Quimica aplicada (textil)

Textil

1. QUÍMICA
APLICADA
CRISTHIAN Y. HILASACA ZEA

2. Históricamente,laquímicahasidolabasedeldesarrollo
delaindustriatextil.Lafabricacióndetejidosytelasse
conformadediferentesprocesosenlosqueintervienen
unagrandiversidaddequímicostransportadosenagua,
principalmente.Así,laquímicaintervieneenla
manufacturadetodoslostiposdefibras,hastalograrun
productofinalconlascaracterísticasdeseadas.La
CámaraNacionaldelaIndustriaTextil(Canaintex)estima
queen2015elsectortextilnacionalaportóun1.4%del
PIBmanufactureroyquetrabajaal60%desucapacidad.
Anivelmundial,losactoresclaveenlaproduccióndel
sectortextilydelvestidoenelmundosonChina,Italiae
India.Elcontextointernacionaldemandaretosala
produccióntextilmexicanaquehoyporhoynopuede
competircontralosbajoscostosprovenientesdeAsia,el
primerproductordetextilesydeprendasdevestiranivel
mundial.LaCanaintexestimaqueunadecadatres
prendasimportadasdeAsiaentraalpaíspordebajode
lospreciosnacionales(dumping),afectandolaproducción
nacional.
INTRODUCCIÓN

3. COLORANTES TEXTILES

4. Sepuededefinirlatinturacomoaquelproceso
duranteelcualunamateriatextil,puestaen
contactoconlasoluciónodispersióndeun
colorante,absorbeaéstedetalformaqueel
cuerpoteñidotienealgunaresistenciaadevolverla
materiacolorantealbañodelcualloabsorbió
Laresistenciaadevolverelcolorantees
consecuenciadelaenergíadeuniónydependede
larelaciónexistentedeestructuramoleculardela
fibrayelcoloranteydelascondicionesenquese
realicelatintura.

5. Las fibras textiles que se someten al proceso
de teñido tiene un punto común:
Son todas polímeros lineales
◦La lana –polipéptidos
◦La seda –polipéptidos
◦El algodón –policelobiosa
◦El nylon –poliamida
◦Lospolímerosseorientanporreglageneralalo
largodeleje,cuyaformaymagnituddela
orientacióndeterminasuspropiedadesfísicasysu
mayoromenoraptitudparalatintura.

6. Elexamendelasfibrastextilesporprocesos
radiológicosllevaalaconclusiónquelas
moléculasdelasfibrasestánagrupadasen
estructuracristalina,deunaformaregular.
Lasfibras,notienenlaspropiedadesfísicas
deloscristales,loquehacesuponerque
dichoscristalessehayanembebidosenuna
sustanciadenaturalezaamorfa,quetienela
mismacomposiciónquímica.

7. Lafibrasepuedeconsiderarendosestadosde
ordenacióndistintos,siendoelestado
cristalinoelsoportedesuestructurayel
amorfoelrellenodelamisma.
Asuvez,loscolorantestienenmoléculas
análogasalasdelafibra,orientaciónalargada,
loqueimpidequepasenatravésdela
estructuracristalinadelafibra,perosílo
hacenporlos“poros”–espaciosexistentes-
enlaestructuraamorfadelafibra,loquehace
posibleladifusióndelcolorantehaciael
centro,lográndoseasíelteñidodelamisma.

8. Elteñidosehaceensoluciónacuosa
Lafibratextilalsersumergidaenagua,tiene
tendenciaa“hincharse”,debidoalosgrupos
hidroxílicosdelamoléculadesuestructura
amorfa,loqueprovocaunaumentodeltamaño
del“poro”,facilitandoladifusióndelcolorante.
Laestructuracristalinanopresentadiferencia
entresuestadosecoohúmedo.Loquese
demuestraporanálisisderayosX.

9. Algunos ejemplos del % de absorción de agua
por algunas fibras, lo que implica un aumento
en el tamaño del “poro”:
Aumento del diámetro del “poro”
Fibras “Hinchamiento” %
Agua fijada químicamente
Rayón viscosa 65
Lana 26
Algodón 21
Fibras Seca -Å Húmeda -Å
Celulósicas Aprox: 5 26 -100
Lana 6 41

10. Se puede definir, en forma general, como:
Unasustanciacapazdeseraplicada-ensolucioneso
dispersionesacuosasonoacuosas–adiversossustratos
quepuedenser:
-metales -mampostería
-madera -papel
-textiles -cuero
-pieles -pelos
-ceras -plásticos
-cosméticos -alimentos
-yotros…

11. COLORANTES TEXTILES
Colorantes ClasificaciónSustratoColoresSolidez del color
Directos
Tiazoicos
Azoicos
algodón
Diversos
Buena a la luz
celulósicos Poco brillo
lana Buena en humedo
seda
poliamida
Básicos
papel
Diversos
Gran brillo
cosméticos Aceptable a la luz
crayones
acrílico téxtil
Antraquinónicos
Alizarina Índigo
a la "tina"
algodón
Diversos
Gran brillo
lana muy buena a la luz
poliamidas
muy buena al lavado
algodón excelente
rayón

12. Ácidos  Lana
Buenas
Sulfuros t Algodón
Alta al lavado
Metalizados
Premet1:1
Diversos
Premet1:2Lana Buena
Reactivos CelulósicosDiversos
buena
Brillo
Dispersos
Poliester Buena a la luz
Rayón
acetato
Buena en húmedo
Acrílico
Poliamida
requieren de un mordente -intermediario que facilita la acción del colorante
se obtienen de sulfonarlos colorantes básicos y de los premetalizados1:1
ndependiendo de las modificaciones -cambio de pH -deriva en colorante ácido
tya no se usan tanto por ser más contaminantes que los otros

13. En1876Wittllegóalaconclusiónqueelcolorera
elresultadodelapresenciaenlamoléculadel
colorantedeciertosgruposdeátomosquellamó
cromóforos,todosellosinsaturados.Porejemplo:
• >C=C< etilénico
• >C=O cetónico
• >C=S tiocetónico
• -N=N-azo
• >C=N-ciano

14. El grupo a –tiene pares de electrones dadores
El grupo b –tiene átomos de H, capaces de formar
puentes de H

15. Losfabricantescomercializanloscolorantesconnombresdefantasía,
númerosyletrasque,engeneral,tratandeindicaralgunasdesus
características.
Porejemplo,uncolorante,deorigeninglés,elAmarilloCromocel2Ges
uncolorantedirectoparafibrascelulósicas,detonoverdoso(laGseríala
abreviaturade“green”,verdeeninglés).
RojoDispersol4G160:coloranterojodispersodetonalidadamarillenta(la
Genestecasoesabreviaturade“gelb”,amarilloenalemán),conuna
concentración160%conrespectoalstandard.

16. Ácidos
Premetalizados1:2
Directos
Antraquinónicos-índigo

17. Lalanaestáconstituidaprincipalmentepor
queratinas,proteínasformadaspor19
aminoácidosdiferentesque,mayoritariamente,
poseenlafórmulageneralH
2N.CHR.COOH.
Estosaminoácidosestánunidosenlargas
cadenaspolipéptidas:

19. Se representan:
Grupos amino –NH
2y carboxílicos –COOH, son de
naturaleza hidrofílica, al hidratarse:
OH –NH
+
3–R –COOH
▪Lafibratienecarácteranfóteroloqueleconfiere
afinidadporloscolorantesqueposeanunayotra
composición

20. Seobtienenapartirdelosbásicosodirectos
agregandoácido.
Sonderivadossulfónicosenformadesales
sódicasdecompuestosazoicos,debajamasa
molecular.
Secaracterizanporlaabundanciadegrupos
sulfónicos.
Loquelesconfieregransolubilidadypoca
afinidadporlafibra

21. Laacidezdelasoluciónesdegranimportanciaenel
procesodetintura
Eselvehículodeenlaceentrelafibrayelcolorante
Dependedelmedioqueseefectúeenlasdebidas
condiciones.
Seproponelasiguientereacciónentrefibra–ácido–
colorante:

23. En solución
acuosa
el colorante se
presenta
totalmente
disociado
Esteanión–delcolorante–tienelafacultad
dedesplazarlosanionesdelácido,
adicionadoparamodificarelmedio,atraídos
porelgrupoaminodelasproteínas.
¿Porquélosdesplazasisonmás
voluminosos?

24. Nosepuedeexplicarcomomeraafinidadiónica
Tienenunamayorfuerzadebidoalainteracciónde
dipolos,puentesdehidrógeno(FuerzasdeVander
Waals),quenoestánpresentesenelanióndelácido.
Lasfuerzasdeuniónaumentanconlamasa
molecularydecrecenconlasolubilidaddel
colorante.
Sehacomprobadoquelaunióndelcolorante–fibra,
nosóloserealizaconelgrupoaminosinotambién
conlosgruposamidos:

25. ❑Esta unión es de naturaleza eléctrica
❑Esto explica porque los colorantes de lana
también tiñen poliamidas como el Nylon 6.6

26. Directos
Reactivos
Antraquinónicos

27. Fibras celulósica:
Ladistanciaqueseobservaentrecada2grupos
aislados,esdesumaimportanciaenlaafinidadde
loscolorantescapacesdeteñirestafibra

28. Lafibracelulósicaeshidrófila,eslacaracterísticamás
importanteparadeterminarelcomportamientodelos
colorantesdirectossobreella.
Condicionesparadeterminarlasustantividaddel
coloranteporlafibra:
◦Facilidaddelafibraparalaabsorcióndelcolorante
◦Mayorresistenciadelafibraaeliminarpartedel
coloranteabsorbidoenlatintura,enloslavados
posteriores
◦Estructuralinealdelamoléculadelcolorante,si
disminuyelalinealidad,disminuyelasustantividad

29. Baja afinidad: la difusión del colorante dentro de la
fibra se verá facilitada. Se obtienen tinturas completas
e igualadas
Alta afinidad: las primeras cantidades que se fijen
“molestarán” la difusión del resto del colorante que
viene detrás. Se obtienen tinturas
incompletas desigualadas.
a –alta afinidad
b –afinidad intermedia
c –baja afinidad

30. Colorantes Tipo I –lineal
 Azul negro naftol 6B
5-amino-3-fenilazo-4-hidroxi-6-(m-nitrofenilazo)-naftaleno-2,7-
bis-(sulfonato sódico)
 Rojo Congo
4,4’-bis [4-amino-1-(sulfonato sódico)-3-naftalenoazo]-bifenilo

31. Colorantes Tipo II –
◦Menos lineal

32. Unión entre la celulosa y un colorante directo –CI–
Color Index-Rojo Directo, 28, Rojo Congo
Losgruposazoyamidoseencuentranenlos
colorantesaintervalosde10,8Å,locualindicaque
ellospuedencontenerelespaciode10,3Å
existenteentrelosgruposcelobiósicos.

33. Lapresenciadegrupossulfónicosycarboxílicosenla
moléculadelcolorante,leconfierengransolubilidadypor
consiguienteaumentalaafinidadporlafaseacuosa,
disminuyendolasustantividadporlafibra.
Estosgruposleconfierenelectronegatividadalamoléculay
comolacelulosaenestadohúmedosehallacargada
negativamente,existeunarepulsiónentrecoloranteyfibra,
quereducelasustantividad
Colorantes
Directos
Otro nombre Grupos
sulfónicos
Electrolitos
C.I.azul directo IAzul cielo clorazolFF 4 Si
C.I. Azul directo 10Azul dianilP 4 Si
C.I. Amarillo 12CrisofeninaG 2 No
C.I. Rojo II Benzopurpurina4B 2 No

34. Unión por puente H entre fibra celulósica y
colorante directo:

35. MECANISMO TIPO DE UNIÓN REVERSIBILIDAD
enlace de hidrógeno +
ESPECÍFICOS enlace covalente -
enlace covalente dativo -
fuerzas de Van der Waals +
enlaces electrovalentes +
NO ESPECÍFICOS enlaces ión/dipolo +
enlaces dipolo/dipolo +
retención mecánica -

36. Es un sistema de 2 fases:
◦Una sólida: el textil –el sustrato –heterogeneidad de las
fibras, sus zonas amorfas y cristalinas
◦Una líquida: solución acuosa que puede contener coloides,
dispersiones de uno o más colorantes –el baño
◦Interfase
(Este conjunto es de una complejidad extrema)
Etapas:
◦1-Difusión del colorante en la fase líquida
◦2-Adsorción en la interfase líquido/Fibra
◦3-Difusión en el interior de la fibra
◦4-Fijación en el interior de la fibra

37. Sedefineporunconjuntopropiedades
macroscópicasvisiblesymedibles:
◦Temperatura
◦Presión
◦Composicióndelbaño
◦pH
◦Colordelbaño–determinaelpuntoenelqueel
sistemahallegadoalequilibrio,dondeseigualan
lasvelocidadesdeadsorcióndelafibraporel
coloranteydifusióndelcolorantedelafibraal
baño.

38. Para la lana:
◦La temperatura del baño
◦El pH del baño
◦Afinidad del colorante por la fibra
◦Tiempo
Para el algodón:
◦la temperatura del baño
◦Electrolitos del baño
◦Afinidad del colorante por la fibra
◦Tiempo

39. Equilibrio químico
Velocidad de reacción
Termodinámica

40. Para relacionar el proceso de tintura con la entalpía
debemos tener en cuenta las siguientes ecuaciones:
◦Gº= Hº-TSº
◦Gº= -RT lnK
◦Relacionándolas y dividiendo por RT:
◦(expresión de la ecuación de una recta)

41. ◦Considerandoconstantelaentalpíaylaentropíaestandar
parapequeñosintervalosdetemperatura,vemosquelnKes
inversamenteproporcionalalaT.
◦Derivandoconrespectoa1/Tyfinalmenteintegrando
llegamosalasiguienteexpresión:
Porlotantoelcálculodecalordereacciónpuederealizarse
fácilmenteconociendolaconstantedeequilibrioa2omás
temperaturasygraficando:lnKenlaordenaday1/Ten
abscisa,dondelapendienteserá:yelpuntodecorteenla
ordenada:

43. Laafinidadºsedefinecomoladiferenciaentreelpotencialquímico
standarddeunasustanciaendosfases(coloranteenlafibra-a
1-y
coloranteensolución–a
2)distintasdeundadosistemaheterogéneo:
º = RT ln(a
1/ a
2) =(en equilibrio) = RT ln K
Como el potencial químico es energía libre molar parcialtambién
tendremos:

º = Hº-TSº

44. El“calormolardiferencialstandarddetintura”Hº
representaladiferenciadeenergíaentrelosenlaceso
unionesrotasenlasolución,entrelamoléculade
coloranteylasmoléculasdeaguaquelerodean(enlaces
hidrógeno)ylosenlacesounionesqueseformenentreel
coloranteylafibraqueseestátiñendo.
Enlossistemasfibra/colorante,Hºmideelcalorliberado
porelsistemaylatinturaserásiempreunproceso
exotérmico.Amayorcalorliberado(altosvaloresdeHº),
mayorserálaafinidaddelcoloranteporlafibra.Sien
cambiointroducimoscalor,esdecirsicalentamosel
sistema,laafinidaddelcoloranteporlafibra
disminuirá.

45. Enlaindustrialengeneral,secalientaparateñirconelfin
dedisminuirlostiemposdetintura.Estoestámotivado
porlacinéticadelatinturaynoporlosaspectos
termodinámicosdelequilibriofinal.
Alabsorbersecolorantedentrodelafibraelordendela
fasesólidaaumentaysuentropíaSdisminuirá,puesel
coloranteseintegraalordenpreexistentedelpolímero
queformalafibra.Sinembargo,entodoelsistemala
entropíaaumentará,puesseliberacalorylatinturaserá
unfenómenoespontáneoquetiendeaunequilibrio.