El teñido con colorantes premetalizados

Autor: Ing. Manuel Antonio Ruiz Cordova
Autor de libros textiles especializados en química textil. / manuelruizcordovac32@gmail.com

Algunos colorantes de complejos metálicos se pueden preparar a partir de cromo. Los colorantes metálicos tienen dos grupos de ácido sulfónico que neutralizan la carga positiva del cromo (quelado), formando un ion; mientras que otro grupo de ácido sulfónico reacciona con el grupo amino de la fibra, por fuerzas electrostáticas sobre las fibras proteicas.

PAPEL DEL ÁTOMO METÁLICO

1. Sobre todo, la solidez a la luz y la solidez al lavado de los tejidos teñidos directamente —particularmente del algodón— pueden mejorarse mediante el tratamiento posterior con sales metálicas de cobre y cromo.
2. El papel del átomo metálico es formar un complejo con el colorante, para una mejor adherencia al tejido.
3. A veces los colorantes premetalizados utilizados para el teñido de la lana tienen mordiente de cromo, que es añadido por separado durante el proceso tintóreo llamado «proceso de metacromo».
4. Los colorantes rápidos de las marcas Neolan y Palatine son solubles debido a la presencia de grupos de ácido sulfónico en ellos; sin embargo, requieren cantidades bastante grandes de ácido sulfúrico en el baño de tinte.
5. Debido a que el grupo amino libre está protonado —por lo que no puede formar enlaces de coordenadas con el átomo metálico—, como resultado se suprime la coordinación entre el grupo amino de la proteína y el átomo de cromo del colorante.

PROPIEDADES DE LOS COLORANTES DE COMPLEJOS METÁLICOS

1. No se requiere pre o postratamiento después del tratamiento con sales metálicas.
2. Algunos de estos son más brillantes que los colorantes cromados.
3. Sin embargo, su solidez es ligeramente inferior a los colorantes cromados, pero, aun así, las mencionadas solideces son suficientemente buenas.
4. Debido a su facilidad de aplicación y propiedades de solidez, se utilizan para teñir material de vestir de alta calidad.
5. Los tintes de complejos metálicos —que también se conocen como «tintes premetalizados»— presentan una gran afinidad hacia las fibras proteicas.
6. En general se ha visto que estos colorantes son complejos de cromo o cobalto. Entre los más populares hay una variedad conocida como colorantes de complejo de metal 1:2, que es ideal para teñir fibras de poliamida.
7. Para teñir lana, estos tipos de colorantes son los más favorables.
8. Generalmente, los colorantes de complejos metálicos no se pueden considerar como pertenecientes a una clase de tinte de aplicación particular.
9. De hecho, pertenecen a numerosas clases de aplicación de colorantes. Por ejemplo, se encuentran entre los colorantes directos, ácidos y reactivos. Cuando se aplican en los procesos de tintura, dichos colorantes se utilizan en unas condiciones de pH que se regulan por clase de usuario y por tipo de fibra (lana, poliamida, etc.).

Los niveles de pH para la lana varían típicamente así:

• Fuerte acidez, cuyo pH oscila de 1.8 a 4.0 para los colorantes de complejos metálicos 1:1.
• Moderadamente ácido-neutro, cuyo pH varía de 4.0 a 7.0 para los colorantes de complejos metálicos 1:2.

TIPOS DE COLORANTES DE COMPLEJOS METÁLICOS

Químicamente hablando, estos colorantes pueden ser ampliamente clasificados en dos clases:

1. Colorantes de complejos metálicos 1:1, donde una molécula de colorante se coordina con un solo átomo de metal.

Los colorantes de complejos metálicos 1:1 incluyen compuestos de amino, hidroxilo azo y derivados del ácido salicílico (Grupos COOH COOH).

Estos colorantes son en su mayoría monosulfonatos de peso molecular entre 400-500. Esto les da propiedades de teñido algo similares a las de los colorantes ácidos monosulfonados.

A pesar de la disminución, en los últimos años, en el uso de colorantes de complejos metálicos 1:1, los colorantes continúan siendo utilizados en el teñido de material suelto, de hilados, de hilados a mano y piezas. Presentan excelentes características de teñido y penetración a nivel. Los colorantes tienen una buena solidez a la luz y una moderada solidez a la humedad.

1.1. Método de teñido d complejos metálicos 1:1

a. Los colorantes de complejos metálicos 1:1, se aplican usualmente a la lana a partir de un baño de tinte fuertemente ácido en pH-2. (por eso los tintes algunas veces se denominan «colorantes ácidos de tinteantes metálicos»).

b.  Bajo estas condiciones, los colorantes poseen excelentes propiedades de migración y nivelación.

c. Puesto que la lana absorbe aproximadamente 4 % de aceite sulfúrico (96 %), se requiere un exceso de ácido para mantener un baño de tinte adecuadamente ácido.

d. Los agentes quelantes para el ablandamiento del agua no deben utilizarse debido a la desmetalización de algunos colorantes.

e. Debido a que la ebullición prolongada en tales condiciones de bajo pH puede causar daño a las fibras, podría usarse cantidades reducidas de ácido sulfúrico, u otros ácidos tales como ácido fórmico (8-10 %) o un agente de nivelación.

f. Los colorantes también se pueden aplicar a 80 °C para reducir el daño de las fibras.

g. La BASF sugiere el uso de ácido sulfámico en lugar de ácido sulfúrico.

h. El pH del baño de tinción al principio es de 1.8.

i. Pero como la temperatura sube al hervir, el pH aumenta entre 3-3.5 debido a la hidrólisis del ácido sulfámico, que conduce a menos daño de la fibra comparado con el ácido sulfúrico.

2. Colorantes de complejos metálicos 1:2, donde un átomo metálico está coordinado con dos átomos del colorante.

Su excelente carácter de migración y penetración, facilidad de aplicación, buena solidez a la luz y tonos comparativamente brillantes hicieron populares a los colorantes de complejos metálicos 1:1, hasta la introducción de colorantes de complejos metálicos 1:2, en 1951.

Debido a las condiciones de pH débilmente ácido o neutro utilizadas para la aplicación de colorantes de complejos metálicos 1:2, a veces se les denomina «colorantes neutros de colorantes de metal». Estos colorantes están libres de un grupo iónico solubilizante de agua,  fuertemente polar —como el SO3Na—.

La solubilidad en agua se confiere por la anionicidad inherente de la estructura 1:2 (que surge de la pérdida de cuatro protones de los dos enlaces del colorante), y la presencia de sustituyentes no iónicos, hidrófilos tales como la metil sulfona (SO2CH3), la sulfonamida (SO2NH2) y la metil sulfonamida (SO2NHCH3).

2.1. Clasificación de los colorantes de complejo metálico 1:2

Estos colorantes se clasifican en dos grupos:

1. Los colorantes de complejos metálicos no sulfonados 1:2.
2. Los colorantes de complejos metálicos sulfonados 1:2.

La introducción del grupo solubilizante sulfónico conduce a colorantes que tienen pobres propiedades de nivelación y menor solidez a tratamientos húmedos.

Durante los últimos 30 años se ha hecho grandes avances en el desarrollo de productos auxiliares que mejoran las propiedades de tinción de los tintes de complejos metálicos sulfonados 1:2.

Los colorantes de complejos metálicos sulfonados 1:2 se dividen en dos subclases:

• Colorantes monosulfonados no simétricos: Las dos moléculas de colorante en el complejo pueden ser diferentes.
• Colorantes disulfonados: Muchos de estos colorantes tienen una estructura simétrica y son más baratos que los colorantes monosulfonados asimétricos.

Son lentos en el teñido y no cubren bien las irregularidades.Pueden aplicarse sobre lana usando un agente nivelador anfótero o débilmente catiónico con control del pH y de la temperatura, pero sus propiedades intrínsecas de migración son pobres.

2.2. Método de teñido

El teñido se lleva a cabo a pH 5-6 usando acetato de amonio.

El método habitual de aplicación es el siguiente:

1. El hilo o la tela se tratan a 40 °C durante 10 minutos, en un baño fijado con 2 a 4% de acetato de amonio. Luego se añade el colorante disuelto.
2. La temperatura de la solución tintórea se eleva hasta hervir por 45 min.
3. Después de 30-60 minutos en ebullición el baño debe haberse agotado hasta el 90%.
4. Después de teñir se enjuaga con agua caliente y fría.
5. El pH típico de teñido para las diferentes clases de colorantes premetalizados para el teñido de la lana.

Las moléculas de colorante son típicamente una estructura monoazo que puede contener grupos adicionales, como grupos hidroxilo, carboxilo o amino. Pueden formar fuertes complejos de coordinación con iones de metales de transición, como níquel, cromo, cobalto y cobre.

CARACTERÍSTICAS DE LOS COLORANTES DE COMPLEJOS METÁLICOS

• Excelente resistencia a la luz.
• Solideces al lavado media.
• Muestra muy buenas características de teñido y penetración.
• Puede cubrir las irregularidades en los sustratos.
• Son colorantes solubles en agua.
• Las propiedades de la tela teñida con colorantes de complejos metálicos muestran una buena solidez a la luz, pero la solidez en húmedo es moderada, particularmente cuando se deben considerar tonos de color más oscuro.
• Sin embargo, la solidez también depende de la elección de la fibra y el tipo de colorante.
• Estos colorantes se tiñen desde un pH neutro a un pH débilmente ácido, o incluso a veces fuertemente ácido.
• Estos colorantes tienen buena nivelación y buena penetración en la lana carbonizada.
• Trabajan con un pH muy bajo: de 1.8 a 2.5 con ácido sulfúrico o de 3.0 a 4.0 con ácido fórmico. Por lo tanto, no son en absoluto adecuados para el algodón o mezclas de algodón.La sal de Glauber se utiliza como agente de agotamiento y como agente de nivelación.
• Estos colorantes presentan propiedades moderadas de migración sobre el nylon, pero muestran en general muy buenas características de solidez.
• Tanto los enlaces iónicos como los de coordenadas se forman con los colorantes de complejos metálicos y fibra (nylon).

Observaciones:

Como observamos, este tipo de colorantes tiene buen rendimiento tintóreo en las fibras proteicas. Los colorantes metálicos tienen dos grupos de ácido sulfónico que neutralizan la carga positiva del cromo (quelado), formando un ion, mientras que el otro grupo de ácido sulfónico reacciona con el grupo amino de la fibra, por fuerzas electrostáticas sobre las fibras proteicas.