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1 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

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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