833 La Tintura de Fibras Artificiales y Sintéticas

4.3.0- LA TINTURA DE FIBRAS ARTIFICIALES Y SINTÉTICAS

4.3.1- Diacetato y Triacetato de Celulosa

El acetato de celulosa se desarrolló inicialmente para ser utilizados en la industria del plástico y durante la Primera Guerra Mundial (1914-1918) se le utilizó como ”dope” de telas de aviones. La celulosa tiene tres hidroxilos capaces de ser acetilados (p.ej. con una mezcla de anhidrido y

ácido acético) pero, completamente acetilada no es soluble en los solventes de los que se

disponía en esa época. Por tanto, se producía primero el triacetato que luego se hidrolizaba parcialmente para obtener un producto que tenía 2 a 3 grupos acetilos por residuo de glucosa. La fibra producida con este polímero fue conocida como “rayón diacetato” o simplemente “rayón

acetato”. Años más tarde, aparece el dicloruro de metileno, este sí capaz de disolver el triacetato

y entonces se lanza al mercado el “rayón triacetato”, con propiedades bien diferentes a las del “diacetato”1_.

El bloqueo de dos o tres grupos hidroxilo de la celulosa hace que el rayón diacetato carezca de afinidad por los colorantes directos. Los primeros colorantes desarrollados especialmente para teñir diacetato fueron las Ionaminas (1922). Consistían en aminoazos solubilizados temporariamente bajo la forma de un derivado del ácido ϖ-metansulfónico. El grupo solubilizante era removido gradualmente por hidrólisis y el compuesto aminoazo insoluble era absorbido por el diacetato a medida que se iba formando. Este ingenioso procedimiento tuvo éxito comercial por algunos años hasta que aparecieron los colorantes dispersos. Estos fueron producidos por primera vez tratando colorantes aminoazo o hidroxiazo, insolubles, con ácido ricinoleico

sulfonado u otros agentes dispersantes. Estos nuevos colorantes, que daban suspensiones tan

finas que podían confundirse con soluciones verdaderas, teñían rápidamente el diacetato. Las ionaminas y los primeros colorantes dispersos proporcionaban una escasa gama de colores, sólo amarillos, naranjas y rojos. Los azules y negros debían obtenerse diazotando el colorante, ya adsorbido por la fibra, con β-naftol o con ácido 2:3 hidroxinaftoico. El diacetato pudo luego teñirse de azul, en forma mas simple, con colorantes derivados de las aminoantraquinonas. Algunos de estos colorantes dispersos presentan sin embargo el fenómeno de “gas fading” o cambio de tono de la tela luego de teñida, debido a la acción de algunos productos químicos cuando se encuentran como contaminantes en el aire, en relativa alta concentración.

El triacetato es más difícil de teñir pero, con algunos colorantes dispersos, la tintura puede hacerse a ebullición en lugar de a 75-80º C como debe hacerse en el caso del diacetato. Las empresas productoras tratan de desarrollar permanentemente nuevos y mejores colorantes para teñir el di y el triacetato.

4.3.2- Poliamidas

La primer poliamida fue sintetizada por W.H.Carothers y la empresa Du Pont la lanzó al mercado en 1938 con el nombre de Nylon. Hay varios tipos de “Nylon”: el más común es el “Nylon 6.6” que se obtiene por polimerización de una sal de ácido adípico y hexametilendiamina, calentando a 280 °C en una atmófera inerte. El polímero lineal debe alcanzar valores de peso molecular entre 12.000 y 20.000 y de manera que la viscosidad obtenida permita la producción de

1_{El triacetato tiene punto de fusión más alto y puede ser planchado y fijado a temperaturas más altas que} el diacetato, sin pérdida de lustre. Puede entonces ser usado para confeccionar artículos “plisados” que, si bien no tienen la resistencia y la durabilidad de similares hechos con “nylon” o poliéster, son mucho más baratos.

filamentos a través de un “spinirette”. Esto se logra agregando cantidades adecuadas de un estabilizador monofuncional como el ácido acético (o también agregando un ligero exceso de

ácido adípico) de manera que en una determinada etapa del proceso (que dependerá de la cantidad de estabilizador agregado) las moléculas poliméricas tendrán un grupo acídico en cada

extremo y no habrán ya suficientes grupos aminos disponibles para continuar las reacción. Otro “nylon” es el “Nylon 6” que se obtiene por polimerización de caprolactama y tiene una estructura del tipo H [-HN(CH2)5 CO-]nOH.. Su proceso de producción es algo más sencillo que el del Nylon 6.6. Tiene mejor elasticidad, mejor resistencia al calor y a la luz y es más fácil de teñir que el “Nylon 6.6”. Sin embargo su punto de fusión es más bajo de manera que los artículos de “Nylon 6” deben plancharse a baja temperatura y con cuidado.

El “Nylon 6.6” y el “Nylon 6” se pueden teñir con colorantes dispersos, ácidos y con algunos

directos. En general los colorantes dispersos dan tinturas de mejor igualación que los colorantes

ácidos. Muchas veces ocurre que en tejeduría se utilizan diferentes partidas de filamentos de “nylon”, con diferentes afinidades por el colorante. En esos casos, aunque estas diferencias de afinidad sean pequeñas, en la tela teñida pueden aparecer “barras” de diferente intensidad de color. Este defecto, conocido como “barrado”, generalmente se pone muy de manifiesto cuando la tela se tiñe con colorantes ácidos, pero se disimula bastante bien cuando se tiñe con

colorantes dispersos. Sin embargo, los colorantes ácidos - a pesar de que deben teñirse con

productos auxiliares que mejoren su igualación - se prefieren cuando es necesario que el artículo tenga muy buenas solideces húmedas (p.ej. calcetines, medias, ropa deportiva, etc.). Debido a su carácter hidrófobo, los “nylon” teñidos con colorantes ácidos tienen mejor resistencia a los tratamientos húmedos que la lana teñida con esos mismos colorantes. La solidez a la luz, en cambio, es ligeramente menor en los “nylon” que en la lana. La tintura de mezclas de lana y poliamidas es difícil pues, los colorantes, aunque sean aptos para teñir ambas fibras, suben a ellas con velocidades muy distintas. Debe tenerse en cuenta también que en baños de tintura con alta concentración de ácido acético o fórmico, o en general de pH bajo, la resistencia a la tracción de las poliamidas disminuye.

4.3.3- Poliésteres

Poco tiempo después de que Carothers obtuviera la primer fibra poliamida, J.R.Whinfield y

J.T.Dickson de Calico Printer’s Association obtuvieron, esterificando etilenglicol con un ácido

aromático dibásico, el ácido tereftálico, un polímero o poliéster, con el que se podían producir fibras de excelentes propiedades.

HO – [ – OC – Ph – CO.O.CH2.CH2.O – ] n H

(donde n es aproximadamente 80)

Estas fibras poliéster, fueron lanzadas al mercado por primera vez por la Imperial Chemical

Industries (ICI), en 1941, bajo el nombre comercial de Terylene. Desde entonces esta fibra es

producida en grandes cantidades por varias empresas y con diferentes nombres comerciales. Posteriormente se utilizó dimetiltereftalato en lugar de ácido tereftálico, con lo que el polímero presenta la siguiente estructura:

CH2O – [ – OC – Ph – CO.O.CH2.CH2.O – ] n H

(donde n es aproximadamente 80)

El dimetiltereftalato se puede obtener con mayor grado de pureza que el ácido tereftálico y por lo tanto se le prefiere pues, la pureza de los monómeros es de gran importancia para la producción de altos polímeros.

La tintura de las fibras poliéster presenta problemas pues el polímero es altamente hidrofóbico, carece de grupos reactivos y sus cadenas moleculares están tan próximas y “empaquetadas" que no dejan lugar para acomodar las moléculas de colorante. Esta dificultad se resuelve principalmente de dos maneras: 1) utilizando colorantes dispersos aptos para teñir a alta presión y temperatura (120-135°C) ó 2) utilizando colorantes dispersos capaces de teñir a presión atmosférica pero en presencia de solventes pesados o “plastificantes”, conocidos como “carriers”. Tanto la acción de la alta temperatura como la de los “carriers” resulta en la separación de las cadenas moleculares lo que facilita la penetración y la difusión de las moléculas del colorante disperso. El empleo de “carriers” genera en la tintorería algunos problemas de contaminación e higiene ambiental y solo es recomendable para la tintura de pequeñas partidas. Para grandes partidas resulta mucho más económico y conveniente la tintura a alta temperatura y presión, conocida generalmente y brevemente como tintura “HT” (“High

Temperature”). Las moléculas de poliéster muy cortas u oligómeros, que están siempre presentes como subproductos de la polimerización, generan problemas de solideces húmedas bajas, manchado, etc. Los oligómeros, cuando están presentes, deben eliminarse con un lavado caliente, a pH 5.5, antes de teñir.

Para teñir a lo ancho grandes metrajes de tela de poliéster, en general es conveniente utilizar el

proceso Termosol, que consiste en impregnar la tela en un solvente (p.ej. Cellosolve), un

espesante y los colorante dispersos necesarios para obtener el color elegido. La tela luego de impregnada se exprime y se seca, a lo ancho, en forma continua para luego calentarla a 175-200°C durante un minuto. En ese tiempo el colorante es adsorbido y fijado. Los colorantes empleados en el proceso Termosol deben seleccionarse cuidadosamente ya que no deben

sublimar a las altas temperaturas del proceso. La tela es luego lavada para retirar el exceso de

colorante no fijado. El termofijado puede hacerse con vapor o con aire caliente. En general, con aire se pueden alcanzar temperaturas más altas, a menor costo, que calentando con vapor. 4.3.4- Poliacrílicas

La primera fibra acrílica fue desarrollada por la firma DuPont en los años 1940 a 1950 y salió al mercado con el nombre de “Orlon”. Se trataba de un homopolímero de acrilonitrilo que, si bien era barato y presentaba alta tenacidad y resistencia como el Nylon y el poliéster, no era fácil de teñir y era muy inflamable.

Donde n tiene valores entre 600 y 2000

Copolimerizando el acrilonitrilo con otros monómeros como el cloruro de vinilo o de vinilideno se mejora la capacidad tintórea y se baja la inflamabilidad del material. A las fibras hechas por copolimerización, en donde el acrilonitrilo participa en no menos del 50% pero no más del 85%, se les llama fibras “modacrílicas”.

La presencia de grupos terminales aniónicos hace que las fibras poliacrilonitrilas se puedan teñir con colorantes básicos, obteniéndose en general con ellos, buen brillo, intensidad de color así como buenas solideces húmedas y a la luz. Con colorantes dispersos se pueden obtener solo colores pastel lo que sumado a menores solideces húmedas hace que se utilicen relativamente poco para la tintura de estas fibras.

Muchos otros monómeros (como p.ej. el cloruro de vinilo) han sido copolimerizados con el acrilonitrilo para modificar las propiedades finales del polímero, como p.ej. su inflamabilidad, sus

propiedades mecánicas y tintóreas, etc. La inclusión de componentes básicos, p.ej., permitió obtener algunos polímeros que se pueden teñir con colorantes ácidos.

4.3.5- Poliolefínicas

El polietileno y el polipropileno son polímeros relativamente baratos pero muy hidrofóbicos y difíciles de teñir. El polietileno, por su tacto céreo y bajo punto de fusión no es muy utilizado para producir fibras textiles. En cuanto al polipropileno, solo las formas isotàcticas - es decir aquellas con todos los grupos metilo orientados hacia el mismo lado de la cadena principal - poseen una alta cristalinidad y son aptas para producir fibras textiles.

El polipropileno se puede teñir con algunos colorantes dispersos pero se obtienen colores pastel muy débiles. Se han intentado también modificaciones de su estructura para conferirle cierta afinidad por los colorantes ácidos y básicos. Pero, por el momento, el procedimiento más adecuado es la coloración en masa. Esta consiste en el agregado al polímero fundido - previo a la formación del filamento en el “spinirette - de pigmentos en polvo. Los pigmentos deben ser adecuadamente seleccionados para resistir todas las etapas subsiguientes del proceso, su tamaño de partícula debe controlarse estrictamente para evitar obstrucciones en el “spinirette” y el mezclado debe hacerse cuidadosamente para evitar la formación, en el filamento, de zonas irregulares y más débiles.

4.3.6- Poliuretánicas

Son fibras constituídas por un polímero que debe contener no menos del 85% de grupos poliuretano (-- NHCOO --) en su estructura. Poseen propiedades elásticas similares al caucho. Se conocen también con los nombres genéricos de fibras elastómeras o “spandex”. Las fibras poliuretánicas se tiñen con relativa facilidad con colorantes ácidos pero también con algunos colorantes básicos y dispersos.

La “Lycra” es la fibra elastómera que DuPont comenzó a producir en 1963. Es un copolímero con segmentos “blandos” (glicol) y “rígidos” (diisocianato). Se obtiene por disolución en solventes adecuados, se pasa por “spinirette”, se evapora y recupera el solvente (“wet spinning”). Se produce con un “estiro” controlado y presenta grandes ventajas frente a las gomas naturales ya que es más estable, más fuerte y se puede teñir. Estrictamente no es una fibra textil convencional sino un “soporte” y se usa siempre como filamento mezclado con otras fibras.

Puede ser estirada hasta un 600% o más. Las mezclas más comunes son con algodón, lana, lino, seda, acetato, viscosa, etc. Su uso principal es en la producción de telas elásticas para mallas de baño, prendas deportivas, medias, etc.

BIBLIOGRAFÍA

1- “Fundamentos Científicos y Aplicados de la Tintura de Materiales Textiles”, J.Cegarra,

P.Puente y J. Valldeperas. Universidad Politécnica de Barcelona, 1981.

2- “Dyeing of Synthetic Polymers”, Dyers Co. Publications Trust, The Society of Dyers and

Colourists, Perkin House, 82 Grattan Road, Bradford, West Yorkshire BD1 2JB, England

3- “Textile Coloration and Finishing”, W.S.Perkins, Woodhead Publishing

Ltd.,<sales@woodhead-publishing.com>

TABLA 8.19

COLORANTES

FIBRA

ALGODÓN _{X X X X X} LINO _{X X X X X} OTRAS FIBRAS VEGETALES X X X X X RAYON VISCOSA _{X X X X X} SEDA _X X LANA _{X X X} ACRÍLICAS _{X X} POLIAMIDAS _{X X} POLIURETÁNICAS _{X X} POLIESTERES _X DI y TRI ACETATO _X POLIETILENO (*) POLIPROPILENO (*)