Proceso de tintura con colorantes dispersos: HT/HP, Termosol y carrier
Teñir el poliéster es la ingeniería de colocar un colorante disperso, casi insoluble en agua, en las regiones amorfas de una fibra cuya temperatura de transición vítrea se ha superado, mediante difusión en estado sólido.
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Por qué el colorante disperso: fibra hidrófoba, colorante hidrófobo
El poliéster (PET), por su elevada cristalinidad y la ausencia de grupos polares que retengan agua, queda cerrado a los colorantes reactivos o ácidos. Para esta fibra no hay más opción que los colorantes dispersos: cromóforos azoicos y antraquinónicos de bajo peso molecular, casi apolares, con una solubilidad en agua del orden de mg/L. En el baño el colorante no está disuelto; se mantiene como una suspensión estable de partículas submicrométricas gracias a dispersantes aniónicos (lignosulfonatos, condensados de naftalenosulfonato y formaldehído). El mecanismo real de la tintura no es la dispersión; es la difusión hacia la fibra de las moléculas individuales disueltas que pasan de la partícula al agua en una concentración de equilibrio muy baja.
La fuerza motriz: transición vítrea (Tg) e hinchamiento de la fibra
La temperatura de transición vítrea (Tg) del PET abarca un intervalo amplio; en fibra seca suele citarse en torno a ~70-90 °C. El punto clave es este: en un medio de tintura acuoso la fibra se hincha y se plastifica con el agua, por lo que la Tg efectiva (en húmedo) baja todavía más. Por debajo de la Tg las cadenas amorfas están congeladas y la difusión del colorante se detiene en la práctica; al superar la Tg los segmentos de cadena ganan movilidad, se abre volumen libre, la fibra se hincha ligeramente y la molécula de colorante avanza paso a paso por las regiones amorfas. Por eso la tintura HT apunta a ~130 °C: la velocidad de difusión crece exponencialmente con la temperatura, de modo que la rampa de calentamiento (típicamente 1-1,5 °C/min) y el tiempo de permanencia a temperatura (habitualmente ~30-60 min a 130 °C) son las verdaderas variables de control de una tintura uniforme e igualada por migración.
Clases de energía: E, SE, S
Los colorantes dispersos se clasifican en tres clases de energía según el tamaño molecular y el comportamiento de sublimación. Los de baja energía (E) son de molécula pequeña, difunden rápidamente y dan una migración e igualación excelentes, pero su solidez a la sublimación es baja. Los de alta energía (S) son de molécula grande, difunden lentamente y cuesta igualarlos, pero su solidez a la sublimación y al calor es alta. La clase de energía media (SE) queda entre ambas y, como su comportamiento de fijación es relativamente menos sensible a las fluctuaciones de temperatura, es el tipo más versátil. Existe un compromiso de diseño entre la solidez a la sublimación y la velocidad de difusión: molécula grande = alta solidez al calor pero difusión lenta; molécula pequeña = difusión rápida pero baja solidez al calor.
| Parámetro | HT/HP (agotamiento) | Con carrier (atmosférica) | Termosol (continua) |
|---|---|---|---|
| Temperatura | ~130 °C | ~95-100 °C | Fijación ~190-220 °C |
| Presión | ~2-3 bar (máquina cerrada) | Atmosférica | Atmosférica |
| Tiempo | ~30-60 min a 130 °C | ~60-90 min | Permanencia ~30-90 s |
| Clase de colorante | E/SE/S, todas | E (molécula pequeña) | SE/S preferidas |
| Mecanismo | Difusión en estado sólido por encima de la Tg | El carrier baja la Tg efectiva | Sublimación + difusión |
| Nota ambiental | Intensiva en agua y energía | Preocupación por los productos químicos carrier | Continua, relativamente eficiente |
Agotamiento HT/HP: ~130 °C en un recipiente a presión
Hoy la vía estándar para teñir poliéster es el agotamiento a alta temperatura / alta presión (HT/HP). En una máquina jet, overflow o soft-flow el baño se lleva a ~130 °C en un sistema cerrado; el recipiente se mantiene a presión (la presión de vapor saturado a 130 °C es del orden de 2-3 bar) y esa presión mantiene el agua líquida por encima de 100 °C. El pH del baño se ajusta a 4,5-5,5 con un tampón de ácido acético/acetato: el pH bajo es crítico tanto para la estabilidad de los dispersantes como para evitar la degradación hidrolítica de los cromóforos azoicos. La receta incluye dispersante, ácido acético/tampón y, cuando hace falta, un agente igualante. Si la velocidad de strike (absorción inicial) es demasiado alta, una adsorción rápida e irregular en el intervalo ~110-120 °C puede provocar manchas; por eso la rampa se ralentiza en esa zona crítica.
Tintura con carrier: bajar la Tg por vía química
Cuando no se dispone de equipo a presión, o en mezclas sensibles al calor como las que llevan elastano, puede teñirse a presión atmosférica a ~95-100 °C con productos químicos carrier. Los carriers (clásicamente o-fenilfenol, bifenilo, metilnaftaleno y derivados similares) penetran en la fibra y la hinchan, bajando su Tg efectiva; así el colorante puede difundir en torno a 100 °C. Pero estos productos suelen ser volátiles y olorosos, dejan residuos en las aguas residuales y en la fibra, y algunos son tóxicos o bioacumulables; como están restringidos o se consideran indeseables en los marcos OEKO-TEX y ZDHC, la industria ha pasado en gran medida a la tintura HT. El carrier sigue teniendo un uso de nicho, pero su coste ambiental es la desventaja fundamental del método.
Termosol: impregnar-secar-fijar en continuo
Para teñir en continuo y en gran volumen piezas de tejido de calada o de género de punto se emplea el Termosol (pad-dry-bake). A temperatura ambiente la pieza se impregna en el foulard con un baño que contiene colorante, antimigrante y, si hace falta, espesante; se seca a ~100-120 °C y después se fija típicamente durante ~30-90 s a calor seco de ~190-220 °C. A esa temperatura el colorante entra en la fibra en parte por sublimación (sólido→gas) y en parte por difusión en fase fundida; el rendimiento de fijación varía según la receta y los parámetros, y en tonos oscuros puede quedar un colorante superficial apreciable. Como se exige una solidez al calor alta, se prefieren los colorantes de clase SE/S; los de clase E tienden a sublimarse y perderse a esa temperatura. El Termosol es más eficiente que el agotamiento en consumo de agua y energía, pero el control de temperatura y tiempo es mucho más estricto.
Lavado reductor (reductive clearing): el seguro de la solidez
Al terminar la tintura queda en la superficie de la fibra colorante no difundido y agregado; ese colorante superficial rebaja la solidez al lavado y al frote, y provoca migración y sangrado del color. El lavado reductor lo resuelve: en medio alcalino (sosa cáustica), el ditionito/hidrosulfito de sodio a ~70-80 °C reduce los enlaces azoicos a fragmentos incoloros y solubles en agua que se eliminan de la superficie. Este paso es casi obligatorio para la solidez al lavado ISO 105-C06 y al frote ISO 105-X12, sobre todo en tonos oscuros. Como el hidrosulfito y la sosa aportan una carga elevada de DQO y sulfatos, el sector se orienta cada vez más hacia alternativas que generan menos residuos: reductores en medio ácido, tratamientos con ozono o fotocatalíticos.
Las normas que miden la solidez y la trampa de la termomigración
El comportamiento del poliéster teñido con colorantes dispersos se verifica con métodos de ensayo independientes: la solidez al lavado se mide según ISO 105-C06, la solidez al sudor (soluciones ácida y alcalina de histidina) según ISO 105-E04, la solidez al frote según ISO 105-X12 y la solidez a la luz según ISO 105-B02 (arco de xenón). El defecto más insidioso propio del colorante disperso es la termomigración: en presencia de dispersantes o de películas de acabado y suavizante, el calor elevado (por ejemplo el planchado o el secado en la rama) puede arrastrar el colorante desde el interior de la fibra hasta la superficie y rebajar los grados de solidez de una tintura que antes del calor parecía correcta. Por eso la receta de acabado y la calidad del lavado reductor son tan responsables de la solidez final como la propia tintura.