de madurez: incluye fibras muertas • Convulsión de la fibra • Color
Materia prima • Longitud:
fibra más corta = más pilling • Resistencia: poca resistencia = bursting malo • Impurezas: blanqueo forzado = menor resistencia • Finura: micronaire fino = menor permeabilidad • Madurez: menor afinidad del algodón inmaduro • Convulsión: menos convulsiones = más pilling • Color: oscuro o rojo = blanqueo difícil
Materia prima Contenido de: Celulosa Pectinas Proteinas Ceras, grasas Ácidos orgánicos Azucar total Cenizas
Contenido en: maduro 90 – 95% 0.7 – 1.2% 1.1 – 1.9% 0.4 – 1.0% 0.5 – 1.0% aprox. 0.3% 0.7 – 1.6%
inmaduro menor aumenta aumenta aumenta aumenta
Contaminantes
Efecto sobre el color Algodón crudo
semillas, hojas, residuos de tallos, neps residuos de : - insetticidas - reguladores de crecimiento - defoliantes trazas de metales fibras extrañas
mala apariencia, dependiendo del tipo de artículo y de la selección de colorantes sangrado, difícil eliminación
óxidos, daños en el blanqueo difícil eliminación Algodón hilado o tejido
lubricantes de hilatura aceites y grafitos metales abrasivos suciedad, polvo de almacenaje
difícil eliminación, veteado difícil eliminación posibles huecos efecto de veteado
Materia prima • Ceras: hidrofilidad no está en el % sino en la distribución. Se
emulsifícan con tratamiento alcalino. • Pectinas: se eliminan fácilmente con álcali. • Proteínas: alto contenido favorece ataques de bacterias y hongos. Eliminadas con álcali débil. • Cenizas y sales minerales: especialmente el Ca es dañino en los teñidos con RB cortos. Se eliminan con secuestrantes.
Materia prima Composición del algodón
Celulosa Proteinas Ceras Pectinas Cenizas
92 – 96% 1 - 2% 0.3 – 1.14% 0.7 – 1.2% 0.7 – 1.6%
Composición pa red primaria Fibra
Almidón
Celulosa Proteinas Pectinas Ceras Cenizas
94 1.3 1.2 0.6 1.2
Pared primaria 54 14 9 8 3
Preparación Las impurezas están distribuidas en modo no uniforme y en cantidades variables • La preparación del algodón se hace con procesos químicos y biológicos para lograr un alto y uniforme nivel de absorción de los colorantes. La buena performance del pretratamiento está ligada al buen resultado del teñido •
•
Preparación
Preparación
Blanqueo A pH 2 mitad del cloro está como CL2 y la otra mitad como ácido hipocloroso • A pH 3 ‐ 6 hay presencia de ácido hipocloroso • A pH 7.43 la mitad del cloro está como ácido hipocloroso y la otra mitad como hipoclorito. Aumentando el pH hay una disociación con formación del ion hipoclorito OCl‐ •
Blanqueo •
•
• • •
El blanqueo con hipoclorito necesita de pH arriba de 9 y temperaturas frías Adicionar carbonato de sodio para garantizar el pH del baño de blanqueo Solamente el secuestrante Sequion 300 resiste al cloro Controlar el humectante que trabaje en frío y con pH alto Controlar el pH del hipoclorito de sodio y su transparencia
Blanqueo •
AOX = halógenos orgánicos absorbíbles: muchas impurezas del algodón y de la lana, son halogenadas y llevadas al deságue. Se encuentra la mayor concentración de AOX cuando se trata directamente con hipoclorito el material crudo.
• Otras fuentes de AOX:
.‐ carriers (chlorobenzeno) .‐ algunos colorantes tina .‐ algunos color. dispersos .‐ colorantes reactivos .‐ pocos pigmentos .‐ colorantes catiónicos .‐ algunos color. Aniónicos • 0.2 mg/L de cloro activo (contenido del agua potable)
Blanqueo •
•
• •
Las soluciones comerciales de agua oxigenada son: 35% = 130 volúmenes 50% = 200 volúmenes Son estables en ambiente ácido pero se degradan rápidamente en ambiente alcalino La presencia de metales descompone el producto con formación de oxigeno. El blanqueo con agua oxigenada ha ganado importancia debido al problema de AOX (orgánicos halogenados) causado por el blanqueo con hipoclorito.
H2O2 + regulador= HOO+O2 (reacción de blanqueo) • H2O2 + activador= HO + HO (daños catalíticos) • HOO‐ el radical libre destruye los cromóforos de los pigmentos ‐C=C‐, ‐ N=N‐, ‐C=O, etc.. •
Blanqueo
Descomposición de agua oxigenada
Velocidad de descomposición con fosfato de Calcio
Blanqueo Estabil. solución agua oxigenada. a 88°C D e c o m p o s i c i ó n
Tiempo en horas
-x- sin algodón -
- con extracto de algodón
Sin hilado hilado descrudado y blanqueado con agua oxigenada hilado descrudado con soda 1% durante 4 horas hilado hervido en agua destilada durante 4 horas hilado crudo hilado crudo extraído con soxlet
Blanqueo Descomposición de agua oxigenada
Blanqueo Descomposición de agua oxigenada
Blanqueo Descomposición de agua oxigenada
Blanqueo Descomposición de agua oxigenada
Blanqueo Descomposición de agua oxigenada
Blanqueo Descomposición de agua oxigenada
Blanqueo • • • • • • •
Los reguladores del peróxido deben tener: ‐ acción estabilizadora del anión peróxido . ‐ efecto anticatalítico con formación de complejos .‐ mantener los metales alcalino‐terrosos distribuidos uniformemente y en dispersión .‐ estabilidad en el sistema (oxidación, pH, temperatura) .‐ biodegradabilidad .‐ costo Familias de estabilizadores inorgánicos: silicatos, fosfatos alcalinos, polifosfatos, pirofosfatos orgánicos: secuestrantes (policarboxilicos con o sin ácidos fosfónicos), dispersantes (condensados de ácido grasos, alcohol grasos sulfatados, etoxilados)
Blanqueo • Silicatos (vidrio soluble): bajo costo, alta performance, en combinación con sales de Mg..
•
• • •
Resisten a la oxidación y a la temperatura. Sin embargo se deshidratan con temperaturas altas produciendo incrustaciones difíciles de eliminar. Polifosfatos: son buenos detergentes, dispersantes y secuestrantes de Ca, Mg y metales pesados. A temperaturas de 80°C y pH 11 tienen baja estabilidad, se hidrolizan fácilmente. Aminopolicarboxilicos: NTA, EDTA, DTPA y HEDTA (hid.etil.diam.triacet.) Temperatura > 90°C y pH alcalino los oxidan anulando sus propiedades. Ácidos polihidroxicarboxilicos: citrico, oxalico, glucónico son buenos secuestrantes pero dependen mucho del pH y tiene empleo limitado Ácidos fosfónicos: estables a la oxidación, a la hidrólisis, óptimo poder dispersante, efecto umbral, secuestrantes
Ácidos fosfónicos • HEDP ‐ ácido idroxietiliden‐difosfónico • ATMP ‐ ácido aminotrimetilenfosfónico •NTA
• EDTMP ‐ ác. etilendiamino‐tetrametilenfosfónico •EDTA
• DTPMP ‐ ác. dietilentriamino‐pentametilenfosfónico
•DTP
Daños catalíticos Los contaminantes pueden venir del tipo de cultivo, del transporte, de la abrasión del metal en el proceso de fabricación del hilo o del tejido, de la corrosión de la tubería de agua o de vapor • La desintegración del peróxido es acelerada por muchos catalizadores. Se produce oxicelulosa que luego será depolimerizada. •
El rotor de la hilatura OE, debido a su fuerza centrifuga, “compacta” pequeñas partículas de hierro produciendo puntos con alta concentración de metal. • En el hilo de anillos se presentan menos daños porqué el contaminante está casi siempre uniformemente distribuido •
Daños catalíticos • Para prevenir daños catalíticos del
fierro se puede tratar previamente el material con ácido oxalico • Es indispensable agregar al baño de blanqueo secuestrantes para metales pesados, DTPA o mejor DTPMP. • Tomar en cuenta que al desmineralizar el material crudo, es indispensable reforzar la estabilidad del baño de blanqueo
Neutralización • El baño de agua oxigenada es alcalíno y contiene metales alcalino‐
terrosos que vienen del material crudo o de estabilizadores minerales. • Un enjuague a 80°C. con fosfonatos acidos después del blanqueo neutraliza “intimamente” el material, secuestra los metales no eliminados con el cambio de baño y deja el algodón bien preparado para el teñido.
Enzimas • La catalasa actúa:
2H2O2 + enzima =
• 2H2O2 + enzima = 2H2O + O2 • Temperatura: 40 ‐ 50°C • pH cercano al neutro. • pH 4.5 reduce en un 90% la eficacia del producto • Tiempo: 5 ‐ 15’ • No es afectada por los electrolitos • No interfiere con los colorantes
Procesos de teñido • Agua: calidad y presión (tuberías de alimentación) • Vapor: directo e indirecto ‐ presión • Aire: presión y no contaminado • Auxiliares: detergentes, deslizantes, secuestrantes, igualantes,
dispersantes, suavizantes • Colorantes: directos, ácidos, premetalizados, catiónicos, azufre, reactívos, tina.
Procesos de teñido Si se coloca en una solución alcohólica de un colorante directo unos hilos de rayón, secos y húmedos, los primeros no se tiñen mientras que los húmedos si se tiñen. • Fibras g. agua/100 g. fibra • La velocidad de circulación relativa entre baño y fibra posee enorme importancia en la determinación de la velocidad de teñido de un sistema. Aún no se puede controlar matemáticamente, pero se puede establecer que tanto mayor es la velocidad, tanto menor es el tiempo para alcanzar el equilibrio •
Colorantes • Directos • Directos luz • Sulfurosos • Reactivos • Naftoles • Tinas • Pigmentos
El primer colorante directo, Rojo Congo, aparece en 1884, los colorantes al azufre y el índigo sintético en 1893, los tinas antraquinónicos en 1901 1956 • Diclorotriazinicos Monoclorotriazinicos 1957 Vinilsulfonicos 1958 Tricloropirimidinicos 1960 Vinilsulfonammidicos 1960 Diclorquinossalina 1961 Monoclordifluorpirimidina 1971 •
Colorantes reactivos: química
Colorantes reactivos 100
n ó i c a j i f e d a r u t a r e p m e T
90
Tricloropirimidina
80
Monoclorotriazina
70 Sulfatoetilsulfon
60 50
Diclorchinossalina Monofluortriazina Monoclordifluorpirimidina
40 30 20
Diclortriazina
10
alta
Sustantividad
baja
Colorantes reactivos • Tipo 1: cromóforo ‐ R1‐ R2 • Tipo 2: R2‐ cromóforo ‐ R1 • Tipo 3: cromóforo ‐ R1‐R2 ‐ cromóforo • MCT/MCT moclorotriazina/monoclorotriazina • MCT/VS moclorotriazina/vinilsulfona • VS/VS
vinilsulfona/vinilsulfona • FT/VS fluorotriazina/vinilsulfona • FCP/VS fluorcloropirimidina/vinilsulfona
Controles de teñido • residual de agua oxigenada • dureza • pH inicial y final • concentración de electrolitos al inicio • tiempo ‐ temperatura • concentración de electrolitos antes del jabonado • pH del baño de jabonado • solideces antes del acabado
Migración/fijación • • • • • • • •
Dos madejas de 5 gr. Preparar el baño con todos los auxiliares y con colorante para 10 gr. de material Teñir con curva isotermica durante 20’ los primeros 5 gr. Agregar los segundos 5 gr. y después de 20’ de migración alcalinizar como de costumbre Acabar con jabonado Resultado: si las dos madejas son del mismo tono y de la misma intensidad, los colorantes tienen alto poder de migración si las madejas tienen intensidad diferente pero el mismo tono, los colorantes no igualan bien, pero se comportan de la misma manera si las madejas tienen tono diferente, los colorantes migran en forma diferente
Diluición electrolitos 1°
2°
3°
4°
5°
RB 1:5 20 30 40 50 60 70 80 90
g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l
8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 36.00
3.20 4.80 6.40 8.00 9.60 11.20 12.80 14.40
1.28 1.92 2.56 3.20 3.84 4.48 5.12 5.76
0.51 0.77 1.02 1.28 1.54 1.79 2.05 2.30
0.20 0.31 0.41 0.51 0.61 0.72 0.82 0.92
20 30 40 50 60 70 80 90
g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l
4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00
0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 3.20 3.60
0.16 0.24 0.32 0.40 0.48 0.56 0.64 0.72
0.03 0.05 0.06 0.08 0.10 0.11 0.13 0.14
0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03
RB:1:10
Densidad • Cilíndrica • Cónica • D = P/V = g/dm3 • V=
/4*(D2‐d2)*h
• D = P/V = g/dm3 • V= •
/12*h(D2+D*d+d2)‐vi
vi= /12*h(Dh2+Dh*dh+dh2)
Variación del caudal
Variación del caudal
Material
Diámetro
Temperatura
Variación del caudal Comparando la variación del caudal entre las dos curvas se puede ver que es mayor para la bomba con curva plana con el resultado de teñidos mal igualados debido a diferencias de densidad en la bobina
Caudal y presión • Caudal = litros/Kg/min
• Presión: dinámica y
• 40 litros/kg/min. es ideal
estática • El diferencial de presión nos permite calcular el caudal • La presión estática sirve para poder teñir a más altas temperaturas
• Ciclos = caudal/R.B. • Mínimo 3 ciclos/min.
Maquinaria ejemplo
Variación del caudal • Máquina convencional: tiempos largos de dosificación y de subida o bajada de
temperatura • Máquina Multiflow: Liso = tiempo necesario para que el material pase nuevamente por el flow
Automación en laboratorio • Control del color y formulación con espectrofotómetro
Automación en laboratorio • Dosificación automática de la receta
Automación en laboratorio
Automación en tintorería • Control desde el tablero de las diferentes válvulas • Control de temperatura • Control del proceso • Calculo automático de las recetas • Dosificación centralizada de productos y colorantes • Control de más máquinas con computer
Dosificación
Dosificación
