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Investigación para la obtención de
nuevos colorantes dispersos para
la tintura de poliéster
Josep ORTEGA,
Ingeniero Textil, ex director técnico AUXICOLOR, S.A.
Presidente de la AEETT
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Investigación para la obtención de nuevos
colorantes dispersos para la tintura de poliéster
1- INTRODUCCIÓN
En el adjunto artículo se presenta un ejemplo de investigación a nivel técnico
y puesta a punto comercial de una gama de colorantes dispersos para la tintura
de poliéster, especialmente a matices llenos con elevadas solideces a la
sublimación y aptos para tintar las microfibras a matices llenos.
Esta nueva gama de colorantes que, nacidos de una idea estudiada y
trabajada, ha permitido un importante resultado. Resultado que ha sido solo
posible gracias a una base técnica textil obtenida en nuestra Escuela de
Ingeniería de Terrassa y a una gran ilusión profesional.
Es importante hacer notar que este nivel de Investigación y creación de una
nueva gama de colorantes, hasta ese momento, solo estaba en manos de las
grandes multinacionales fabricantes de colorantes.
Esos nuevos colorantes fueron comercializados en principio a nivel nacional
y visto el éxito se presentaron también a nivel internacional con muy buena
aceptación.
2- ESTUDIO PARA LA OBTENCIÓN DE NUEVOS COLORANTES
DISPERSOS
Durante la década de los 90 las apariciones en el mercado mundial de nuevas
aplicaciones en los textiles y la gran evolución en las fibras sintéticas, muy
especialmente los de poliéster con la obtención de las microfibras, se ponen de
manifiesto problemas técnicos para su tintura, especialmente en matices llenos.
Estos problemas en su mayoría no previstos inicialmente, podían limitar el uso
de esta nueva presentación.
Existen también en el poliéster convencional, graves problemas ecológicos,
centrados en las aguas residuales producidas durante el proceso de tintura.
Estas, contienen importantes cantidades de colorantes, tensoactivos y
dispersantes, mayoritariamente de carácter aniónico.
Todo ello motiva un estudio exhaustivo de procesos y colorantes a emplear
en la tintura de poliéster para esta nueva etapa industrial, estudio que
centraremos en la disminución de los volúmenes de agua empleados, mejora
ecológica de estos volúmenes y muy especialmente en la obtención de matices
llenos solidos a la sublimación, frote y termomigración, sin olvidar la disminución
de costes de formulación industrial.
En 1.997 según este planteamiento, creo interesante aplicar nuevos
conceptos en los colorantes dispersos empleados hasta la fecha en la tintura de
PES, y para tal fin programo los ensayos que se indican a continuación para los
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colorantes dispersos de color index (C.I) conocido y de mayor uso en aquel
momento, clasificándolos según su tamaño molecular y algún otro parámetro que
indicaremos.
2.1 El Color Index (C.I)
El Color Index es un libro en el que se resumen todos los colorantes de origen
químico, creados en laboratorio y patentados con su fórmula química, productora
y datos generales.
En este primer ensayo se trató de valorar, primero desde el punto de vista
comercial, los matices de cada C.I. primero seleccionados para poder
confeccionar una carta de colorantes, y también técnicamente determinar para
estos colorantes del C.I su límite de saturación práctico.
2.2 Clasificación de los colorantes
La clasificación de los colorantes dispersos en tres tamaños de molécula
corresponde a los criterios establecidos por las multinacionales productoras de
colorantes, tecnicismo aceptado en este momento.
▪ GRUPO A – MOLECULA PEQUEÑA
Colorantes dispersos con capacidad de agotarse en la fibra de PES alrededor
de 100ºC, en el baño de tintura.
▪ GRUPO B – MOLECULA MEDIANA
Colorantes dispersos con capacidad de agotarse en la fibra de PES alrededor
de 120ºC, en el baño de tintura.
▪ GRUPO C – MOLECULA GRANDE
Colorantes dispersos con capacidad de agotarse en la fibra de PES alrededor
de 130ºC, en el baño de tintura.
Los estudios para determinar el punto de saturación práctico de los colorantes
dispersos en tintura sobre PES, se iniciaron hace algunos años, durante mi etapa
como técnico de Sandoz S.A siguiendo las recomendaciones del Doctor Ing.
José Mª Carbonell, director técnico de la línea de colorantes en Sandoz, Basilea.
Para cada grupo o tamaño molecular diferente, seleccioné siete matices o
colorantes C.I, es decir, el amarillo, anaranjado, rojo, burdeos, azul brillante, azul
prusia i azul marino. Esta selección corresponde a un concepto comercial, de
matices diferentes que deberá tener la nueva gama de colorantes.
Técnicamente cada nuevo preparado comercial, se compondrá de 3
colorantes C.I de tamaño molecular diferente, o sea grupos A, B, y C.
Para esta primera fase del estudio, fueron necesarias más de 200 tinturas de
laboratorio, con las correspondientes valoraciones colorimétricas.
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3- COMPORTAMIENTO EN TINTURA
La técnica de tintura de estos nuevos colorantes deberá seguir el siguiente
orden de entrada en la fibra, orden motivado por el tamaño molecular de cada
uno de los componentes, o sea colorante C.I diferente.
Para el estudio de laboratorio se aplicó una gráfica de tintura adaptada a las
necesidades del ensayo (Fig.1).
Fig. 1: Gráfico de tintura empleado en el laboratorio
▪ En primer lugar a 100ºC entrarán en la fibra de poliéster los colorantes de
molécula pequeña, o sea del grupo A, y se mantendrán 15 minutos y se
añadirán los colorantes del grupo B.
▪ En segundo lugar a 110ºC entrarán en la fibra los colorantes de molécula
mediana, o sea del grupo B, y se mantendrán a 15 minutos y se añadirán
los colorantes del grupo C.
▪ En tercer y último lugar, a 130ºC entrarán en la fibra los colorantes de
molécula grande, o sea del grupo C, y se mantendrán 20 minutos y se
enfriará.
Partiendo del principio reconocido y aceptado en la física o cinética de la
tintura del poliéster, que establece que cada colorante C.I distinto, es decir
químicamente diferente, llega a su límite de saturación práctico,
independientemente de los otros colorantes C.I que figuran en la fórmula de
tintura.
Haciendo uso de principios conocidos y otros nuevos, se dan forma a
conceptos que permiten la creación de estos nuevos colorantes.
4- – METODOLOGIA EMPLEADA PARA LA FORMULACION DE UN
NUEVO PREPARADO DE COLORANTE
Primero se tomó un porcentaje elevado pero muy por debajo de su límite de
saturación práctico de colorante C.I del grupo A, el cual nos dará la fuerza
cromática aceptando que su solidez a la sublimación es baja, pero que se
corregirá con el resto de la formulación.
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Este colorante lógicamente será el primero en entrar en la fibra y ocupará un
lugar interno en la misma.
En segundo lugar, se tomó el colorante C.I grupo B, en porcentaje inferior al
grupo A y que será el segundo en penetrar en la fibra a una temperatura de
110ºC aproximadamente, con la misión de relleno o refuerzo cromático.
En tercer lugar, el colorante C.I grupo C en porcentaje bajo, inferior al del
grupo B y que deberá ser el tercero en entrar en la fibra, a 125ºC/130ºC y que
después de la tintura quedara en la periferia interna del PES, actuando como
una especie de tapón para los otros colorantes componentes de la formula, es
decir los de molécula más pequeña. Estos colorantes del grupo C situados en la
periferia interna de la fibra determinaran la solidez a la sublimación que resultará
ser la propia del colorante disperso de molécula grande.
En la Fig.2, se representa el inicio del proceso de difusión hacia el interior de
la fibra de poliéster.
Fig. 2: Inicio del proceso de difusión hacia el interior de la fibra de poliéster
En la Fig.3, se puede apreciar la distribución estadística de los tres colorantes
de distinto tamaño molecular después de haberse realizado la tintura. Puede
apreciarse que colorantes de tamaño molecular grandes ocupan prioritariamente
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la zona más próxima a la superficie, bloqueando la salida de las moléculas
medianas y pequeñas en procesos térmicos posteriores.
5- REPRESENTACIÓN IDEALIZADA DE DISTRIBUCIÓN DEL COLORANTE
DISPERSO EN EL INTERIOR DE LA FIBRA PES
Considerando la sección de fibra de PES como un cilindro y aceptando
esquemáticamente la existencia de capas concéntricas en la misma, tomando
como base estas premisas, podemos suponer la siguiente distribución al finalizar
la tintura (Fig.3):
Fig. 3: Representación idealizada de la distribución del colorante disperso en el interior de la fibra PES
El colorante de molécula grande, que cuando se emplea como único
componente en la formulación para la obtención de matices llenos, obliga a su
uso en porcentajes elevados, llegando en muchos casos al límite de saturación
práctico y en consecuencia después de tintura y el lavado posterior, queda en
parte en el exterior de la fibra, lo que obliga al lavado reductor post-tintura y
también es motivo de las bajas solideces, tanto a la sublimación, al frote como a
la termomigración. Todo ello consecuencia de la facilidad de migración de dicho
colorante a la superficie de la fibra. Son ejemplo de este problema cuando se
aplica sobre las prendas de PES un planchado o un suavizado, observándose
también una disminución de solidez al frote.
Con el empleo de los nuevos colorantes dispersos ELS en la tintura de
PES, el colorante C.I de molécula grande, queda después de la misma, en el
límite interior de la fibra gracias al bajo porcentaje empleado en la formulación,
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muy por debajo de su límite de saturación práctico. Actuando así mismo, como
tapón o barrera a la migración del resto de colorantes C.I de molécula mediana
y pequeña empleados en la formulación.
Todo ello, dando como consecuencia que el tratamiento reductor post-
tintura sea innecesario y las solideces al frote y muy especialmente a la
termomigración aumenten.
Las aguas residuales de la tintura son más limpias, debido a que el
porcentaje de colorante a emplear en la obtención de matices llenos es inferior
a lo usualmente empleado, lo cual también es motivo de abaratamiento de
formulación.
6- COLORANTES DISPERSOS ELS
Esta tecnología, propia de los nuevos colorantes, permite la obtención de
tinturas a matices llenos, mucho más económicas, que empleando colorantes de
molécula grande únicamente, motivado por la formulación en porcentaje
reducido de los nuevos colorantes ELS, y también por la disminución del tiempo
de proceso. Así mismo, podemos tintar a matices llenos las microfibras de PES,
consiguiendo también un menor consumo de agua en la tintura y eliminación o
reducción de los lavados posteriores y, en consecuencia, la disminución de los
volúmenes de agua residuales. Todo ello, aumentando las solideces a la
sublimación y frote, eliminando o reduciendo los problemas de la termomigración
dando como resultado un proceso netamente ecológico.
El proceso de tintura se resume en la Fig.4.
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Figura 4:
A) Gráfico de tintura de la fibra PES con colorantes dispersos CI molécula grande
B) Gráfico de tintura de la fibra PES con colorantes ELS
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7- CONCLUSIONES
RAZONES PARA UTILIZAR EL PROCESO DE TINTURA AUXIESTER ST/ ELS
EN POLIESTER 100% (FIBRA CORTADA, FILAMENTO Y MICROFIBRAS) Y
MEZCLAS DE POLIESTER – ALGODÓN
▪ Menor consumo de colorante disperso en la obtención de los matices
oscuros por su elevado límite de saturación.
▪ Excelente reserva de la celulosa en la tintura de mezclas PES/ celulosa
a HT antes del lavado dispersante o reductor, asegurando una buena
solidez a la termomigración.
▪ Fáciles tinturas en baño único de PES/celulósicas con combinaciones
de colorantes dispersos/directos o en dos fases con colorantes
dispersos/reactivos con excelentes solideces húmedas.
▪ Buena igualación conseguida en menos tiempo gracias a un control
efectivo del pH y una entrada rápida del colorante a la fibra, así como una
acción permanente de difusión – dispersión en el conjunto colorante –
fibra.
▪ Reducción significativa en tiempo de máquina de tintura y menores
costes de formulación y de proceso.
▪ Alta reproductibilidad de matices Laboratorio-industria.
▪ Beneficio ecológico por menor aporte de colorante al baño residual y en
la mayoría de tinturas innecesario el tratamiento reductor post-tintura.
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ANEXO
Se adjunta estudio para la obtención de 3 matices llenos. Estos son
granate, azul marino y berenjena. Han sido obtenidos con los colorantes
dispersos C.I usuales de molécula grande y con los nuevos colorantes dispersos
ELS / ST.
Son evidentes las importantes diferencias en % de colorante necesario
para conseguir el mismo matiz, valorado colorimétricamente, entre los colorantes
dispersos CI de molécula grande, grupo C, y los nuevos colorantes dispersos
ELS / ST.
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C1 C2 C3 C4 C5 C6
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