1) El documento trata sobre la química aplicada a la industria textil, específicamente sobre colorantes textiles. 2) Explica que los colorantes se adhieren a las fibras textiles a través de enlaces como puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals. 3) Los principales tipos de colorantes textiles mencionados son los directos, ácidos, premetalizados y antraquinónicos.

1. QUÍMICA
APLICADA
CRISTHIAN Y. HILASACA ZEA

2. Históricamente, la química ha sido la base del desarrollo
de la industria textil. La fabricación de tejidos y telas se
conforma de diferentes procesos en los que intervienen
una gran diversidad de químicos transportados en agua,
principalmente. Así, la química interviene en la
manufactura de todos los tipos de fibras, hasta lograr un
producto final con las características deseadas. La
Cámara Nacional de la Industria Textil (Canaintex) estima
que en 2015 el sector textil nacional aportó un 1.4% del
PIB manufacturero y que trabaja al 60% de su capacidad.
A nivel mundial, los actores clave en la producción del
sector textil y del vestido en el mundo son China, Italia e
India. El contexto internacional demanda retos a la
producción textil mexicana que hoy por hoy no puede
competir contra los bajos costos provenientes de Asia, el
primer productor de textiles y de prendas de vestir a nivel
mundial. La Canaintex estima que una de cada tres
prendas importadas de Asia entra al país por debajo de
los precios nacionales (dumping), afectando la producción
nacional.
INTRODUCCIÓN

3. COLORANTES TEXTILES

4.  Se puede definir la tintura como aquel proceso
durante el cual una materia textil, puesta en
contacto con la solución o dispersión de un
colorante, absorbe a éste de tal forma que el
cuerpo teñido tiene alguna resistencia a devolver la
materia colorante al baño del cual lo absorbió
 La resistencia a devolver el colorante es
consecuencia de la energía de unión y depende de
la relación existente de estructura molecular de la
fibra y el colorante y de las condiciones en que se
realice la tintura.

5.  Las fibras textiles que se someten al proceso
de teñido tiene un punto común:
 Son todas polímeros lineales
◦ La lana – polipéptidos
◦ La seda – polipéptidos
◦ El algodón – policelobiosa
◦ El nylon – poliamida
◦ Los polímeros se orientan por regla general a lo
largo del eje, cuya forma y magnitud de la
orientación determina sus propiedades físicas y su
mayor o menor aptitud para la tintura.

6.  El examen de las fibras textiles por procesos
radiológicos lleva a la conclusión que las
moléculas de las fibras están agrupadas en
estructura cristalina, de una forma regular.
 Las fibras, no tienen las propiedades físicas
de los cristales, lo que hace suponer que
dichos cristales se hayan embebidos en una
sustancia de naturaleza amorfa, que tiene la
misma composición química.

7.  La fibra se puede considerar en dos estados de
ordenación distintos, siendo el estado
cristalino el soporte de su estructura y el
amorfo el relleno de la misma.
 A su vez, los colorantes tienen moléculas
análogas a las de la fibra, orientación alargada,
lo que impide que pasen a través de la
estructura cristalina de la fibra, pero sí lo
hacen por los “poros” – espacios existentes -
en la estructura amorfa de la fibra, lo que hace
posible la difusión del colorante hacia el
centro, lográndose así el teñido de la misma.

8.  El teñido se hace en solución acuosa
 La fibra textil al ser sumergida en agua, tiene
tendencia a “hincharse”, debido a los grupos
hidroxílicos de la molécula de su estructura
amorfa, lo que provoca un aumento del tamaño
del “poro”, facilitando la difusión del colorante.
 La estructura cristalina no presenta diferencia
entre su estado seco o húmedo. Lo que se
demuestra por análisis de rayos X.

9.  Algunos ejemplos del % de absorción de agua
por algunas fibras, lo que implica un aumento
en el tamaño del “poro”:
 Aumento del diámetro del “poro”
Fibras “Hinchamiento” %
Agua fijada químicamente
Rayón viscosa 65
Lana 26
Algodón 21
Fibras Seca -Å Húmeda - Å
Celulósicas Aprox: 5 26 - 100
Lana 6 41

10.  Se puede definir, en forma general, como:
 Una sustancia capaz de ser aplicada - en soluciones o
dispersiones acuosas o no acuosas – a diversos sustratos
que pueden ser:
 - metales - mampostería
 - madera - papel
 - textiles - cuero
 - pieles - pelos
 - ceras - plásticos
 - cosméticos - alimentos
 - y otros…

11. COLORANTES TEXTILES
Colorantes Clasificación Sustrato Colores Solidez del color
Directos
Tiazoicos
Azoicos
algodón
Diversos
Buena a la luz
celulósicos Poco brillo
lana Buena en humedo
seda
poliamida
Básicos
papel
Diversos
Gran brillo
cosméticos Aceptable a la luz
crayones
acrílico téxtil
Antraquinónicos
Alizarina Índigo
a la "tina"
algodón
Diversos
Gran brillo
lana muy buena a la luz
poliamidas
muy buena al lavado
algodón excelente
rayón

12. Ácidos  Lana
Buenas
Sulfuros t Algodón
Alta al lavado
Metalizados 
Premet 1:1
Diversos
Premet 1:2 Lana Buena
Reactivos Celulósicos Diversos
buena
Brillo
Dispersos
Poliester Buena a la luz
Rayón
acetato
Buena en húmedo
Acrílico
Poliamida
 requieren de un mordente - intermediario que facilita la acción del colorante
 se obtienen de sulfonar los colorantes básicos y de los premetalizados 1:1
n dependiendo de las modificaciones - cambio de pH - deriva en colorante ácido
t ya no se usan tanto por ser más contaminantes que los otros

13. En 1876 Witt llegó a la conclusión que el color era
el resultado de la presencia en la molécula del
colorante de ciertos grupos de átomos que llamó
cromóforos, todos ellos insaturados. Por ejemplo:
• >C=C< etilénico
• >C=O cetónico
• >C=S tiocetónico
• -N=N- azo
• >C=N- ciano

14. El grupo a – tiene pares de electrones dadores
El grupo b – tiene átomos de H, capaces de formar
puentes de H

15.  Los fabricantes comercializan los colorantes con nombres de fantasía,
números y letras que, en general, tratan de indicar algunas de sus
características.
 Por ejemplo, un colorante, de origen inglés, el Amarillo Cromocel 2G es
un colorante directo para fibras celulósicas, de tono verdoso (la G sería la
abreviatura de “green”, verde en inglés).
 Rojo Dispersol 4G 160: colorante rojo disperso de tonalidad amarillenta (la
G en este caso es abreviatura de “gelb”, amarillo en alemán), con una
concentración 160 % con respecto al standard.

16.  Ácidos
 Premetalizados 1:2
 Directos
 Antraquinónicos - índigo

17.  La lana está constituida principalmente por
queratinas, proteínas formadas por 19
aminoácidos diferentes que, mayoritariamente,
poseen la fórmula general H2N.CHR.COOH.
 Estos aminoácidos están unidos en largas
cadenas polipéptidas:

19.  Se representan:
 Grupos amino –NH2 y carboxílicos –COOH, son de
naturaleza hidrofílica, al hidratarse:
OH – NH+
3 – R – COOH
▪ La fibra tiene carácter anfótero lo que le confiere
afinidad por los colorantes que posean una y otra
composición

20.  Se obtienen a partir de los básicos o directos
agregando ácido.
 Son derivados sulfónicos en forma de sales
sódicas de compuestos azoicos, de baja masa
molecular.
 Se caracterizan por la abundancia de grupos
sulfónicos.
 Lo que les confiere gran solubilidad y poca
afinidad por la fibra

21.  La acidez de la solución es de gran importancia en el
proceso de tintura
 Es el vehículo de enlace entre la fibra y el colorante
 Depende del medio que se efectúe en las debidas
condiciones.
 Se propone la siguiente reacción entre fibra – ácido –
colorante:

23.  En solución
acuosa
el colorante se
presenta
totalmente
disociado
 Este anión – del colorante – tiene la facultad
de desplazar los aniones del ácido,
adicionado para modificar el medio, atraídos
por el grupo amino de las proteínas.
 ¿Por qué los desplaza si son más
voluminosos?

24.  No se puede explicar como mera afinidad iónica
 Tienen una mayor fuerza debido a la interacción de
dipolos, puentes de hidrógeno (Fuerzas de Van der
Waals), que no están presentes en el anión del ácido.
 Las fuerzas de unión aumentan con la masa
molecular y decrecen con la solubilidad del
colorante.
 Se ha comprobado que la unión del colorante – fibra,
no sólo se realiza con el grupo amino sino también
con los grupos amidos:

25. ❑ Esta unión es de naturaleza eléctrica
❑ Esto explica porque los colorantes de lana
también tiñen poliamidas como el Nylon 6.6

26.  Directos
 Reactivos
 Antraquinónicos

27.  Fibras celulósica:
 La distancia que se observa entre cada 2 grupos
aislados, es de suma importancia en la afinidad de
los colorantes capaces de teñir esta fibra

28.  La fibra celulósica es hidrófila, es la característica más
importante para determinar el comportamiento de los
colorantes directos sobre ella.
 Condiciones para determinar la sustantividad del
colorante por la fibra:
◦ Facilidad de la fibra para la absorción del colorante
◦ Mayor resistencia de la fibra a eliminar parte del
colorante absorbido en la tintura, en los lavados
posteriores
◦ Estructura lineal de la molécula del colorante, si
disminuye la linealidad, disminuye la sustantividad

29.  Baja afinidad: la difusión del colorante dentro de la
fibra se verá facilitada. Se obtienen tinturas completas
e igualadas
 Alta afinidad: las primeras cantidades que se fijen
“molestarán” la difusión del resto del colorante que
viene detrás. Se obtienen tinturas
incompletas desigualadas.
 a – alta afinidad
 b – afinidad intermedia
 c – baja afinidad

30.  Colorantes Tipo I – lineal
 Azul negro naftol 6B
 5-amino-3-fenilazo-4-hidroxi-6-(m-nitrofenilazo)-naftaleno-2,7-
bis-(sulfonato sódico)
 Rojo Congo
 4,4’-bis [4-amino-1-(sulfonato sódico)-3-naftalenoazo]- bifenilo

31.  Colorantes Tipo II –
◦ Menos lineal

32.  Unión entre la celulosa y un colorante directo – CI –
Color Index - Rojo Directo, 28, Rojo Congo
 Los grupos azo y amido se encuentran en los
colorantes a intervalos de 10,8 Å, lo cual indica que
ellos pueden contener el espacio de 10,3 Å
existente entre los grupos celobiósicos.

33.  La presencia de grupos sulfónicos y carboxílicos en la
molécula del colorante, le confieren gran solubilidad y por
consiguiente aumenta la afinidad por la fase acuosa,
disminuyendo la sustantividad por la fibra.
 Estos grupos le confieren electronegatividad a la molécula y
como la celulosa en estado húmedo se halla cargada
negativamente, existe una repulsión entre colorante y fibra,
que reduce la sustantividad
Colorantes
Directos
Otro nombre Grupos
sulfónicos
Electrolitos
C.I. azul directo I Azul cielo clorazol FF 4 Si
C.I. Azul directo 10 Azul dianil P 4 Si
C.I. Amarillo 12 Crisofenina G 2 No
C.I. Rojo II Benzopurpurina 4B 2 No

34.  Unión por puente H entre fibra celulósica y
colorante directo:

35. MECANISMO TIPO DE UNIÓN REVERSIBILIDAD
enlace de hidrógeno +
ESPECÍFICOS enlace covalente -
enlace covalente dativo -
fuerzas de Van der Waals +
enlaces electrovalentes +
NO ESPECÍFICOS enlaces ión/dipolo +
enlaces dipolo/dipolo +
retención mecánica -

36.  Es un sistema de 2 fases:
◦ Una sólida: el textil – el sustrato – heterogeneidad de las
fibras, sus zonas amorfas y cristalinas
◦ Una líquida: solución acuosa que puede contener coloides,
dispersiones de uno o más colorantes – el baño
◦ Interfase
(Este conjunto es de una complejidad extrema)
 Etapas:
◦ 1- Difusión del colorante en la fase líquida
◦ 2- Adsorción en la interfase líquido/Fibra
◦ 3- Difusión en el interior de la fibra
◦ 4- Fijación en el interior de la fibra

37.  Se define por un conjunto propiedades
macroscópicas visibles y medibles:
◦ Temperatura
◦ Presión
◦ Composición del baño
◦ pH
◦ Color del baño – determina el punto en el que el
sistema ha llegado al equilibrio, donde se igualan
las velocidades de adsorción de la fibra por el
colorante y difusión del colorante de la fibra al
baño.

38.  Para la lana:
◦ La temperatura del baño
◦ El pH del baño
◦ Afinidad del colorante por la fibra
◦ Tiempo
 Para el algodón:
◦ la temperatura del baño
◦ Electrolitos del baño
◦ Afinidad del colorante por la fibra
◦ Tiempo

39.  Equilibrio químico
 Velocidad de reacción
 Termodinámica

40.  Para relacionar el proceso de tintura con la entalpía
debemos tener en cuenta las siguientes ecuaciones:
◦ Gº = Hº - TSº
◦ Gº = - RT ln K
◦ Relacionándolas y dividiendo por RT:
◦ (expresión de la ecuación de una recta)

41. ◦ Considerando constante la entalpía y la entropía estandar
para pequeños intervalos de temperatura, vemos que lnK es
inversamente proporcional a la T.
◦ Derivando con respecto a 1/T y finalmente integrando
llegamos a la siguiente expresión:
 Por lo tanto el cálculo de calor de reacción puede realizarse
fácilmente conociendo la constante de equilibrio a 2 o más
temperaturas y graficando: lnK en la ordenada y 1/T en
abscisa, donde la pendiente será: y el punto de corte en la
ordenada:

43.  La afinidad º se define como la diferencia entre el potencial químico
standard de una sustancia en dos fases (colorante en la fibra- a1 - y
colorante en solución – a2 ) distintas de un dado sistema heterogéneo:
 º = RT ln(a1 / a2) =(en equilibrio) = RT ln K
 Como el potencial químico es energía libre molar parcial también
tendremos:

 º = Hº - TSº

44.  El “calor molar diferencial standard de tintura” Hº
representa la diferencia de energía entre los enlaces o
uniones rotas en la solución, entre la molécula de
colorante y las moléculas de agua que le rodean (enlaces
hidrógeno) y los enlaces o uniones que se formen entre el
colorante y la fibra que se está tiñendo.
 En los sistemas fibra/colorante, Hº mide el calor liberado
por el sistema y la tintura será siempre un proceso
exotérmico. A mayor calor liberado (altos valores de Hº),
mayor será la afinidad del colorante por la fibra. Si en
cambio introducimos calor, es decir si calentamos el
sistema, la afinidad del colorante por la fibra
disminuirá .

45.  En la industrial en general, se calienta para teñir con el fin
de disminuir los tiempos de tintura. Esto está motivado
por la cinética de la tintura y no por los aspectos
termodinámicos del equilibrio final.
 Al absorberse colorante dentro de la fibra el orden de la
fase sólida aumenta y su entropía S disminuirá, pues el
colorante se integra al orden preexistente del polímero
que forma la fibra. Sin embargo, en todo el sistema la
entropía aumentará, pues se libera calor y la tintura será
un fenómeno espontáneo que tiende a un equilibrio.