3.1.0- CLASIFICACIÓN QUÍMICA DE LOS COLORANTES
La gran cantidad de colorantes disponibles actualmente se pueden clasificar, con un criterio químico estricto, en aproximadamente treinta grupos. Sin embargo es aceptada una clasificación más sencilla en diez grupos principales. Estos grupos son: 1) Azo, 2) Azo-Estilbeno, 3) Básicos, 4) Antraquinónicos, 5) Tina antraquinónicos, 6) Tina indigoides, 7) Sulfurosos, 8) Metalizables y Pre-metalizados, 9) Reactivos y 10) Colorantes no solubles.
3.1.1- Colorantes Azo
Es el grupo más numeroso: constituye el 50 % ó más de todos los colorantes que se producen actualmente. Dentro del grupo los hay capaces de teñir fibras naturales, artificiales o sintéticas. Son relativamente fáciles de producir, utilizar y, en general, sus precios son moderados. El grupo presenta una gran diversidad de tonos pero no muy brillantes, quizás con la excepción de los amarillos y naranjos. Los primeros colorantes azo eran, en general, de bajas solideces húmedas y a la luz pero en las últimas décadas, gracias al esfuerzo en investigación y desarrollo de las grandes firmas productoras, estas propiedades han ido mejorando. Todos los colorantes azo contienen el grupo cromóforo – N = N – ubicado entre dos grupos aromáticos. Son producidos en dos etapas: diazotación y copulación.
La reacción de diazotación (Peter Griess,1858) se realiza tratando una amina aromática primaria con un exceso de ácido (como p.ej. ácido clorhídrico) y nitrito de sodio, obteniéndose así una sal de diazonio. Por ejemplo, tratando de esta manera a la anilina se obtiene cloruro de bencendiazonio. Las sales de diazonio son, en general, compuestos inestables y muy reactivos por lo que es necesario producirlas enfriando y protegiendo de la luz intensa. Por su carácter explosivo las sales de diazonio más simples se preparan en solución y se usan inmediatamente. En algunos casos, las de mayor peso molecular pueden ser producidas sin peligro como sales sólidas estables.
La propiedad más importante de las sales de diazonio es la de combinarse (o “copularse”) fácilmente con los fenoles, en solución alcalina, para formar moléculas colorantes. Así el cloruro de bencendiazonio se copula con el fenol para dar p-hidroxiazobenceno, una sustancia amarilla, insoluble en agua, sin mayor aplicación práctica. Sin embargo si el cloruro de bencendiazonio se copula con ββββ-naftol se obtiene un colorante insoluble en agua, de color naranja, apto para colorear aceites, grasas, ceras y barnices. En cambio, si el ácido sulfanílico es diazotado y luego copulado con ββββ-naftol se obtiene un colorante soluble en agua, conocido como Naranja II, apto para la tintura de lana.
Las sales de diazonio pueden también copularse con aminas aromáticas obteniéndose compuestos aminoazos que pueden re-diazotarse y luego volver a copularse con otras aminas o fenoles para obtenerse compuestos disazo y sucesivamente trisazo, tetrazo, etc. Sin embargo, los colorantes no contienen más de cuatro grupos azo en su molécula. Al aumentar los grupos azo en la molécula, el color del colorante va cambiando del amarillo al naranja, al rojo, al violeta, al azul y al verde. Si el aumento de grupos azo conjugados es excesivo se obtienen tonos cada vez más apagados. Los colorantes monoazo, de bajo peso molecular y con grupos ácidos solubilizantes, son aptos para la tintura de lana (con buena igualación pero malas solideces húmedas) utilizándose también alguno de ellos para la producción de pigmentos. Los colorantes disazo (y también algunos poliazo), de mayor peso molecular, se utilizan preferentemente para la tintura del algodón pero muchos de ellos, también para la tintura de lana (ver Secc. 830 “Tintura de Fibras Textiles”). A
(como p.ej. los “directos” para algodón).
Algunos colorantes azo insolubles se pueden copular directamente dentro de la fibra de algodón (ver
Colorantes Azoicos en Tintura de Algodón, Secc. 830). En el Color Index los dos componentes que
entran en esa reacción se clasifican como “Azoic Diazo Compunds” and “Azoic Coupling Compounds”. Como los derivados del naftol son el 75% o más de los compuestos de copulación que se utilizan normalmente a estos compuestos, a veces, se les llama genéricamente “Naftoles”. 3.1.2- Colorantes azo-estilbeno
Aunque la gran mayoría de los colorantes azo se hacen por diazotación y posterior copulación - como vimos en la sección anterior - hay otros métodos por los que pueden obtenerse. Uno de estos es utilizado en la producción de los colorantes azo-estilbeno, llamados así pues todos contienen el grupo estilbeno:
Estilbeno (+)
En general el intermediario de partida para la síntesis de estos colorantes es el ácido 4-nitrotolueno-2-sulfónico, un compuesto en el que el grupo metilo está activado por los otros dos grupos electronegativos. Calentando este compuesto con soda cáustica se produce la oxidación del grupo metilo a expensas del grupo nitro, obteniéndose un colorante amarillo que consiste en una mezcla de derivados del estilbeno conteniendo grupos azo y azo oxidados (o azoxi). A este procedimiento básico se le pueden introducir muchas variantes obteniéndose colorantes con diferentes propiedades según el fabricante que los produzca. Los colorantes de este grupo son aptos para la tintura del algodón y el rayón viscosa, obteniéndose tonos brillantes y de buenas solideces a costos relativamente bajos.
3.1.3- Colorantes básicos
Como ya fue mencionado en el capítulo anterior, la industria de los colorantes sintéticos comenzó con el descubrimiento, en 1856, por William Perkins, de un colorante básico, la mauveina. Perkins, después de un intento fallido de preparar quinina por oxidación de alil-toluidina, procedió a oxidar una muestra de anilina cruda que contenía orto y para-toluidina como impurezas. De la mezcla de los productos resultantes de esa reacción, separó una pequeña cantidad de un colorante violáceo al que, años después, se le clasificó como perteneciente al grupo de las azinas y se le asignó la siguiente estructura:
En los años siguientes al descubrimiento de Perkins otros investigadores sintetizaron más colorantes básicos, la mayoría de ellos del grupo de los trifenilmetanos pero también pertenecientes a los grupos de las oxazinas, tiazinas, acridinas y xantanos. A continuación damos las estructuras de algunos de los colorantes más representativos de esos grupos:
Verde Malaquita Azul Meldola (grupo del Trifenilmentano) (grupo de la Oxazina)
Azul de metileno Acriflavina (grupo de la Tiazina) (grupo de la Acridina)
Rodamina B Fluoresceina (grupo del Xantanos) (grupo del Xantanos)
Estos colorantes se puede obtener en una gran gama de tonos y se destacan por su extraordinario brillo y gran poder tintóreo. Inicialmente se utilizaron para la tintura de lana y seda, pero luego se dejaron de utilizar debido a sus muy bajas solideces a la luz. Actualmente se utilizan en la producción de tintas de imprenta, en la coloración de papel, crayones, cosméticos, etc.
Los colorantes básicos (o catiónicos) no tienen afinidad por el algodón. Sin embargo si el algodón se trata previamente con un mordiente, consistente en una mezcla de ácido tánico y tartrato ácido de sodio, se obtienen tinturas firmes debido a la formación de tanatos insolubles. Estos tanatos insolubles, preparados por separado, se pueden utilizar como pigmentos, que poseen también un gran brillo y muy baja solidez a la luz. Sustituyendo, como precipitante, el ácido tánico por ácido fosfo túngstico molíbdico se han obtenido pigmentos de mayor solidez a la luz.
Los colorantes básicos (o catiónicos) tiñen al poliacrilonitrilo - cuya molécula polimérica contiene grupos terminales ácidos - obteniéndose colores brillantes con solideces a la luz de aceptables a muy buenas. Una gran cantidad de colorantes básicos se han desarrollado para la tintura de fibras de poliacrilonitrilo. Algunos ejemplos:
Rojo Básico 18
Amarillo Básico 3G
Algunos de estos colorantes básicos al ser sulfonados, pierden su carácter básico y dan como resultado colorantes ácidos con grupos sulfónicos ácidos en su molécula. Estos colorantes son de gran brillo, moderada solidez a la luz y muy buenas solideces húmedas. Junto con los colorantes ácidos azo se utilizan mucho para la tintura de lana (ver Secc. 830, “Tintura de Lana”)
3.1.4- Colorantes antraquinónicos
La alizarina es un colorante antraquinónico de color rojo anaranjado que se extrae de la raíz de una planta originaria de la India, la “rubia tintórea”, conocida y utilizada desde la Antigüedad. Después del índigo, la alizarina es el colorante natural históricamente más importante. Se utilizaba en la tintura de algodón previamente mordentado con alumbre, sustancia con la que se fijaba dentro de la fibra, obteniéndose así muy buenas solideces húmedas. Con el uso de otros mordientes, en lugar del alumbre, se obtenían distintos tonos de rojo, púrpura y marrón.
En 1868 se logra la síntesis de la alizarina seguida después de la síntesis de otros colorantes antraquinónicos. Estos colorantes sintéticos son muy apreciados en la tintorería industrial por su alto brillo y excelentes solideces a la luz y al lavado. A pesar de su relativamente alto precio son muy utilizados para obtener tonos brillantes en la tintura de lana y poliamida,
Verde G
Azul G Verde B
Los grupos de colorantes azo y antraquinónicos son en cierto modo complementarios pues permiten al tintorero disponer de una gama amplia de tonos de alta solidez a la luz. Los colorantes azo suministran los tonos amarillos, naranjas y rojos, mientras que los antraquinónicos (o
“alizarínicos” como se les llama a veces) suministran los tonos azules, verdes y violetas. Los
marrones y negros se obtienen por mezcla. 3.1.5- Colorantes tina antraquinónicos
Una mención especial merecen los colorantes tina antraquinónicos, ya que son de gran importancia comercial para la tintura de algodón. Los colorantes “tina” (en inglés “vat dyes”) son colorantes insolubles en agua que al ser tratados con un agente reductor, se hacen solubles en solución alcalina. Con el producto reducido, soluble y casi incoloro (al que se le llama “leuco forma”) se impregna el algodón. Luego, exponiendo al aire el algodón así impregnado - o tratándolo con agentes oxidantes apropiados - la “leuco forma” se oxida y se transforma en un colorante insoluble, que queda retenido mecánicamente dentro de la fibra. De tal manera se obtienen tinturas de muy buenas solideces húmedas.
Esta característica de los colorantes tina se debe a la presencia en la molécula de dos o más grupos cetónicos. La reducción los convierte en grupos ≥C – OH que, en presencia de álcalis, forman sales solubles en agua. En general estos colorantes están formados por estructuras policíclicas con hasta diecinueve anillos condensados, construidas a partir de la antraquinona o sus derivados. Algunos ejemplos típicos:
Naranja Oro G Azul XRN
Verde Jade XBN
Marrón Oscuro 3R
Los colorantes tina antraquinónicos cubren un amplio espectro de tonos que van desde el amarillo al verde. Se utilizan casi en forma exclusiva para el teñido de algodón y otras fibras celulósicas, como el rayón viscosa, obteniéndose solideces excelentes.
Como la forma reducida o “leuco forma” de los colorantes tina antraquinónicos es muy inestable se trató de estabilizarla preparando ésteres sulfúricos, conteniendo el grupo –OSO3H. Estos productos pueden ser comercializados en forma de polvos estables, solubles en agua, que pueden utilizarse en procesos de teñido sencillos en los que solo se requiere el uso adicional de un ácido oxidante. La aplicación principal de estos colorantes es en estampación textil y en la tintura de algunos tonos pastel.
3.1.6- Colorantes tina indigoides
Históricamente el miembro principal de este grupo es el índigo que, durante siglos, fue preparado en grandes cantidades a partir de una planta originaria de la India, la “indigofera tintorea”, y utilizado para la tintura del algodón y otras fibras celulósicas. Su forma reducida, glucósido de indoxilo o
indican, es hidrosoluble y su forma oxidada, que es como está presente en la planta, es insoluble. Nótese que la estructura del índigo, al igual que la de los colorantes tina antraquinónicos, se caracteriza por tener en su molécula dos grupos cetónicos.
Indigo
Hacia el final del siglo XIX el índigo fue obtenido por síntesis química y durante el siglo XX se fueron sintetizando otros que derivaron, en su gran mayoría, de la estructura básica del índigo. Un ejemplo es el tioíndigo obtenido de sustituir los dos grupos – NH – por átomos de azufre, y que es un colorante rojo del que derivan otros importantes colorantes.
Indigo
El 6:6’-dibromoindigo, “púrpura de Tiro” o “púrpura imperial”- llamado de esas dos últimas formas por ser obtenido de caracoles que se recogían cerca de la costa de la ciudad fenicia de Tiro y por ser utilizado para teñir de púrpura las capas de los emperadores romanos - es otro colorante indigoide históricamente importante.
3.1.7- Colorantes sulfurosos
Aún hoy, a más de cien años del descubrimiento del primer miembro de este grupo, se sabe poco de la estructura química de estos colorantes. Son producidos por calentamiento de algunos productos intermediarios con azufre o con soluciones de azufre en sulfuro de sodio. En consecuencia todos ellos contienen azufre en su molécula, son insolubles en agua pero solubles en soluciones de sulfuro de sodio.
Generalmente estos colorantes, en soluciones de sulfuro de sodio, se comportan de manera similar a una “leuco forma”, ya que al ser absorbidos por el algodón - y ser este expuesto al aire o a la acción de agentes oxidantes - vuelven a transformarse, dentro de la fibra, en colorantes insolubles. Se obtienen así tinturas de muy altas solideces al lavado.
otras fibras celulósicas. Los hay de colores que van del amarillo al verde oliva, pero los de color negro y azul son los más importantes. No hay, sin embargo, un buen rojo y los colores son en general poco brillantes en comparación con los de los colorantes azo.
Las soluciones de los colorantes sulfurosos tienen en general sustancias insolubles en suspensión lo que genera problemas en la tintura en “empaquetado” (ver Cap. 840, “Equipos y Procedimientos de
Tintura”). Sin embargo, se pueden producir colorantes sulfurosos derivados del ácido tiosulfónico
que dan soluciones acuosas claras y estables. Estas soluciones no tienen sustantividad sobre el algodón a menos que sean reducidas con sulfuro de sodio pero tienen la ventaja, además de no tener sustancias insolubles en suspensión, de producir tinturas mejor igualadas, con solideces equivalentes a las que se obtienen con los colorantes sulfurosos convencionales.
3.1.8- Colorantes metalizables y premetalizados
Antiguamente, para fijar la tintura con colorantes naturales, se usaban óxidos y sales metálicas como “mordientes”. La función de estos “mordientes” era la de actuar como reactivos que insolubilizaran al colorante de manera que este quedara fijado mecánicamente dentro de la fibra y el resultado fuera una tintura con alta solidez al lavado. El color obtenido variaba según el metal del óxido o sal que se usara.
Una vez desarrollados los colorantes sintéticos, se comprobó que la solidez al lavado de la lana teñida con colorantes antraquinónicos (que contuvieran grupos hidroxilos) o con colorantes o:o’-dihidroxiazo y algunos otros, mejoraba notablemente con un tratamiento posterior con dicromato de sodio o de potasio. Un resultado similar se obtenía a veces si la lana era tratada con dicromato antes o durante la tintura. Este notable aumento de la solidez al lavado es debido a la formación dentro de la fibra, de complejos de coordinación de las moléculas de colorante con un átomo de cromo, lo que las fija firmemente. A este tipo de colorantes se les conoce como colorantes “al cromo”.
El tratamiento con dicromato tiene, sin embargo, el inconveniente de producir tinturas de bajo brillo y cambios en el tono del colorante, siendo difícil la reproducción del mismo contra estándares o entre tinturas sucesivas (este inconveniente es mayor con el procedimiento de postratamiento). Otro gran inconveniente es que los efluentes del proceso de tintura contienen anión dicromato (cromo
hexavalente) por lo que deben ser sometidos a un correcto tratamiento fisicoquímico para que no
representen una contaminación inaceptable para el medio ambiente.
Para superar estas dificultades se desarrollaron los colorantes premetalizados que ya tienen incorporado un átomo de cromo por molécula de colorante (colorantes premetalizados 1:1) y con los que se puede teñir la lana con un procedimiento similar al utilizado con los colorantes ácidos. Una desventaja importante de estos primeros colorantes pre-metalizados es que la tintura debe hacerse en baños fuertemente ácidos y a ebullición, durante tiempo prolongado, lo que puede dañar la lana.
C.I. Azul Acido 158.- Colorante pre-metalizado 1:1
En 1927, luego de extensos trabajos y como resultado de una fuerte vinculación entre la industria y la investigación académica, se logró incorporar una segunda molécula del mismo colorante por cada átomo de cromo, obteniéndose así los colorantes premetalizados 1:2, como por ejemplo:
Estos colorantes, con aniones complejos de coordinación, al carecer de grupos sulfónicos o carboxílicos no tienen buena solubilidad en agua. Con la introducción de grupos sulfónicos o carboxílicos se obtienen aniones con por lo menos tres cargas negativas, pero estos colorantes son insatisfactorios pues presentan problemas de igualación en el teñido de lana. La introducción de grupos metilsulfonilos o sulfonamídicos corrige en parte este inconveniente pues se logra una mayor solubilidad en agua sin afectar las solideces y la igualación. Sin embargo, el gran avance se produce cuando aparecen los colorantes premetalizados 1:2 asimétricos, hechos con dos colorantes de distinto tipo, de los cuales solo uno tiene un grupo sulfónico. Estos colorantes monosulfonados tienen buena solubilidad y con ellos se puede teñir con buenas solideces e igualación de color. Los complejos de cromo no solo pueden prepararse a partir de los colorantes o:o’- dihidroxiazo sino también de los o-carboxi-o’-hidroxiazo, o-amino-o’-hidroxiazo y o-hidroxi-o’-metoxiazo. El cromo también puede ser sustituido por otros metales de coordinación octaédrica, pero el cobalto es el único que da colorantes de importancia técnica. En comparación a los colorantes con cromo, los colorantes con cobalto absorben luz de menor longitud de onda (efecto batocrómico) y tienen mayor solidez a la luz.
Los colorantes o:o’- dihidroxiazo y los o-carboxi-o’-hidroxiazo también forman complejos estables con cobre. Algunos de estos complejos tienen afinidad por el algodón (y otras fibras
celulósicas) y con ellos se pueden obtener tinturas con mayores solideces húmedas pero con tonos
menos brillantes que con los colorantes originarios. El procedimiento usado es, en general, teñir primero el algodón con el colorante azo y luego tratarlo con una solución ácida de sulfato de cobre. A este grupo de colorantes para algodón se les conoce con el nombre de “cuprofijables”.
básicos y ácidos, p.ej., se unen a los grupos carboxilos y amino de la lana, respectivamente, pero esas uniones iónicas o salinas son relativamente débiles. En las fibras celulósicas, en cambio, se llegó a acetilar o alquilar los grupos hidroxilo de la celulosa, sin alterar la estructura de la fibra, gracias a las investigaciones de Stephen y Ratee, de la Imperial Chemical Industries (ICI). Estos encontraron en 1956 que colorantes con grupos diclorotriazinil podían teñir el algodón en condiciones alcalinas produciéndose entonces uniones covalentes muy estables lo que daba como resultado tinturas con excelentes solideces húmedas. Se trataba de una reacción de Schotten- Baumann en la que un átomo de cloro reactivo puede ser remplazado, en medio fuertemente alcalino, produciéndose una condensación con compuestos con grupos amino o hidroxilo. Un ejemplo de colorante de ese tipo es el siguiente:
Los primeros intentos estuvieron dirigidos a tratar de teñir lana aprovechando la presencia de grupos amino en la queratina, pero las condiciones fuertemente alcalinas atacaban a la lana. En cambio los resultados con el algodón fueron exitosos. Las propiedades de “sustantividad” para que un colorante tiñera el algodón (forma, tamaño y peso molecular) dejaron de ser necesarias y fue posible utilizar colorantes con estructuras relativamente simples y con altas velocidades de difusión. Esto hizo posible una gran mejora en el brillo y la intensidad de las tinturas de algodón. Una prueba de la unión química covalente de estos colorantes con la fibra de algodón es que no son extraídos por solventes como la piridina, mientras que los colorantes directos sí lo son fácilmente. Por otra parte, la celulosa teñida con colorantes reactivos tiende a perder su solubilidad característica en soluciones cupro-amoniacales, especialmente cuando la estructura del colorante reactivo facilita la formación de uniones tipo “cross linking” entre las cadenas poliméricas de la celulosa.
Algunos de estos colorantes con grupos diclorotriazinil son tan reactivos que es posible aplicarlos en frío y en condiciones alcalinas moderadas. Estos colorantes reaccionan sin embargo también con el hidroxilo del agua. Si la tintura es rápida, la pérdida por hidrólisis es pequeña pero si en cambio se manejan grandes volúmenes o pastas de estampación, con almacenajes prolongados, la pérdida de colorante puede ser grande con la consiguiente atenuación de la intensidad del color. Para esos fines es mejor usar colorantes menos reactivos que requieren temperaturas entre 60 y 100°C para su fijación. Estos colorantes menos reactivos se pueden obtener remplazando, en el grupo diclorotriazinil, un átomo de cloro por un grupo amino, amino sustituido, alquiloxi u otro grupo no lábil.
El gran éxito que obtuvo ICI con este tipo de colorantes reactivos (colorantes Procion) tuvo un efecto revolucionario pues todo gran fabricante de colorantes se esforzó por desarrollar productos similares, destinando gran cantidad de recursos a la investigación. Actualmente existen diversos tipos de colorantes reactivos y solo mencionaremos algunos de los más conocidos. Los primeros que compitieron con los Procion de ICI fueron los Cibacron, colorantes monoclorotriazinilícos desarrollados por la antigua firma CIBA. Posteriormente aparecen los colorantes Reactone y Drimarene, de las antiguas firmas GEIGY y SANDOZ, que contienen grupos di- ó tri-cloropirimidil .
grupo dicloropirimidilo grupo tricloropirimidilo
En 1962 la firma BAYER introduce los colorantes Levafix E que contienen residuos del grupo 2:3-dicloroquinoxalina unidos a la molécula del colorante por un grupo carbonilo en la posición 6. En este tipo de colorantes un átomo de cloro es lábil alrededor de los 40°C y ambos átomos de cloro son remplazados a mayor temperatura (p.ej durante el vaporizado). La firma BASF desarrolló a su vez los colorantes Primazin P que contienen el grupo 4:5-dicloro-6-piridazona en los que el átomo de cloro en la posición 4 es reactivo y la fijación se realiza por vaporizado en condiciones fuertemente alcalinas. Estos colorantes son muy estables y se utilizan en pastas de estampación.
Residuo 2:3-dicloroquinoxalina residuo 4:5-dicloro-6-piridazona Todos los colorantes que hemos mencionados hasta ahora se combinan con la celulosa por sustitución nucleofílica. Sin embargo otros colorantes pueden combinarse por adición nuclofílica y un ejemplo es el de los colorantes Remazol de HOECHST:
colorante-SO2CH2CH2OSO3Na + NaOH → colorante-SO2CH=CH2 + Na2SO4 + H2O colorante-SO2CH=CH2 + OH-celulosa → colorante-SO2CH2CH2O-celulosa
Un desarrollo posterior es el de los colorantes reactivos bifuncionales para algodón, con dos grupos reactivos en la molécula.
Posteriormente al desarrollo de los colorantes reactivos para algodón y para otras fibras celulósicas, la atención de los investigadores se orientó hacia las fibras poliamídicas (“nylons”). La estructura química y física de estas fibras presenta una gran variación, lo que puede producir tinturas de mala igualación cuando se las tiñe con colorantes ácidos. Estos colorantes tienen buenas solideces húmedas sobre las poliamidas pero revelan y ponen de manifiesto sus irregularidades. Los colorantes dispersos (ver 3.1.10) utilizados para teñir fibras poliamidas son en general de buena
con formación de uniones covalentes, con los que finalmente se obtiene, además de buena igualación, muy buena solidez húmeda.
En la década de 1950 HOECHST introduce los colorantes Remalan, reactivos para lana que contienen el grupo sulfato-etil sulfona y, en 1963, la ICI desarrolla los colorantes Procilan que son colorantes metal complejos 1:2 pero que contienen grupos reactivos. La lana que ha recibido tratamientos enzimáticos o con cloro, para eliminarle la cutícula y evitar así el afieltrado, al teñirla con colorantes ácidos o premetalizados, da como resultado tinturas de muy bajas solideces húmedas. Conviene por tanto teñirla con estos colorantes reactivos para lana.
3.1.10- Colorantes no solubles
El poliéster es un polímero muy hidrofóbico que carece de grupos reactivos y presenta una alta cristalinidad, es decir sus cadenas moleculares están tan próximas y “empaquetadas" que no dejan lugar para acomodar las moléculas de colorante. Debido a estas características el poliéster no se puede teñir con colorantes de molécula grande, con grupos polares que les confieran solubilidad en agua. Se deben utilizar entonces colorantes de molécula relativamente pequeña, generalmente sin grupos polares y por tanto insolubles en agua. Para llevar a cabo la tintura en medio acuoso, estos colorantes insolubles, deben entonces mezclarse con agentes tensoactivos que permitan su dispersión en agua. Estos colorantes son conocidos con el nombre de colorantes dispersos y se utilizan no solo para teñir poliéster sino también poliamida, acetato de celulosa y acrílico (ver en 833
los procedimientos para teñir poliéster).
Al grupo más numeroso de colorantes insolubles (o muy poco solubles) que se utilizan preferentemente en pastas de estampación textil, en coloración en masa de fibras, en pinturas y lacas, en esmaltes cerámicos, en tintas de imprenta, en materiales plásticos, en cauchos naturales y sintéticos, etc. se les llama “pigmentos”. De acuerdo a su uso final los pigmentos deben tener propiedades adecuadas como solidez a la luz, alta opacidad, resistencia a los álcalis y ácidos y resistencia a altas temperaturas. El color, el poder cubriente y otras propiedades de los pigmentos dependen en gran medida del tamaño y forma de sus partículas y del estado de agregación de estas. En general, se trata de obtener tamaños de partícula entre 0,5 y 2,0 µm para que un 90% pase la malla Tyler 400 (actualmente con el desarrollo de la nanotecnología se están obteniendo
tamaños de partícula aún menores). Muchos pigmentos se presentan en varias formas según el
proceso de fabricación utilizado para producirlos. Pequeños cambios en ese proceso puede dar lugar a grandes cambios en las propiedades del pigmento y es necesario un riguroso control de calidad durante la producción. Los pigmentos pueden ser inorgánicos u orgánicos, siendo estos últimos los más numerosos. Se conocen varios miles de pigmentos orgánicos pero aquí solo mencionaremos algunos de los tipos más importantes.
Los pigmentos azo son los más numerosos y comparativamente los más baratos, suministrando los tonos amarillos, naranjas, rojos y rojos azulados del espectro. En general son de dos tipos: 1) los que tienen grupos solubilizantes en agua y, 2) los que no tienen estos grupos. Si bien los pigmentos son por definición insolubles en agua y es contradictorio que posean grupos
solubilizantes, hay dos razones para que esto sea deseable. Una tiene que ver con el hecho de que el grupo que promueve la solubilidad en agua diminuye, por otra parte, la solubilidad en solventes orgánicos y evita, en las pinturas y tintas, el problema conocido como “sangrado”. Otra razón es que el proceso de fabricación es más barato si se prepara el pigmento en solución acuosa y luego se le precipita en forma insoluble. Este tipo de pigmentos se conoce con el nombre de “lacas” y en general se obtienen precipitando el colorante azo soluble como sales de calcio, bario, manganeso, aluminio, etc. Los pigmentos azo sin grupos solubilizantes son más numerosos, se producen en mayor cantidad y también abarcan la gama de amarillos, naranjas y rojos. Son, en general, brillantes y de solideces buenas pero no sobresalientes. A continuación se muestran las fórmulas estructurales de algunos de ellos:
Laca rojo Lithol Laca rubí Lithol
Pigmento azo amarillo Pigmento azo amarillo
Pigmento azo marrón Pigmento azo amarillo
Otro tipo de pigmentos son los que se obtienen precipitando algunos colorantes básicos con ácido tánico o sales complejas como los fosfotungstomolibdatos. Estos pigmentos se destacan por su intensidad de color, muy buen brillo pero bajas solideces a la luz.
Los colorantes tina, en la forma oxidada e insoluble, pueden considerarse pigmentos. Sin embargo solo algunos de ellos, como los derivados de la indantrona, flavantrona y tioindigo, son adecuados para este fin.
Indantrona Flavantrona
Si bien los pigmentos derivados de los colorantes tina suministran una gama de azules de la que carecen los pigmentos derivados de los colorantes azo, las solideces a la luz de estos pigmentos azules no son satisfactorias. Este problema fue resuelto por casualidad en 1928, por químicos de la Scottish Dyes Ltd., cuando durante la síntesis de ftalimida - un intermediario para la síntesis de colorantes tina - se produjo una contaminación con hierro, proveniente de las paredes del reactor, lo que resultó en el descubrimiento de la ftalocianina férrica, pigmento azul de muy buenas solideces. Otros metales, como el cobre, pueden ocupar el lugar del hierro, obteniéndose entonces ftalocianina cúprica cuya estructura fue confirmada por J.M. Robertson en una de las primeras aplicaciones de la técnica analítica de difracción con rayos X.
Este pigmento azul posee excelente brillo y solideces y ha encontrado numerosas aplicaciones. Si se introducen alrededor de 15 átomos de cloro en su estructura, se obtiene un pigmento verde brillante similar al azul en cuanto a solideces. Sustituyendo parcialmente el cloro por el bromo se obtienen ftalocianinas cúpricas de tonos verde amarillento.
Otro grupo de pigmentos son los derivados de la quinacridona que es polimorfica y se obtiene en tres formas.
Las formas alfa y gama son rojas y la forma beta es violeta. Estos pigmentos son muy brillantes y sus solideces generales son comparables a la de las ftalocianinas. Son pigmentos caros pero se utilizan mucho en pintura para automóviles donde la durabilidad y la resistencia a la intemperie es de fundamental importancia.
Otro pigmento que merece ser mencionado pertenece al grupo de las trifendioxazinas. Es un pigmento violeta de gran brillo, con alto poder tintóreo y muy buenas solideces generales. Este pigmento es también muy usado en pinturas, tintas, plásticos y papel y tiene la siguiente estructura:
Finalmente para completar el panorama de los pigmentos, debemos mencionar al negro de humo, una forma de carbono elemental, que se usa extensamente como pigmento negro, y a los pigmentos inorgánicos como el dióxido de titanio utilizado actualmente como el pigmento blanco casi por excelencia, los cromatos de plomo y de zinc, en la gama de amarillos y naranjas, los óxidos de hierro, que van del amarillo al negro pasando por los ocres, naranjas, rojos y marrones, los óxidos de plomo, los sulfuros de cadmio, etc.
TABLA 8.12 – CARACTER IONICO DE LAS FIBRAS Y DE LOS COLORANTES FIBRA A TEÑIR CARÁCTER IONICO
DE LA FIBRA CARÁCTER IONICO DEL COLORANTE COLORANTES UTILIZADOS ALGODÓN,
RAYON VISCOSA NO IÓNICA ANIONICO
DIRECTOS, TINA, AL SULFURO, REACTIVOS, AZOICOS LANA, SEDA,
POLIAMIDA CATIÓNICA ANIONICO
ÁCIDOS, AL CROMO, PREMETALIZADOS, REACTIVOS ACRÍLICA, LANA ANIÓNICA CATIÓNICO CATIÓNICOS ó BÁSICOS
POLIÉSTER,
DI y TRIACETATO NO IÓNICA NO IÓNICO DISPERSOS POLIAMIDA CATIÓNICA NO IÓNICO DISPERSOS
ACRÍLICA ANIÓNICA NO IÓNICO DISPERSOS
BIBLIGRAFIA
1- “Encyclopedia of Chemical Technology”, Kirk-Othmer, Interscience Publishers, New York, Second
Edition, 1963.
2- “Fundamentos Científicos y Aplicados de la Tintura de Materiales Textiles”, J.Cegarra, P.Puente, J.
Valldeperas. ETSII, Universidad Politécnica de Barcelona, España, 1981
