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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 18 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE PROCESADO QUIMICO – TEXTIL II PIT - 50/A

LABORATORIO N°8 COLORANTES DISPERSOS Realizado por:  Collazos Gómez, Marco  Cuicapuza Araujo, Rafael Profesora: Ing. María Elena Tito De Bendezú Fecha de realización de la práctica

:

30/ 05 /15

Fecha de entrega del informe

:

06/06/15

Lima – Perú 2015

Informe No 8 Laboratorio de Procesado Químico – Textil II

Contenido

18

1.

OBJETIVOS................................................................................................ 2

2.

FUNDAMENTO TEÓRICO...........................................................................3

3.

MATERIALES Y EQUIPOS...........................................................................4 3.1.

EQUIPO.............................................................................................. 4

3.2.

MATERIALES....................................................................................... 5

3.3.

PRODUCTOS QUIMICOS Y AUXILIARES...............................................5

4.

PROCEDIMIENTO...................................................................................... 5

5.

CALCULOS................................................................................................ 6 5.1.

Tintura de fibras con colorante Negro Lanaset B al 2 y 3%...............6

6.

DATOS...................................................................................................... 8

7.

DISCUSION DE RESULTADOS....................................................................9

8.

CONCLUSIONES...................................................................................... 10

9.

RECOMENDACIONES.............................................................................. 10

10.

BIBLIOGRAFIA...................................................................................... 11

11.

MUESTRAS.......................................................................................... 12

1. OBJETIVOS Informe No 8 Laboratorio de Procesado Químico – Textil II

 Conocer, aplicar y evaluar las técnicas de teñido con colorantes dispersos sobre fibras de polyester.

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2. FUNDAMENTO TEÓRICO Desde su aparición en el mercado, las fibras de poliéster y las telas fabricadas con ellas, tuvieron el inconveniente de no ser teñibles, con los colorantes usuales. Hubo que acudir a una nueva familia diseñada para teñir el rayón acetato: los colorantes dispersos. Esta dificultad es debida a que la fibra presenta una estructura molecular muy cerrada, que impide el fácil acceso de los colorantes. Los colorantes dispersos junto a productos auxiliares específicos y métodos de aplicación adecuados, solucionan este inconveniente. MECANISMO DE TINTURA DEL POLIÉSTER Se pueden destacar tres etapas distintas y consecutivas a medida que transcurre el proceso de tintura de la fibra:  Difusión del colorante desde el baño hacia la superficie de la fibra.  Adsorción del colorante por la superficie de la fibra.  Difusión del colorante desde la superficie al interior de la fibra. En la primera etapa es importante señalar que la velocidad de agotamiento del colorante en una mezcla, está vinculada a la concentración relativa: a mayor concentración menor velocidad de agotamiento. En la segunda fase se determina las posibilidades de igualación, influenciada por la concentración del colorante, el gradiente térmico, la presencia de ciertos auxiliares y de las características particulares de la fibra. En la fase final la mayor influencia está dada por el volumen y el largo de la molécula del colorante y la energía aplicada, siendo la de alta temperatura la de mejores resultados tanto en difusión, como en igualación. TINTURA DE TELAS CON FIBRAS DE POLIESTER Existen dos métodos de aplicación:  Por agotamiento: (batch, partidas, a la discontinua), donde se tiñe un lote de tela de un determinado peso, en función del equipo disponible.

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 Por impregnación: (a la contínua, Pad–Thermosol), donde la tela pasa en forma continua por un baño donde se impregna con el color, luego se desarrolla el mismo por temperatura y finalmente se recoge en rollos.

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MÉTODO POR AGOTAMIENTO Hay dos formas de aplicación: a Presión Atmosférica y a Alta Temperatura (HT) En el presente laboratorio se verá el primer caso: Método de tintura con Carrier a presión atmosférica Consiste en el empleo de un auxiliar de tintura (carrier) que actúa hinchando la fibra de poliéster, de forma que a 100ºC, el colorante disperso puede difundirse dentro de la fibra y teñirla eficientemente. Presenta el inconveniente que el carrier está basado en sustancias fenólicas de alta contaminación ambiental, por lo que su uso está disminuyendo fuertemente. Sin embargo el uso de este método es necesario cuando no se disponen de equipos cerrados que permitan trabajar a alta temperatura. Material:

Equipos: Colorantes: Relación de baño: Auxiliares:

pH de trabajo: Temperatura: Tiempo: Post- tratamiento Lavado reductor

PES 100% o sus mezclas en tejido plano o tejido de punto. Jiggers, Autoclaves o Jets y Overflows. Dispersos 1:5-1:12 Agente 1-2 g/lt dispersante Carrier 4-5 g/lt Dador de ácido 1 g/lt 4.5-5 98-100ºC 30-60 min Soda cáustica 50% 3-4 g/lt Hidrosulfito de 2-3 g/lt sodio Tensioactivo no 1-2 g/lt iónico ... Tratar 10 min. a 80ºC

Las concentraciones menores de auxiliares y de tiempos de proceso corresponden a las menores concentraciones de colorantes. Las

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relaciones de baño están dadas por el volumen de baño óptimo de los equipos que se utilicen. El lavado reductor puede evitarse en tonos claros hasta medios, y dependerá de las solideces finales exigidas.

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3. MATERIALES Y EQUIPOS 3.1. EQUIPO    

Espectrofotómetro de reflectancia Datacolor 600 Caja de luces Balanza de precisión Equipo de calentamiento de glicerina.

3.2. MATERIALES              

Tela 100% poliéster sin blanqueo óptico. Tela 100% poliéster con blanqueo óptico Elásticos, blondas y botones de poliéster 1 probeta de 100 ml y de 1L 1 vaso de 250 ml Pipetas de 10, 5 y 1 ml 3 baguetas 1 termómetro Propipeta 4 Matraz erlenmeyer de 100 ml Tijeras Canastilla metálica. Gancho metalico. Recipiente metálico

3.3. PRODUCTOS QUIMICOS Y AUXILIARES  Colorantes dispersos: Rojo Terasil R, Yellow Terasil 4G, Rojo Terasil FBR, Blue Terasil 3RL, Blue terasil BGE 200%.  Sulfato de amonio  Acido fórmico  Hidrosulfito de sodio  Soda caustica pellets.  Acido acético glacial.  Setamol WS  Carrier (Remol)

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4. PROCEDIMIENTO 

        

    

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El sustrato (6 g total) está conformado por 2.25 g de tela 100% poliéster, 2.25 de tela 100% poliéster con blanqueo óptico, 0.75 g Botón, 0.75 g de elástico y blonda. Los colorantes dispersos se disuelven en frio en la relación (1/100) realizando un previo empaste. Llenar con agua fría los recipientes metálicos, previa determinación del volumen inicial. Agregar los auxiliares Carrier 2g/L, Setamol WS 0.5 g/L. Agregar el producto químico Sulfato de amonio 1 g/L Colocar el sustrato en la canastilla metálica, esta a su vez dentro del tubo donde se agregaron los auxiliares y el agua. Levantar la canastilla y agregar el colorante disperso. Pasados 5 min, levantar la canastilla y agregar el acido fórmico 1g/L. Verificar el pH 4.5 empleando la cinta indicadora de pH. Colocar los tubos metálicos dentro de la máquina de calentamiento por glicerina, elevar la temperatura hasta 70°C con un gradiente de 2°C/min aproximadamente. Una vez llegado a 70° C disminuir la gradiente a 1°C/min hasta llegar a la temperatura de 98° C. Mantener por 45 minutos a 98°C. Realizar un baño reductivo a 80°/ 10 minutos empleando 2g/L de hidrosulfito de y también de soda caustica. Realizar un neutralizado con 0.5 g/L de acido acético a 40°C/10 min. Realizar un enjuague final en frio.

Fig. N°1 Curva de tintura empleada para los colorantes dispersos

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5. CALCULOS

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5.1. Tintura de fibras con colorante Negro Lanaset B al 2 y 3% Sustrato: 6 g de material de poliéster 2.25 g Tela 100% poliéster sin blanqueo óptico 2.25 g Tela 100% poliéster con blanqueo óptico 0.75 g Botón 0.75 g Elástico y Blonda R.B.: 1/20 Volumen total: 120 cc

 Preparación del colorante: 100 cc sol 1 × ( 6 g sustrato )=0.06 g colorante × 1 g Colorante =6 cc

(

)

Se prepara una solucion (1/100) de cada colorante Rojo Terasil R, Yellow Terasil 4G, Rojo Terasil FBR, Blue Terasil 3RL, Blue Terasil BGE 200%, disolviendo 0.5 g de colorante en 50 cc de agua.

 Preparación de auxiliares: Carrier (Remol) 2 g Carrier 10 cc sol × ( 120 cc )=0.24 g Carrier × =2.4 cc 1000 cc 1 g Carrier

(

)

Se prepararan 20 cc de solución de Carrier (1/10)

Setamol WS 0.5 g 10 cc sol × ( 120 cc )=0.06 g Setamol WS × =0.6 cc 1000 cc 1 g SetamolWS

(

)

Se preparan 10 cc de solución de Setamol WS (1/10) empleando 1 g de Setamol WS.

 Preparación de los productos químicos: Acido Fórmico 1g 10 cc sol × ( 120 cc )=0.12 g A . Formico × =1.2 cc 1000 cc 1 g A . Formico

(

)

Se preparan 10 cc de solución de acido fórmico (1/10) empleando 1 g de acido fórmico.

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Sulfato de amonio

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1g 10 cc sol × ( 120 cc )=0.12 g Sulfato × =1.2 cc 1000 cc 1 g Sulfato

(

)

Se preparan 10 cc de solución de sulfato de amonio (1/10) empleando 1 g de acido fórmico.

Hidróxido de sodio 2 g NaOH 10 cc sol × ( 120 cc ) =0.24 g NaOH × =2.4 cc 1000 cc 1 g NaOH

(

)

Se prepararan 20 cc de solución de

NaOH

(1/10)

Bisulfito de sodio 2 g Bisulfito 10 cc sol × ( 120 cc )=0.24 g Bisulfito × =2.4 cc 1000 cc 1 g Bisulfito

(

)

Se prepararan 20 cc de solución de Bisulfito de sodio (1/10)

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18 6. DATOS 6.1. Resultados del Data color Comparación entre blue terasil 3RL y su acabado

Observaciones  El % de reflectancia de 48% y 45% para el estándar y lote respectivamente cuyo picos máximos se dan en λ=400-450 nm.  Las diferencias de color para el D65 nos indican lo siguiente:  DL= -2.31, el blue terasil acabado es mucho más oscuro que el estándar.  Da=-1.56, el lote es menos rojizo que el estándar.  Db=-2.51, el batch es más azul que el estándar.  Dc= 2.50, siendo el batch más brillante que el estándar.  Cuando se usa iluminantes diferentes, la tela se torna de diferente color.

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Comparación entre rojo terasil FBN y su acabado

Observaciones  El % de reflectancia de 82% y 80% para el estándar y lote respectivamente cuyo picos máximos se dan en λ=650-700 nm.  Las diferencias de color para el D65 nos indican lo siguiente:  DL= -1.43, el rojo terasil acabado es mucho menos claro que el estándar.  Da=4.42, el lote es menos verdoso que el estándar.  Db=1.42, el batch es menos azul que el estándar.  Dc= 4.37, siendo el batch más brillante que el estándar.  Al usar el iluminante A, el color se torna anaranjado.  La tela es más brillante cuando se usa el iluminante D65 respecto al iluminante F02.

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Comparación entre rojo terasil R y su modificado

Observaciones  El % de reflectancia de 72% y 70% para el estándar y lote respectivamente cuyo picos máximos se dan en λ=650-700 nm.  Las diferencias de color para el D65 nos indican lo siguiente:  DL= -0.72, el rojo terasil modificado es mucho menos claro que el estándar.  Da=6.78, el lote es menos verdoso que el estándar.  Db=2.74, el batch es menos azul que el estándar.  Dc= 6.14, siendo el batch más brillante que el estándar.  Cuando se usa el iluminante A, el color se torna anaranjado.

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Comparación entre blue terasil BGE y su modificado

Observaciones  El % de reflectancia de 75% y 70% para el estándar y lote respectivamente cuyo picos máximos se dan en λ=400-450 nm.  Las diferencias de color para el D65 nos indican lo siguiente:  DL= -0.51, el blue terasil modificado es mucho menos claro que el estándar, siendo este valor imperceptible a la vista.  Da=-6.89, el lote es menos rojo que el estándar.  Db=1.28, el batch es menos azul que el estándar.  Dc= 1.61, siendo el batch más brillante que el estándar.  Cuando se usa diferentes iluminantes, la tela se torna de diferentes colores.

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Comparación entre yellow terasil 4G y su modificado

Observaciones  El % de reflectancia de 77% y 75% para el estándar y lote respectivamente cuyo picos máximos se dan en λ=500-550 nm.  Las diferencias de color para el D65 nos indican lo siguiente:  DL= -1.56, el yellow terasil modificado es mucho menos claro que el estándar.  Da=-1.22, el lote es menos rojo que el estándar.  Db=15.09, el batch es más amarillo que el estándar.  Dc= 15.93, siendo el batch menos gris que el estándar, siendo esta diferencia perceptible al ojo humano.  Cuando se usa diferentes iluminantes, la tela se torna de diferentes colores.

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7. DISCUSION DE RESULTADOS  Una

de

las

características

principales

de

los

colorantes

dispersos, es que son compuestos orgánicos casi insolubles en agua que se aplican en dispersión acuosa. Por razones prácticas, sólo la solubilidad en presencia de un agente dispersante es importante. Casi todos los colorantes dispersos subliman, ocasionando dificultades en ciertas operaciones de tintura.  Las diferentes maneras en que un colorante disperso tiñe una fibra hidrofobica dependen de la accesibilidad de cada fibra para el colorante. Así los poliesteres pueden absorber tanto o más colorante que el nylon sí el tiempo de teñido es lo suficientemente

largo, es decir los colorantes dispersos se

difunden más lentamente en el poliéster que en las otras fibras hidrofobicas. Esto se comprueba al observar los teñidos del elástico y blonda.  Se comprueba mediante la coloración del baño de tintura que a temperaturas menores que 70°C las cadenas poliméricas del poliéster se encuentran en un estado casi paralizado, a medida que la temperatura aumenta la vibración es mayor creándose cavidades a través de las cuales el colorante puede difundirse en un sólido elástico.  Por condiciones de maquinaria se realizo el proceso de tintura por agotamiento a 98°C con empleo de carrier, lo ideal sería llegar a la temperatura de 130 °C.  A pHs muy altos ciertos colorantes dispersos que contienen grupos hidroxilo pueden tener mayor solubilidad en agua, como consecuencia estos se agotaran menos durante el teñido. La

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mayoría de los colorantes dispersos poseen la mayor estabilidad

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a pHs alrededor de 4 a 5.  Con la finalidad de mejorar las solideces al lavado y al frote, se realiza una limpieza reductora que remueve el colorante disperso

precipitado

superficialmente

que

necesita

ser

removido de la fibra de poliéster. En este lavado se destruyen los enlaces del cromóforo para ser solubilizados formando compuestos de menor peso molecular y como consecuencia solubles en el agua.

Se evidencia debido al cambio de

coloración observada en la solución reductora, para los Blue Terasil cambia a un color rojizo.  El tono final obtenido está influenciado por las características del poliéster, a las mismas condiciones de tintura las dos telas de poliéster 100% con y sin blanqueo óptico presentador diferencias significativas, e incluso al comparar sus curvas de remisión, los puntos de cruce de estas indican una fuerte metameria.  La tintura de fibras de poliéster ofrece la posibilidad de reutilizar la solución de baño teñido para botones de poliéster, en caso de no haberse llegado al agotamiento esperado.

Fig. N° 2 Lavado Reductivo

8. CONCLUSIONES 

Estos colorantes son casi insolubles en agua siendo necesario emplear un agente dispersante e incrementar la temperatura del baño a fin de influenciar la solubilidad, el colorante debe estar disuelto a 98°C.

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





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Los colorantes dispersos se pueden trabajar por debajo de su temperatura óptima de 130°C, empleando agentes transportadores como el Remol y obtener buenas igualaciones con una gradiente de temperatura de 1 °C/ min a partir de su temperatura de transición vítrea. En la tintura de la fibra de poliéster existen reales oportunidades para aumentar la productividad, reutilizando las soluciones de baño para teñidos de otros materiales que contengan poliéster como botones, encajes. Crear nuevos productos de teñido como se nos ocurrió la idea de teñir 2 botones de dos colores diferentes con la ayuda de un pabilo.

9. RECOMENDACIONES  Determinar previamente el volumen de la solución de baño que cubra por completo la canastilla donde ira la muestra. Modificar la masa del sustrato si es necesario o agregar la cantidad de agua necesaria para lograr que cubra la canastilla manteniendo el mismo pH agregando mas acido fórmico.

10.

BIBLIOGRAFIA Páginas Web:  Tintura de telas con Poliester Disponible en: http://www.redtextilargentina.com.ar/index.php/home/258.ht ml Consultado: 02/06/15

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MUESTRAS

Cliente: Universidad Nacional de Ingeniería Material: Poliéster Proceso: Col. Disperso R.B.: 1/20 Peso total: 6g Fecha: 06/06/15

1

2

3

4

5

Tela 100% Poliéster con blanqueo óptico

Blondas y elásticos

Rojo Terasil R

Conc.

Cantidad

1%

6 cc

Conc.

Cantidad

Conc.

Cantidad

Conc.

Cantidad

Conc.

Cantida d

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(1/100) Yellow Terasil 4G Rojo Terasil FBN Blue Terasil 3RL Blue Terasil BGE Carrier (1/10) Sulfato de amonio(1/10) Acido Fórmico (1/10) Setamol WS (1/10) Hidrosulfito Soda Caustica

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1%

6 cc

1%

6 cc 1%

6 cc 1%

6 cc

2.0 g/l 1.0 g/l

2.4 cc 1.2 cc

2.0 g/l 1.0 g/l

2.4 cc 1.2 cc

2.0 g/l 1.0 g/l

2.4 cc 1.2 cc

2.0 g/l 1.0 g/l

2.4 cc 1.2 cc

2.0 g/l 1.0 g/l

2.4 cc 1.2 cc

1.0 g/l 0.5 g/l

1.2 cc 0.6 cc

1.0 g/l 0.5 g/l

1.2 cc 0.6 cc

1.0 g/l 0.5 g/l

1.2 cc 0.6 cc

1.0 g/l 0.5 g/l

1.2 cc 0.6 cc

1.0 g/l 0.5 g/l

1.2 cc 0.6 cc

2 g/l 2 g/l

2.4 cc 2.4 cc

2 g/l 2 g/l

2.4 cc 2.4 cc

2 g/l 2 g/l

2.4 cc 2.4 cc

2 g/l 2 g/l

2.4 cc 2.4 cc

2 g/l 2 g/l

2.4 cc 2.4 cc

Volumen inicial agot.

108.6 cc

108.6 cc

108.6 cc

108.6 cc

108.6 cc

Volumen inicial Reduc.

115.2 cc

115.2 cc

115.2 cc

115.2 cc

115.2 cc

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