blanqueadores opticos (1)

BLANQUEADORES OPTICOS

Blanqueadores Ópticos

Son compuestos orgánicos incoloros o débilmente coloreados que en solución o aplicados a un sustrato, absorben luz ultravioleta y re-emiten la mayor parte de la energía absorbida como luz fluorescente azul.

Blanqueadores Ópticos

• En la luz del día, los b.o. pueden compensar el tono amarillento de ciertos sustratos como textiles, papeles o plásticos.

• Como una porción del espectro de la luz del día, no percibida por el ojo humano, es convertida a luz visible, la brillantez del material se intensifica extraordinariamente.

Blanqueadores Ópticos

• La siguiente figura ilustra la acción de los b.o.

• Los sustratos blancos exhiben un tono amarillento debido a que su reflexión de la luz visible incidente es menor a longitudes de onda cortas que en largas, es decir absorben luz de longitud de onda cortas.

Blanqueadores Ópticos

Blanqueadores Ópticos

• El primer método para compensar el tono amarillento fue el uso de un colorante como el ultramarino o índigo.

• El azulamiento baja la reflexión en la parte de longitud de onda larga del espectro visible (curva b). Como resultado, la muestra tiene una apariencia blanca, pero al mismo tiempo pierde brillantez, por lo que se ve más gris.

Blanqueadores Ópticos

Blanqueadores Ópticos

• Los b.o. disminuyen la reflexión mayormente en la zona UV y la cercana visible por la curva de absorción (c1).

• En longitudes de onda visibles (máximo a 435-440 nm) disminuyen la reflexión mediante la fluorescencia (curva c2).

• El b.o. actúa como una fuente suplementaria de emisión.

Blanqueadores Ópticos

• Los. b.o. son más efectivos cuando el sustrato es más limpio y blanco.

• No reemplazan la limpieza o el blanqueo.

Principios Físicos

• La siguiente figura muestra el proceso involucrado en la absorción de luz y fluorescencia por b.o.

• La absorción (A) de los cuanta de luz por las moléculas del b.o. induce la transición desde el estado basal simple So a niveles de vibración de los estados excitados electrónicamente S1 y S2.

Principios Físicos

• El estado eléctrico y nivel vibracional alcanzado depende de la longitud de onda de la luz absorbida.

• La absorción resulta en una ganancia de energía E y un cambio en la distribución de electrones dentro de la molécula del b.o.

Principios Físicos

Principios Físicos

• La siguiente figura muestra una absorción (A) y espectro de fluorescencia (F) para b.o.

• El espectro de fluorescencia F1, se mide en soluciones diluidas.

• Sobre sustratos con b.o. la fluorescencia en longitudes de onda cortas, se re-absorbe por el b.o., el resultado es que la banda de fluorescencia se hace más angosta (F2).

Principios Físicos

• Una mayor cantidad de b.o. desviará en centro e la banda hacia longitudes de onda más cercanas a los tonos verdes hasta tonos no deseados.

Principios Físicos

Estructura Molecular

Las estructuras deben cumplir ciertos requerimientos para brindar una actividad fluorescente.

– La molécula debe contener un sistema de enlaces dobles conjugados.

– Debe ser esencialmente plana.

– Debe contener grupos donadores de electrones (OH, NH2, etc.) y no tener grupos aceptores de electrones (NO2. –N:N-, etc.)

Estructura Molecular

• Para que los compuestos actúen como agentes de blanqueo óptico la luz emitida tiene que ser esencialmente azul tal que neutralice el tono amarillento cremoso de los materiales blanqueados.

• La longitud de onda de la luz emitida debe estar alrededor de 450 mμ.

• Debajo de esta longitud de onda la luz emitida se acercará al violeta y por encima al azul verdoso.

Grupos principales

Grupos principales

Mecanismo

• Cuando un espécimen transforma parte de la luz absorbida a otra longitud de onda en lugar que calor se llama espécimen fluorescente.

• Los BO absorben luz UV en la región de 300-400 nm de la luz dia y la emiten en el rango visible de 400-460 nm, en la región azul-violeta.

• La luz emitida compensa el tono amarillento e incrementa la luminosidad.

Mecanismo

• Dependiendo del agente de BO en particular la luz emitida está dentro de los rangos azul-violeta, azul y azul-verdoso.

• De acuerdo a la ley de Stoke la forma de la banda de fluorescencia puede ser predicha por la forma y la posición de la banda de absorción y de puede predecir el color de la fluorescencia.

Mecanismo

• El mecanismo también se puede explicar con la teoría de los cuanta de la luz y por la estructura de los átomos y moléculas.

• Las sustancias con moléculas fluorescentes que han absorbido radiación de longitudes de ondas cortas pueden pasar de un estado basal a un estado de alta energía.

• Estas moléculas excitadas pueden luego retornar al estado basal de baja energía con la re emisión de quanta de luz ligeramente menos que los absorbidos.

Mecanismo

• Es lo mismo decir de menor energía y longitud de onda más larga-luz visible.

• La vida media de las moléculas excitadas es de 10-8 a 10-9 segundos y en general a menor vida, menor diferencia entre la longitud de onda de la fluorescencia y la luz emitida y mayor será la fluorescencia ya que habrá menor tiempo para la disipación de energía en forma de calor.

Factores que Influencian las Funciones de los Blanqueadores Opticos

• Debido a que los BO se comportan como colorantes, su eficiencia y efectividad se ven influenciados por varios factores en la aplicación.

Efecto del Sustrato

• Depende de la naturaleza del sustrato, se ve una fuerte reflexión sobre algodón químicamente blanqueado pero menos reflexión en viscosa y en lana.

• Todas las fibras sintéticas absorben luz en la región cercana a la ultravioleta. Debido a que la fluorescencia producida por el BO se suma a la reflexión del sustrato, la máxima fluorescencia se alcanza sobre aquellos sustratos cuya habilidad para absorber en la región ultravioleta se encuentra suprimida por efecto del blanqueo químico.

Efecto del Sustrato

• En ausencia de suficiente afinidad por los BO, la aplicación de los mismos da un rendimiento en amarillo a verde.

Efecto de la Saturación

• Hay un límite para cada BO, encima del cual, se desarrolla un tono amarillo, disminuyendo la blancura.

• Esto se debe a que a una mayor concentración de BO, se forma una capa óptica protectora (filtro) sobre la superficie del sustrato, ésta capa evita la extinción de las moléculas en las capas profundas, efecto de filtro.

Metodos de Aplicación

• Usualmente se hace por agotamiento ya que desarrolla mejores resultados de blanco.

Efecto del Tiempo

• Tienen un buen grado de agotamiento por lo tanto se debe cuidar la subida para evitar irregularidades.

• A tiempos más lentos de subida se asegura buena regularidad.

Efecto de la Temperatura

• Sobre fibras celulosicas está dentro del rango de 40 a 60°C.

• Una mayor temperatura en el enjuague reduce el agotamiento.

• Para fibras sintéticas a mayor temperatura, mejor penetración de los BO.

Efecto del pH

• La estabilidad química, solubilidad y afinidad de los BO dependen del pH en la solución.

• Para lana y poliamidas el pH debe ser ácido para un mejor agotamiento.

Efecto de la Sal

• Generalmente se usa para mejorar y controlar la velocidad de agotamiento de los BO sobre fibras celulósicas.

Aplicación

• Depende del tipo de fibra a la que se aplique, por lo que pueden ser clasificados como directos, dispersos y catiónicos.

• Los directos son principalmente los derivados del ácido 4,4’-diamimoestilbeno-2,2’ disulfónico y se usan para principalmente algodón, viscosa, papel, lino y poliamidas

Aplicación

• Los ácidos son libres de grupos sulfo y se usan para lana y seda.

• Los básicos contienen grupos amino e incluyen principalmente los grupos cumarina y pyrazolina. Se usan principalmente para poliamidas naturales y sintéticas.

• Los dispersos que son insolubles en agua se usan para poliester, acetato de celulosa y polyacrilonitrilo.

Aplicación

• Los blanqueadores ópticos se obtienen como polvo, pasta, líquidos y formas insolubles en agua o dispersiones estables.

• Generalmente, los baños con BO no son estables a la luz y no deben ser guardados por mucho tiempo o expuestos a la luz.

• Sufren la isomerización cis-trans en la exposición a la luz, tal que se obtiene un producto sin efecto fluorescente.

Aplicación

• La luz también acelera la foto degradación de los materiales textiles.

• Un BO no debe usarse sobre material teñido ya que opaca el color.

• Se aplican principalmente al momento del descrude, blanqueo o acabado.

Aplicación sobre Fibras Celulósicas

• Actúan como colorantes directos y la subida está controlada por la temperatura, la concentración de los electrolitos, la relación de baño, etc.

• Los enlaces entre la fibra y el BO involucran puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals e interacciones dipolos del BO. El BO penetra la fibra en forma monomolecular, luego de haber reemplazado al agua, se agrupa allí y se acumula hasta cuando crea un mayor volumen y no pueda salir.

Aplicación sobre Fibras Celulósicas

• Se aplican a la celulosa sea por metodos de agotamiento o impregnación.

• En el agotamiento la mercadería se ingresa en frio a una solución de (0.5-0.6% BO) y electrolito (5 g/l) y luego se eleva la temperatura en 15 min. Cuando se llega a la temperatura deseada, se deja 30 min más para asegurar el agotamiento y difusión

Aplicación sobre Fibras Celulósicas

• Por impregnación, se impregna el tejido con una solución de 0.05 a 4 g/l de BO en un fulard de 2 tinas a temperatura de ambiente, y un pick up de 80 -100%.

• El material se seca y almacena en oscuridad. Para asegurar mejor difusión se puede requerir de un pase por rama.