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INFLUENCIA DEL pH EN LOS PROCESOS HÚMEDOS TEXTILES por Oscar A. Haffar 

INTRODUCCIÓN Para poder contar con un constante alto nivel de calidad en la producción textil es necesario implantar un control permanente de ciertos parámetros que regulan los diferentes procesos húmedos (entre otros), particularmente me ha parecido importante tomar como tema base el pH, pH, valor imprescindible en la mayoría de los procesos especialmente cuando se quiere obtener una elevada rata de exactitud y reproducibilidad como veremos a lo largo de esta exposición. Muchas reacciones químicas ocurren en soluciones acuosas incluyendo aquellas que ocurren en sistemas vivos. Todas ellas dependen de la concentración del ion H3O+ presente en la solución. En 1909 Soren Sorensen (bioquímico Danés, 1868-1939) propuso una escala para medir la concentración de los iones [H 3O+] (IÓN HIDRONIO u OXONIO) también llamada escala de ppH, H, esta escala escala es utilizada utilizada por químicos, bioquímicos, bioquímicos, biólogos, médicos, etc. y define el pH de una solución acuosa por alguna de las siguientes ecuaciones : pH = -log[ -log[ H3O+] tot , otra form a de expr expr esión es pH = log 1/ [H 3O+], también se expresa como pH =log =log 10 1/[H+]

En el agua pura y a una temperatura de 25°C, se puede suponer que el producto iónico es igual a 1 . 10 - 14 , por lo tanto en una disolución neutra las concentraciones de los iones Hidrógeno e Hidroxilo corresponden a un valor -7 de [ H3O+] tot to t  = [OH ] tot to t  = 10 iones por gramo/litro. Esto nos está indicando que si en el agua se disuelve un ácido o una base se formarán iones [ H3O+]  o iones [ OH-] los cuales darán carácter ácido ácido o básico (alcalino) a dicha disolución. Por lo tanto toda solución acuosa contiene ambos iones hidronio e hidroxilo . Cuanto mayor sea la concentración de iones hidronio, hidronio , menor será la concentración de los iones hidroxilo  hidroxilo  y viceversa. viceversa. Frecuentemente la medición del pH de una solución solución se hace por medio de un instrumento de medición al cual llamamos pHmetro, con él se puede obtener rápidamente el valor de pH. Estos instrumentos se basan en una célula electroquímica donde uno de sus electrodos puede medir la concentración del ion Hidrógeno en solución, si bien es importante tomar en cuenta que los conocimientos actuales nos dicen que no existe una

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relación simple entre la concentración de los iones Hidrógeno, su actividad y el pH. A continuación podemos observar la escala de valores de pH así como algunos conceptos acerca de ACIDEZ e HIDRÓLISIS : 1 2

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 pH ácido, exceso de iones H

+

7 pH neutro

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pH alcalino, exceso de iones OH-

 ACIDEZ ACTUAL, es la cantidad de iones Hidrógeno activos, es decir aquellos realmente ionizados contenidos en la solución.  ACIDEZ POTENCIAL, es la cantidad de iones Hidrógeno no ionizados, pero que pueden ser ionizables contenidos a manera de reserva en las soluciones. Estos iones irán ionizándose a medida que desaparezcan los iones Hidrógenos ionizados por efecto de alguna reacción.  ACIDEZ TOTAL, es la suma de la ACIDEZ ACTUAL y la POTENCIAL, es decir es la cantidad de iones de Hidrógeno ionizables más la cantidad de iones de Hidrógeno no ionizados contenidos en el ácido. HIDRÓLISIS, la hidrólisis de una sal es la reacción de uno o ambos de sus iones con el agua, dando por resultado la formación de un ácido o una base o ambos. Si la sal procede de un ácido fuerte y una base fuerte la solución resultante será neutra, es decir en la disolución habrá tantos iones hidroxilo como hidronio. Si la sal procede de un ácido fuerte  y una base débil la solución tendrá un carácter ácido y por lo tanto la disolución será ácida, por tener una mayor concentración de iones hidronio. Si la sal procede de un ácido débil y una base fuerte  la disolución tendrá un carácter básico (alcalino), por tener una mayor concentraciones de iones hidroxilo. Si la sal procede de un ácido débil y una base débil  la solución será neutra, por tener la disolución iguales cantidades de iones hidronio e hidroxilos. A continuación me ha parecido interesante dar a conocer algunas propiedades de las fibras textiles especialmente en cuanto a los efectos que la acidez o alcalinidad del medio tiene sobre ellas. FIBRAS

EFECTO DE LOS ÁCIDOS

EFECTO DE LOS ÁLCALIS

 ALGODÓN

DAÑADA POR ÁCIDOS MINERALES

RESISTENTE

LINO

DAÑADA POR ÁCIDOS MINERALES

RESISTENTE

RAYÓN - VISCOSA

DAÑADA

RESISTENTE A DÉBIL

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LANA SEDA  ACETATO  ACRÍLICAS

RESISTENTE DAÑADA POR ÁCIDOS MINERALES, RESISTENTE A LOS ÁCIDOS ORGÁNICOS DEBILITADA RESISTENTE

DAÑADA DAÑADA POCO EFECTO RESISTENTE A LOS ÁLCALIS DÉBILES

POLIAMIDAS

DAÑADA

RESISTENTE

POLIÉSTER

RESISTENTE

RESISTENTE

POLIOLEFÍNICAS

RESISTENTE

MUY RESISTENTE

SPANDEX

RESISTENTE

RESISTENTE

[] FIBRAS POLIAMÍDICAS, la reactividad química de las poliamidas es escasa, esto es natural si se tiene en cuenta que la cadena polimérica está formada por residuos hidrocarbonados exceptuando los grupos terminales tipo AMIDA que sí son susceptibles a un ataque químico. Temperaturas en medio acuoso que pasen de los 150°C bajo presión, pueden provocar la hidrólisis total de la fibra. Los álcalis cáusticos y a elevadas temperaturas pueden producir efectos importantes sobre las poliamidas, si bien en realidad estas fibras son más sensibles a los ácidos minerales y a los ácidos orgánicos fuertes concentrados como el ácido fórmico, láctico y oxálico. [] FIBRAS DE POLIÉSTER, las propiedades químicas del Tereftalato de Polietileno están determinadas especialmente por su estructura. El núcleo aromático y los dos grupos metilénicos de la unidad estructural son segmentos relativamente inertes, en los eslabones estéricos es donde están los puntos sensibles al ataque químico. La resistencia a los ácidos que presentan las fibras de poliéster se manifiesta cuando su tenacidad no disminuye cuando la misma es sumergida en una dilución de ácido sulfúrico al 70% a 40°C y durante 72 horas. Sin embargo no soporta la acción prolongada de los ácidos sulfúrico o nítrico concentrados, ni siquiera a temperatura ambiente. Podría parecer normal que los eslabones éster se hidrolizaran fácilmente por la acción de los álcalis, pero en la forma cristalina orientada no sucede así. Las fibras de poliéster reaccionan con los álcalis a

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altas temperaturas provocando la hidrólisis en la superficie, la velocidad de esta hidrólisis depende de la concentración del álcali y la temperatura. Las fibras de poliéster se comportan de manera diferente respecto a las soluciones de amoníaco en cuyo caso se produce una amidación que provoca la escisión de los eslabones éster con la consiguiente pérdida de tenacidad. Tratamientos prolongados bajo estas condiciones destruyen totalmente la fibra. [] FIBRAS DE POLIACRILONITRILO, se ha observado que una solución de hidróxido de sodio al 1% provoca la degradación de la tenacidad de las fibras acrílicas en general con una mayor rapidez que el ácido sulfúrico al 40% y a 50°C. Las soluciones de amoníaco al 5 y 10% dañan menos a estas fibras que el hidróxido de sodio. PREPARACIÓN HÚMEDA En la mayoría de los trabajos de planta se toman en consideración fórmulas ya establecidas para el lavado y descrude de las diferentes fibras textiles y casi en ningún caso el pH del medio como un factor importante dando por descontado que con el agregado de los productos necesarios se está cumpliendo con los requisitos mínimos del proceso en particular. En realidad las cantidades de estos productos (químicos y auxiliares) llevan otras importantes misiones además de ajustar las condiciones de pH adecuadas entre ellas las de extraer, neutralizar, disolver, saponificar, dispersar o emulsionar los contaminantes indeseables o aquellos que ya cumplieron con su cometido (encolantes, por ejemplo) Por otro lado debemos tomar en cuenta que así como cantidades por debajo de lo necesario pueden no eliminar los contaminantes en una forma adecuada, las cantidades excesivas de estos productos químicos y un pH inadecuado pueden atacar la fibra en particular, más si tomamos en cuenta las altas temperaturas de trabajo normalmente utilizadas en estos procedimientos. En la tabla de la página siguiente podemos observar algunos de los contaminantes normalmente encontrados en las fibras sintéticas si bien parte de ellos son necesarios para su manipulación previa en seco en hilandería y tejeduría. En total y en el caso de las fibras sintéticas en general es normal encontrar cantidades de extraíbles (en solventes y en agua) que oscilan entre un 12% y un 18%. SUSTRATO

CONTAMINANTES SOLUBLES EN AGUA o SOLVENTES

CONTAMINANTES SÓLIDOS

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 ACETATO, NYLON, POLIÉSTER,  ACRÍLICAS

ENCOLANTES VARIOS, ACEITES, GRASAS, SILICONAS, PARAFINAS, ANTIESTÁTICOS, ETC.

MATEANTES, POLVO

Cuando nos referimos a las fibras naturales los porcentajes varían en una mayor proporción según la procedencia de las mismas, por ejemplo, en el caso del Algodón debemos tomar como porcentaje total de impurezas entre un 18% y un 27% (donde propios de la fibra corresponden a un 10% -15%, más aquellos agregados en diferentes procesos como el encolado, encerado, etc., los cuales oscilan entre un 8% á un 12%). La Lana presenta como impurezas propias de la fibra entre un 14% a un 27% correspondientes a suciedad, tierra y de un 11% a un 16% adicional de grasas de bajo punto de fusión. En el caso particular de la Lana y la Seda no se deben extraer todas esas impurezas especialmente las grasas de bajo punto de fusión ya que actúan como preservantes y lubricantes de las propias fibras durante los diferentes procesos textiles. Como ya comentáramos en los procesos húmedos previos normalmente no se mida el pH del baño, en realidad se agregan álcalis o ácidos (caso del desmineralizado del algodón) con la única finalidad de eliminar los contaminantes y ello solamente se hace posible con las cantidades necesarias y suficientes de los productos químicos involucrados. Particularmente los descrudes del algodón, ramio y lino son ejecutados bajo condiciones de alta alcalinidad utilizando Hidróxido de Sodio como componente alcalino y en cantidades importantes. Otro proceso altamente alcalino es el mercerizado y el caustificado de la fibra de algodón, este último de común aplicación en el tejido de punto. En el blanqueo de las fibras celulósicas con Peróxido de Hidrógeno pasa algo similar ya que nos movemos en un medio fuertemente alcalino. Sin embargo en este caso el pH del medio si es importante y por lo tanto debe ser regulado para que el Peróxido de Hidrógeno actúe en la forma prevista, es decir que nos proporcione el máximo grado de blanco con la mínima cantidad del agente oxidante posible y sin ataques a la fibra celulósica. En este caso con la regulación de las cantidades de los componentes químicos del baño de blanqueo y especialmente del pH adecuado tendremos el control del proceso en nuestras manos. También en el blanqueo de las fibras celulósicas con Cloro debe regularse adecuadamente el pH del medio a valores que no sobrepasen el  pH 10.5 si es que queremos obtener los mejores resultados y al mismo tiempo minimizar la presencia de ciertos compuestos orgánicos del cloro que son

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contaminantes. Este ha sido el principal motivo por lo cual este tipo de proceso ha sido prácticamente dejado de lado por considerarlo altamente contaminante debido a la presencia de compuestos fenólicos clorados (AOX) en los baños de blanqueo residuales. El blanqueo oxidante de la Lana con Peróxido de Hidrógeno se realiza en medio alcalino y el rango de pH adecuado debe estar entre  8.0 - 9.0. Cuando se utiliza el Hidrosulfito de Sodio en el blanqueo reductivo de la Lana en medio alcalino el rango adecuado está entre  pH 8.0 - 9.0. Otro agente oxidante de aplicación como agente químico de blanqueo para las diferentes fibras textiles es el Clorito de Sodio y en el caso particular de las fibras sintéticas debe ser utilizado en medio ácido y en el rango de pH entre  2.5 - 3.0, considerado como óptimo si queremos tener los mejores efectos con este producto. Cuando se trata de las fibras celulósicas (algodón, lino), el rango de pH debe estar entre   3.5 y 4.0  (en general con Ácido Acético). A continuación nos referiremos a las condiciones generales de alguno de los procesos nombrados así como a la importancia del pH en los mismos. 

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Cuando nos referimos al mercerizado y caustificado del algodón  no es necesario el control estricto del pH ya que los parámetros que regulan estos procesos son : a) concentración del Hidróxido de Sodio, b) temperatura del baño, c) tiempo de inmersión/retención bajo estas condiciones, d) tensión aplicada. Algo similar ocurre con el descrude del algodón  ya que los parámetros que regulan su eficiencia son : a) concentración del álcali y auxiliares agregados, b) temperatura, c) tiempo bajo esas condiciones. Con la finalidad de obtener una fibra absorbente y con un grado de blancura óptimo es interesante observar los gráficos siguientes donde se han volcado parámetros importantes que regulan el descrude y blanqueo de la fibra de algodón, más si pensamos que luego este material será teñido o estampado. El pH del baño de blanqueo con Peróxido de Hidrógeno debiera rondar un valor de 10.5, si bien en muchos casos pudiera llegar hasta un pH máximo de 11.0 considerado como óptimo. Con ello garantizaríamos un excelente medio para un máximo rendimiento del peróxido, además de un mínimo ataque por parte del producto oxidante a la celulosa (posibilidad de formación de oxicelulosa por el ataque del Oxígeno naciente producto de la descomposición del Peróxido de Hidrógeno), un pH por encima de los recomendados pueden producir reacciones que disminuyen la acción de blanqueo.

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GENERALIDADES SOBRE CIERTOS ASPECTOS DE LA TINTURA DE LAS FIBRAS TEXTILES REQUISITOS PARA EL TEÑIDO Para que una fibra tenga propiedades tintóreas debe responder a los siguientes criterios : 1. No debe existir repulsión eléctrica entre la superficie de la fibra y las moléculas del colorante. 2. El espacio entre las moléculas de la fibra debe ser lo suficientemente amplio para permitir la difusión y penetración de las moléculas colorantes. 3. La fijación del colorante se debe producir dentro de la fibra para impedir la pérdida del colorante durante los posteriores tratamientos húmedos. La fijación presenta diferentes medios para la captación del colorante, entre ellos : por absorción u adsorción del colorante, insolubilización del mismo en medio acuoso o por unión química entre los grupos reactivos de las fibras y de los colorantes. CINÉTICA DE LA TINTURA  La difusión de los colorantes en las fibras representa por lo común el factor determinante de la velocidad de teñido, si bien este fenómeno no se rige por

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las leyes normales que explican la difusión en medios líquidos o en polímeros amorfos. Aparentemente la razón para que ello ocurra de otra manera es que existe una fracción de la fibra que tiene una suficiente movilidad molecular que depende de la temperatura del medio. Existe difusión mientras la fibra presente un gradiente energético es decir diferencias locales en el potencial electroquímico de un tipo de partícula. En el caso de las poliamidas por ejemplo los equilibrios de disociación de los grupos extremos de la fibra (NH3+, COO-) tienen que ver con la relación que existe entre la absorción del colorante y el pH del medio. De igual forma puede explicarse el teñido de las fibras acrílicas con los colorantes Catiónicos y la lana con los colorantes Ácidos. El caso de las fibras celulósicas con los colorantes Directos es un ejemplo de grupos de fibras y colorantes con cargas eléctricas iguales (del mismo signo). Supuestamente en una fibra homogénea (con diferencias despreciables) se encuentra un coeficiente de difusión creciente con la concentración del colorante, investigaciones realizadas sobre las fibras de poliamida, acrílicas y celulósicas confirman esta aseveración. Los cambios de orientación y cristalinidad de las fibras en un tejido que se producen durante un tratamiento (variación en la tensión de los hilos durante el tisaje, las tensiones durante el teñido o ciertos tratamientos térmicos previos) pueden presentar problemas muy serios sobre todo porque tales cambios pueden aparecer en una forma irregular a través del tejido, lo cual se traduce generalmente en un aspecto poco homogéneo del material luego del teñido, además de la aparición de franjas de hilos de color más claro. UNIÓN QUÍMICA La atracción entre un colorante y la fibra está basada en una unión química de fuerzas polares y no polares, ejemplo de este fenómeno lo tenemos en el caso de la tintura de las fibras celulósicas con los colorantes Reactivos. También un ejemplo de este tipo de unión es la absorción de un colorante Ácido por una fibra proteínica, en la Lana por ejemplo podemos imaginar la formación de un puente salino entre un grupo sulfónico del colorante y un grupo amino cargado de la fibra (unión iónica). Las fuerzas polares se forman por inducción de un par de dipolos, las fibras dipolares como la lana y la celulosa pueden ejercer una atracción sobre ciertos colorantes llegando al extremo de la atracción entre una fibra y un colorante con la formación de un enlace Hidrógeno de carácter esencialmente electrostático. Tal es el caso de la unión de las fibras que contienen estos grupos dipolares que en principio pueden formar puentes de Hidrógeno con los grupos reactivos de los colorantes, ejemplo de ello lo tenemos en la reacción entre los grupos hidroxilo de la celulosa y los grupos hidroxilos u aminos de los colorantes.

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A continuación podemos observar algunas guías de aplicación general para el teñido por agotamiento de los materiales textiles, en las mismas se hace especial mención a los parámetros importantes de tales procesos. Como toda guía no anula las recomendaciones dadas por los fabricantes de colorantes en particular las cuales debieran ser utilizadas en primer lugar o comparadas con las contenidas en este trabajo con la única finalidad de ampliar los conocimientos que son necesarios poseer en este campo. Tampoco debiéramos olvidarnos de la importancia de la concentración de los colorantes en un mismo baño de tintura, en la mayoría de los casos el componente de menor concentración sube o agota sobre la fibra en primer  lugar. COLORANTES DIRECTOS Con estos colorantes los parámetros que prácticamente regulan su comportamiento son : la temperatura, la duración del proceso, la adición de sal y en algunos casos el pH del medio . Siempre tomando en cuenta que la relación de baño la mantendríamos estable en todos los procesos. Si bien la temperatura de mayor agotamiento varía de un colorante a otro podemos decir en general que el máximo agotamiento se obtiene entre los 80° y los 85°C, la máxima igualación a temperaturas cercanas a los 100°C (también el menor agotamiento). La adición de sal se hace imprescindible en todos los casos, así como los tiempos necesarios de teñido a la temperatura óptima los cuales no debieran ser inferiores a los 45 - 60 minutos para obtener el máximo rendimiento. El pH del medio en estos casos no regula el comportamiento de estos colorantes pero si su solubilidad, es por ello conveniente que el mismo sea de alrededor de 7.5 - 8.0 en la mayoría de los casos. Si por alguna circunstancia nos encontramos con fibras celulósicas que contienen oxicelulosa en su composición es conveniente que la tintura se realice a pH ácido (el medio ácido disminuye la carga negativa de la oxicelulosa) lográndose tinturas mejor igualadas. COLORANTES ÁCIDOS Las fibras proteínicas (Lana, Seda) así como las poliamidas (tipos 6.0 y 6.6) son preferentemente teñidas con algunos de los colorantes llamados genéricamente COLORANTES ÁCIDOS, bajo esta denominación se incluyen los colorantes de baño neutro, de baño ácido con sus subgrupos para el teñido de la Lana y los premetalizados o complejos metálicos del grupo 1:1 y del grupo 1:2. En todos los casos debemos tomar muy en cuenta los siguientes parámetros que además son los que rigen los procesos de teñido

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con estos colorantes : la fibra, pH del baño, relación de baño, los electrolitos, los colorantes, su concentración y compatibilidad, la temperatura, los tiempos a esas temperaturas, los auxiliares de igualación. Con referencia a la Lana en particular hemos volcado en la tabla siguiente los principales parámetros que regulan los procesos de teñido según el tipo de colorante aplicado : COLORANTES PARA LANA

RANGO DE pH ÓPTIMO

ELECTROLITOS, OTROS

ÁCIDO SULFÚRICO, 2 - 4%, para Para lograr una buena igualación es necesario el agregado de 5 - 10 % de lograr un pH de 2.5 - 3.5 Sulfato de Sodio ÁCIDO ACÉTICO, 1 - 3%, para Para lograr una buena igualación es ÁCIDOS SÓLIDOS necesario el agregado de 5 - 10 % de lograr un pH de 3.5 - 5.0 Sulfato de Sodio SULFATO DE AMONIO, 4%, más el En estos casos es usual el agregado de ÁCIDOS DE BAÑO NEUTRO agregado si fuera necesario de un auxiliar igualizante orgánico, 1 - 2 %. ÁCIDO ACÉTICO o AMONÍACO, para lograr un pH de 5.0 - 7.5 ÁCIDO SULFÚRICO, para lograr un PREMETALIZADOS DEL TIPO 1 rango de pH alrededor de 2.0, en la :1 mayoría de los casos. PREMETALIZADOS DEL TIPO 1 Poseen una muy alta sustantividad, Necesitan en general de un auxiliar :2 igualizante orgánico, 1 - 2%. aún a pH 7.0 . ÁCIDOS DE IGUALACIÓN

En lo concerniente a las fibras poliamídicas además de tomar en cuenta las diferencias en cuanto a la cantidad de grupos terminales que presentan comparativamente las poliamidas tipos 6.0 y 6.6, es importante considerar las condiciones de estirado y termofijado  de la fibra en particular ya que los colorantes ÁCIDOS se comportarán durante el proceso de tintura en base a estos parámetros en forma adicional a los ya nombrados como generales para este grupo de colorantes. A continuación hemos volcado algunas de las condiciones más importantes para la tintura con los colorantes ÁCIDOS de aplicación común sobre estas fibras : COLORANTES PARA NYLON ÁCIDOS DE IGUALACIÓN

PREMETALIZADOS 1 : 2

RANGO DE pH ÓPTIMO

IGUALIZANTES, OTROS

ÁCIDO ACÉTICO o un sistema BUFFER, para lograr un pH de 4.5 5.5. Poseen una muy alta sustantividad, otorgando excelentes solideces al lavado y a la luz. Se puede usar ÁCIDO ACÉTICO o un sistema BUFFER, para lograr un pH de 6.0 6.5 .

Para lograr una buena igualación es necesario del agregado de un igualizante orgánico aniónico, 1 - 2%. Necesitan en general de un auxiliar igualizante orgánico aniónico en concentraciones del 2 - 3%. Pudiendo considerarse como temperatura crítica de teñido el rango de 60° - 70°C, para el caso del nylon 6.6 y de 40° - 50°C, para el caso del nylon 6.0

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COLORANTES DISPERSOS Si bien la tintura de las fibras sintéticas en general y en particular las derivadas del Tereftalato de Polietileno  con los colorantes DISPERSOS no guardan una gran dependencia con respecto al pH del medio , es importante recordar que un pH óptimo en cada caso permitirá que esas tonalidades puedan ser repetidas sin cambios en la tonalidad e intensidad de las mismas. El pH del baño puede influenciar negativamente sobre estos colorantes sea por hidrólisis ácida o alcalina, en particular en el caso de los colorantes dispersos normales los cuales no muestran una buena estabilidad a la reducción a pH alcalinos, esto se puede apreciar en el caso de las tonalidades pastel (por supuesto en este caso no me estoy refiriendo a las nuevas gamas de colorantes que soportan muy bien las condiciones del proceso en medio alcalino). Por otro lado la eficacia de la estabilización de las dispersiones de estos colorantes en los baños de tintura dependen de : la concentración del colorante, relación de baño, temperatura del baño, pH (rango óptimo para la tintura de las fibras de poliéster con los colorantes dispersos pH 4.0 - 6.0), presencia de electrolitos, productos auxiliares, agitación, tiempos d e tintura. COLORANTES REACTIVOS Evidentemente se trata de una de las familias de colorantes que más ha evolucionado en el tiempo sea por la profusión de fabricantes de los mismos o por los diferentes procesos que pueden utilizarse para su aplicación. En particular como ya comentáramos al principio nos referiremos a los procesos por agotamiento dentro de los cuales podemos distinguir cuatro categorías como podemos ver a continuación : PROCESO TRADICIONAL o CONVENCIONAL, en este proceso la temperatura es elevada hasta la fijación del colorante momento en el cual se agrega el electrolito para promover el agotamiento del mismo, se trabaja cierto tiempo bajo estas condiciones y recién entonces se agrega el álcali adecuado para que el colorante se fije a la fibra. 

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PROCESO DE UN SOLO PASO, desde el principio se agregan todos los componentes al baño de tintura (colorante, sal, álcali) y se trabaja con ellos durante un cierto tiempo a temperatura ambiente, luego se comienza a elevar la temperatura hasta llegar a la adecuada para el colorante en particular y se procede a su tintura.

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PROCESO A TEMPERATURA CONSTANTE, en este proceso se dejan de lado los posibles problemas que surgen del mal manejo de los controles de la temperatura (rango y tiempos de subida de la misma). La sal puede ser agregada desde el principio (en porciones) para promover un buen agotamiento del colorante y luego se agrega el álcali para fijarlo adecuadamente. PROCESO A ALTA TEMPERATURA, en general se pretende mejorar las condiciones de migración e igualación de los colorantes. Con este proceso se puede teñir (incluyendo la sal) a altas temperaturas, bajándose luego a las temperaturas de fijación de esos colorantes, momento en el cual se agrega el álcali necesario y se continúa luego con la tintura en forma normal.

Sea cual fuere el proceso de tintura que nosotros elijamos los parámetros que regulan la tintura de las fibras celulósicas con los colorantes Reactivos son : el tipo de fibra, la preparación previa del material, la relación de baño, el pH del medio, la temperatura del baño de teñido, el tiempo a la temperatura de fijación, el agregado de electrolitos (Sulfato de Sodio, Cloruro de Sodio), el álcali utilizado y por supuesto del tipo de colorante. Con la idea de corroborar la importancia del pH en la tintura con estos colorantes y atendiendo a observaciones de clientes amigos en cuanto al rendimiento y repetición de tonalidades iniciamos una serie de comprobaciones comenzando con la realización de baños ciegos empleando como electrolitos de aplicación normal el Cloruro de Sodio y el Sulfato de Sodio. También se chequearon baños de tintura con colorantes de poca reactividad (proceso de tintura a 85°C), otros baños con derivados de la vinil-sulfona (proceso a 60°C) y en especial tinturas con el C.I. Negro Reactivo 5. Todo ello con la finalidad de comprobar si el control del pH en estos casos optimizaba el rendimiento y la repetibilidad de los tonos. La tabla siguiente nos muestra el pH obtenido en un baño ciego con los diferentes electrolitos. CLORURO DE SODIO g/l

pH inicial pH luego 30 min. a 85°C

50 7.0 8.0

100 7.5 8.4

SULFATO DE SODIO g/l 50 6.7 7.8

100 8.85 8.0

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El pH de las soluciones colorantes (5g/l en todos los casos) mostraron rangos de pH que fueron desde 7.4 hasta 8.4. Las tablas siguientes nos presentan las variaciones de los pH en los diferentes baños de tintura (si bien en algunos no se utilizaron los colorantes). Para las cantidades de electrolitos y álcalis en cada proceso se han tomado en consideración las recomendaciones de los fabricantes para una tintura al 2-4% del colorante y una relación de baño de 1:20. PRODUCTOS

PROCESO Ia

PROCESO Ib

PROCESO II

Sulfato de Sodio Carbonato de Sodio Cloruro de Sodio Soda Cáustica 50% TOPREC AP (#)

50 g/l

50 g/l

20 g/l

TEMPERATURA TIEMPO pH inicial pH final

PROCESO I PROCESO II PROCESO III PROCESO IV TOPREC AP

PROCESO III algodón NO mercerizado --------

PROCESO IV

50 g/l

PROCESO III algodón mercerizado --------

-------

8 g/l

20 g/l

20 g/l

5 g/l

--------

-------

-------

55 g/l

70 g/l

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--------

-------

-------

-------

-------

1.5 g/l

--------

5 g/l

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-------

-------

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85°C 30 minutos

85°C 30 minutos

50°C 30 minutos

80°C 30 minutos

80°C 30 minutos

60°C 30 minutos

10.50 10.30

11.2 11.0

10.86 10.65

10.69 10.67

10.62 10.56

12.2 11.5

100 g/l

: con colorantes del tipo DI CLORO TRIAZINA : con colorantes reactivos de alta reactividad : con colorantes de baja reactividad-alta sustantivid ad : col orantes del tipo VINIL SULFONA y BI-FUNCIONALES : auxiliar buffer, que elimina el uso de los álcalis de aplicación normal

Como conclusiones prácticas en principio hemos podido observar que en todos los casos el pH inicial resultó más elevado que el pH final (30 minutos), si además tomamos en cuenta que las tinturas a nivel de planta llevan un tiempo mayor de teñido (45-60 minutos) es de esperar que el pH final en esas tinturas disminuya algo más. Cuando se hicieron las comparaciones de las tinturas realizadas con el PROCESO Ia y el PROCESO Ib fue posible comprobar que cuando el pH se mantiene entre valores cercanos a 11.0 (valores que no hemos podido obtener bajo condiciones normales utilizando Carbonato de Sodio como álcali) el rendimiento comparativo de los colorantes aumenta considerablemente así como el brillo y las solideces húmedas. También cuando se realizaron los teñidos con el C.I. Negro Reactivo 5 bajo esos valores de pH se obtuvieron mejores rendimientos del colorante (a la misma concentración), así como una tonalidad más profunda. Es importante se tome

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en cuenta que cuando se utilizó el TOPREC AP en forma conjunta con el Cloruro de Sodio como electrolito las tinturas comparativas dieron tonalidades más bajas que cuando se utiliza el Sulfato de Sodio, bajo las mismas condiciones. En estos casos el agregado de 0.5 - 1 g/l de Hidróxido de Sodio al baño de tintura permitió que esos rendimientos se acercaran a las tonalidades normales. COLORANTES CATIÓNICOS La tintura de las fibras acrílicas (aquellas que contienen al menos un 85% de Poliacrilonitrilo) con los colorantes catiónicos presenta una serie de dificultades cuando la comparamos con la tintura de las otras fibras textiles. Quizás la principal dificultad se produce cuando se obtienen desigualdades en la tintura, en general muy difíciles de corregir debido a que estos colorantes casi no migran a las temperaturas normales de teñido. Esto nos obliga de alguna manera a ajustar los parámetros que regulan el proceso de teñido desde el principio. Aquí más que con cualquier otro tipo de colorantes y fibras se hace importante observar las recomendaciones que nos ofrecen las casas proveedoras de los colorantes en particular. Como parámetros importantes en la absorción de los colorantes catiónicos debemos considerar  : la fibra (% de saturación, tipo de grupos aniónicos), el pH, los electrolitos, la temperatura, la relación de baño, el ti empo de teñido y la concentración del colorante. En mi caso particular oportunamente y con otros colaboradores habíamos desarrollado un proceso de tintura sin el uso de retardantes  para un tipo de fibra acrílica de muy alta afinidad con muy buenos resultados prácticos. Cuando aplicamos este proceso para la tintura de la mezcla de la fibra acrílica con Lana pudimos observar un mínimo manchado de la fibra proteica (proceso de un baño en dos etapas) si lo comparábamos con el método normal que usa retardantes. En el gráfico siguiente podemos observar el proceso propuesto de tintura de la fibra acrílica 100% sin retardantes .

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La tabla siguiente nos muestra los productos auxiliares (contratipos de los originales) y químicos utilizados en este caso, así como el pH y las temperaturas críticas en cada tonalidad : PRODUCTOS AUXILIARES

TOPGAL U (no-iónico) TOPFEN N (no-iónico)  Ácido Acético 98% Sulfato de Sodio anhidro  Acetato d e Sodio TEMPERATURA CRÍTICA

TONOS CLAROS-MEDIOS

TONOS OSCUROS

2% 0.5% a pH 3.5 - 4.0 10% 0.5 g/l 90°C

1% 0.5% a pH 4.5 - 5.0 5% 1 á 3 g/l 95°C

 ACAB ADO Evidentemente el pH es importante en todos los procesos donde involucremos a las fibras textiles sea por motivos de preservación de las mismas o para promover una reacción. Cuando hablamos sobre el acabado en particular nos estamos refiriendo al acabado químico con resinas, las cuales son utilizadas con el principal motivo de mejorar las propiedades físicas y químicas del material textil. Especialmente cuando se trata de las fibras naturales (celulósicas en particular como el algodón, viscosa o rayón) es normal que recurramos a la aplicación de acabados basados en resinas (se denominan así porque durante el curado forman estructuras tridimensionales entrecruzadas) con la finalidad de mejorar ciertas propiedades deficientes como son la recuperación al arrugado y el alto encogimiento entre otras. Todas las telas tejidas tienden a encoger, este proceso ya comienza durante el engomado de la urdimbre y continúa en los

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sucesivos procesos húmedos cuando la tela ya está formada. Las fibras termoplásticas por otro lado se estabilizan con calor a temperaturas que están dentro del rango de su Temperatura de Transición vítrea (°Tg). En el caso del algodón y del rayón las telas presentan un acortamiento elástico indeseable y un encogimiento progresivo. Diferentes materiales reactivos (resinas en general) pueden ser utilizados para lograr las propiedades estéticas y funcionales que deben tener ciertas telas (camisería, ropa de vestir en general, sábanas. etc.), así como también diferentes procesos de aplicación de los mismos. En particular haré referencia a las resinas del tipo N-Metilol (resinas del tipo de las Urea-Formaldehído, MelaminaFormaldehído y Glioxal-Formaldehído) con sus variantes las cuales reaccionan con la celulosa bajo condiciones bien establecidas. Cuando los acabados son aplicados en solución acuosa el material húmedo debe luego ser secado de tal forma que permita que las resinas presentes comiencen a reticularse reaccionando con la celulosa en el menor tiempo posible. De acuerdo a esta necesidad de satisfacer la capacidad de reticulación de la resina en un corto período de tiempo se hace imprescindible el uso de ciertos productos que nos permitan incrementar las velocidades de reacción en rangos que sean aceptables desde el punto de vista industrial, estos productos son los normalmente llamados “catalizadores”. El pH en la aplicación de las resinas mencionadas se presenta como muy importante ya que influencia las reacciones químicas del baño preparado, además de la estabilidad y la efectividad del acabado en cuanto a los valores de encogimiento y de lave y use. Su no observancia puede traer reacciones negativas en el acabado. En la tabla siguiente se observan los cambios químicos que pueden ocurrir en el acabado si el pH no es el adecuado. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Formación de complejos entre el catalizador y la resina. Formación de compl ejos entre el catalizador y la celulosa. Reacción indeseable entre la resina y la celulos a. Auto-condensación de la resina. Descomposición de la resina. Precipitación del catalizador.

Sin embargo quizás el más importante efecto que se pueda esperar del valor pH es su incidencia sobre el baño de resina preparado ya que influencia directamente su estabilidad. Cuando se utilizan catalizadores en base a sales metálicas (Cinc, Magnesio) el rango óptimo de pH se encuentra entre los valores 6.2 y 7.2. En muchos casos las resinas del tipo N-Metilol también se presentan comercialmente en la forma pre-catalizada es decir con el catalizador incorporado con lo cual se asegura que el comportamiento de la resina será el esperado. La siguiente tabla nos relaciona los principales

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parámetros y resultados de ciertos procesos de acabado utilizados para las resinas del tipo de las DMDHEU (DiMetilolDiHidroxiEtilénUrea). PROCESO pH DEL BAÑO DE FIJACIÓN

FIJACIÓN °C

FIJACIÓN TIEMPO

ESTADO DE LA FIBRA

RESISTENCIA EFECTO

EN SECO

4.0 - 7.0

150° - 160° C

4-5 minutos

no dilatada

BUENO

CURADO RÁPIDO

4.0 - 7.0

140° - 220° C

30-10 segundos

no dilatada

BUENO

CURADO LENTO

3.0 - 5.0

130° - 180° C

50-30 segundos

no dilatada

MEDIO BUENO A BUENO

EN HÚMEDO

O.5 - 1.8

25° - 35° C

16-24 horas

parcialmente dilatada

MUY BUENO

EN MOJADO

menor d e 1.0

15° - 25° C

20 horas

dilatada

IDEAL

NOTA : Una manera de determinar el pH en un tejido es colocando 2 gramos del mismo en un baño con 100 ml de agua destilada, agitando de vez en cuando, para luego de 1 hor a tomar el pH de la solu ción, ese será el pH del tejido.

A los fines prácticos es importante que consideremos que estas reacciones y sus resultados finales dependen de los siguientes parámetros generales : pH del baño, pick-up, tipo de resina, tipo de catalizador, temperatura de secado, humedad residual luego del secado, temperatura de curado, tiempo a la temperatura de curado. LA ESTAMPACIÓN TEXTIL Los diferentes métodos de estampación tampoco escapan a la necesidad del control del pH, si hablamos de los colorantes debemos considerar los mismos cuidados que para la tinturas con ellos, es decir se debe ajustar el pH al rango adecuado (ácido o alcalino) para cada tipo de colorante. El estampado visto en una forma sencilla es una depositación mecánica del colorante sobre la fibra textil, la cual luego de una reacción bajo condiciones adecuadas (pH, vaporizado, termofijación, etc.) forma la unión colorante-fibra obteniéndose entonces las tonalidades y solideces esperadas. En el caso de la estampación con pigmentos también el pH juega un importante papel ya que su regulación permite que los ligantes reticulen adhiriéndose a la fibra textil asegurando de esta forma el pigmento a la misma y por consiguiente las solideces generales que se puedan esperar. La mayoría de los ligantes reticulan bajo condiciones de tiempo y temperatura normales para estos

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procesos en valores que van desde pH 5.0 á 6.0. No debemos olvidarnos que el ligante es el responsable del rendimiento del color, de las solideces al frote en seco y al lavado, además del tacto final del estampado de ahí la importancia de una reticulación o entrecruzamiento adecuado ya que el tacto y las solideces húmedas dependen de ello. Este es el motivo por lo que en estas pastas de estampación se utilizan álcalis volátiles (amoníaco, por ejemplo) justamente con la finalidad de que luego y durante el secado sean eliminados del medio permitiendo que el ligante reticule, en caso contrario y para asegurarnos de las condiciones finales ácidas se utilizan dadores de ácido como aditivos en las mismas formulaciones. CONCLUSIONES Estoy seguro de haber resaltado la importancia del pH en la mayoría de los procesos húmedos que a diario realizamos en las diferentes plantas textiles (si bien he dejado de lado algunos colorantes que hoy se presentan como de menor incidencia en la producción actual). Seguramente en estos momentos nuevos adelantos en los procesos y colorantes tratarán de hacerlos más simples y eficientes en su aplicación, sin embargo aún el hombre sigue siendo el factor más importante ya que es quién regula con su quehacer (malo o bueno) todos estos procesos a nivel de la aplicación práctica. Esto nos debe alertar una vez más acerca de la importancia del conocimiento técnico que debemos tener en estos momentos a todo nivel para poder enfrentar el reto de la calidad y la productividad único camino para que nuestras industrias puedan sobrevivir a la enorme presión que sobre nosotros ejerce en la actualidad la globalización del mercado. A título informativo vuelco a continuación los datos arrojados en una encuesta realizada recientemente a nivel nacional en Venezuela en la cual se observan los valores que en forma decreciente y de acuerdo a este estudio se debieran tomar en cuenta a la hora de realizar nuestros ajustes productivos. 1. MEJORAS SISTEMÁTICAS EN LA REDUCCIÓN DE LOS DESPERDICIOS 2. FLEXIBILIDAD EN LA INSTALACIÓN Y EQUIPOS 3. CONTROL DE INVENTARIOS 4. AUTOMATIZACIÓN 5. BAJO COSTO EN LAS MATERIAS PRIMAS 6. BAJO COSTO DE LA MANO DE OBRA

GLOSARIO 

TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTREA °Tg : en el caso de las fibras textiles sintéticas es la temperatura en °C a la cual se funden las regiones amorfas de la fibra,

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siendo diferente en cada fibra. Además es de tomar en cuenta que siempre es inferior al punto de fusión de la misma. AOX : Abso rbab le Organ ic Halides , se presentan en forma de compuestos fenólicosclorados (sustancias orgánicas clorinadas). Esta medición en las aguas residuales en Europa es aditiva a los controles normales de COD, BOD y sólidos en suspensión. Por otro lado es interesante tomar en cuenta que estos compuestos disminuyen cuando se utiliza Peróxido de Hidrógeno luego del clorado. DIFUSIÓN : coeficiente de difusió n  es el peso de la sustancia que pasa en la unidad de tiempo a través de un plano de 1 cm 2 de superficie. ADSORCIÓN : adherencia (fuerzas de van der Waals) de átomos, iones o moléculas de gases o líquidos en la superficie de otra sustancia, a la que podríamos llamar adsorbente ABSORCIÓN : penetración más o menos uniforme de una sustancia en la superficie de una fase sólida.

[] BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA  

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CHEMISTRY THE UNIVERSAL SCIENCE, Frank L. Pilar - 1979 TEORÍA FENOMENOLÓGICA DE LA TINTURA CON COLORANTES IÓNICOS, Dr. Fredgar Hoffmann (Bayer Farben Revue N° 25-1975) FUNDAMENTOS CIENTÍFICOS Y APLICADOS DE LA TINTURA DE LAS MATERIAS TEXTILES, Dr. José Cegarra, Dr. Publio Puente, Dr. José Valldeperas - 1981. TINTURA DE LAS FIBRAS ACRÍLICAS CON COLORANTES CATIÓNICOS, Oscar A. Haffar - 1974 EL TEÑIDO DE LAS FIBRAS ACRÍLICAS, Oscar A. Haffar, Angel Ossorio, Luis J. Paré - 1975 COLOR Y COLORANTES, Oscar A. Haffar - 1996 PRACTICAL APPLICATION OF REACTIVES DYES, J.R. Aspland (Textile Chemist and Colorist, vol 24, N° 6 - 1992) DYEING NYLON WITH ACID DYES, J.R. Aspland (Textile Chemist and Colorist, vol. 25, N° 4 -1993)

[] AGRADECIMIENTOS, La iniciación de este trabajo se la debo al amigo Francisco Lucero, quién con su usual dedicación y preocupación por su diario quehacer comprobó rendimientos disímiles en la tintura con ciertos colorantes reactivos. Esto motivó a que me interesara por el tema y comenzara un estudio acerca de cuán importante es el valor pH en los diferentes procesos húmedos textiles. Por el trabajo a nivel de laboratorio debo agradecer especialmente a la TSU Felicidad de García por su diligencia y ayuda en ciertas comprobaciones del comportamiento del pH. Tampoco puedo dejar de nombrar a Daniel Monasterio quién comprobó a nivel de planta las reales posibilidades del TOPREC AP en cuanto a sus características de mantener el pH a través del tiempo de tintura con los colorantes reactivos, corroborando en cierta forma lo hecho a nivel de laboratorio. Finalmente mi especial agradecimiento a Braulio Rodriguez por su ayuda en la revisión del presente trabajo.

OAH--Caracas-VENEZUELA