Segunda
Parte
El proceso
industrial textil, de la materia prima a los acabados de las telas |
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Capítulo
12
Los colorantes |
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| Definición.
1.
Colorantes naturales. 1.1 Colorantes minerales. 1.2 Colorantes
animales. 1.3Colorantes vegetales. 2. Colorantes artificiales:
Colorantes ácidos. Colorantes ácidos. Colorantes básicos.
Colorantes directos. Colorantes a la tina. Colorantes pigmentación.
Colorantes dispersos. Colorantes sulfurosos. Colorantes de complejo metálico.
Colorantes reactivos. |
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DEFINICIÓN
Colorante tintóreo es el producto capaz de dar color a la
fibra textil.
La más elemental división de los colorantes es la que
distingue entre colorantes naturales y artificiales. Los empleados actualmente
en la industria textil son artificiales, en tan alto porcentaje que muy
bien podría decirse que lo son en su totalidad. Sin embargo los
colorantes naturales han sido tan importantes en la historia del vestido
y la ornamentación que resulta imposible ignorarlos; la púrpura,
la cochinilla, el índigo, el palo campeche, etc. Aparte de que las
características de los colorantes artificiales son superiores a
las de los naturales, éstos, además, resultan ahora mucho
más caros de obtener. La lista de colores que actualmente pueden
ser obtenidos en el laboratorio se hace poco menos que infinita. Por otro
lado, la segunda cuestión en razón de importancia en la tintura
del textil, la solidez, ha sido tan perfeccionada que en la vestimenta
actual la vida del color es ya comparable a la propia vida del tejido,
de la confección, de la prenda en definitiva. La luz solar sigue
siendo enemiga vital del color; pero el otro gran combatiente, el lavado,
ha dejado de serlo, porque los detergentes actuales ya no atacan el color
artificial; las prendas no deslucen con el lavado.
| CLASIFICACIÓN DE LOS COLORANTES |
| Orgánicos de origen animal |
cochinilla
púrpura |
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| Orgánicos de origen vegetal |
índigo
palo campeche |
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| Inorg. de origen mineral |
cinabrio
plomo
cobalto |
| ácidos |
a la tina |
sulfurosos |
| básicos |
de pigmentación |
de complejo metálico |
| directos |
dispersos |
colorantes sobre mordiente |
| reactivos |
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| 1. Colorantes naturales |
1.1 Colorantes naturales de origen animal
Por lo que se refiere a los colorantes animales, algunos que tuvieron
tantísima importancia, como la cochinilla, han desaparecido
de la tintura textil, dado que su naturaleza orgánica presenta muchos
problemas de solidez; esa naturaleza orgánica, precisamente, es
la que ha reclamado de nuevo para ellos la importancia de su aplicación
en otras industrias (por ejemplo la alimentaria), donde los colorantes
artificiales resultan más dañinos que los naturales, que
no producen perjuicio alguno.
El colorante de la cochinilla, que procede del insecto del mismo nombre,
se conoció en el mundo occidental después de la llegada de
los españoles al territorio del actual México, ya que los
aztecas la utilizaban abundantemente; fue a través de España
que el uso de éste colorante pasó al resto del mundo.
El colorante de la púrpura procede de una secreción
del molusco marino que lleva este nombre; aunque hay otros que segregan
una sustancia similar a la púrpura. Son abundantes los vestigios
de su utilización en tiempos anteriores a la era cristiana. La utilización
de este colorante no es sencilla, llegando a desconocerse durante largo
tiempo después de la caída del Imperio Romano. A finales
del siglo XVII se volvió a utilizar. Ciertamente el color púrpura
tiene mucho de especial, y no sólo por sus connotaciones casi míticas.
Es por ello que con el nacimiento de la química de laboratorio,
a principios del siglo XX se aisló la sustancia colorante de la
púrpura, encontrando que su composición química es
C16H8O2N2Br2,
que se corresponde con el dibromoíndigo.
Hoy día, la púrpura es un colorante artificial sintético
que se obtiene a partir del nitrobromobenzaldehído por tratamiento
con sosa, acetona y alcohol etílico.
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1.2 Colorantes naturales de orígen vegetal
El índigo es el colorante natural más utilizado
en todos los tiempos, incluso actualmente, debido a su solidez; resiste
bien a la luz, al lavado, a los álcalis y ácidos. Se utiliza
en tintura textil como colorante a la tina. El índigo es el colorante
de los jeans y prendas vaqueras azules. Esta sustamcia se extrae de plantas
del género indigofera (que se dan en el Asia Suroriental, cultivadas
y empleado como tal sobre todo en la India, para el algodón), que
lo contienen en forma de glucósido; éste se hidroliza por
ácidos o por fermentos en glucosa e indoxilo, se oxida de forma
natural por el oxígeno del aire y se transforma en el colorante
índigo o añil. Su composición química es C16H10O2N2
Una vez se consiguió aislar esta sustancia, su producción
química ha hecho que el índigo como colorante artificial
sea más barato y abundante que el natural.
El palo campeche es un árbol leguminoso, de la
familia de las papilionáceas, de madera muy dura y negra, algo aromático,
cuya especie más importante se da en México y otras regiones
de América Central. De esta especie se extrae la sustancia colorante
hematoxilina o hemateína, de color típicamente encarnado,
que se llama comunmente campeche o palo campeche. |
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1.3 Colorantes minerales
De los colorantes naturales, los minerales siguen utilizándose,
pero no de la forma natural como se hizo en la antigüedad sino aprovechando
sus propiedades químicas que la ciencia ha ido descubriendo,
e incorporándolos así a la industria como colorantes artificiales.
Tal es el caso del blanco de plomo, el azul cobalto,
el ocre del cinabrio, etc. |
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2. Colorantes artificiales
Son los más importantes en la tintura textil. Muchos de ellos
proceden de aislar en laboratorio las sustancias correspondientes a los
mismos colorantes en estado natural, parte de los cuales hemos visto, y
proceder posteriormente a sintetizar químicamente colorantes idénticos
a sus correspondientes naturales. El hecho de proceder mediante química
a la obtención de colorantes da ocasión a que en tales procedimientos
se busquen y consigan productos colorantes con cualidades apropiadas a
los fines textiles que se les va a dar.
GENERALIDADES
Características que definen y clasifican a la mayoría
de los colorantes artificiales.
Colorantes ácidos
Empleados para tintura de lanas, seda, poliamidas.
Tienen diferentes grados de solideces.
Colorantes básicos
Empleados para tintura directa de lana, seda y, sobre todo, las acrílicas,
en las que se obtienen colores vivos y brillantes y con muy buenas solideces.
Colorantes directos (sustantivos)
Empleados para la tintura de celulósicas, con muy buenas solideces.
Colorantes a la tina
Necesitan del oxígeno ambiental para ser efectivos.
Su constitución química es análoga a la del índigo.
Colorantes pigmentación
Necesitan de aglutinantes para su fijación.
Colorantes dispersos
Fino grado de dispersión.
Empleados para la tintura de rayón, acetatos y poliésteres.
Se usan con auxiliares "carriers".
Colorantes sulfurosos
Empleados para fibras celulósicas.
Muy económicos pero de resultados pobres de matices.
Colorantes de complejo metálico
Se emplean en la lana.
De buena solidez.
Colorantes sobre mordiente
Colorantes reactivos
Empleados en la tintura de fibras celulósicas, mediante reacción
química; producen matices de coloreado muy vivos y brillantes.
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2.1 Los colorantes ácidos
Son los utilizados para tintar la lana y fibras protéicas en
medio ácido. Su grupo cromóforo es aniónico. De ellos,
los azóicos son los tintes amarillos, anaranjados, rojos,
escarlatas, marinos sólidos, algunos verdeoscuros, y marrones (mezclas
de varios azóicos).
De los colorantes ácidos, los antranoquinónicos son
los azules de buena solidez a la luz y a tratamientos en húmedo.
Corren peligro de volver a oxidarse con la humedad ambiental una vez teñidos.
Los trifenilmetánicos son los violetas, azules y verdes de
tonos muy brillantes y moderadamente sólidos a la luz, mejor a los
tratamientos húmedos. Estos colorantes tienen su índice de
solubilidad (en agua) y su índice de afinidad en relación
inversa. Por otra parte, a mayor solubilidad, mayor igualación pero
menor solidez ante agentes húmedos. |
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2.1.1 Tintura de lana en colorantes ácidos
En la tintura de la lana con colorantes ácidos de buena igualación,
la adición de un electrolito neutro (sulfato sódico, por
ejemplo) aumenta la igualación. El baño de tintura está
compuesto de agua, ácido mineral u orgánico, colorante y
electrolito neutro.
La cutícula grasa que posee la lana actúa de barrera
frente a la penetración del colorante. La velocidad de tintura depende
de esta constitución de la fibra, de la temperatura del baño
(a menos de 400C la lana no se tiñe) y de su ph. El ph
del baño influye también en el agotamiento del colorante.
Debido al fuerte poder condicionante que el ph tiene, la tintura
de lana en medio ácido se puede clasificar en tres tipos respecto
a éste: en baño ácido fuerte, en baño ácido
débil, en baño ácido neutro.
TINTURA DE LANA EN BAÑO ÁCIDO FUERTE
Grado de acidez: ph 2 ó ph 3, aún a menos
de 400C.
RESULTADOS: Gran rapidez de absorción
en un baño en ebullición conteniendo ácido sulfúrico
y sulfato sódico.
Produce tinturas muy igualadas.
Se aplica sobre hilado para géneros de punto que no exijan elevadas
solideces y para vestidos y abrigos de lanería de señora.
TINTURA DE LANA EN BAÑO DÉBILMENTE ÁCIDO
RESULTADOS: Tinturas más
sólidas a tratamientos en húmedo, pero menor poder igualador.
Se aplica en floca o hilado que busque más solidez al lavado y batanado;
también para pañería de colores claros.
TINTURA DE LANA EN BAÑO DE
ph neutro (ph de 6 a 8,5)
RESULTADOS: Consigue poca penetración
e igualación.
Suele hacerse a partir de los 800C y con adición de amoniaco
en el baño.
El proceso de tintura de la lana en medio ácido es siempre el que
se expone en el cuadro esquemático, pero, debido al fuerte poder
condicionante que el ph tiene sobre el proceso, variando el ph se obtienen
tinturas con resultados sensiblemente distintos.
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PROCESO DE TINTURA DE LA LANA EN COLORANTES
ÁCIDOS
COMPOSICIÓN DEL BAÑO
AGUA+ÁCIDO MINERAL U ORGÁNICO+COLORANTE+ELECTROLITO
NEUTRO
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PRIMERA FASE QUÍMICA
Al introducir lana en este baño ácido,
se produce la absorción de esos grupos ácidos por la
lana
NH3 + NH3 +
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R + H+ R
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COO COOH |
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SEGUNDA FASE QUÍMICA
También reaccionan los iones inorgánicos
presentes
NH3 + NH3-X
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R + X - R
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COOH COOH |
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TERCERA FASE QUÍMICA
Puesto que el ión sulfato tiene menos afinidad
por la fibra que por el colorante,
éste reacciona así:
NH3-X H3N-Col
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R + Col- R + X-
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COOH COOH |
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2.2 Los colorantes básicos
Tiñen las fibras animales de forma directa; pero de entre las
naturales vegetales, solo el yute tiene afinidad por estos colorantes.
Tiñen las fibras artificiales celulósicas indirectamente,
mordentadas con tanino; de entre ellas, sólo el rayón nitro-seda
tiene afinidad por los colorantes básicos.
El uso más común de los colorantes básicos
se da en la tintura de las fibras acrílicas y de algunos poliésteres
(los modificados).
En la tintura de estas fibras para controlar el proceso de tintura
con colorantes básicos se utilizan agentes catiónicos-aniónicos
adicionales. Estos agentes son sales de bases orgánicas que
fuerzan al grupo cromóforo a unirse al catión, resultndo
el anión incoloro.
Esta reacción química da como resultado tres
grupos de colorantes básicos nuevos:
-
Colorantes con carga positiva deslocalizada; derivados del di/trifenilmetano.
-
Colorantes con carga catiónica localizada; de tipo antraquinónico
o azoico, que poseen elevada solidez a la luz y buena estabilidad al ph.
-
Colorantes con estructura heterocíclica, conteniendo nitrógeno
cuaternario; estos son solubles en alcohol etílico; menos solubles
en agua.
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2.3 Colorantes artificiales directos
Los colorantes artificiales directos se llaman así porque tiñen
la fibra sin necesidad de un segundo producto que actúe como mordiente
de ésta.
Existen dos familias de colorantes directos:
| en donde N puede ser |
R puede ser |
| -HN-NH- |
-H |
| arildiaminas, enlace simple de bencidínicos |
SO3Na |
| -CH=CH- etilbénicos |
-Cl |
| -NH- |
-NO2 |
| -O- |
-OH |
| -S- |
-CH3 |
| -CONH- |
-OCH3 |
| -NH-CO-NH- |
-OCH2-CONa |
Los colorantes tiazólicos se llaman así porque
en su molécula contienen el anillo tiazólico. Estos
colorantes son solamente amarillos, anaranjados y pardos.
Características de los colorantes artificiales directos
-
Generalmente son solubles en agua, aunque algunos precisan para ello la
presencia de carbonato sódico.
-
Su solubilidad aumenta con el número de grupos sulfónicos
y disminuye al aumentar su peso molecular.
-
En frío forman soluciones coloidales.
-
Los colorantes directos resisten bien a los ácidos, aunque tienden
a enrojecer.
-
En presencia de agentes reductores rompen su molécula hacia derivados
aminados.
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RESULTADO DE COLORANTES DIRECTOS CON AGENTES
REDUCTORES
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2.4 Colorantes a la tina
Son colorantes que tienen entre sí diferente constitución
química pero todos son insolubles en agua. Por su reducción
en un medio alcalino se transforman en leucoderivados hidrosolubles. El
proceso de reducción se fundamenta en la acción reductora
del hidrógeno sobre el grupo carbonilo, trasfiriéndolo al
grupo alcohólico.
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| Una vez realizada la tintura, es fácilmente oxidable
por el oxígeno del aire. Estos colorantes dan tinturas más
brillantes que los antraquinónicos, pero menos sólidos ante
la luz y el lavado. |
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CLASIFICACIÓN DE LOS COLORANTES DIRECTOS A
LA TINA
-
derivados del índigo: bromoíndigo, tioíndigo
-
derivados de la antraquinona
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DERIVADOS Y SUBDERIVADOS DE LA ANTRAQUINONA
Los derivados de la antraquinona tienen mayor importancia comercial.
Se pueden dividir en tres subfamilias
-
derivados de la antraquinona
-
derivados de la indantrona
-
derivados de la dibenzatrona y del perileno
|
-
Presentan buenas solideces en tonalidades intensas; no tan buenas en tonospálidos
-
En tintura en floca son sólidos al lavado y menos en tintura en
pieza
-
Son apreciados por su solidez al descrudado a presión y al blanqueo
-
Generalmente se usan para tonos intensos
-
Menos brillantes que los indigoides
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DIFERENCIAS ENTRE LOS TRES METODOS
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solución caliente |
solución tibia |
solución fría |
| AFINIDAD |
alta |
media |
normal |
| IGUALACIÓN |
mala |
mediana |
buena |
| NaOH |
mucho |
medio |
normal |
| ClNa |
no se usa |
normal |
medio |
| S2O4Na2 |
igual en los tres métodos |
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| AGENTES IGUALADORES |
sí |
a veces |
no |
| REDUCCIÓN EN LA TINTA MADRE |
no |
sí |
sí |
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2.5 Colorantes dispersos
Estos colorantes son compuestos orgánicos no iónicos.
Se aplican con un dispersante, porque son insolubles en agua, y se caracterizan
fundamentalmente porque tienen un alto grado de dispersión. Se emplean
para la tintura de rayón, acetatos y poliésteres; también
se usan con auxiliares carriers. |
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2.6 Colorantes sulfurosos
Se llaman sulfurosos porque en su molécula está presente
el azufre, pero no como lo está en los colorantes directos, tiazólicos,
etc., sino que aquí este azufre puede ser oxidado con facilidad.
Por su aspecto, los colorantes sulfurosos son parecidos a los colorantes
de tina y a los sustantivos; tiñen las fibras directamente en estado
reducido y se combinan con los colorantes básicos para dar una laca
insoluble; la cantidad de colorante absorbido depende de su porcentaje
en la solución, de la concentración de sal en el baño
y de la temperatura. Lo mismo que los colorantes de tina, también
son insolubles en agua pero solubles en medio alcalino y en presencia
de sulfuro sódico como agente reductor.
| En este proceso de reducción cambia la estructura
molecular del colorante pero sin afectar al grupo -S-S- sulfuroso. El leucoderivado
soluble resulta con un coloreando diferente al del colorante original y
ya tiñe la fibra, comportándose como un colorante directo
de baja afinidad por la fibra. Finalmente, mediante la oxidación
queda convertido otra vez en colorante sulfuroso no soluble en el agua. |
Por tanto, el proceso de tintura con colorantes sulfurosos es el
siguiente:
-
disolución del colorante
-
tintura
-
oxidación
Esta tintura se realiza a una temperatura de 1000C y su duración
oscila entre 60 y 90 minutos. El peligro de oxidación del colorante
durante la tintura puede corregirse con un ligero exceso de sulfuro sódico,
pero teniendo en cuanta que propasarse influiría negativamente en
el rendimiento del colorante. Una vez terminada la tintura en la fibra,
sí debe oxidarse, para desarrollar el verdadero coloreado y las
propiedades finales de estos colorantes. Son empleados para la tintura
de fibras celulósicas. Aunque resultan muy económicos son
de resultados pobres de matices.
Tratamientos posteriores con bases metálicas aumentan las
solideces de estos colorantes:
-
El Cu mejora las solideces frente a la luz.
-
El Cr mejora la solidez frente al frote.
Para evitar que desprendan ácido sulfúrico en su almacenamiento
se trata la mercancía
con acetato sódico, sin lavado posterior, y se seca.
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2.7 Colorantes premetalizados
Se trata de soluciones tintóreas creadas mediante un proceso
químico previo a la fase de tintura; en este caso el procedimiento
es el siguiente: una o varias moléculas de colorante, generalmente
ácido, se asocian con un átomo metálico formando un
complejo molecular con afinidad por las fibras proteicas y poliamídicas.
La formación de este complejo químico se consigue calentando
una solución acuosa del cromóforo con una sal de cromo trivalente,
siempre en un medio de ph por debajo de 4. Si bien se obtiene con ellos
una extensa gama de colores, estos adolecen de falta de brillo en azules,
verdes y violetas. Suelen aplicarse a tejidos inencogibles.
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2.8 Colorantes reactivos
Como se indicó al principio del capítulo, estos colorantes
son empleados en la tintura de fibras celulósicas, mediante reacción
química con las moléculas de celulosa.
-
Colorantes reactivos que forman ésteres de celulosa
-
Colorantes reactivos que forman éteres de celulosa
Los primeros tienen anillos heterocíclicos en su molécula
y su reacción se basa en sustitución nucleófila, como
se expone en el gráfico que representa su estructura molecular.
De entre los segundos, unos son vinisulfónicos y otros acriloilamídicos.
Su reacción se basa en el doble enlace -C=C- que son capaces de
formar en un medio alcalino, adicionando núcleos.
Colorante-SO2-CH2-CH2-O-SO3H
[mediante OH-] produce:
Colorante-SO2-CH(-DELTA)=CH2(+DELTA)+Cel-O-
Colorante-SO2-CH-CH2-O-Cel
[ediante H+] produce Colorante tintóreo -SO2-CH2-O-Cel
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LA TINTURA CON ESTE TIPO DE COLORANTES
SE REALIZA EN TRES ETAPAS
|
PRIMERA ETAPA
Absorción del colorante
por la fibra, en un medio neutro y con adición de electrolito,
seguida de una absorción en medio alcalino
En el proceso de la absorción el colorante
se difunde hacia el interior de la fibra, donde es atrapado por las
cadenas moleculares celulósicas. Estos colorantes son escasos
en afinidad pero poseen un elevado coeficiente de difusión.
-
La etapa de absorción se da en baño de ph
neutro. A la elevación de ph aumentaría
la cantidad de colorante que reaccionaría con el agua y sería
menos lo que fuera absorbido por la fibra.
-
Los electrolitos influyen en el agotamiento de estos colorantes.
La cantidad de sal a utilizar se relaciona con la concentración
de colorante en el baño.
-
La temperatura del baño es inversamente proporcional
al agotamiento del colorante.
-
El tipo de fibra condiciona también el proceso
de absorción.
|
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SEGUNDA ETAPA
Reacción del colorante con
los hidroxilos de la celulosa y del agua en medio alcalino
La reacción que se da entre el colorante y
el agua es de la forma siguiente:
Colorante-Cl+OH- = Colorante-OH+Cl-
La reacción del colorante con la fibra sería:
Colorante-Cl+Cel-O- = Colorante-O-Cel+Cl-
La velocidad de reacción del colorante con la fibra
es varios cientos de veces mayor que la velocidad de reacción del
colorante con el agua. Diferencia ésta que aumenta al aumentar la
concentración de colorante en el agua, y disminuye al aumentar el
agotamiento del colorante.
Producen matices de coloreado muy vivos y brillantes. |
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TERCERA ETAPA
Eliminación del colorante
hidrolizado, pero sin fijación covalente con lacelulosa
| Para la eliminación del colorante hidrolizado
que esté en el baño, se deshecha sencillamente éste
vaciando la máquina. Para eliminar el colorante hidrolizado en la
fibra se lava ésta en caliente. |
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Ejemplos de colorantes
reactivos
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Grupo reactivo
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Año aparición
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Nombre comercial
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Diclorotriazinicos
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1956
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Proción M (I.C.I.)
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Monoclorotriazinicos
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1957
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Cibacron ( CIBA )
Proción H (I.C.I.)
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Vinilsulfónicos
Colorante - S02 -
CH2 - CH2 - SO3H
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1958
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Remazol ( de Hoechst
)
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Triclorotriazinicos
|
1960
|
Drimaren ( de Sandoz)
Reacton ( de Geigy)
|
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Vinilsulfónamidicos
Colorante - S02 - NH -
CH2 - CH2 - OSO3H |
1960
|
Levafix (de Bayer )
|
Vinilsulfónicos
|
1967
|
Solidazol N ( de C.F.M.
)
|
Monocloro-difluor-pirimidinicos
|
1971
|
Drimaren R ( Sandoz)
|
|
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