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TINTES Y TEÑIDO
Constanza Feria. 0824916. [email protected]
Yeniffer Alejandra [email protected]
Vanessa Morales García.0824540. [email protected]
Facultad de Ciencias Naturales y Exactas. Universidad del Valle
Mayo 12 de 2010
OBJETIVOS
Sintetizar algunos colorantes mediante
reacciones de acoplamiento y aplicarlos
en el teñido de fibras textiles como el
algodón y el dacrón.
Mostrar cómo en el laboratorio se puede
obtener de una forma sencilla diferentes
tipos de tintes para el teñido de diversos
tipos de fibras textiles.
Identificar el tipo de tinte que se debe
usar de acuerdo a la composición
química de la fibra.
Observar el cambio que se puede dar en
la tonalidad de un tinte cambiando ciertos
grupos y sustituyentes en la molécula del
tinte.
INTRODUCCIÓN
Las primeras civilizaciones usaban
colorantes naturales extraídos de las
plantas, animales y minerales. Estas
materias eran empleadas para teñir ropa,
pintar las pieles y fabricar objetos
religiosos y recreativos.
Las sustancias vegetales más
empleadas eran: palo de Campeche,
Cúrcuma, índigo natural y la cochinilla.
Los colorantes son sustancias capaces
de teñir las fibras vegetales y animales.
Para que un colorante sea útil, debe ser
capaz de unirse fuertemente a la fibra y
por lavado no debe perderse su color.
Debe ser relativamente estable
químicamente y soportar bien la acción
de la luz.
Los colorantes se clasifican en:
Colorantes Directos: Son colorantes
que pueden teñir directamente las fibras
de algodón. Si el tejido a teñir posee
grupos polares, tales como los presentes
en las fibras polipeptídicas, la
incorporación de un colorante con un
grupo amino o uno fuertemente ácido
facilitará la fijación del mismo.
Colorantes Mordientes: Son aquellos
que se hacen insolubles sobre el tejido
por formación de un complejo o quelato
con un ión metálico, denominado
mordiente. La quelación sobre la
superficie del tejido da lugar a la fijación
del colorante. Ejemplo: alizarina, que
origina diferentes colores según el metal
utilizado. Por ejemplo, Al3+ da un color
rosado y Ba2+ lo da azul.
Colorantes ácidos: Generalmente son sales de ácidos sulfónicos o carboxílicos que se precipitan sobre la fibra. Muestran una mayor afinidad por el sustrato.
Colorantes básicos: Son sales amoniacas o complejos formados por los
Universidaddel Valle
cloruro de zinc o aminas. Algunos colorantes básicos de elevado peso molecular son absorbidos por el algodón y el rayón.
Colorantes a la tina: son sustancias insolubles usadas para teñir algodón. Suelen contener grupos ceto C=O que se reducen a C-OH dando un tinte soluble (forma leuco del tinte). El colorante así aplicado es oxidado por el aire o por otros agentes y precipita como pigmento en las fibras.
Colorantes dispersos: son tintes insolubles que se aplican formando una dispersión muy fina en agua. Se emplean para teñir acetato de celulosa y otras fibras sintéticas.
Para cada tipo de fibra existe un tipo de colorante. Las distintas clases de fibras más importantes son:
1. Fibras proteínicas: son fibras naturales de origen animal, siendo las más importantes entre ellas la lana y la seda. Los tintes más utilizados para estas fibras son de tipo ácido, mordientes premetalizados y reactivos.
2. Fibras celulósicas: Son fibras de origen vegetal. Las más importantes son el algodón, la viscosa, el lino el yute, el cáñamo y la estopa. Los tintes más utilizados son directos, de tina, sulfurados, azoicos y reactivos.
3. Fibras sintéticas: Las fibras sintéticas son el poliéster, las poliamidas y las fibras acrílicas. Los tintes son dispersos, ácidos y básicos.
PROCEDIMIENTO
Primero se preparó una tintura tipo azo mediante la reacción de diazotización de
la m – nitroanilina y la 3,3 – dimetoxibencidina con NaNO2 y posterior acoplamiento con B- naftol; luego se realizaron dos procesos: teñido de una fibra y teñido por dispersión.
En el primero se humedeció con una solución básica de B – naftol 1,0 M un pedazo de tela de algodón, luego se dejó secar ésta para agregarle después una gota de la solución m – nitroanilina diazotizada en un extremo y en el otro una gota de la solución 3,3 – dimetoxibencidina diazotizada. Se enjuagó la pieza de tela con agua corriente.
Para el segundo proceso se depositó 1,0 mL de la solución m – nitroanilina diazotizada en un tubo de ensayo, se neutralizó con una gota de NaOH 1,0 M, posteriormente se agregó una gota de la solución B – naftol. Se dejó que la solución adquiriera temperatura ambiente y luego se agitó. Después se agregaron 0,5 mL de bifenilo. Por último, se sumergió una tira de dacrón, se calentó el tubo en un baño de agua por 15 minutos, a continuación se enfrió y enjuagó con agua corriente el pedazo de tela.
Se anotaron los cambios observados en los dos procedimientos.
DATOS, RESULTADOS Y ANÁLISIS
Tabla 1. Teñido de una fibra
TEÑIDO DE UNA FIBRA
B – naftol + monoamina
Tinturación color amarillo
B – naftol + diamina
Tinturación rojizo - violeta
Al lavar la tela con agua y secarla con la toalla de papel se observó que el color amarillo proveniente de la monoamina desteñía sobre ésta.
Tabla 2. Teñido por dispersión
TEÑIDO POR DISPERSIÓN
m – nitroanilina + NaOH
La solución pasó de amarilla a roja
M – nitroanilina + B -naftol
No se observó ningún cambio.
Al sumergir el dacrón en la solución se observó que se perdió un poco de la coloración amarilla.
Para realizar el teñido de una fibra dado
que el algodón está constituido por
celulosa éste sólo da teñidos de calidad
con colorantes azo; por ello, se procedió
a preparar dicha tintura mediante la
reacción de diazotización y
acoplamiento.
En el proceso de diazotización se hizo
reaccionar m – nitroanilina con NaNO2
para producir la sal de diazonio:
NO2
NH2
+ NaNO2
0°C
+
NO2
NN
+ H2O
La reacción se llevó a cabo a 0° C dado
que las sales de diazonio son muy
reactivas; la elevada reactividad se debe
a la excelente capacidad del grupo – N2+
para salir de la molécula y escapar como
nitrógeno gaseoso N2.
Luego, se realiza la reacción de
acoplamiento de ésta sal para producir el
tinte. En éste proceso, el ión diazonio
actúa como un electrófilo. El ión diazonio
posee 2 estructuras resonantes en dónde
ambos nitrógenos llevan una carga
positiva parcial:
+
NO2
NN :+
NO2
NN:
El nitrógeno Terminal ataca la posición
orto del B – naftol produciendo un azo –
compuesto:
+
NO2
NN:
+
OH
NO2
NNOH
:
Compuesto mono - azo
Cómo la sal de diazonio se preparó de 2
formas distintas la primera con m –
nitroanilina y después con 3,3 –
dimetoxibencidina, con ésta última se
obtuvo la siguiente reacción:
OCH 3
NH2
OCH3
NH2+ NaNO 2
0°C
OCH3
N N
OCH3
NN
+ +
OCH3
N N
OCH3
NN
+ + OH
+
:
OCH3
OH 3C
NNOH
OHN N
Con el compuesto mono azo (m –
nitroanilina) se observó que al enjuagar
la fibra de algodón éste no se mantuvo
en ella; mientras que por el contrario con
el compuesto di azo (3,3 –
dimetoxibencidina) al enjuagar la fibra
éste se mantuvo.
El algodón es una fibra celulósica con
grupos OH:
O
CH2OH
OH
OO
HO
OO
OH
CH2OH
HO
La interacción que existe entre los
grupos OH y los grupos de moléculas de
colorante es una combinación de fuerzas
de van der waals, bipolares y enlaces de
hidrógeno intermoleculares. Esto permitió
la fijación del colorante a la fibra. Por otro
lado, la celulosa tiene una estructura
bastante abierta, lo que permite la
entrada en la fibra de moléculas de tinte
grandes con relativa facilidad.
En cuanto al catión diazonio es un
electrófilo relativamente débil, y por
consiguiente sólo reacciona con sistemas
aromáticos altamente activados frente al
ataque electrofílico por la presencia de
grupos fuertemente donores de densidad
electrónica. Los grupos con mucha
facilidad de ceder densidad electrónica
más comunes son hidroxilo y amino; lo
que significa que los compuestos más
comunes de sufrir acoplamiento azo son
fenoles o aminas aromáticas. Entonces,
para el caso del B - naftol el cual posee
un grupo OH la reacción de acoplamiento
fue apropiada; es decir, el catión si se
acopló.
Es necesario aclarar que la diazotización
debe llevarse a cabo en condiciones
ácidas, dado que así se suprime la
formación de las triazinas como
subproductos que se pueden formar en
las reacciones de acoplamiento.
Para la diazotización de una amina
aromática dada, hay un grado óptimo de
acidez que depende de la basicidad de la
amina en cuestión. En éste caso, se
tiene m – nitroanilina y 3,3 –
dimetoxibencidina; el ejemplo más claro
está en la primera la cual posee un grupo
nitro (NO2) que retira densidad
electrónica y reduce la basicidad del
grupo amino. Como consecuencia se
necesitan unas condiciones altamente
ácidas; como en la práctica esto no se
llevó a cabo se cree que la reacción de
diazotización de la amina no se completó
y por tanto en la reacción de
acoplamiento el producto aunque
apropiado fue muy poco.
Para el teñido por dispersión se preparó
una tintura tipo azo de dispersión
insoluble mediante la reacción de un
compuesto azo insoluble con bifenilo,
NaOH y solución surfactante:
+
NO2
NN:
+
OH
NO2
NNOH
:
Compuesto mono - azo
NaOH
NO2
NNOH
:
Compuesto mono - azo
++ s/n surfactante
NO2
NNOH
:
Tinte de dispersión
El tinte disperso es escasamente soluble
en agua, pero tiene una solubilidad
suficiente para su aplicación a
temperaturas altas. En la práctica se
observó que hubo un teñido con éste
tinte incompleto, esto es por varias
razones: la primera es que los tintes
dispersos deben estar formados por
moléculas relativamente pequeñas y
planas para que puedan penetrar en las
cadenas del polímero y dentro del grueso
de la fibra. La segunda es que estos
tintes se aplican como una fina
dispersión acuosa a una temperatura
aproximada de 130 ° C, bajo presión. A
estas temperaturas la estructura física
compacta del polímero se relaja por
agitación térmica, lo que reduce el enlace
intermolecular y facilita la entrada de
moléculas de tinte; como en el
laboratorio estas condiciones son difíciles
de conseguir o mejor dicho no se
tuvieron en cuenta entonces lo que se
observó fue un dacrón medianamente
teñido; también influyó la ausencia de
surfactante en la solución, el cual ayuda
a fijar los tintes en las fibras.
Al igual que en el teñido de una fibra de
algodón, el teñido de un trozo de dacrón
supone una afinidad tinte - fibra, lo que
implica una combinación de fuerzas de
van der waals, fuerzas bipolares y
enlaces de hidrógeno.
Una característica de los tintes dispersos
es que poseen grupos polares no
iónicos; estos grupos proporcionan a
altas temperaturas un grado de
solubilidad adecuado.
En éste punto es útil hacer una
comparación de las dos fibras algodón y
dacrón.
El algodón es una celulosa que posee
grupos hidroxilo, la tendencia de estos
grupos a ionizarse en mayor o menor
proporción (para dar grupos oxi –O-)
significa que las fibras pueden soportar
una pequeña carga negativa. El dacrón
por el contrario es un poliéster:
C C
O
OCH2CH2O
O
OCH 3
El poliéster posee un carácter
relativamente hidrófobo (no polar) a
diferencia de la celulosa, en gran parte
como resultado del predominio de los
anillos bencénicos y de los grupos
etilénicos (-CH2CH2-). El dacrón es
también una fibra altamente cristalina,
como resultado de un empaquetamiento
muy compacto de moléculas de polímero
altamente ordenadas. Por esto es
relativamente inaccesible, incluso para
moléculas pequeñas y es por ello muy
difícil de teñir.
En conclusión, las tinturas son
preparadas dependiendo de la clase de
fibra para tinturar. En este caso las fibras
celulósicas y las fibras sintéticas cada
una posee un tinte especial; las fibras
celulósicas requieren de tinturas tipo azo
ya que éstas no dan teñidos de calidad
con tinturas aniónicas o catiónicas. Las
tinturas tipo azo se unen a la fibra por
interacciones de enlaces de hidrógeno,
fuerzas de van der waals y fuerzas
bipolares. Por el contrario, las fibras
sintéticas requieren dada su estructura
tintes de dispersión que sean aplicados
bajo condiciones especiales. Las tinturas
de ésta clase se unen a la fibra por
fuerzas similares a las ya mencionadas.
Para desactivar los desechos utilizados
durante esta práctica lo que
generalmente se hace es tomar el pH
para saber si la solución es básica o
ácida; si la ésta se encuentra ácida esto
indica que existe exceso de B-naftol;
para desactivarla se debe evaporar el
agua y en caso de que se obtengan
residuos sólidos, se pasan estos a un
papel filtro y posteriormente se calcinan.
Si la solución es básica; lo que se debe
hacer es formar las sales con HCl diluido
(máximo al 20%) se evapora el agua y en
caso de tener precipitado se desecha
transfiriendo a un papel filtro y
calcinando.
Al finalizar la práctica se decidió tinturar
una prenda, en este caso se tomó una
toalla a la cual se le agregó B- Naftol y
posteriormente se procedió a tinturar con
los desechos.
PREGUNTAS
1. Represente las estructuras de las tinturas preparadas en sus experimentos y clasifíquelas como directas, aniónicas, catiónicas o de dispersión.
Respuesta
+
NO2
NN:
+
OH
NO2
NNOH
:
Compuesto mono - azo
Tintura directa
OCH3
N N
OCH3
NN
+ + OH
+
:
OCH3
OH 3C
NNOH
OHN N
Tintura Catiónica, directa
NO2
NNOH
:
Compuesto mono - azo
++ s/n surfactante
NO2
NNOH
:
Tinte de dispersión
Tintura de dispersión
2. Represente la estructura del dacrón y explique por qué es necesario usar el teñido por dispersión.
Respuesta
DACRÓN
C C
O
OCH2CH2O
O
OCH 3
En el dacrón es necesario utilizar el
teñido por dispersión ya que éste tipo de
fibra sintética es un poliéster, y un
poliéster posee un carácter relativamente
hidrófobo (no polar) debido al predominio
de anillos bencénicos y de los grupos
etilénicos; al poseer éste carácter los
tintes dispersos se aplican casi
exclusivamente a fibras relativamente
hidrófobas como una fina dispersión
acuosa.2
3. ¿Cuál de los tintes ensayados tiene mayor afinidad por el algodón? Explique usando representaciones estructurales.
Respuesta
El tinte que tiene mayor afinidad por el
algodón fue el hecho con 3,3-
dimetoxibencidina, ya que al poseer 2
grupos amino este tiene mayor forma de
realizar puentes de hidrogeno, que es la
forma como se unen
En el proceso de teñido se generó un
pigmento azoico por reacción química
dentro de la fibra. Los agregados de
pigmentos azoicos insolubles, que
quedan atrapados mecánicamente en el
interior de las fibras de algodón.
Para esto los compuestos azo tienen
estructuras con longitudes apropiadas
para que la tintura se una a la fibra por
una serie de enlaces de hidrógeno.2
O
OH
OH OH
O
O
OH
OHOH
O-
O
+
NH2NH2
O CH3
OCH3
4. Represente la estructura de una seda y de un posible tinte efectivo para ella.
Respuesta
C O
H
RC
H
N H
O C
RC
H
N
C O
H
RC
N H
O C
RC
H
N
C O
H
RC
N H
O C
RC
H
N
C
C
C
C
H
H
Fibroína de la seda3
Las tinturas acidas y básicas se fijan a la
fibra por atracciones iónicas y pueden
ser aniónicas o catiónicas. Tinturas
típicas aniónicas contienen grupos –SO3-
Na+ y se combinan en solución acidas
con fibras catiónicas que contienen
grupos –NH3+. El proceso de teñido es un
intercambio iónico típico. Tinturas
catiónicas típicas poseen cargas
positivas que interactúan con centro
aniónico de la fibra.
La seda y la lana contienen cadenas de
aminoácidos tanto los grupos –COO-
(aniónico) como –NH3+ (catiónico) y
puede teñirse con cualquiera de las dos
clases de tinturas iónicas.2
BIBLIOGRAFÍA
1. FESEENDEN, Ralph. Química Orgánica. Grupo Editorial Iberoamericana. México .936 -938 P.P.
2. CHRISTIE, Robert. M. La Química del Color. Acribia, S.A. Zaragoza (España). 45 – 140 P.P.
3. MORRISON/ BOYD, Robert. Química Orgánica. Fondo Educativo
Interamericano, S. A. Tercera Edición. 1185 P.