UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 1 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL
LABORATORIO DE PROCESADO QUIMICO – TEXTIL II PIT - 50/A
C&#%&
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&. )*ETI+)................................................................................................-. /0DAME0T) TE1RIC)...........................................................................( (. MATERIA2E 3 E4/I5)...........................................................................6 (.&. E4/I5)..............................................................................................6 (.-. MATERIA2E.......................................................................................' (.(. 5R)D/CT) 4/IMIC) 3 A/7I2IARE...............................................' 6. 5R)CEDIMIE0T)......................................................................................' '. CA2C/2)................................................................................................$ '.&. Tintura !e 89ras con colorante 0egro 2anaset al - : (;...............$ $. DAT)...................................................................................................... < =. DIC/I)0 DE RE/2TAD)....................................................................> <. C)0C2/I)0E......................................................................................&# >. REC)ME0DACI)0E..............................................................................&# &#.
I2I)GRAIA......................................................................................&&
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M/ETRA..........................................................................................&-
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Conocer, aplicar : e?aluar las t@cnicas !e tei!o con colorantes cationicos so9re 89ras !e acrílicas.
6 FUNDAMENTO TE8RICO COMPOSICION Y ESTRUCTURA FISICOQUIMICA DE LAS FIBRAS ACRILICAS 2as 89ras acrílicas se o9tienen polimerización por a!icion !el tipo.
me!iante
un
proceso
!e
2o Bue permite una gran ei9ili!a! en la composición !el polímero a partir !el cual se pro!uce la 89ra. El componente principal !e las 89ras acrílicas es el acrilonitrilo , a9i@n!ose pro!uci!o !e primeras 89ras acrílicas a partir !e un polímero contenien!o casi un &##; !e acrilonitrilo. 2as propie!a!es físicas !e poliacrilonitrilo, punto !e fusión ele?a!o, mala solu9ili!a!, etc. Ficieron pensar Bue la naturaleza !e las uniones entre las ca!enas era !el tipo !e unión por puente !e i!rogeno entre el grupo nitrilo : el car9ono terciario.
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trifenilmetanoJ : son los colorantes cationicos mas antiguos. /na !e las estructuras se muestra en la siguiente 8gura.
Fig. N° 2 Estructura química de los colorantes catiónicos
> C&"&(!+ ,& ,!(2! %" ,!#. "&,!"#$!%! =,!(2! & (+&!6 Estos colorantes son similares a los colorantes
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forma Bue el colorante se !isocia en me!io acuoso, !an!o origen a un catión !e colorante !e signo positi?o : a un anión !e signo negati?o.
FISICOQUIMICA DE LA TINTURA DE FIBRAS ACRILICAS CON COLORANTES CATIONICOS Da!o Bue, seg"n emos ?isto, las 89ras acrílicas poseen grupos ci!os fuertes o !@9iles o am9os a la ?ez, : los colorantes son !e naturaleza catiónica, la unión !el colorante con la 89ra se realiza me!iante enlace !e tipo polar, seg"n el esBuemaL
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Esta "ltima etapa a si!o !iscuti!a anteriormente : es tan rpi!a Bue no tiene inuencia en el tiempo !e !esarrollo !e la cin@tica. El tiempo en alcanzar la primera etapa : la ?eloci!a! con Bue se efect"a la segun!a, !eterminan la ?eloci!a! !e tintura.
A>+&(,#. Cuan!o las 89ras acrílicas se sumergen en el agua, se pro!uce entre la super8cie !e la 89ra : el me!io acuoso un potencial electrocinetico conoci!o como potencial zetaN, a!Buirien!o la 89ra un ?alor negati?o, Bue seg"n +icOerstaP : Qeston alcanza los 66m+. 2a presencia simultnea en el me!io acuoso !e la 89ra con carga negati?a : el colorante 9sico ioniza!o, origina la atracción !e este Bue es a9sor9i!o en la super8cie !e la 89ra. Glenz : ecOmann encontraron Bue a 9ajas concentraciones !e colorante en el 9ao -#g%2J, la 89ra pier!e su potencial negati?o : !espu@s resulta ligeramente positi?a a consecuencia !e la acumulación !e los cationes !el colorante en la super8cie !e la 89raH a su ?ez, los aniones en eceso neutralizan el eceso !e potencial : así sucesi?amenteH en la siguiente 8gura se esBuematiza el proceso Bue se pro!uce.
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El estu!io !e la !ifusión !e los colorantes catiónicos en las 89ras acrílicas presenta !i8culta!es para !eterminar los ?alores eactos !e los coe8cientes !e !ifusión. 2as razones por las cuales estas !i8culta!es son ma:ores Bue con otras 89ras sint@ticas, por ejemplo poli@ster, sonL K
K
El estu!io matemtico !e la !ifusión !e9e tener en cuenta Bue solo las mol@culas !el colorante se !isuel?en en la 89ra se !ifun!en li9remente, mientras Bue aBuellas Bue estn uni!as a la 89ra no lo acen. 5or otra parte, la ma:oría !e las 89ras acrílicas poseen forma irregular : las ecuaciones !e Fill para el clculo !e los coe8cientes !e !ifusión no parecen ser usa!as. De9i!o a Bue la a9sorción !el colorante en la super8cie !e la 89ra es mu: rpi!a, se presentan !i8culta!es para !eterminar eactamente cun!o empieza el proceso !e !ifusión.
A pesar !e estas !i8culta!es, an apareci!o algunos tra9ajos para tratar !e eplicar cómo se efect"a la !ifusión !el colorante en la 89ra. eg"n +ogel : cola9ora!ores los colorantes !e ele?a!a a8ni!a! son a9sor9i!os rpi!a : tenazmente por la super8cie !e la 89ra, pro!ucien!o una tintura en anillo en el cual to!os los sitios !isponi9les son satura!os con el colorante. 2a solución tintórea Bue penetra en el interior !e la 89ra, !espu@s !e a9er !eja!o las capas
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V"&,#%!% % #;(! 2a gran ma:oría !e tra9ajos !e in?estigación so9re cinetica !e tintura !e 89ras acrílicas con colorantes catiónicos a si!o orienta acia el estu!io !e la ?eloci!a! total !e tintura a 8n !e conocer su !epen!encia !e las !iferentes ?aria9les Bue inter?iene en el sistema. 2a regulación a!ecua!a !e la ?eloci!a! !e tintura es etraor!inariamente importante en la tintura !e 89ras acrílicas, :a Bue la o9tención !e una tintura uniforme !epen!e fun!amentalmente !e Bue el colorante sea 8ja!o por la 89ra !e manera regular en to!a su masa, pues no se pue!e contar con el fenómeno !e migración !el colorante para lograr, !urante el transcurso !e la tintura, una uniforme !istri9ución !e @ste en el conjunto !e 89ras Bue se tien.
I;,#! % "! 3'(!;(!
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Fig. N° " #n$uencia de la temperatura en el comportamiento de las fbras.
Esta eplicación !e la acción !e la temperatura so9re la ?eloci!a! !e tintura, con ser su8ciente no llega a aclarar completamente to!o el
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tam9i@n eplica sus po9res propie!a!es migratorias : sus 9uenas soli!eces "me!as.
R!(%!+ De9i!o a Bue la a8ni!a! !e los colorantes catiónicos es mu: alta : tei!os !isparejos no pue!en ser corregi!os fcilmente por su po9re migración se a eco uso !e agentes retar!antes. sicamente eisten !os tipos !e retar!antesL aJ R!(%!+ !#&#,&+) asan su acción en la a9ili!a! !e formar complejos con el colorante cationico. El complejo forma!o tiene menor solu9ili!a! Bue el colorante solo : pue!e mu: fcilmente precipitar, si un !ispersante !e tipo no ionico no es usa!o. 9J R!(%!+ ,!#.#,&+) 2os agentes catiónicos se comportan como colorantes incoloros Bue compiten con los colorantes catiónicos por los grupos aci!icos !e la 89ra. 5or esta razón estos compuestos tam9i@n poseern factores !e saturación como los colorantes. 5or ser !e menor peso molecular Bue los colorantes se !ifun!en ms rpi!amente entre la 89ra, reaccionan!o con los grupos aci!icos. A temperatura !e e9ullición el retar!a!or cationico tien!e a ser reemplaza!o por el colorante.
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Colorantes CationicosL Mailon Marino -RM, Mailon Azul GR2 (##;, Mailon amarillo oro G2 6##;, 0egro aojiacr:l, Azul turBuesa Faojiacr:l. Aci!o fórmico etamol Q
6 PROCEDIMIENTO −
− − − − − − −
El sustrato ' g totalJ est conforma!o por -.' g !e ilo !e mezcla alpaca con acrílico, -.# g !e ila!o &##; acrílico, #.' g !e ilo &##; acrílico. 2os colorantes catiónicos se !isuel?en en empastan!o con aci!o ac@tico & cc, luego se agrega agua a >#C. 2lenar con agua fría los recipientes metlicos, pre?ia !eterminación !el ?olumen inicial. Agregar auiliar etamol Q #.' g%2. Agregar el aci!o fórmico #.' g%2 pFU6.'J 0o se empleo retar!ante. Calentar el conteni!o !e los recipientes metlicos en la cocina el@ctrica !el la9oratorio a $#C. Agregar el Colorante : mantener por &# min $#C. +eri8car el pF emplean!o la cinta in!ica!ora !e pF.
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-.# g Filo &##; Acrílico 6# 0m #.' g Filo &##; Acrilico 6# 0m.
R6B6) &%6# V&";3 &!") -## cc
P('!(!,#. %" ,&"&(!) &
× (5 g sustrato) =0.05 g colorante ×
(
100 cc sol 1 gColorante
)
=5 cc
e prepara una solucion &%&##J !e ca!a colorante, empastan!o pre?iamente con & cc !e aci!o ac@tico, agregan!o 6> cc !e agua a ># C.
S!3&" S 0.5 g 1000 cc
× ( 200 cc ) =0.1 gSetamolWS×
(
10 cc sol 1 g Setamol WS
)
=1 cc
e preparan &# cc !e solución !e etamol Q &%&#J
616 R+;"!%&+ %" D!! ,&"&( 1 M!#"& M!(#& RM
O>+(
El ila!o !e mezcla !e acrílico con alpaca, es menos satura!o Bue el ila!o &##; acrílico. Am9os tiene un pico entre $'# =## nm, lo Bue in!ica Bue se trata !e un color mora!o, !e9i!o a una colina entre ('# 6##.
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M!#"& !3!(#""& &(& GL 00
O>+(
Am9os tiene un pico entre ''# $'# nm. Tanto para el ila!o !e &##; acrílico : mezcla, al ser tei!as con este colorante sus comportamientos son casi iguales, se aprecia en sus cur?as !e
K K
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En reali!a! se aprecia un color naranja rojizo, en lugar !el negro aojiacr:l, eiste la posi9ili!a! !e Bue el colorante emplea!o a:a esta!o con la etiBueta Bue no le correspon!e. Am9os tienen una cur?a con pen!iente pronuncia!a, son satura!os. El ila!o &##; acrílico es mas satura!o Bue el ila!o mezcla !e acrílico % alpaca.
A$;" ;(:;+! J!&H#!,("
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/na ?ez llega!os a ><C se mantu?o por un tiempo ma:or al esta9leci!o, lo Bue pro?oco la i!rólisis !el colorante catiónico,
lo Bue pro?oco una p@r!i!a !el ren!imiento. 2os !iferentes ila!os tei!os tiene soli!eces 9ajas al frote, no
se consiguió la penetración a!ecua!a. 5ara to!os los colorantes se aprecia Bue el ila!o ms 9rillante es el !e &##; acrílico, mientras Bue la mezcla !e acrílico es opaca.
6 CONCLUSIONES −
e !e9e controlar estrictamente la gra!iente !e temperatura para lograr un tei!o 9ien iguala!o, :a Bue la ?eloci!a! !e tei!o est !e8ni!a por la ecuación !e Arrenius : el solo incremento en &C
aumenta la ?eloci!a! tei!o en un (#;. − 5or la rapi!ez con la Bue los colorantes catiónicos se 8jan en las 89ras acrílicas, es necesario usar un agente retar!ante para o9tener tei!os parejos.
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MUESTRAS
ClienteL /ni?ersi!a! 0acional !e Ingeniería MaterialL 5oli@ster 5rocesoL Col. Disperso R..L &%-# 5eso totalL 'g ecaL #$%#$%&'
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Filo Mezcla Acrílico
J#"& 100 A,(?"#,&
Informe No 9 Laboratorio de Procesado Químico – Textil II
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Conc. Canti!a!
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Canti!a!
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Mailon Marino -RM Mailon Azul GR2 (##; Mailon Amarillo )ro Gl 6##; 0egro Faojiacr:l Azul turBueza Faojiacr:l
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Aci!o órmico &%&#J
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etamol Q &%&#J Retar!ante +olumen inicial agot.
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Informe No 9 Laboratorio de Procesado Químico – Textil II
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Informe No 9 Laboratorio de Procesado Químico – Textil II
