UNIVERSIDAD NACIONAL

TORIBIO RODRÍGUEZ DE MENDOZA DE AMAZONAS

FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

TINTES Y COLORANTES

ALUMNOS: ROGER A. CÓRDOVA NORIEGA

ZACARIAS GAMONAL CERCADO

JORGE M. PIEROLA VERGARAY

CHACHAPOYAS- PERÚ

2015

Colorantes y Pigmentos.

Los colorantes pueden ser definidos como sustancias que cuando son

aplicadas a un substrato, imparten color al substrato. Los colorantes son

retenidos en el substrato por absorción, retención mecánica, o por un enlace

iónico o covalente, los colorantes son usados comúnmente en textiles, papel

y piel.

El primer colorante sintético que se preparo fue la Mauvine que fue

preparado por William Henry Perkin en Inglaterra en 1856, esto marco el inicio

de la industria de los colorantes sintéticos.

Figura3.1. Estructura de la Mauvine.

Durante la década después del descubrimiento de la Mauvine los colorantes

Magenta, anilina Azul, Violeta metil, Violeta Hofmann, Anilina negra y verde

aldehído fueron descubiertos sin una base teórica, sino solamente en

experimentos empíricos.

En 1859 se descubrió el segundo colorante llamado Fucsina y que fue

preparado por Verguin en Francia, esta era usada como colorante textil.

En 1868, Graebe y Liebermann anunciaron la primera síntesis de un colorante

natural alizarin; y 1869 Caro, Graebe, Liebermann y Perkin patentaron el

proceso para su manufactura.

El descubrimiento de Peter Griess, en 1858 y 1864 de la reacción de

diazotación de aminas aromáticas y la reacción de copulación de compuestos

Diazonio dieron la base para la siguiente fase en la elaboración de los

colorantes y obtuvieron la base teórica que hacia falta.

En 1880 Adolf Baeyer logro sintetizar el índigo. El colorante Azul índigo fue

empleado como colorante textil en Alemania por primera vez en 1897.

Los colorantes son conocidos como anilinas; ya que son productos capaces

de comunicar su propio color a otros materiales. En la actualidad se conocen

varios miles de colorantes que se obtienen generalmente de materiales

derivados de: alquitrán de hulla (hulla: son charcas pantanosas formadas a

partir de esquistos y helechos, por lo que contienen compuestos orgánicos

ricos en carbón, hidrógeno y nitrógeno, cuya destilación produce el

alquitrán), hidrocarburos bencénicos, fenoles, etc.

Anilinas.

La anilina es el amino-benceno o la fenilamina. Se obtiene: Por la reducción

del nitrobenceno tratándolo con hierro y acido clorhídrico o por reducción

catalítica en fase gaseosa, empleando el cobre como catalizador. La

reacción se encuentra en la figura 3.2.

Figura 3.2. Obtención de la anilina.

Es una materia prima empleada para la obtención de diversos productos

intermedios en la industria de los colorantes. En el siglo pasado se

desarrollaron los pigmentos orgánicos a partir de anilina con grupos ácidos

al precipitarlas con sales de calcio u bario, estos primeros compuestos

coloreados se les dio el nombre de pigmentos. El rojo toluidina fue el precursor

de los pigmentos orgánicos que en la actualidad se utilizan para la elaboración

de pinturas y tintas gráficas.

Pigmentos.

Un pigmento puede ser definido como una partícula sólida que es insoluble en

un vehículo liquido en el cual es dispersado. Este imparte color mediante

absorción de luz visible. Un pigmento puede ser distinguido de un colorante

principalmente por el método en que se aplica más que por la constitución

química o su composición. Un colorante es aplicado en forma soluble y los

pigmentos tienen que ser dispersados en un vehículo líquido.

Los usos más importantes de los pigmentos son las pinturas para casas,

para automóviles, tintas, pinturas de aceite, crayolas y lápices de color.

Las propiedades físicas y químicas que controlan y definen el rendimiento de

un pigmento son su composición química, su estabilidad física y química, su

solubilidad, el tamaño, forma de la partícula y gravedad especifica.

Tipos de Pigmentos.

Los pigmentos se pueden clasificar como orgánicos e inorgánicos. Las

propiedades que caracterizan a un pigmento orgánico comparado con un

inorgánico son:

1. Solubilidad. Los pigmentos inorgánicos son generalmente insolubles

en solventes orgánicos, y la mayoría de los pigmentos orgánicos

muestran poca solubilidad en estos solventes.

2. Costo. Muchos Pigmentos orgánicos son generalmente más caros

que los inorgánicos.

3. Gravedad especifica. Los pigmentos inorgánicos generalmente tienen

mayor gravedad específica que los orgánicos.

4. Resistencia al calor. Los pigmentos inorgánicos son más resistentes

al calor y a la luz que los orgánicos.

5. Intensidad. Los pigmentos orgánicos son usualmente más brillosos.

Los pigmentos orgánicos se pueden clasificar en dos clases que son la azo y

no azo.

Los compuestos azo son los que más se utilizan en la industria esto se debe

a la simplicidad en su producción y su bajo costo, estos pigmentos se han

preparado de diferente tipo y color, con una amplia variedad de propiedades

químicas y físicas; son elaborados por un proceso químico consecutivo de una

diazotación y una copulación.

Constitución de los colorantes y Pigmentos.

La propiedad colorante está condicionada a la presencia en la molécula de

grupos llamados cromóforos1 unidos al grupo Bencénico.

4.1.5.-Cromóforos principales

1 Chromos= Color; Foros= Portador

2 Auxo=Aumentar; Cromo=Color

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Figura 3.3. Cromóforos Principales.

Estos grupos funcionales que se encuentran en la molécula determinan el

color de las anilinas, si se cambia el grupo funcional por otro, dan otro color

u otro tono, así como una diferente posición en la molécula puede dar un

color distinto. Al aumentar la complejidad de la molécula, la molécula da un

color más oscuro.

Auxocromos2.

Estos grupos por sí solos no producen color a una molécula; sin embargo,

cuando se encuentra en conjugación de un cromóforo, aumentan la intensidad

del color.

4.1.7.-Auxocromos principales.

Ácidos Básicos

OH (Fenólico) NH2 (amino)

SO2 (Sulfónico) NH-R (amino)

CO-OH (Carbosilo) NR2 (amino)

Tabla4.1. Principales Auxocromos.

Obtención de Pigmentos.

Para obtener colorantes o pigmentos es necesario efectuar dos reacciones

principales, una denominada: reacción de diazotación y otra denominada:

reacción de copulación.

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Diazotación.

Peter Griess la descubrió en 1860, es la reacción más importante de la

amina primaria aromática y ácido nítrico en presencia de acido clorhídrico o

sulfúrico para formar sales de diazonio o compuestos diazo. Estos

compuestos son indispensables intermediarios para la formación de

pigmentos azo y son muy útiles para remplazar un grupo amino por un

grupo hidroxy, halógeno y otros mas.

Por Ejemplo.

Figura 3.4. Reacción de Diazotación.

La cantidad de nitrito de sodio es teórica, pero el ácido debe ser colocado

en exceso para prevenir una diazotación parcial y condensación. Si la

diazotación ocurre satisfactoriamente la amina debe estar en una solución

de ácido acuoso. Este compuesto diazonio es usado después en una reacción

de copulación lo más pronto posible.

Las reacciones de diazotación generalmente son exotérmicas3 y el

producto así formado sal de diazonio se descompone rápidamente si no es

enfriado con hielo y reaccionado en el tiempo establecido.

Para poder efectuar una diazotación generalmente es necesario mantener

baja la temperatura, normalmente entre: 0 - 5 ºC (aunque algunas

diazotaciones se pueden efectuar a mayor temperatura por ejemplo: 10 -

15 ºC; para mantener baja la temperatura se agrega hielo; aunque en

3 Generan calor.

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algunos casos se emplea salmuera a través de una chaqueta para no

aumentar el volumen o en donde no se puede agregar agua al diazo.

Figura 3.6. Partícula primaria de varios pigmentos.

En general es reconocido que el proceso de dispersión consiste en tres etapas:

1. Humectación del pigmento.

2. Desagregación y desaglomeración.

3. Estabilización.

Los Colorantes Naturales Los tintes naturales fueron los únicos usados desde la antigüedad hasta que se descubrieron los sintéticos a mediados del siglo XIX, acompañando la evolución de la humanidad para satisfacer su necesidad de llevar el color a los textiles que formaban parte de su vida cotidiana. Los tintes naturales se obtienen a partir de diversas fuentes vegetales, minerales o incluso animales. La paleta natural Los colorantes naturales al alcance de la mano suelen ser principalmente aquello de origen vegetal, como plantas, cortezas, flores, frutos. La paleta que ofrece más frecuentemente el uso estos colorantes, contiene en su mayoría tonos cálidos, des- de los marrones, naranjas y ocres hasta los amarillos y verdes.

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Para los colores más intensos como el rojo y el azul, necesitamos colorantes como la cochinilla y el añil o índigo. Con estos colorantes podemos obtener la otra porción del círculo cromático, que sería el rojo y el azul, en todas sus gamas. OBJETIVOS DEL USO DE COLORANTES NATURALES –No agredir el medio ambiente, optimizando el proceso de teñido. –Reducir al máximo posible el uso de mordientes contaminantes. –Lograr aceptables resultados en calidad de teñido. –Obtener colores atractivos. El Tinte Recolección del material tintóreo Por lo general obtendremos la materia prima para teñir de alguna especie vegetal que se encuentre en la zona donde nos encontramos realizando la actividad, Por ello es muy importante identificar cuáles son las alternativas de recolección y las épocas del año para cada especie tintórea. La tarea de recolección debe ser cuidadosa y consciente para no depredar la flora de la zona. El material recolectado que no se va a usar en el momento, se recomienda dejarlo secar y guardarlo debidamente etiquetado hasta el momento de su uso. Proceso de Mordentado de la lana El pre tratamiento de mordentado se hace para mejorar la solidez del colorante en la lana. El mordiente se fija en la fibra y sobre éste se fija el colorante. El uso de mordientes en el teñido con colorantes naturales es un punto esencial a tratar. Los mordientes elegidos jugarán un papel importante en el proceso de teñido, modificando la solidez de los colores, el brillo, pero también influirán negativamente en el cumplimiento de las pautas requeridas de no contaminación. LOS MORDIENTES MÁS USADOS SON: - Alumbre, sulfato de aluminio y potasio: Colores vivos, no altera

fundamentalmente el color original de la planta. - Sulfato de hierro: Vira el color original a los tonos grises y mate oscuro. - Sulfato de cobre: Vira el color original a los tonos verdosos.

El Teñido El proceso para teñir la fibra d lana con colorantes naturales se logra por medio de la difusión del colorante hacia el interior de la fibra, sin que se produzca una reacción química del colorante con la fibra. La reproducción exacta es un punto casi imposible por el origen natural de la

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materia prima que provee el color, por lo cual el color obtenido dependerán de condiciones tales como, época del año en la que se recolecto el material, tipo de suelo, región de cultivo; todos, factores que se nos escapan de las manos a la hora de teñir.

El proceso de tinción utilizando tinte de café.

La primera cualidad indispensable que caracteriza a las materias tintóreas es la de ser hidrosolubles. En segundo lugar han de poseer una afinidad de mayor o menor grado hacia las fibras para ser admitidos por estas. Esta afinidad, que depende de la disposición de los grupos polares de las moléculas del colorante, solo se da de forma absoluta en unos pocos tintes, los denominados directos o sustantivos.

Podemos valorar la calidad de un tinte a partir de ciertos parámetros, que son:

Intensidad de color: el color de una sustancia depende de cómo absorbe la luz.

Las moléculas orgánicas que absorben la luz en longitudes de onda más cortas que

las ultravioleta, (a partir de 400 nanómetros), se nos presentan sin color. Algunos

compuestos absorben la luz en el rango visible, en esos casos el color que apreciamos es

el de las longitudes de onda que no son absorbidas.

A continuación (tabla 1 ) se aprecia la relación entre la absorción de la luz y el color que el ojo humano es capaz de ver.

Tabla 1. ABSORCIÓN LUMÍNICA

Long. de onda Color correspondiente Color

observado

400 nm Ultravioleta Ninguno

400 nm Violeta Amarillo verdoso

425 nm Indigo – azul Amarillo

450 nm Azul Naranja

490 nm Azul – verde Rojo

500 nm Verde Morado

530 nm Amarillo – verde Violeta

550 nm Amarillo Indigo-azul

590 nm Naranja Azul

640 nm Rojo Verde azulado 730 nm Morado Verde

Es necesario destacar la solubilidad de estos tintes como otra de sus propiedades a valorar, pues de ella dependerá el éxito de un baño de tinción. La gran mayoría de los tintes se aplican en una solución acuosa, en el momento en el que una fibra natural se humecta, el agua que penetra en las zonas amorfas de la fibra causa una hinchazón en esta, entonces los tintes pueden penetrar en estos espacios siempre que las moléculas de dicho tinte no sean demasiado grandes. El calor es un factor que acelera este proceso, pero si el tinte se adhiere excesivamente rápido a la fibra el resultado puede ser un tejido desigual. Por lo tanto, permitir la penetración lenta y profunda de las moléculas del tinte nos dará mejores resultados, pero nunca debe haber un exceso, pues un tiempo excesivamente prolongado de contacto entre las fibras y el tinte puede dañar

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irreversiblemente las fibras.

Por último la estabilidad de estos tintes es esencial para asegurar el éxito en los

procesos de tinción, pues un tinte debe tener la capacidad de soportar los tratamientos

que sufre la fibra durante su fabricación como tejido y el uso que se le dará en el futuro,

concretamente en el lavado y la exposición a la luz.

PROCEDIMIENTOS DE PREPARACION.

Lavado del tejido.

Se parte de una pieza de seda que fue cortada en secciones de 5 cm2 cada una.

Estas probetas posteriormente han sido sometidas a una baño de lavado y así eliminar

sustancias no deseadas que alterarían el proceso de estudio, este baño ha consistido en

sumergir las fibras durante una hora en agua des ionizada a una temperatura constante de

50 ºC.

Mordentado.

Los procesos de mordentado han sido los siguientes:

Mordentado con alumbre.

Se utiliza alumbre potásico al 15% (del peso de la fibra) disuelto en 400 ml de agua

desionizada. El proceso constituye en llevar la temperatura del agua a 90ºC con el

alumbre potásico disuelto, momento en el que se deben sumergir el tejido, agitarlo

suavemente para que se distribuya el mordiente homogéneamente y cerrar el recipiente

donde se esté realizando el proceso. En ese momento bajaremos progresivamente la

temperatura hasta alcanzar los 70ºC y se mantiene esta temperatura de manera constante

durante 60 minutos para, una vez finalizados, se deja de aplicar calor al baño con la

finalidad de que el agua junto con las fibras se enfríen conjuntamente. Más tarde, cuando

la temperatura alcance unos 20-25ºC aproximadamente, ya se puede retirar la seda sin

escurrir ni retorcer y extenderla en un papel secante para ayudar a la correcta

evaporación del baño. Este proceso debe realizarse en un sitio seco pero sin luz directa.

Mordentado con dicromato de potasio:

Se ha utilizado dicromato potásico al 15% (del peso de la fibra) disuelto en 400 ml

de agua desionizada.

El proceso consiste en llevar la temperatura del agua a 40ºC con el dicromato de

potasio disuelto, momento en el que se deben sumergir el tejido, agitarlo suavemente

para que se distribuya el mordiente homogéneamente y cerrar el recipiente donde

estemos realizando este proceso. En ese momento se eleva progresivamente la

temperatura hasta alcanzar los 90ºC y se mantiene esta temperatura de manera constante

durante 5 minutos para, una vez finalizados, se deja de aplicar calor al baño para que el

agua junto con las fibras se enfríe conjuntamente. Este proceso debe durar, incluida la

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fase de enfriamiento, 50 minutos en total, cuando este tiempo haya transcurrido,

podemos retirar la seda sin escurrir ni retorcer y extenderla en un papel secante para

ayudar a la correcta evaporación del baño que debe realizarse en un sitio seco pero sin

luz directa.

Este proceso de mordentado tiene como finalidad la de fijar el color y hacerlo más

estable en el futuro.

Baño de sulfato de cobre:

Se utiliza sulfato de cobre al 15% (del peso de la fibra) disuelto en 400 ml de agua

desionizada.

El proceso ha consistido en llevar la temperatura del agua a 40ºC con el sulfato de

cobre disuelto, momento en el que se deben sumergir las fibras, agitarlas suavemente

para que se distribuya el mordiente homogéneamente. En ese momento se eleva

progresivamente la temperatura hasta alcanzar los 90ºC y el resto del proceso se realiza

del mismo modo que en el caso del mordiente dicromato potásico (fig.3).

Fig. 1 Detalle de la aplicación y el resultado del sulfato de cobre

Este baño no tiene como finalidad la de fijar el color durante la tinción, con este

tratamiento, se obtiene una fibra con un color verde- azulado, que mas tarde, al ser teñida

con el café dará como resultado un tono más oscuro del que se obtiene en las fibras que

no han sido sometidas a este tratamiento como en los dos casos anteriores.

Preparación del tinte:

Para obtener el tinte de café de la variedad más común de este árbol es la coffea

arabica.

A continuación se ha molido, lo que garantiza que está libre de aditivos e impurezas

que se podrían dar en los cafés ya molidos que se comercializan hoy en día (fig.2). Estos

granos se han triturado justo antes de obtener el tinte para asegurar que no se pierde

ninguna de las propiedades del café, pues no se conoce si la oxidación puede afectar a

la calidad de los componentes pigmentantes del interior del grano de café, por lo tanto

cuanto menos tiempo lleve molido mejor. Según la receta tradicional, este café debe estar

en remojo una noche entera, lo que se traduce en unas 10-12 horas aproximadamente,

que es el tiempo que se ha tenido el café molido sumergido en agua desionizada.

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Fig. 2 Diferencia entre café en grano y molido

Después de tener el café en remojo, se ha puesto al fuego para hacer la infusión

de café que se utilizara como tinte. Este proceso dura aproximadamente 50 minutos a

una temperatura constante de 50ºC. Después se ha dejado enfriar durante 20 minutos y

se filtró con un tul sintético de malla cerrada para separar el residuo del tinte (fig.3).

Fig. 3 Detalle de la obtención del tinte de café

Tinción

El proceso ha consistido en llevar la temperatura del agua a 40ºC con el tinte disuelto,

momento en el que se deben sumergir las probetas, agitarlas suavemente para que se

distribuya el tinte homogéneamente. En ese momento se eleva progresivamente la

temperatura hasta alcanzar los 90ºC y se mantiene esta temperatura de manera

constante durante 15 minutos para, una vez finalizados, llevar la temperatura

progresivamente hasta 30ºC (fig.6). Este proceso dura 60 minutos en total, y una vez

finalizados, se debe extraer la seda del baño y aclararla en otro recipiente con agua

desionizada.

Fig. 6. Detalle del proceso de tinción

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Por último, se extienen las muestras en un papel secante para ayudar a la correcta

evaporación del agua. Este proceso debe realizarse en un sitio seco pero sin luz directa.

Bibliografía y linckografias

30

• http://www.lanatin.com • http://www.ttratalanatex.com • http://www.textilpex.com • Efectos mezcla sobre lana mkdiante roced di mi en tos de teñido en un solo

baño. CIBA-Rundschan n." 152 (1 960). • Colorantes reactivos para lana de elev~da solidez. A. BUhler; R. Casty, CIBA. • Zollinger. Textil Praxis. 17, 165 (1962).

ANEXOS