| Segunda
Parte / El proceso
industrial textil, de la materia prima a los acabados de las telas |
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Capítulo
13
Cinética
de la tintura |
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| 1.
La difusión del colorante. 1.1 Leyes de Fick. Coeficiente
de difusión. 1.2 Factores de difusión. 2.
Velocidad de tintura. 2.1 Los factores influyentes en la
velocidad de la tintura. 3. Poder igualador de un colorante. 4.
Compatibilidad de colorantes. |
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DEFINICION
La tintura es el proceso en el que la materia textil, al ser puesta
en contacto con una solución de colorante, absorbe éste de
manera que habiéndose teñido ofrece resistencia a devolver
el colorante al baño. El proceso molecular tintóreo es
lo que llamamos cinética tintórea. En torno a esta definición
de tintura, establezcemos dos principios fundamentales:
-
Que la tintura consiste en una compenetración entre colorante
y fibra, que no es el recubrimiento exterior de una fibra con un colorante,
sino absorción de colorante al interior de la fibra.
-
Que es un proceso de efecto durable; si una fibra se destiñe
fácilmente es que no ha sido teñida.
Lo mismo en teoría que experimentalmente en el laboratorio, se puede
seguir el proceso tintóreo a nivel molecular, observando las diferentes
fases por las que atraviesa una molécula de colorante:
Difusión: Movimiento de la molécula a través
del líquido en el que se deposita, acercándose a la fibra
textil.
Absorción: Contacto de la molécula de colorante
con la fibra y penetración en su cuerpo físico.
Difusión sólida: La difusión del colorante
a través del interior de la fibra.Fijación: Es el establecimiento
de enlaces estables entre las moléculas de la fibra y de colorante. Llegado a
este punto de fijación se puede decir que el colorante ha teñido la fibra y el
proceso de tintura ha terminado, estando todas las moléculas de fibra
enlazadas con moléculas de colorante.
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1. La difusión del colorante
Existen diversos factores que condicionan la difusión del colorante,
acelerando o retardándolo, por ejemplo: el estado de agregación
del colorante, la estructura cristalina de estas moléculas, las
fuerzas de repulsión eléctrica desde las fibras o el tamaño
de los "poros" amorfos en la estructura cristalina molecular de la fibra.
Las moléculas del colorante que hay en una solución tintórea
pueden agregarse formando macromoléculas, además de existir
monomoléculas en el mismo baño. Pero sólo en agregación
monomolecular este colorante puede ser absorbido por la fibra a tintar;
cada monomolécula absorbida desplaza el equilibrio de agregación
hacia la formación de más monomoléculas. Cuanto más
alto es el índice de agregación del colorante más
bajo será el de la velocidad de difusión de ese colorante.
La velocidad de tintura está en relación con la velocidad
de difusión del colorante.
La difusión del colorante se manifiesta exteriormente por lo
que llamamos la igualación, la apariencia de regularidad
y uniformidad que presenta la materia teñida. |
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1.1 Leyes de Fick
Coeficiente de difusión
En el principio del proceso tintóreo el colorante se distribuye
en forma anular alrededor de la fibra; ello hace que en la superficie de
esa fibra haya una elevada concentración de colorante y muy escasa
o nula en su interior. Esa concentración exterior provoca el flujo
de colorante hacia el centro del cuerpo a tintar. Las leyes de funcionamiento
de este flujo son llamadas Leyes de Fick.
La primera ley de Fick dice que el flujo de las moléculas
de colorante es directamente proporcional al gradiente de concentración.
J es el flujo y d C / dX
es el gradiente de concentración.
D es la constante correspondiente al coeficiente de difusión.
El sentido negativo (-) es consecuencia del sentido del gradiente
de concentración, que es opuesto al del flujo.
El coeficiente de difusión se mide en cm2/seg.
Esta ley postula una relación lineal entre el flujo y el gradiente
de concentración. Sin embargo no da idea de la variación
de la concentración de colorante en el interior de los materiales
en relación al tiempo.
La segunda ley de Fick establece la relación temporal
T
de concentración:
d C
d C
C
------- = --------- D ---
d T
d X
X |
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1.2 Factores de difusión
Los factores más influyentes en el coeficiente de difusión
son los siguientes:
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concentración del colorante
-
afinidad
-
electrolito
-
temperatura
-
substrato
-
peso molecular del colorante
-
constitución del colorante
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1.2.1 Concentración del colorante
Con el aumento de la concentración del colorante
en el substrato aumenta el coeficiente de difusión; éste
se da siempre como aparente y se mide por la curva de agotamiento.
El coeficiente de difusión D varía
de cero a infinito, según varía la concentración C
de cero a infinito
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Al estudiar los colorantes posteriormente veremos que a cada tipo de fibra
se le aplica un tipo de colorante; ello es necesario porque en la tintura
el sistema fibra/colorante es fundamental. Por esta razón las tres
curvas de agotamiento del ejemplo son bien distintas.
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Col. dispersos
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Col. directos
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Col. ácidos y básicos
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1.2.2 La afinidad colorante-fibra. Para el caso de la
afinidad colorante-fibra, ésta no es directamente proporcional al
coeficiente de difusión. Si se trata de una elevada afinidad, la
tintura es rápida en el inicio de la penetración en la fibra,
pero enseguida se ralentiza por la propia concentración del colorante
en ese principio que frena más partículas de colorante con
las suyas propias.
Las capas exteriores se tintan mucho y las interiores
muy poco y muy despacio. Con baja afinidad, si bien el coeficiente puede
que no aumente, sin embargo la penetración al interior es más
uniforme. Puede verse el fenómeno en una sección transversal
de una fibra al microscopio.
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Gran afinidad
Baja afinidad
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| 1.2.3 La presencia de sal (electrolito)
en el baño influye en la atracción-repulsión entre
la fibra y el colorante; en ese sentido es como influye en el coeficiente
de difusión. Para la tintura que precisa de electrolito, hay un
grado óptimo de concentración de sal. |
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| 1.2.4 La temperatura es proporcional al coeficiente de
difusión. Aumentar temperatura es agregarle energía al baño. |
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1.2.5 El substrato a tintar es determinante en todo proceso
tintóreo.
Ya se ha visto que en algunas estructuras moleculares el colorante
sólo puede ocupar las regiones amorfas de los mismos, no pudiendo,
por ejemplo, romper la estructura cristalina de la formación molecular
de esa fibra. Las fibras sintéticas una vez hiladas se someten a
un estirado considerable, en el que la macromolécula se alarga y
quedan sus cristales orientados unidireccionalmente. En esas condiciones
es muy difícil que el colorante se aloje en el interior de la fibra.
Lo mismo ocurre con el termofijado (tratamiento de las fibras a alta temperatura,
100? C en húmedo, 200? C en seco) para fijar sus dimensiones; la
estructura de la fibra se altera y altera (puede alterar) el alojamiento
del colorante en su interior.
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