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INTRODUCCIÓN Los colorantes son uno de los grupos de productos químicos industriales de mayor uso, producidos y utilizados en grandes cantidades bajo una gran variedad de denominaciones comerciales y químicas en casi todas las industrias. Un colorante es un compuesto que al aplicarse a un sustrato (casi siempre a una fibra textil, pero también a cuero, papel, algún material plástico o alimento) se le confiere un color mas o menos permanente. Un colorante se aplica en solución o dispersión y el sustrato debe tener cierta afinidad para absorberlo. Los colorantes en general son solubles en el medio en el que se aplican o en el producto final. Un pigmento, por el contrario, esta compuesto por partículas diminutas de un compuesto colorido disperso en un medio en el que es insoluble. Los pigmentos no se adhieren a los sustratos en la misma forma que los colorantes. En lugar de esto se, se dispersan en un vehículo adherente (casi siempre un polímero) que se adhiere al sustrato. Los pigmentos son importantes en las aplicaciones en que la insolubilidad e esencial, como son las tintas de impresión, donde un colorante se esparcía o “sangraría” sobre el área en que se aplica. Los pigmentos tienen también mayor opacidad, poder cubriente y resistencia al calor, por lo tanto es de valor en pinturas y en coloración de plásticos. Las principales propiedades de que los colorantes de colorantes buscan son color, resistencia a la luz y adherencia al sustrato para que el color no se desvanezca, se desgaste o se extraiga por lavado. También es importante el nivelado del colorante (la uniformidad de color en una gran área); se busca facilidad de aplicación, lo mismo que compatibilidad con otros colorantes. El colorante no debe dañar la fibra. El costo es relativamente poco importante por que los colorantes se usan en pequeñas cantidades.Un colorante es un compuesto que al aplicarse a un sustrato le confiere un color mas o menos permanente.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL:  Describir a los colorantes OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Estudiar los conceptos de los colorantes para lana, fibras celulósicas, fibras sinteticas y sus diversas aplicaciones.  Describir la fabricación de colorantes como: Azo, antraquinona y estilbeno y otros.

COLORANTES I.

HISTORIA DE LOS COLORANTES

El color destaca su presencia cotidiana en todo lo que rodea al hombre. Se prodiga tanto en los objetos de creación humana como en la naturaleza. Desde las etapas más tempranas de la cultura humana el hombre hizo uso consciente y variado del color, lo aplicó sobre las superficies rocosas de las cavernas e incluso, sobre su propia piel. Los servicios que el color ha brindado recorren una amplia gama de funciones, desde cubrir la superficie de un objeto, hasta representar simbólicamente una idea o un concepto. Hoy maravillan todavía los prodigios que en este arte decorativo realizaron los asirios y babilonios, y sobre todo los egipcios. Sorprende los numerosos productos colorantes que conocían y su habilísima manera de prepararlos para darles viveza, realce y hacerlos inalterables. Los egipcios conocían una técnica llamada de mordiente, a través de la cual conseguían teñir un tejido con matices diferentes empleando una misma materia colorante. Muchos de estos secretos de la antigüedad se han perdido, y hoy día no se saben preparar muchos de los tintes que para la decoración de las piedras, mosaicos y tejidos usaron los antiguos. En el año 1856 se inició la era de los colorantes sintéticos, El primer colorante sintético que se preparó fue la Mauvine que fue preparado por Willian Henry Perkin quién logró obtener el colorante púrpura por oxidación de la anilina con ácido crómico.. Esto marcó el inicio de la industria de los colorantes sintéticos.

Posteriormente al descubrimiento de la Mauvine se prepararon los colorantes Magenta, Anilina Azul, Violeta Metil, Violeta Hoffmann, Anilina Negra y Verde Aldehído. En 1859 se sintetizó la Fucsina, preparado por Verguin en Francia, y utilizada como colorante textil. En 1868, Groebe y Lieberman anunciaron la primera síntesis de un colorante azul natural: Alizarina; y en 1869 Caro, Groebe, Lieberman y Perkin patentaron el proceso para su manufactura. El descubrimiento de Peter Griess en 1858 y 1865 de la reacción de diazotación de aminas aromáticas y la reacción de copulación de compuestos de diazonio fueron la base para la siguiente fase en la elaboración de colorantes y obtuvieron la base teórica que hacía falta.

II.

EL COLOR

El mundo es de colores, donde hay luz, hay color. La percepción de la forma, profundidad o claroscuro está estrechamente ligada a la percepción de los colores. El color es un atributo que percibimos de los objetos cuando hay luz. La luz es constituida por ondas electromagnéticas que se propagan a unos 300.000 kilómetros por segundo. Esto significa que nuestros ojos reaccionan a la incidencia de la energía y no a la materia en sí. Las ondas forman, según su longitud de onda, distintos tipos de luz, como infrarroja, visible, ultravioleta o blanca. Las ondas visibles son aquellas cuya longitud de onda está comprendida entre los 380 y 770 nanómetros. Los objetos devuelven la luz que no absorben hacia su entorno. Nuestro campo visual interpreta estas radiaciones electromagnéticas que el entorno emite o refleja, como la palabra "COLOR". ÍNDICE DE COLOR El índice de color es la medida de color de una estrella y, por tanto, de su temperatura superficial. Las magnitudes visual y fotográfica de una estrella no suelen coincidir y a su diferencia se denomina índice de color. La escala se ajusta de forma que una estrella blanca, como Sirius, tenga un índice de color cero, una estrella azul lo tenga negativo y una estrella amarilla o roja, positivo. En el sistema normal UBV (ultravioleta, azul, visual) el índice de color se consigue restando la magnitud visual de la estrella de su magnitud en luz ultravioleta o azul.

PERCEPCIÓN DEL COLOR

En la retina del ojo existen millones de células especializadas en detectar las longitudes de onda procedentes de nuestro entorno. Estas células fotoreceptoras, conos y los bastoncillos, recogen parte del espectro de luz solar y lo transforman en impulsos eléctricos, que son enviados al cerebro a través de los nervios ópticos, siendo estos los encargados de crear la sensación del color. Existen grupos de conos especializados en detectar y procesar un color determinado, siendo diferente el total de ellos dedicados a un color y a otro. Por ejemplo, existen más células especializadas en trabajar con las longitudes de onda correspondientes al rojo que a ningún otro color, por lo que cuando el entorno en que nos encontramos nos envía demasiado rojo se produce una saturación de información en el cerebro de este color, originando una sensación de irritación en las personas. El mecanismo de mezcla y producción de colores producidos por la reflexión de la luz sobre un cuerpo no es el mismo al de la obtención de colores por mezcla directa de rayos de luz. III.

COLORANTE

Es cualquiera de los productos químicos pertenecientes a un extenso grupo de sustancias, empleados para colorear tejidos, tintas, productos alimenticios y otras sustancias. En la moderna terminología industrial se amplía el concepto de colorantes a los productos que contienen colorantes orgánicos puros junto con agentes reductores o de relleno que los hacen más manejables. El color de los compuestos orgánicos depende de su estructura. Generalmente, los compuestos empleados como tintes son productos químicos orgánicos insaturados. La característica del color es especialmente notable en productos químicos que contienen ciertos grupos insaturados bien definidos. Estos productos químicos, conocidos como cromóforos (portadores de color), tienen diferentes capacidades para dar color. Los radicales químicos llamados auxocromos, tienen la propiedad de fijar eficazmente el colorante deseado. Se trata de ácidos y bases que originan colorantes ácidos y básicos. En algunos compuestos, la presencia de un grupo auxocromo puede colorear compuestos incoloros.

CROMOFOROS Grupo etileno Grupo carbonilo

AUXOCROMOS Grupo sulfonico

C-C R-C=O

Grupo Carboxílico

R – COOH

-N=N-

Grupo Hidroxilo

R – OH

- NO2

Grupo Amino

- NH2

Grupo azo

Cloro

Cl2

Grupo azoxi

Bromo

Br2

Grupo nitroso Grupo nitro

Grupo quinoideo

IV.

- H2SO4

CLASIFICACION DE COLORANTES COLORANTES:

CLASIFICACIÓN DE LOS COLORANTES COLORANTES NATURALES Orgánicos de origen cochinilla animal púrpura Orgánicos de origen vegetal

índigo palo campeche

Inorg. de origen mineral

cinabrio plomo cobalto

COLORANTES ARTIFICIALES Ácidos a la tina Básicos de pigmentación Directos Dispersos Reactivos 1. COLORANTES NATURALES:

sulfurosos de complejo metálico colorantes sobre mordiente

1.1. Colorantes naturales de origen animal Por lo que se refiere a los colorantes animales, algunos que tuvieron tantísima importancia, como la cochinilla, han desaparecido de la tintura textil, dado que su naturaleza orgánica presenta muchos problemas de solidez; esa naturaleza orgánica, precisamente, es la que ha reclamado de nuevo para ellos la importancia de su aplicación en otras industrias (por ejemplo la alimentaría), donde los colorantes artificiales resultan más dañinos que los naturales, que no producen perjuicio alguno. El colorante de la cochinilla, que procede del insecto del mismo nombre, se conoció en el mundo occidental después de la llegada de los españoles al territorio del actual México, ya que los aztecas la utilizaban abundantemente; fue a través de España que el uso de éste colorante pasó al resto del mundo. El colorante de la púrpura procede de una secreción del molusco marino que lleva este nombre; aunque hay otros que segregan una sustancia similar a la púrpura. Son abundantes los vestigios de su utilización en tiempos anteriores a la era cristiana. La utilización de este colorante no es sencilla, llegando a desconocerse durante largo tiempo después de la caída del Imperio Romano. A finales del siglo XVII se volvió a utilizar. Ciertamente el color púrpura tiene mucho de especial, y no sólo por sus connotaciones casi míticas. Es por ello que con el nacimiento de la química de laboratorio, a principios del siglo XX se aisló la sustancia colorante de la púrpura, encontrando que su composición química es C16H8O2N2Br2, que se corresponde con el dibromoíndigo. Hoy día, la púrpura es un colorante artificial sintético que se obtiene a partir del nitrobromobenzaldehído por tratamiento con sosa, acetona y alcohol etílico. 1.2. Colorantes naturales de origen vegetal El índigo es el colorante natural más utilizado en todos los tiempos, incluso actualmente, debido a su solidez; resiste bien a la luz, al lavado, a los álcalis y ácidos. Se utiliza en tintura textil como colorante a la tina. El índigo es el colorante de los jeans y prendas vaqueras azules. Esta sustancia se extrae de plantas del género indigofera (que se dan en el Asia Sur oriental, cultivadas y empleado como tal sobre todo en la India, para el algodón), que lo contienen en forma de glucósido; éste se hidroliza por ácidos o por fermentos en glucosa e indoxilo, se oxida de forma natural por el oxígeno del aire y se transforma en el colorante índigo o añil. Su composición química es C 16H10O2N2 Una vez se consiguió aislar esta sustancia, su producción química ha hecho que el índigo como colorante artificial sea más barato y abundante que el natural. El palo campeche es un árbol leguminoso, de la familia de las papilionáceas, de madera muy dura y negra, algo aromático, cuya especie más importante se da en México y otras regiones de América Central. De esta especie se extrae la sustancia colorante hematoxilina o hemateína, de color típicamente encarnado, que se llama comúnmente campeche o palo campeche. 1.3. Colorantes minerales

De los colorantes naturales, los minerales siguen utilizándose, pero no de la forma natural como se hizo en la antigüedad sino aprovechando sus propiedades químicas que la ciencia ha ido descubriendo, e incorporándolos así a la industria como colorante artificiales. Tal es el caso del blanco de plomo, el azul cobalto, el ocre del cinabrio, etc. 2. COLORANTES ARTIFICIALES Son los más importantes en la tintura textil. Muchos de ellos proceden de aislar en laboratorio las sustancias correspondientes a los mismos colorantes en estado natural, parte de los cuales hemos visto, y proceder posteriormente a sintetizar químicamente colorantes idénticos a sus correspondientes naturales. El hecho de proceder mediante química a la obtención de colorantes da ocasión a que en tales procedimientos se busquen y consigan productos colorantes con cualidades apropiadas a los fines textiles que se les va a dar. GENERALIDADES Características que definen y clasifican a la mayoría de los colorantes artificiales. 

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Colorantes ácidos  Empleados para tintura de lanas, seda, poliamidas. Tienen diferentes grados de solideces. Colorantes básicos  Empleados para tintura directa de lana, seda y, sobre todo, las acrílicas, en las que se obtienen colores vivos y brillantes y con muy buenas solideces. Colorantes directos (sustantivos)  Empleados para la tintura de celulósicas, con muy buenas solideces. Colorantes a la tina  Necesitan del oxígeno ambiental para ser efectivos. Su constitución química es análoga a la del índigo. Colorantes pigmentación Necesitan de aglutinantes para su fijación. Colorantes dispersos  Fino grado de dispersión. Empleados para la tintura de rayón, acetatos y poliésteres. Se usan con auxiliares "carriers". Colorantes sulfurosos  Empleados para fibras celulósicas. Muy económicos pero de resultados pobres de matices. Colorantes de complejo metálico  Se emplean en la lana. De buena solidez. Colorantes sobre mordiente

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 Poco empleados. Colorantes reactivos  Empleados en la tintura de fibras celulósicas, mediante reacción química; producen matices de coloreado muy vivos y brillantes.

COLORANTES PARA LANA 1) Los colorantes acidos Son los utilizados para tintar la lana y fibras proteicas en medio ácido. Su grupo cromóforo es aniónico. De ellos, los azóicos son los tintes amarillos, anaranjados, rojos, escarlatas, marinos sólidos, algunos verde oscuros, y marrones (mezclas de varios azóicos).

De los colorantes ácidos, los antranoquinónicos son los azules de buena solidez a la luz y a tratamientos en húmedo. Corren peligro de volver a oxidarse con la humedad ambiental una vez teñidos. Los trifenilmetánicos son los violetas, azules y verdes de tonos muy brillantes y moderadamente sólidos a la luz, mejor a los tratamientos húmedos. Estos colorantes tienen su índice de solubilidad (en agua) y su índice de afinidad en relación inversa. Por otra parte, a mayor solubilidad, mayor igualación pero menor solidez ante agentes húmedos. 2) Los colorantes básicos Tiñen las fibras animales de forma directa; pero de entre las naturales vegetales, solo el yute tiene afinidad por estos colorantes. Tiñen las fibras artificiales celulósicas indirectamente, mordentadas con tanino; de entre ellas, sólo el rayón nitro-seda tiene afinidad por los colorantes básicos. El uso más común de los colorantes básicos se da en la tintura de las fibras acrílicas y de algunos poliésteres (los modificados). En la tintura de estas fibras para controlar el proceso de tintura con colorantes básicos se utilizan agentes catiónicos-aniónicos adicionales. Estos agentes son sales de bases orgánicas que fuerzan al grupo cromóforo a unirse al catión, resultando el anión incoloro. Esta reacción química da como resultado tres grupos de colorantes básico nuevo:

o o o

Colorantes con carga positiva deslocalizada; derivados del di/trifenilmetano. Colorantes con carga catiónica localizada; de tipo antraquinónico o azoico, que poseen elevada solidez a la luz y buena estabilidad al ph. Colorantes con estructura heterocíclica, conteniendo nitrógeno cuaternario; estos son solubles en alcohol etílico; menos solubles en agua.

3) Colorantes premetalizados: Se trata de soluciones tintóreas creadas mediante un proceso químico previo a la fase de tintura; en este caso el procedimiento es el siguiente: una o varias moléculas de colorante, generalmente ácido, se asocian con un átomo metálico formando un complejo molecular con afinidad por las fibras proteicas y poliamídicas. La formación de este complejo químico se consigue calentando una solución acuosa del cromóforo con una sal de cromo trivalente, siempre en un medio de ph por debajo de 4. Si bien se obtiene con ellos una extensa gama de colores, estos adolecen de falta de brillo en azules, verdes y violetas. Suelen aplicarse a tejidos inencogibles.

COLORANTES PARA FIBRAS CELULOSICAS 1) Colorantes artificiales directos Los colorantes artificiales directos se llaman así porque tiñen la fibra sin necesidad de un segundo producto que actúe como mordiente de ésta. Existen dos familias de colorantes directos: a) Colorantes azóicos Los colorantes azóicos son derivados de las aminas del difenilo

en donde N puede ser -HN-NHarildiaminas, enlace simple de bencidínicos -CH=CH- etilbénicos -NH-O-S-CONH-NH-CO-NH-

R puede ser -H SO3Na -Cl -NO2 -OH -CH3 -OCH3 -OCH2CONa

b) Colorantes tiazólicos Los colorantes tiazólicos se llaman así porque en su molécula contienen el anillo tiazólico. Estos colorantes son solamente amarillos, anaranjados y pardos.

Características de los colorantes artificiales directos o o o o o

Generalmente son solubles en agua, aunque algunos precisan para ello la presencia de carbonato sódico. Su solubilidad aumenta con el número de grupos sulfónicos y disminuye al aumentar su peso molecular. En frío forman soluciones coloidales. Los colorantes directos resisten bien a los ácidos, aunque tienden a enrojecer. En presencia de agentes reductores rompen su molécula hacia derivados aminados.

Resultado de colorantes directos con agentes reductores

Clasificación de los colorantes directos Según la Society of Dyers and Coulorists  

Colorantes autorregulables Colorantes controlables mediante la sal

Colorantes regulables por temperatura Los colorantes autorregulables poseen buenas propiedades de igualación y dispersión. Pueden aplicarse por agotamiento, sin precaución especial, dentro de los límites normales de la tintura. Los colorantes controlables mediante la sal dan un índice de agotamiento de 50% en baño de solución 1/30, con contenido de sal inferior al 1%. Los colorantes regulables por temperatura son de gran sensibilidad, llegando a una absorción de un 50% de colorante, en soluciones de menos del 1% de sal. De esa forma la tintura es demasiado brusca y necesita, por tanto, ser controlada mediante su temperatura. Según su tratamiento posterior    

Con sales de cobre Con formaldehído Dazotación Acabado con resinas

Según se comercialice en   

Directos Directos sólidos a la luz Directos con tratamiento de sales metálicas



Directos diazotables y copulables

2) Colorantes de tina Son colorantes que tienen entre sí diferente constitución química pero todos son insolubles en agua. Por su reducción en un medio alcalino se transforman en leucoderivados hidrosolubles. El proceso de reducción se fundamenta en la acción reductora del hidrógeno sobre el grupo carbonilo, trasfiriéndolo al grupo alcohólico.

Una vez realizada la tintura, es fácilmente oxidable por el oxígeno del aire. Estos colorantes dan tinturas más brillantes que los antraquinónicos, pero menos sólidos ante la luz y el lavado. Clasificación de los colorantes directos a la tina  

Derivados del ín...