Teñido de lana y seda

1.2.1. Tintes ácidos

Los colorantes ácidos se componen de sistemas cromofóricos simples que se vuelven solubles en agua mediante la incorporación de grupos de ácido sulfónico. Cuando se disocian, estos tintes producen aniones de tinte cargados negativamente que interactúan con los grupos de amonio presentes en la fibra. Estos grupos amonio se forman a partir de grupos amino en presencia de ácido, por lo que esta clase de colorantes recibe su nombre.

Desde una perspectiva colorista, los tintes ácidos se clasifican según su afinidad. Este espectro de afinidad abarca desde tintes niveladores, tintes de molienda que absorben débilmente ácidos (nivelantes moderados) hasta tintes supermolidos de absorción neutra (poco nivelantes).

Generalmente, el tamaño de la molécula de tinte aumenta a lo largo de esta secuencia. La presencia de grupos alifáticos en la molécula del tinte mejora significativamente su unión a la lana, transformando los tintes niveladores en tipos que presentan resistencia al batanado.

Los grupos de ácido sulfónico no sólo determinan el número de posibles enlaces iónicos que se forman con la fibra, sino que también influyen en la hidratación, lo que contrarresta el proceso de unión.

En aplicaciones combinadas, es aconsejable seleccionar colorantes ácidos con un comportamiento de absorción similar. Los valores de combinación establecidos originalmente para los tintes de poliamida se adaptaron posteriormente para su uso con tintes de lana.

Durante el proceso de teñido, la adición de sal como aditivo puede tener efectos retardantes y nivelantes. Se cree que las concentraciones más altas de iones sulfato compiten con los aniones colorantes por los grupos amonio en la fibra.

Esta competencia debilita la atracción electrostática entre el tinte y la fibra, debido principalmente a las fuerzas culombicas. El efecto debilitante disminuye al aumentar el pH. Por otro lado, los aditivos salinos promueven la agregación de moléculas de tinte, lo que conduce a una mayor unión.

Los procesos de teñido varían para los diferentes tipos de tintes ácidos para lana, particularmente en lo que respecta al rango de pH empleado. Cuanto mayor sea la afinidad del tinte por la fibra, mayor será el valor de pH inicial para suprimir el componente de unión iónica.

El proceso de teñido normalmente comienza a 60 °C para tintes niveladores, 50 °C para tintes de molienda y 30 °C para tintes de súper molienda. Se deja que el ácido reaccione con la fibra durante 10 minutos, seguido de la adición de sal después de otros 10 minutos.

Luego se añade el tinte disuelto después de 10 minutos más. El sistema se calienta durante 30 a 45 minutos hasta que alcanza una temperatura final de 95 °C y luego se tiñe adicionalmente a 95 °C durante 45 a 90 minutos. La adición de ácido hacia el final del proceso de teñido asegura el agotamiento del baño de tinte.

Posteriormente se realiza un enjuague tibio y frío. En algunos casos, el teñido se puede realizar a 80°C. Los tintes de molienda requieren la adición de un agente nivelador. El teñido tricrómico se puede lograr utilizando tintes niveladores, mientras que los tintes de molienda pueden requerir la selección de un tinte con un tono y matiz similares para lograr el color deseado.

Para mejorar la solidez, la resistencia a la humedad de la lana clorada tratada con resina sintética (como poliamida-epiclorhidrina o poliuretano) se puede mejorar mediante el uso de compuestos de metilol amida.

Tanto la solidez como las propiedades antifieltro se pueden mejorar aplicando un compuesto policuaternario (un compuesto con múltiples grupos cuaternarios), como Basolan F (BASF) o Sandofix L (Sandoz). Los productos de condensación aniónica pueden crear una barrera en la superficie de la fibra, reduciendo el sangrado de tintes aniónicos, por ejemplo, Mesitol HWS (Bayer).

1.2.2. Tintes de cromo

Los tintes de cromo son un tipo específico de tintes ácidos que forman complejos con iones de cromo. Durante la formación de complejos, se produce un cambio significativo de tono debido a la superposición de múltiples estados excitados, lo que resulta en un oscurecimiento del tono.

El proceso de formación de complejos tiene lugar en un ambiente fuertemente ácido, en el que participan donadores de electrones (ligandos) del cromóforo y de la fibra. El cromo, que actúa como átomo central del complejo, sirve como puente entre el tinte y la fibra, formando un enlace fuerte que contribuye a excelentes propiedades de solidez.

El cromo se une a la fibra sustituyendo hidrógeno en los grupos -COOH o -OH, así como mediante la utilización de pares de electrones solitarios de los grupos >CO, -NH2 o -N=N-, formando enlaces dativos.

Para facilitar la formación de complejos, los colorantes deben contener grupos funcionales adecuados:

1. Grupos monofuncionales: como el ácido salicílico o los tipos alizarina.
2. Grupos bifuncionales: representados por grupos o,o’-dihidroxiazo.

El cromo (III) con un número de coordinación de 6 actúa como átomo central del complejo. Está formado a partir de dicromato, que es reducido por la fibra. Los ácidos fuertes tienen un efecto activador en este proceso, y el efecto reductor de la lana puede potenciarse con ácidos orgánicos como el tartárico, el láctico o el fórmico.

El tiosulfato también actúa como agente reductor, aumentando la velocidad y el grado de conversión en el cromado y reduciendo el daño a las fibras. Bajar la temperatura desde la temperatura de ebullición a 90°C ayuda a proteger la fibra.

En el pasado, la cantidad requerida de dicromato era típicamente del 50 % según el tinte utilizado, pero no menos del 0,25 % ni más del 2,5 % según la fibra. Sin embargo, se han logrado reducciones significativas en el contenido de dicromato de potasio.

Se utilizan agentes auxiliares para dispersar tintes de cromo y formar aductos con ellos. Estos aductos solo se descomponen a la temperatura de ebullición, lo que reduce la cantidad de grupos amino libres disponibles para la formación de complejos y requiere menos ácido. Esto conduce a un teñido más uniforme y a una reducción del teñido con puntas. Como coadyuvantes adecuados se incluyen alcoholes grasos etoxilados, alquilfenoles y aminas grasas.

Se emplean dos métodos principales para la aplicación de tintes de cromo:

1. Método de postcromado (Tintes reveladores de cromo): El proceso comienza con un licor de tinte preparado con ácido fórmico, sulfato de sodio calcinado y protector de lana. El teñido comienza a 40°C y el tinte disuelto se añade después de 10 minutos. Luego se calienta el sistema y se realiza el teñido a 90°C durante 30-45 minutos.

Si el agotamiento del baño es insuficiente, se añade ácido fórmico y se continúa con la tinción. A continuación se croma enfriando el baño, añadiendo dicromato de potasio y calentando a 90-100°C durante 30-45 minutos. Se añade sulfato de sodio para desprender el cromato ligado de la lana y se neutraliza con amoniaco.

2. Método de cromado en un baño (proceso metacromo): este método implica la difusión del tinte antes de la formación del complejo. El licor colorante se prepara con mordiente de metacromo (una mezcla de cromato de sodio y sulfato de amonio) y sulfato de sodio cristalino.

El sistema se calienta lentamente y se tiñe a temperatura de ebullición durante 45-90 minutos. El baño se agota añadiendo ácido acético poco antes de que se complete el teñido.

Se pueden utilizar diversos auxiliares como Albegal W, Avolan AV, Lyogen MS, WD, Lyocol CR, Syntegal V7 (Ciba–Geigy), Uniperol O (BASF), entre otros. Estos auxiliares ayudan en el proceso de teñido y mejoran las propiedades de los tintes de cromo.

1.2.3. Tintes complejos metálicos 1:1

Los tintes de complejos metálicos presentan similitudes químicas con los tintes de cromo. Sin embargo, el riesgo de daño a la fibra se minimiza a medida que el complejo se forma durante la etapa de producción del tinte.

El proceso de teñido se realiza en un medio de ácido sulfúrico con alta acidez (pH 1,9-2,2). Los grupos amino de la fibra se transforman en forma de amonio, estableciendo enlaces iónicos con el anión colorante. En este entorno, los grupos amino no están disponibles como ligandos.

Sólo durante el enjuague, a medida que aumenta el pH, se pueden incorporar al complejo reemplazando los acuoligandos. La adición de auxiliares, como alcanoletoxilatos, permite reducir la cantidad de ácido requerido (pH 2,5-3), ya que forman compuestos con el tinte, suprimiendo la formación de complejos.

Esto da como resultado un proceso de teñido más lento y uniforme. Con mezclas anfóteras sinérgicas de agentes auxiliares, el teñido se puede realizar incluso a niveles de pH más altos (3,5-4).

El proceso de teñido depende de la proporción del licor, y el baño se ajusta con ácido sulfúrico (96%) a una concentración de 2-6 g/L para lograr el rango de pH deseado (1,9-2,2 o 2,5 con presencia de 1-2 g/L de auxiliares).

Después de la adición de sulfato de sodio calcinado (5-10 g/L), el material se sumerge en el licor de tinte durante 10 minutos a una temperatura de 40-50°C. Posteriormente se añade el colorante disuelto y tras otros 10 minutos se calienta el sistema de forma gradual durante un periodo de 30-45 minutos.

A continuación se tiñe a temperatura de ebullición durante 90 minutos. En el baño de enjuague final se puede incluir amoniaco (25%) a una concentración de 1-2 ml/l o acetato de sodio (2-3 g/l). Es posible bajar la temperatura a 80°C cuando se utiliza una amina grasa etoxilada en un ambiente ácido (pH 1,9-2,2).

Ejemplos de gamas de tintes incluyen Chromolan (Ostacolor), Inochrom (Zeneca), Neolan (Ciba–Geigy) y Palatinecht (BASF).

Se pueden emplear varios auxiliares, como Albegal NF, Albegal Plus (Ciba–Geigy), Avolan S, SCN (Bayer), Lyogen WD (Sandoz), Syntegal V7 (Ostacolor), Uniperol O y Uniperol SE (BASF).

1.2.4. Tintes complejos metálicos 1:2

Los complejos metálicos se forman en una proporción molar de 1:2 en el rango de pH débilmente ácido. Normalmente, dos cromóforos se coordinan con un átomo central, como el cromo (Cr) o el cobalto (Co). El átomo central está situado entre los dos cromóforos, a menudo dispuestos perpendicularmente entre sí.

La alta afinidad por la fibra se atribuye al gran tamaño de las moléculas del tinte, su forma compacta y esférica y su carga negativa.

Inicialmente, se evitó la incorporación de grupos de ácido sulfónico en las moléculas de tinte para excluir interacciones iónicas adicionales entre la fibra y el tinte, con el objetivo de lograr una mejor uniformidad en el teñido. En cambio, la solubilidad en agua se logró incorporando grupos metilsulfona (–SO2–CH3) o sulfonamida (–SO2–NH2).

Sólo después de 1960 comenzaron a encontrar aplicación los colorantes que contenían grupos de ácido sulfónico. Estos tintes tienen ventajas en términos de producción rentable, mayor rendimiento y solubilidad en frío.

Generalmente, su resistencia a la humedad es ligeramente mayor en comparación con los tintes que contienen grupos metilsulfona y sulfonamida. Sin embargo, los tintes que contienen dos grupos de ácido sulfónico son particularmente propensos a teñir de forma no uniforme.

Para mitigar esto se añaden agentes auxiliares, especialmente aminas grasas etoxiladas, formando aductos con el colorante. Estos aductos se descomponen a temperaturas más altas. El efecto nivelador se ve reforzado por la adición de sal de Glauber.

Dado que la formación de complejos colorantes 1:2 se produce en un medio débilmente ácido, se pueden aplicar sobre lana en las mismas condiciones. Esto permite un proceso de teñido suave que evita ataques oxidativos por Cr(VI) o ataques hidrolíticos por ácido sulfúrico.

El proceso de teñido implica agregar sulfato de amonio (1-2 g/L) o acetato de amonio (2-4 g/L) (pH 5,5) al licor. Después de una ejecución previa a 30-50°C durante 10 minutos, se añade el tinte disuelto. El sistema se calienta gradualmente durante 30 a 60 minutos y se tiñe a temperatura de ebullición durante 30 a 60 minutos.

Cuando se utilizan auxiliares (1-2 g/L), el teñido se realiza con la adición de ácido acético (30%) (1-3 g/L) (pH 4,5-5) y sulfato de sodio calcinado (1-2 g/L). ). La dosificación de ácidos mediante sistemas de control y seguimiento también es una opción viable. Después del enjuague, se emplea ácido fórmico (1-2 g/L) para acidificar y mejorar la sensación y la resistencia a la humedad.

Se utilizan varios agentes auxiliares, incluidos Albegal A, SET, SW (Ciba-Geigy); Avolan IL, IS, IWN, UL75 (Bayer); Eganal SZ (Hoechst); Lyogen FN, MS (Sandoz); Remol U (Hoechst); Uniperol SE, W (BASF); Unisol WL (Zeneca); Wofalansalz EM (Wolfen).

1.2.5. Tintes reactivos

Los tintes reactivos para lana son conocidos por producir colores vibrantes con buena solidez del color. Sin embargo, se diferencian de los colorantes reactivos utilizados para las fibras de celulosa debido a la reactividad considerablemente mayor de los grupos amino de la lana en comparación con los grupos hidroxilo de la celulosa. Para lograr un teñido uniforme y nivelado en lana, es necesario reducir la reactividad del tinte y agregar un agente auxiliar.

La lana contiene varios grupos reactivos, incluidos grupos amino, imino e hidroxilo, siendo los grupos amino los más importantes. Las reacciones de teñido tienen lugar en un medio débilmente ácido con un rango de pH de 3 a 5.

Estas reacciones implican sustitución nucleofílica de grupos salientes (típicamente Cl, F y ocasionalmente grupos sulfonato o amonio) o reacciones de adición de dobles enlaces alifáticos polarizados.

Los dos primeros grupos ancla mencionados, N-metiltaurina etilsulfona y β-sulfatoetilsulfona, ofrecen la ventaja de tener grupos funcionales enmascarados al comienzo del proceso. Esto evita que se produzcan reacciones prematuras por debajo de la temperatura de ebullición. Además, una mayor solubilidad permite un teñido nivelado. Los tintes bifuncionales como Drimalan y Lanasol pueden tener un efecto de reticulación en la lana.

El pH juega un papel crucial en el proceso de teñido. En el rango ácido, se forman enlaces iónicos entre el tinte y la fibra, lo que permite la migración del tinte. A pH 5, la unión covalente a la fibra se vuelve predominante.

El proceso de teñido implica agregar un agente auxiliar (1-2 g/L) al licor y ajustar el pH a 3-4 usando ácido fórmico o 1-3 g/L de ácido acético. El proceso comienza a 40°C y el tinte disuelto se agrega después de 10 minutos. Después de 20-30 minutos, el pH se ajusta a 5-6 usando dihidrogenofosfato de sodio. La tinción se realiza a temperatura de ebullición durante 1 hora.

Para eliminar el tinte hidrolizado se realiza un postratamiento durante 15 minutos a 80°C con la adición de 1,5 g/L de amoníaco (pH 8,5-9,0). El baño de enjuague final está ligeramente acidificado.

Hay varios agentes auxiliares disponibles, incluidos Albegal B (Ciba-Geigy), Avolan REN (Bayer), Eganal GES (Hoechst) y Lyogen FN (Sandoz).

1.2.6. Tintes de tina, ésteres leuco de tintes de tina

Históricamente, los tintes de tina tuvieron una importancia significativa en el teñido de lana. El índigo, en particular, era venerado como el «rey de los tintes» debido a su incomparable solidez del color en la lana. Hasta mediados de la década de 1950, la tela azul marino se teñía predominantemente con índigo.

Sin embargo, la aplicación de índigo planteó desafíos debido al impacto perjudicial de los agentes reductores y los álcalis en la lana. Como resultado, las prácticas de teñido modernas se han alejado del índigo, el tioíndigo y sus derivados, reemplazándolos con clases alternativas de tintes con los que es más conveniente trabajar.

1.3. Tecnología de teñido

La lana se tiñe comúnmente de dos formas: flocada (fibras sueltas) y flameada (hebras gruesas de fibra). Sin embargo, existe una tendencia creciente hacia los métodos de teñido de piezas e hilos.

El teñido de piezas y el teñido de hilos se pueden realizar utilizando máquinas de teñido por desbordamiento, reemplazando la necesidad de máquinas de teñido con cabrestante y viga o jiggers, especialmente cuando el material ha sido pretratado para que no se encoja.

Para artículos de lana de alta calidad fabricados con hilos finos, es necesario un proceso de tratamiento suave.

El teñido de lana generalmente se realiza a la temperatura de ebullición o cerca de ella, lo que puede provocar la degradación de la fibra. En algunos casos, la temperatura se puede bajar a 80-90°C. Sin embargo, es posible que se requieran temperaturas de teñido más altas cuando se utilizan tintes mal nivelados.

El límite superior de temperatura generalmente aceptado es 108°C, excepto en el caso de teñir mezclas de poliéster y lana mediante un proceso de alta temperatura, donde el límite puede elevarse a 120°C. Para mitigar la degradación de la fibra, se agrega formaldehído al licor de tinte, que forma puentes de metileno en la fibra y estabiliza la queratina contra la degradación hidrolítica.

La selección de tintes para lana para diferentes aplicaciones depende de sus capacidades de absorción y nivelación.

Los procesos de teñido continuo se emplean comúnmente para teñir flameados. En este método se añade al licor de relleno un agente espesante a base de goma guar o de algarroba eterificada, junto con un agente auxiliar especial y un ácido o un donante de ácido. El trifluoruro de cromo se utiliza a menudo como agente de cromado. Después del acolchado, el material se somete a un tratamiento con vapor durante 15 a 60 minutos.