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AcoltexForo < Los turquesas>Medellín, abril 29 2015.Turquesas <Discutiendo Soluciones>

1. IntroducciónCuando hablamos de la tintura con colorantes turquesas sobre celulósicas, sean estas azules o verdes por ejemplo, llama la atención el cuidado que debemos prestar a estas tinturas ante los problemas que normalmente pueden presentarse.Si hiciéramos un inventario de estos problemas tendríamos quizás este sumario: manchas, desigualaciones, fallas en solideces, fenómenos como el “wet fading”, rayados o barrados, inestabilidad de los matices o tonos finales, entre los más sobre salientes.Quisiéramos tener un inventario de herramientas dentro del depósito de los conocimientos y experiencias, no solamente para prevenirlos sino también para corregirlos sobre el material final, cuando por una causa u otra se nos presenten. Los protagonistas o responsables de la presencia o aparición de estos problemas sabemos dónde están pero, al igual que ocurre en los accidentes aéreos o en los deportes, y me refiero esta vez al fútbol que nos interesa tanto desde niños, se nos salen de control muchas variables por razones de fuerza mayor unas, por ligerezas y hasta eventuales otras. Nos proponemos una vez más conversar sobre este tema señalando, las fundamentaciones, los equipos, el material, el agua, el diseño de las recetas, y el seguimiento de los procesos.

2. Las fundamentacionesRefiriéndose al colorante reactivo azul 140 un fabricante señala esta nota precautelativa al diseñar una tintura sobre celulósicas:Nota1<Puede usarse este colorante con el amarillo reactivo 86 para tonos verdes brillantes azulosos o amarillosos. Prefiera la sal de Glauber sobre la sal común en tintura por agotamiento. Use urea en procesos pad-batch y continuo para rendimiento máximo y al teñir en proceso pad-batch fíjelo entre 15-24 horas>.La corporación de fabricantes de colorantes tinas o a la cuba bajo la marca <Indanthren>, incluye la siguiente nota 2 para diseñar un proceso de tintura sobre celulósicas con su azul turquesa 3GK:Nota 2< Al reducir este colorante siga el método de baño abundante, ejecute la tintura a una temperatura optima de 20°C, subiendo solo y si fuese necesario hasta los 30°C como máximo, evite tener que matizar, y al oxidar prefiera uno de los siguientes

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métodos: aclarado, peróxido de hidrogeno, clorito sódico-ácido acético, rechace los métodos de colgado o aire, y bicromato-ácido acético pues con el primero el tono se torna turbio y más rojizo y con el segundo se torna más apagado y verdoso. Sea cauteloso al jabonar correctamente procediendo luego con un enjuague en caliente y otro frio subsiguiente. Esta tintura no es apta para algodones “muertos”>.Analizando estas dos notas creo yo, pueda poner en claro ciertas fundamentaciones necesarias en su comprensión y evaluación, antes de diseñar un procedimiento que incluirá receta, equipo, seguimiento y evaluación final. Nos restarían solo las variables < Agua, pH, Equipo y Material> para complementar y finalizar este análisis.Análisis de la Nota 1Nos preguntamos en primera instancia ¿Porqué el fabricante se esmera en recomendarnos un colorante amarillo como compañero de receta combinado con este turquesa? La respuesta en buena parte se encuentra en el eje oxidación-reducción de la figura 1.

Figura 1 Eje Oxidación Reducción

En la figura 1, el compuesto <A> presenta un estado de oxidación mayor que el compuesto <B>, de tal manera que al ponerlos en contacto <B> está en capacidad de reducir a <A> y bajarlo en la escala, dando como consecuencia que en la combinación <AB> resultante, <A> resulte reducido al actuar como oxidante y <B> resulte oxidado al actuar como reductor.En consecuencia si el colorante turquesa azul reactivo 140 presenta un grado diferente de oxidación que el amarillo reactivo 86, entonces una vez finalice la tintura, este colorante amarillo reducirá al azul haciendo que se desprenda debido

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a su nuevo estado. Este fenómeno se conoce como “wet fading” llamado destrucción catalítica. El fabricante al recomendar esta combinación calcula de ante mano que los grados de oxidación de ambos son tan similares que no ocurrirá fácilmente este fenómeno. La presencia de humedad y luz diurna actuarán como catalizadores de este desprendimiento, hecho que hace llamarlo destrucción catalizada o catálisis del azul turquesa o “wet fading”. Fading en inglés significa volverse pálido.¿Por qué solicita el fabricante preferir el sulfato de sodio a cambio de la sal común?Indiscutiblemente por los ensayos a nivel de laboratorio, ha resultado siempre que el sulfato de sodio afecta mucho menos a los turquesas como este azul 140 en la estabilidad y en comparación con la sal común. Hecho que se manifiesta en una disminución menor en la solubilidad del turquesa cuando se usa sulfato de sodio que cuando se usa sal común. Otra insinuación a esta conducta quizás se manifieste al echar un vistazo a la forma del colorante turquesa. La figura 2 muestra la estructura de azul turquesa reactivo 7 dejando ver una estructura <CuPc> nuclear cobre-ptalocianina tomada de Jhon Shore <Colorants and auxiliaries> pagina 323, volumen 1, 1990 SDC, Manchester, England.

Figura 2. Turquesa ptalocianina reactivo 7 con nucleo CuPc, tomado de Jhon Shore <Colorants and Auxiliries> pagina 323, volumen 1, 1990 SDC, Manchester, England.

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Tanto la sal común como el sulfato de sodio son electrolitos fuertes y deben mantenerse en las dosis más bajas posibles para evitar formación de agregados. No obstante resulta el colorante turquesa más sensible al NaCL que al SO4Na2, hecho por el cual se prefiere este último. Nuestros riñones filtran electrolitos en la diálisis para mantenerlos en régimen estacionario y evitar así la formación de trombos y otros males. En cuanto a la urea, una base débil y de baja afinidad por la celulósica, favorecerá un pH alcalino estable y standard en un proceso semicontinuo como este, para un rendimiento no solamente mayor sino uniforme. Si se eligiese una base alcalina más fuerte para ajustar el pH, por ejemplo soda caustica NaOH, se enfrentarían no solamente problemas de fluctuaciones de pH dentro del baño sino desigualaciones debido a la afinidad mayor de la soda caustica por la celulósica comparativamente a la urea con también un mayor riesgo de variación del pH a lo largo y ancho del tejido como consecuencia. El rendimiento con soda caustica podría ser menor debido al fenómeno de hidrolisis del colorante durante las 15-24 horas de reposo y reacción, todo justamente por causa de su fortaleza.Análisis de la Nota 2Esta nota se refiere seguramente a un colorante tina tradicional en cuanto a su presentación, por ejemplo polvo fino o a lo sumo polvo fino pasta de aquel entonces. Para el surtido actual mucho más reducido que en tiempos pasados se prefiere en lo posible las presentaciones que permitan la tintura por impregnación pigmentaria. El colorante tina exige básicamente un proceso a 4 etapas: a. Reducción b.Tintura c. Oxidación d. Estabilización. La Reducción y la OxidaciónLa grafica <r1> muestra el llamado pétalo para un proceso hipotético de reducción y oxidación de un colorante tina.Según la gráfica <r1> debemos aplicar un voltaje de reducción para solubilizar este colorante pues es insoluble, y mientras lo sea no podrá teñir la fibra debido a que el medio es agua y debe ser soluble en esta para poder ser llevado hasta ella, y luego absorbido por la misma. Para este colorante tina hipotético, la curva 1 marcha desde el punto <0> hasta el punto <a> a través de la trayectoria 1.

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Figura <r>1 Curva hipotética para oxidación-reducción de un colorante tina hipotético aplicable sobre celulósicas. Milivoltios en la ordenada y moles por litro de solución en la abscisa.

En el punto <a> alcanzamos la forma soluble coloidalmente en agua llamada forma <Leuca> o <Leucoderivado>. El proceso señalado por la curva 1 utiliza como reductor el Hidrosulfito de sodio en medio alcalino ajustado con soda caustica debido a que la forma <Leuca> es solo soluble esta vez en medio alcalino. Existen formas <Leucas> conocidas como <Leucoácidas> solubles en medio ácido pero no es nuestro caso ahora.Luego de realizar la tintura debemos regresar al punto <0> siguiendo la curva 2 que define la trayectoria de regreso al colorante insoluble original que ya estará instalado en la fibra para entonces. Sin embargo no es posible alcanzar este punto <0> sin superar el escollo <b> representado por remanentes inevitables debido a que ningún proceso tiene un eficacia del 100%. La cercanía o lejanía del punto <b> con relación al punto <0> al igual que el grado de dificultad presente, dependerá

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de cada tipo de colorante tina. En el punto <b> la tintura suele mostrase turbia y poco nítida y a veces “grosera” insinuando depósitos del colorante partículado en tamaños finos. En buena parte del surtido bastará con un jabonado acorde con las reglas del fabricante pero en otros, más sofisticados, implicará tratamientos especiales subsiguientes a la tintura.La forma de reducir al colorante en lo atinente al tipo específico dentro del surtido resulta recomendada por el fabricante y se conocen como < procesos en tinas madres y baño abundante>.En la <nota2> el fabricante expresa “reducir en baño abundante” y realizar la tintura a 20°C, hecho que deja ver lo difícil de su disolución pues reclama mucha agua y, al mismo tiempo, nos pone en alerta ante posibles problemas de <deposición> y por lo tanto manchas de colorante en la tintura final. Así pues dentro de esta alerta, debemos ser muy cuidadosos con la elección y cálculo de sales para la tintura y su concentración y, desde luego ser muy cuidadosos con su dosificación es decir <cálculo y aplicación durante el proceso>. Esta alerta en consecuencia nos exige una celulosa y agua de tintura lo más <blandas> posible, es decir ojalá libres de calcio y magnesio. Desde luego el hierro <Fe> en estados de oxidación <0 y +2> primordialmente, tendrían que evitarse pues en forma de tubería conductora de agua hacia las máquinas de proceso, como de óxidos diseminados coloidalmente en el baño serán una amenaza.Secuestrantes y purgado de la fibraElegir un secuestrante para un colorante turquesa como el esquematizado en la figura 2 y como en todo colorante que posea metales como el cobre <Cu>, y vale tener en cuenta ahora que por el matiz turquesa, quizás este colorante tina también lo posea, no resulta ser fácil. Por un lado no será posible pedirle al secuestrante que no absorba el cobre incorporado en el colorante, ni tampoco que abandone sus efectos como electrolito ni tampoco que no se atreva a formar complejos con el colorante. Por estos motivos y antes de pensar en la posibilidad de su uso, conviene pensar en la posibilidad de un <purgado de la fibra> y en la posibilidad que quizás nos brinde el <tiosulfato sódico> Na2S2O3. El purgado consiste en lavar o descrudar el material previamente a la tintura, ojala usando junto al detergente o tensoactivo, un formador de sulfuros de calcio, magnesio y hierro en medio alcalino, luego enjuagarle bien para dejar el material con una dureza inferior a la inicial y también humectado. El algodón en hilo contiene dureza estructural debido al metabolismo de la planta vegetal que lo produjo y también a ciertos pesticidas usados durante su cultivo.

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El hidrosulfito de sodio Na2S2O4 es diferente al tiosulfato de sodio Na2S2O3 aunque entre ellos existen similitudes. El hidrosulfito es un reductor mucho más potente que el tiosulfato, sin embargo y gracias a ser el tiosulfato un reductor suave permite usarlo como secuestrante en los baños y/o durante el purgado con el descrude mediantes dosis bajas, por ejemplo 0.025 a 0.05 gramos por litro junto a tensoactivos o detergentes resistentes al medio alcalino y fáciles de enjuagar. Este tiosulfato permite la formación de sulfuros con el calcio, magnesio, hierro etc., efecto secuestrante sin alterar el colorante. No siempre es recomendable usar esa alternativa pero en ciertos casos resulta ser muy importante intentarla previamente a una evaluación a nivel de laboratorio.La oxidaciónLa observación respecto al método de oxidación pone de manifiesto no solamente los inconvenientes frente al punto <b> de la curva en la figura <r1> y los peligros de una sobre oxidación hecho que podría o bien ser inefectiva o bien degradante. Conviene aclarar que cuando se oxida con clorito de sodio en medio ácido, el ion oxidante resulta ser el ion CLO2- que se transforma en el gas CLO2 en la medida que este se reduce en su trabajo como oxidante. Si bien podría resultar un inconveniente por el olor y sus efectos al desprenderse, según este fabricante lo recomienda por ser más eficaz sin lastimar los resultados finales, no sin antes realizar otras recomendaciones para el mismo efecto como el aclarado que utiliza el oxígeno disuelto en el agua de lavado.El hecho de no recomendarlo para algodón muerto, es decir aquel algodón que muestra su medula aplastada y ofrece poco <par> en la etapa de afinidad, indica que este colorante ciertamente no es capaz de cubrir tales diferencias de afinidad resultando un posible <barrado> o <rayado> en la tintura.Agua, pH, equipo y materialEn cuanto al agua y el pH conviene saber a. La dureza en esta afecta tanto al colorante reactivo como el colorante tina, ambos traídos a colación mediante el análisis de los comentarios de los fabricantes b. Al decir pH = 7, solo es un punto de referencia llamado punto de neutralidad, pero, conviene saber que encontrar normalmente acorde con el plano del agua. El plano del agua establece (véase manual del agua, Nalco Chemical Co, F.N.Kemmer & J.McCallion <tomo I> Ed.McGraw Hill, pag4-10):

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Figura <plagua> correspondiente al plano del agua acorde con el pH mostrado.

Una zona que comienza a pH 0 y termina a pH 4.5 llamado punto del naranja de metilo conocido como punto <M> y zona de acidez libre.Otra zona que comienza en el punto <M> y termina a pH 8.5 conocido como punto <P> de la fenolftaleína. Esta zona es conocida como zona de coexistencia para los bicarbonatos y CO2. Finalmente el punto pH 14 y fin de la escala para valoraciones del pH. Es decir, el plano comienza con una zona fuertemente ácida y termina con una zona fuertemente alcalina, después de pasar por una zona intermedia de equilibrio entre iones bicarbonato, carbonato y CO2.

De la observación de este plano tenemos el siguiente resumen:El bióxido de carbono CO2 existe desde pH 4.5 hasta pH 8.5 (punto P)El Bicarbonato HCO3- existe desde pH 4.5 (punto M) hasta pH 9.5. El Carbonato CO3- existe desde pH 8.5 hasta pH 14. El oxhidrilo OH- existe desde pH 9.5 hasta 14.En consecuencia el punto <M> es aquel punto donde nacen los bicarbonatos y es conocido como punto del naranja de metilo, mientras que el punto <P> correspondiente a pH 8.5 es el punto donde nace el carbonato CO3-, muere el CO2

y comienza a morir el bicarbonato HCO3-. El pH 9.5 será donde definitivamente muere el bicarbonato y nace el OH-. De esta manera cuando el fabricante establece pH óptimo de 11 a manera de ejemplo, realmente quiere decir que no estén presentes ni CO2 ni HCO3- porqué no son aceptables por un motivo u otro. El resultado de que estos estén presentes podría significar bajo rendimiento, formación de agregados o precipitados,

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cambios de matiz etc., pues simplemente estos afectarían el eje oxido reducción del colorante trayendo estas posibles consecuencias.En cuanto al equipo y material nos interesa saber lo que ocurre con el caudal, es decir, las fluctuaciones en este caudal generadas por cambios de velocidad del baño. Esto nos interesa porque del régimen del fluido dependerá la estabilidad de los baños y sabiendo previamente que el régimen de los mismos deberá ser siempre laminar el número de Reynolds de esta zona. Mientras más vieja resulte la maquina o mejor la generación a la cual pertenece, más riesgos corremos de desestabilizar los baños con las consecuencias correspondientes en la calidad de la tintura. Las maquinas modernas y gracias a las posibilidades tecnológicas, ofrecen mejores formas de controlar los parámetros de temperatura, presión, caudal etc., y por esto se han atrevido a modificar los diseños en búsqueda de ahorro de energía, agua, tiempo, auxiliares etc., y también la calidad de estos últimos. Con tales modificaciones han buscado en consecuencia mejorar los costos y aumentar las ganancias y disminuir impactos ambientales.Si resulta del caso que no contamos con estos equipos de nueva generación conviene saber: a. El ΔP (diferencia de presión entre la salida de la bomba principal y la correspondiente entrada), asumiendo que las pérdidas de energía son cero, está relacionada con el caudal y este con la velocidad del flujo así:

Q (caudal, m3/lt) ∞ v2 (velocidad de salida de la bomba) ∞ΔPEl caudal es proporcional a la raíz cuadrada de las presiones entre la salida y la entrada, y de esta manera la diagramación del ΔP versus tiempo servirá para evaluar la maquina con respecto al número de Reynolds de régimen laminar, estableciendo si está correcto o incorrecto. De esta manera si el valor de ΔP es cero entonces la maquina estará en corto, es decir el fluido no marcha y, si a cambio el ΔP es muy grande entonces el régimen será turbulento y estará salido de régimen laminar que es el correcto para las máquinas de tintura. Tanto los regímenes turbulentos como el flujo en corto, rompen los baños y favorecen la crisis con sus correspondientes desigualaciones y manchas b. Los valores para ΔP se reducen con el incremento de temperatura y debemos estar vigilantes de que tal disminución sea normal. Este comportamiento obedece al cambio de densidad del baño con tal incremento c. En caso de tintura de hilos conviene hacer la tabla en planta que relacione, cambios fuera dentro y dentro fuera, tiempo, presión 1, presión 2, ΔP y mantenerlos archivados para contrastar anomalías en las válvulas de vías, desgastes de la bomba, influencia de las cargas, tipos de material y envoltura, y finalmente contrastarla con las indicaciones del fabricante.

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Figura mqs 1 Maquina para tintura de hilazas en bobinas cruzadas.

Figura mqs2. Máquina para moderna para tintura de telas en cuerda.

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Las figuras mqs 1 y 2 muestran dos máquinas modernas para la tintura de hilos y géneros respectivamente. Por lo general cuentan con varios circuitos para el manejo del flujo principal, el auxiliar, el neumático para operación de las válvulas, y el circuito de muestreo de baños y de material para el visto bueno etc.Nos interesa mucho tanto el circuito principal como el circuito auxiliar. El circuito principal de las ollas o máquinas de teñir hilos, suele estar diseñado así: Bomba principal conectada a la cuba de adición y/o línea de agua a la entrada y con salida al filtro y luego hacia autoclave a través del sistema conmutativo conformado por la válvula de vías para los flujos dentro-fuera (DF) y fuera-dentro (FD). Desde este punto suele ir al intercambiador de calor para calentamiento y enfriamiento de los baños, unas veces independiente y otras veces ubicado en la parte inferior de la autoclave. Luego curso dirigido hacia el material a teñir, centrado en una canasta de espigas que contiene las bobinas cruzadas, conos o madejas. Finalmente salida hacia la bomba principal o hacia la cuba según el momento del corrido de tintura.El circuito auxiliar está conformado por una bomba auxiliar con dos funciones básicas generalmente: la primera introducir el baño de tintura (auxiliar y colorante) en el flujo principal y aguas arriba de la bomba principal y la segunda compensar el flujo hasta mantener el régimen laminar, es decir el número de Reynolds dentro de esta zona previniendo al sistema de flujos turbulentos en su interior y primordialmente en la autoclave.El circuito en las máquinas de género es parecido pero sin poseer sistemas conmutativos fuera- dentro y viceversa. No existe la autoclave, y su posición la ocupa ahora una tobera de las cuales existen muchos tipos y acorde con los propósitos. Existe a cambio un sistema regulador del nivel del baño y regulador de la presión reinante sobre la superficie del baño, evitando que entre en ebullición al traspasar la frontera del punto de ebullición del mismo. Por este motivo debe estar asistida por un compresor que entregue un aire limpio, es decir, sin arrastres de agua ni aceite de lubricación del tornillo compresor. La presencia de aceites en la línea favorece la formación de grumos en el baño por contaminación del mismo.El número de Reynolds se expresa como:Re = ρνD/μEn esta expresión ρ es densidad del fluido, ν es velocidad del fluido, D es diámetro del tubo y μ es viscosidad del fluido.El número de Reynolds es <adimensional> , es decir no tiene unidades dentro del sistema <mks> ni < cgs> , hecho por el cual los ingenieros lo calculan de tal modo que la μ se exprese en unidades de tiempo y el producto ρνD también.

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Figura Reyn 1. Relación número de Reynolds contra coeficiente de frotamiento para un fluido que corre en tuberías lisas.

En la figura Reyn 1 podemos apreciar las zonas de régimen laminar, zona critica de transición y zona turbulenta. Las maquinas deberán operar en zona laminar, es decir, con número de Reynolds hasta 2000 aproximadamente y con <fc>, coeficiente de frotamiento, 0.1 y 0.032.Las maquinas modernas están concebidas para ser parte de una red controlable a través de una consola de dirección general, tal como ocurre en los procesos de <refinación del petróleo>,<lanzamiento de cohetes> etc y, es por esto que se tiene un lenguaje informático para computadores especialmente diseñado, por ejemplo los lenguajes Gaston County y OrgaTex (SETEX).

Cd P1 (atm) P2 (atm) Delta P

0 3,5 2,5 16 3,4 2,43 0,9710 3,3 2,36 0,9416 3,22 2,29 0,930 3,14 2,22 0,9224 3,05 2,15 0,9

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30 2,95 2,09 0,86

0 5 10 15 20 25 30 350

0.51

1.52

2.53

3.54

Diagramación Delta P

Presion1Prersion2Delta P

Tiempo de ciclo (min) cd 4/6

Pres

ión

(atm

)

Figura DiaP. Diagramación Delta P para una Olla de teñir con ciclos DF y FD a ritmo de cambio 4 minutos por 6 minutos. Tintura de algodón en bobinas cruzadas hasta 100°C.

En la figura DiaP, correspondiente a la diagramación de una olla de tintura debemos señalar:La tabla muestra los valores leídos en los manómetros correspondientes a aguas arriba y aguas abajo de la bomba, disponibles en toda máquina de este tipo. Los cambios de flujo o dirección de flujo <Cd>, se han realizado en periodos 4 y 6 minutos respectivamente para dentro-fuera y fuera-dentro. El ciclo total ha sido de 30 minutos y los resultados obtenidos se muestran en la gráfica correspondiente en donde observamos un comportamiento bastante bueno del ΔP.En máquinas desajustadas por razones diferentes, por ejemplo: desgaste del impeler de la bomba, sobrecarga de la máquina, falta de hermetismo debido generalmente a deterioro de las punteras expansivas de las diferentes espigas o bayonetas de la canasta, mal funcionamiento de la válvula de vías etc., este diagrama puede mostrar valores para el ΔP≤ 0, Indicando así la anomalía de su funcionamiento. Si fuese el caso que los manómetros estén conectados aguas arriba de la válvula de vías y aguas arriba de la autoclave, puede resultar que el cambio fuera-dentro (FD) arroje un ΔP negativo pero, ahora todos los cambios fuera-dentro (FD) deberán ser de la misma forma negativa.En el caso de Jets como la mostrada en la figura <mqs2> bastará con establecer una sola de las curvas, por ejemplo la curva para P1, y sus variaciones mostraran cual bien o mal ha sido la circulación del género a través de la tobera. Mostrará por

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ejemplo las pérdidas de velocidad, atasques y reventones dependiendo de los valores P con bajadas o subidas momentáneas y, cero o casi cero para reventones. Este estudio resulta muy útil principalmente tratándose de maquinaria reparada o de generaciones viejas.

IQ Herman Valdés OlivoCc 8.275.325 tel 587.52.38Medellín.

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Acoltex Guia de Charla

Diapositiva1¿Qué es un Estándar? La ley.¿Qué es un problema? v. normativa se torna v. perturbadora.¿Qué herramientas tenemos? Las siguientes:Diapositiva 2Plano del Agua

Diapositiva 3El Oxi-Red y El Pétalo

Diapositiva 4La Micela y los puentes de hidrogeno

Diapositiva 5El Colorante reactivo CI Azul Reactivo 7

Diapositiva 6Reacción del colorante reactivo y la celulósica

Diapositiva 7Diagrama Reynolds fc vs Re

Diapositiva 8Las maquinas (olla y jet)

Diapositiva 9El diagrama ΔP vs tiempo (Cd 4/6) (Cd cambio de dirección)