TINTES Y TEÑIDO

Ocampo, D. 0735536, Martínez, G. 0731889

Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Química Universidad del valle, Cali, Colombia AA. 25360

Laboratorio 16-04-2010 Entrega 23- 04-2010

DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

- Preparación sales de diazonio

Se prepararon soluciones separadas de p-nitroanilina, 3,3-dimetoxibencidina y m-nitroanilina, con nitrito de sodio 0.5 M y se conservaron a 0 C en baño hielo. En este � punto, se formó las sales de diazonio respectivas.

Tabla 1 Cantidad de reactivo utilizado en la formación de las sales de diazonio

Amina utilizada/ cantidad mL

Solución NaNO2 0.5 M

(mL)Solución

1p-nitroanilina

(monoamina) / 2.5

0.2

Solución 2

3,3-dimetoxibencidina

(diamina)/ 2.5

0.2

Solución 3

m-nitroanilina/ 2.5

0.2

Observaciones:

Ilustración 1

Al agregar el nitrito de sodio a la monoamina, no sufrió cambios aparentes en cuanto al color.

Ilustración 2

Al agregar nitrito de sodio a la 3,3-dimetoxibencidina (diamina), pasó de ser una solución transparente a tener una coloración rojo salmón.

Ilustración 3

En la formación de la sal de diazonio, se observan partículas amarillas suspendidas en la solución, al agregar el naftol y el hidróxido, el color cambió a un color rojo

vino, pero, partículas de tinte empezaron a dispersarse y a alojarse en la superficie.

Ilustración 4

-Teñido de las fibras

Se utilizó dos tipos de fibras, algodón y dacron, la primera se sometió a un teñido directo, con las soluciones 1 y 2 y la segunda se tiñó por dispersión utilizando la solución 3.

1) ALGODÓN:

Para teñir el algodón, con las soluciones ya diazotizadas, se humedeció primero esta tela con una solución básica de β-naftol 1.0 M y se dejó secar por unos minutos. Al cabo de este tiempo, se agregaron gotas de las soluciones 1 y 2 en lados diferentes de la tela. El resultado se refleja en la ilustración siguiente:a es

Ilustración 5 Resultados del teñido con las diferentes soluciones sobre algodón

Se lavó la tela pero el color persistía.

2) DACRON:

Para teñir esta tela, se realizó un proceso mas laborioso, a 1 mL de la solucion 3 (ya diazotizada) se le agregó unas gotas de NaOH para neutralizar y dos gotas de la solucion de β-naftol, se agitó. En esta parte del proceso, la solucion se tornó color salmón y no homogénea debido a que partículas finas del colorante se encontraban muy dispersas, después de una agitación constante, se le agregó bifenilo, la coloración no cambió, pero si se homogenizó la solución. Al sumergir la tela de dacrón y calentar en un baño de agua a 80-70 C, la tela iba tomando el color de la � solución, hasta que no quedó nada de este.

Al lavar la tela, la coloración de esta resultó ser naranja, pero la coloración no fué uniforme, algunos espacios resultaron de tonalidades un poco más fuertes.

Ilustración 6

ANALISIS DE RESULTADOS

Existen en la actualidad una gran variedad de estructuras químicas asociadas con tintes o colorantes sintéticos y naturales pero, en su mayoría todas tienen en común estructuras altamente conjugadas y muy frecuentemente anillos aromáticos. Los tintes sintetizados en esta práctica, también tienen en sus estructuras anillos aromáticos y grupos azo –N=N- y son denominados colorantes azoicos (azocolorantes.

La implementación de un método determinado para teñir una fibra, depende tanto de la naturaleza del tinte como de la estructura de la fibra, Utilizando dos tipos de fibras, una natural como el algodón y una sintética como el dacron, se realizó el teñido de estas por dos métodos, el teñido directo para el primero y el teñido por suspensión para el segundo.

En la síntesis de los tintes azoicos, el paso mas importante lo constituye la formación de las sales de diazonio; en este paso, se tuvo especial cuidado en cuanto a las condiciones de temperatura a las que estaba sometidas las soluciones, dedido a que estas sales se descomponen para evolucionar a gas nitrógeno reactivo incoloro, entre otros productos. Estas sales son mas estables que las sales de diazonio con grupos alquilo comunes La mayor estabilidad del catión diazonio benceno en comparación con el catión diazonio alquilo se atribuye a que el grupo diazo del primero pasa a ser del sistema deslocalizado con el anillo de benceno en donde la carga positiva se deslocaliza sobre el anillo.

Ilustración 7

El mecanismo de formación de las sales de diazonio se muestran en el anexo A, en donde tanto las monoaminas como diaminas reaccionan con el acido nitroso que se forma debido al nitrito de sodio acuoso, este acido nitroso es inestable y se forma in situ, en donde el poco acido nitroso formado paulatinamente se puede protonar y perder agua para dar lugar al ion nitrosonio N=O❑

+¿¿ , que al parecer es el intermediario reactivo, aunque generalmete la producción de estos iones es llevada a cabo con acidos diluidos para desplazar el equilibrio hacia la formación del acido nitroso. La p-nitroanilina y la m-nitroanilina, son ambas aminas primarias que reaccionan via ion nitrosonio para formar cationes diazonios mediante un proceso de diazoacion. Lo mismo ocurre con la diamina, pero se forman dos cationes debido a la presencia de dos grupos –NH2.El mecanismo de la formación de las sales de diazonio, comienza con un ataque nucleofílico al ion nitrosonio para formar una N-nitrosoamina, después de esta etapa ocurren una serie de procesos descritos en el anexo A.

Las sales de diazonio, pueden sufrir reacciones de acoplamiento diazo, en donde el catión de la sal, se comporta como un electrófilo débil, por lo que el anillo aromático que ataca debe ser acompañado por un grupo de activante. Esto es lo que ocurre en la formación de los azocolorantes, que tienen en sus

estructuras la unión azo –N=N-. En la práctica, el compuesto con anillos aromaticos utilizaso fue el β-naftol, que tiene como grupo activante el –OH.

La formación de los azocolorantes, se realizó de dos formas: la primera, en donde el algodón fue humedecido con β-naftol asi que la reaccion ocurre en el interior de los poros de la tela y la segunda en donde la m-nitroanilina reacciona en la solución con el β-naftol (neutralizado la solución antes) para producir un tinte suspendido. Dentro del mecanismo de reaccion, se tiene en cuenta que el β-naftol, al tener un grupo donador de electrones orto-para director, tiende a dar productos de sustitución electrofilica aromatica en la posicion α. (ver mecanismo anexo B).

Hay dos aspectos importantes en torno al análisis de una molécula de colorante, como primera medida la capacidad para quedar fija en una fibra o textil y como segundo aspecto la causa o razón de su color.

- Capacidad del colorante para quedar fijo en la fibra Como ya se mencionó, se utilizaron dos tipos de fibras, una natural y la otra sintetica, a la hora de hablar de la capacidad de fijación de un tinte a la fibra, es pertinente hablar de la tela en si, de su estructura física y química y de la estructura del tinte.

a) Algodón: es una fibra natural cosnstituida principalmente por celulosa.

Ilustración 8

En esta cadena, cada grupo funcional se va repitiendo cada dos unidades, según estructuraciones cristalográficas realizadas, la distancia entre dos grupos aislados es de 103 A , esta distancia influye sobre la afinidad de los colorantes capaces de teñir esta estructura de celulosa. De la estructura de la celulosa, se deduce que es una cadena hidrofilica, esta es una característica clave en el comportamiento de los colorantes sobre la fibra.

Debido a que la estructura del algodón solo tiene grupos hidroxilos en su estructura, este no tiñe con colorantes cationicos o anionicos. Simples azocolorantes no se ligan muy bien al algodón, pero los colorantes diazo si actúan como colorantes directos debido a que posee dos grupos azo R-N=N--------N=N-R; cuando estos dos grupos azo están apartados por la distancia correcta ( 10,2 – 10,8 A) el tinte diazo se liga fuertemente al algodón, lo que ocurre es que la posicion de la distancia de los N del tinte diazo están en la correcta posicion para el enlace de hidrogeno con los grupos hidrolilo en el algodón. esto es lo que ocurriría si la diamina utilizada reaccionara directamente en solución con el β-naftol y después se agregara al algodón.

Ilustración 9

Si se hubiese hecho la tintura con la diamina de la manera como se describió en el párrafo anterior, la tintura hubiese sido efectiva debido a la presencia de los dos grupos azo, pero, un resultado diferente se hubiese obtenido con la monoamina, debido a la formación de un azocompuesto simple que no tendría un buen acoplamiento estructural; es por esto, que se han ideado métodos para tinturar utilizando este tipo de azocompues.

Uno de estos métodos, es la formación de tintes Ingrain o desarrollados, estos son formados dentro de la fibras, en donde 2 pequeñas moléculas son usadas para penetrar dentro de los poros de la fibra, una vez allí reaccionan para formar el tinte Ingrain, el cual, a causa de su nuevo tamaño queda atrapado dentro de la fibra. Las dos moléculas pequeñas que se mencionan corresponden a la sal de diazonio y el β-naftol, en este caso, se realizó dos tinturas, una con la solución 1 y la otra con la solución 2 que constituyen las sales de diazonio utilizadas.

Las moléculas de β-naftol, se introdujeron primero en la tela (impregnando la tela de gotas de esta solución) y se dejó secar para que no ocurriera la reaccion directa entre el β-naftol y las sales de diazonio; al estar seca la tela, las gotas de las soluciones 1 y 2 penetraron íntimamente en esta y

reaccionaron con el β-naftol instantáneamente.

Es asi como ocurre el proceso de teñido directo del algodón.

Ilustración 10

Ilustración 11

b)Dracron:

Para teñir este tipo de fibra sintetica, no se procedió igual que en el caso del algodón, por trituración directa, debido a que este tipo de fibra no tiene grupos que permitan que el colorante se aloje en su interior por

Ilustración 12

interacciones directas, por tanto para teñir esta tela, el método diferente; la teñido por dispersión, formando una tintura dispersa que básicamente se aplica de la suspensión formada por la solución 3 (tabla 1) con el hidróxido de sodio y el β-naftol, formando una especie de solución no homogénea (ver ilustración 3) en donde las partículas de colorante empiezan a ir a la superficie debido a que el tinte formado es insuluble en agua ( recordando que se trabajo con soluciones acuosas).

Tanto las partículas finas de colorante como tela, fueron sometidos a una temperatura de 90-100 °C, agregando unas gotas de bifenilo, esto con el objetivo de evaporar el agua presente en la solución. Este proceso de tintura, requirió de la utilización del bifenilo como disolvente, ya que al obtener el tinte insoluble, el disolvente actua como transportador disolviendo el tinte y llevando dentro de la fibra; el tinte no se liga propiamente a la fibra, sino, que está dispersado por toda esta.

Debido a que no se utilizó un agente surfactante, la tintura de la tela no fue uniforme, aquí radica la importancia del bifenilo que es util para facilitar la disolución del tinte sobre el dacron y del surfactante que ayuda a dispersar el tinte sobre la fibra, ya que las sustancias anfifilas tienen una fuerte tendencia en migrar hacia una superficie o una interfase liquido solido (se llama esto adsorcion), lo cual facilita que el tinte se forme entre las fibras de este tejido sintético.

- La coloración

Los tintes sintetizados, que son compuestos azoicos, tienen en sus estructuras químicas, con multiples dobles

enlaces conjugados debido a la presencia de los anillos aromaticos, y además poseen todos un heteroatomo en común: el nitrógeno. En estos compuestos azoicos, el grupo –N=N- (azo), se encuentra entre dos grupos aromaticos, haciendo parte de un sistema de electrones extendido, todo este sistema puede ser catalogado como un cromóforo, ya que es la proporción de la molecula responsable del color principal.

Ilustración 13

En cuanto al teñido directo, tanto el grupo -- N≡N+¿¿- de la sal de diazonio y el –OH del naftol, sirven para “anclar” estas moléculas fijándola en los poros del tejido, al estar ambos tipos de moléculas en los poros, se forma el enlace y se produce la tintura de la tela debido a los nuevos enlaces naftol-sal de diazonio, estas nuevas estructuras poseen una conjugación de dobles enlaces mayor a la inicial, formando sistemas π altamente deslocalizados que absorben luz a determinadas frecuencias y por consiguiente se obtienen diferentes resultados en el teñido de la tela (ver ilustración 5). Cuando el tinte es alojado en el interior de la tela, las cualidades que lo hacen un colorante se atribuyen al grupo y–OH, que puede ser catalogado como un auxocromos (auyuda a dar color).

Este grupo auxocromo es muy eficaz al aumenta la intensidad de color, esto se debe a que puede actuar como un grupo que cede electrones, los electrones suministrados requieren un grupo cromoforo que les ofrezca el camino en que desplazarse, por tanto , desde este punto de vista el cromoforo se comporta como aceptor de electrones o sumidero de electrones, lo constituye el camino que va desde el primer anillo aromatico hasta el ultimo pasando por el enlace –N=N- (ver ilustracion 13).

Los niveles de energía cuantizados de los electrones moleculares están más juntos en los sistemas con electrones π deslocalizados y la luz de la región visible del espectro electromagnético es absorbida cuando los electrones son promovidos de un nivel de energía menor a uno mayor. A medida que el compuesto contenga mayor cantidad de dobles enlaces conjugados, absorberá luz de mayor longitud de onda. Es por esto que por ejemplo, la diamina utilizada, la 3,3-dimetoxibencidina, al ser transparente indicando que absorbe en la región ultravioleta, a longitudes de onda mas cortas, pasa a hacer parte de un colorante con dos anillos bencénicos adicionales, es decir, entran en juego mayor numero de dobles enlaces, por tanto la energía necesaria para la excitación de los electrones es menor y por consiguiente abasorbera a longitudes de onda mayores, dando una coloración en el espectro visible, esto es exactamente lo que ocurró, un tinte refleja la luz no absorbida azul-violeta y absorbe luz de color verde de una longitud cercana a 524 nm.

El color tanto de la m-nitroanilina como el de la p-nitroanilina, es amarillo; esta coloración se debe al grupo crommóforo –

NO2, el color amarillo, es el color complementario reflejado, por tanto estos compuestos absorben la luz violeta que corresponde a una longitud de onda de 410 nm, al formar la sal de diazonio, sus colores no cambiaron, y al tinturar las diferentes fibras, ambos generaron una coloración naranja, una mas intensa que otra debido a las posiciones del grupo nitro, pero, el punto es que ambos tintes ganaron un anillo aromatico mas en su estructura unido por el grupo azo, por tanto, la longitud de onda a la que absorben se modifica, aumentando, pasan de absorber luz electromagnética a 410 nm a absorber luz a 481 nm reflejando luz naranja; esto se debe al aumento de dobles enlaces en las estructuras.

Para terminar, cabe resaltar que al lavar las dos fibras, ninguna presentó decoloración, Indicando que la fibras teñidas presentan resistencia a devolver la materia colorante que absorbieron, esta resistencia a devolver el colorante es una consecuencia de la energía de su unión, dependiendo a su vez de las relaciones entre las estructuras moleculares de las fibras y de la forma como se ha efectuado la tintura. Con esto se concluye que se ha podido apreciar la penetración del colorante por dos métodos diferentes pero que llegan al mismo fin.

PREGUNTAS1. Represente las estucturas de las tinturas preparadas en sus ecperimentos y clasifíquelas como directas, anionicas, cationicas o de dispersión.

Tintura directa

Tintura directa

Tintura dispersa

2. Represente la estructura del dacrón y explique porqué es necesario usar el teñido por dispersión.Ver análisis3. Cuál de los tintes ensayados tiene la mayor afinidad por el algodón? Explique usando representaciones estructurales.El tinte que tiene mauor afinidad por el algodón es el preparado a partir de la diamina, debido a que este tinte presentaría dos grupos azo –N=N- que pueden interactuar con los hidrogenos del grupo hidroxilo de la celulosa. Ver análisis.

4. Represente la estructura de la seda y de un posible tinte efectivo para ella.

La seda contiene tanto grupos –COO- como –NH3

+, así que puede teñirse con tinturas ionicas.Para teñido directo se puede utilizar el acido picricro.

CONCLUSIONES

El proceso de tintura, se puede definir como el proceso en donde un material textil al ser puesto en contacto con una solución o dispersante de un tinte, lo adsorbe de tal forma que dentro de la estructura del textil, se generen interacciones tinte-fibra que no permitan que el colorante desaloje la fibra.

Al igual que existen diferentes tipos de fibras, ya sean naturales o sinteticas, también existen diferentes moléculas colorantes capaces de teñir estos tejidos. El éxito de la tintura de un tejido, radica en la implementación del método apropiado para la tintura, que asu vez tienen en cuenta tanto la estructura física como química de la tela a teñir y del colorantes que se utiliza.

El algodón, se tiñe exitosamente con los azocolorantes mediantes una tintura directa que se forma en el interior de los poros de la fibra, de esta manera, las molecualas de colorante formadas debido al aumento de tamaño no logran salir y se quedan fijas en la tela.

El dacrón, al ser un polímero hidrofofo, no puede ser teñido en solución acuosa, es por esto que la utilización de un método de tintura por dispersión resultó exitoso debido a que permite teñir el tejido mediante la utilización de un tinte

insoluble en agua que es llevado a todos los espacios de la fibra mediante la utilización de un disolvente y un agente surfactante.

REFERENCIAS BIBLIIOGRAFICAS

http://www2.uwsuper.edu/jlane/320/dyeing.pdf

http://scioto.dublin.k12.oh.us/academics/science/bolles/CHEM_ONE/16_DYES/Dye_binding_lab.pdf