productos auxiliares textiles
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Productos auxiliares textiles
Definiciones previas, tensoactivos, clasificación por su función .
I
ng. C. Mabel Luna
Productos auxiliares
Productos químicos, empleados en la industria textil como ayuda para conseguir una tintura homogénea, libre de fallas y en el menor tiempo posible.
Clasificación Tensoactivos:
No tensoactivos .
•Humectantes•Detergentes•Despumantes•Dispersantes- emulsionantes•Para teñido: retardantes e igualantes•Suavizantes•Lubricantes …..
•Correctores de dureza•carrier
Definiciones previas
Materia : Sólido
Líquido
Gaseoso
Fuerzas de cohesión elevadas, disposición ordenada, espacios intermoleculares pequeños, moléculas muy cercanas entre si.
Fuerzas de cohesión pequeñas, no tiene forma definida, espacios intermoleculares más grandes, moléculas libres.
Distancias intermoleculares muy grandes, fuerzas de cohesión casi nulas.
Interfase: límite de separación entre dos fases diferentes
Interfases que se presentan en textil
Líquido- gas : Baño – aire
Líquido- Líquido: agua – aceite
Líquido sólido: Baño - fibra
Aplicación:
sólido
líquidagas Una gota de agua sufre
atracción solo por el lado del líquido……… adoptan la forma esférica
Cuando la gota se deposita sobre el tejido toma la forma esférica, mojando mínimamente a ésta
Tensión superficial
¿cómo influir sobre la tensión superficial?
Las fuerzas de cohesión varían a medida que T ↑ ó P ↓:
Podemos aumentar la Temperatura Mediante el uso de productos auxiliares que ayuden a
disminuir esta tensión
En la industria textil se trata de hacer pasar un cuerpo de la fase líquida a la sólida o viceversa
Para que esto sea posible, es necesario disminuir la tensión superficial
Aplicación:
sólido
líquidagas Una gota de agua sufre
atracción solo por el lado del líquido……… adoptan la forma esférica
Cuando la gota se deposita sobre el tejido toma la forma esférica, mojando mínimamente a ésta
Tensión superficial
TENSION SUPERFICIAL
Por ejemplo una gota de agua adquiere una forma esférica como si fuera un globo de agua
Por efecto de la Tensión Superficial
Un clip de acero puede flotar sobre la superficie del agua aún siendo más denso.
Las moléculas que están en la capa superior forman una capa elástica por las fuerzas de los puentes de hidrógeno.
Cuando se introduce un objeto cuyo peso es menor a las fuerzas de resistencia de los puentes de hidrógeno en conjunto, el cuerpo flotas
Tensoactivos
Sustancia que estando en baja concentración, disminuye sensiblemente la tensión superficial de un disolvente.
Llamados también surfactantes o agentes de superficie activa, son especies químicas con una estructura polar- no polar, con tendencia a localizarse "convenientemente" en la interfases formando una capa monomolecular adsorbida en la interfase.
Adicionados en pequeñas cantidades a un disolvente, modifican las propiedades superficiales del mismo, promoviendo actividades como la humectación, detergencia, emulsificación, lubricación y otros fenómenos de superficie.
Propiedades
Estructura y constitución En una mezcla de agua y grasa forman
pequeñas burbujas, llamadas micelas, con la parte hidrófoba en el interior, que se rellena de grasa, y la parte hidrófila en el exterior. Estas micelas permiten la disolución de las grasas en el agua.
Humectantes Cuando una pequeña cantidad de un líquido se
coloca sobre una superficie plana , la forma de la gota dependerá de su naturaleza y de las fuerzas existentes entre las dos fases . Sí hay repulsión, el líquido tendrá la tendencia a formar un glóbulo, con un ángulo de contacto elevado entre su superficie y la tangente de su curvatura lo que resulta que el sólido no se humecta ; por el contrario sí la adhesión entre la gota de líquido y el sólido es favorable, el ángulo de contacto resultará pequeño, la gota se extiende, y se dice que el sólido es mojado por el líquido. Estas definiciones no pueden considerarse al pie de la letra ya que el ángulo de contacto no delimita perfectamente estos dos fenómenos diferentes. De hecho, lo que sí podemos decir es que el sólido es tanto más mojable, cuanto más agudo sea el ángulo y viceversa.
Humectantes Cuando una pequeña cantidad de un líquido se coloca sobre una superficie
plana , la forma de la gota dependerá de su naturaleza y de las fuerzas
existentes entre las dos fases . Sí hay repulsión, el líquido tendrá la tendencia
a formar un glóbulo, con un ángulo de contacto elevado entre su superficie y
la tangente de su curvatura lo que resulta que el sólido no se humecta ; por
el contrario sí la adhesión entre la gota de líquido y el sólido es favorable, el
ángulo de contacto resultará pequeño, la gota se extiende, y se dice que el
sólido es mojado por el líquido. Estas definiciones no pueden considerarse
al pie de la letra ya que el ángulo de contacto no delimita perfectamente
estos dos fenómenos diferentes. De hecho, lo que sí podemos decir es que el
sólido es tanto más mojable, cuanto más agudo sea el ángulo y viceversa.
Ángulo de humectación
En el caso extremo de humectación perfecta o mojado total, el ángulo de contacto tendría un valor de cero; por el contrario la humectación nula implica un ángulo de 180° aunque estos valores prácticamente no se alcanzan
Acción de los humectantes
Para que el baño pueda entrar en los intersticios de la fibra, es necesario desalojar el aire de ellos.
Los humectantes se usan para mejorar y acelerar la humectación
Detergentes La mayoría de las operaciones
concernientes al lavado, ponen en juego un antagonismo entre los contaminantes (grasas hidrocarbonadas) y el agua.
La detergencia es definida como el desplazamiento , con ayuda de una solución acuosa , de toda clase de contaminaciones grasosas situadas sobre superficies sólidas como textiles, metales, vidrio, piel etc.
Detergentes
Para cumplir su papel, un tensoactivo con efecto detersivo, debe ser capaz de varias acciones:
- que sus soluciones puedan mojar la superficie del sólido.
- desplazar el contaminante.- permitir el desprendimiento del contaminante
(suciedad) bajo la forma de suspensión sin redepositación sobre la superficie sólida , deberá ser estable en el medio, ya sea ácido o básico, y no dar productos insolubles en el agua
Mecanismo de detergencia
Las dos primeras condiciones son cubiertas por la sustancia, al disminuir las tensiones interfaciales sólido-agua y líquido-agua, como es el caso de los agentes humectantes y detersivos. El papel de estos dos tensoactivos es el mismo, salvo que el agente detersivo tiene un fuerte carácter lipófilo (su cadena hidrocarbonada es más larga).
La adhesión al sólido del detergente, se hace por el desplazamiento del contaminante y su conversión bajo la forma de glóbulo, favorece la eliminación de la impureza.
A partir de cierta concentración de tensoactivo, se obtiene una miscela teniendo como núcleo el glóbulo grasoso y alrededor las moléculas de tensoactivo, lo que facilita su suspensión en la solución. Como los detergentes son generalmente iónicos, las miscelas están rodeadas de cargas eléctricas lo cual impide su coalescencia es decir el agrupamiento miscelar .
Mecanismo de detergencia
Etapa 1- superficie cubierta de grasaEtapa 2 - superficie cubierta de grasa con
agua, la cual es incapaz de desplazar la suciedad ya que su tensión superficial es alta.
mojado dispersión
Mecanismo de detergencia
Etapa 3 -mismo sistema de la etapa 2 adicionando el detergente, su parte hidrófoba se engancha a la grasa y la superficie del sólido, reduciendo así la adhesión de la grasa al sólido. La suciedad grasosa puede entonces ser desprendida de la superficie, por acción mecánica.
eliminación
Mecanismo de detergencia
emulsificación
Etapa 4- formación de la miscela .- la suciedad grasosa es mantenida en suspensión en la solución y las moléculas de tensoactivo rodeándolas. La superficie es recubierta de una capa monomolecular de tensoactivo.
Mas sobre detergentes
Si su cadena hidrocarbonada aumenta, su poder quita-grasa es mayor, aunque su solubilidad se hace menor.Los tensoactivos no-iónicos son muy buenos disolventes de la grasa.
Los detergentes sin espuma (para lavadoras) contienen de 10 a 20% de agente no-iónico el cual es un antiespumante.
Los agentes detersivos aniónicos adicionándoles sosa y tripolifosfatos, mejoran la calidad de estos detergentes aunque retardan la biodegradabilidad de los mismos .La adición de silicatos mejora el efecto de lavado y tienen propiedades anticorrosivas. La adición de carboximetilcelulosa mejora el poder de eliminación de la suciedad. Los blanqueadores ópticos aumenta el grado de blancura ya que transforman la luz ultravioleta de longuitud de onda corta invisible, en luz de longuitud de onda larga (fluorescencia)
.La adición de enzimas como proteasas es conveniente ya que rompe las cadenas proteicas de .las manchas de sangre.en este caso, el agua debe de calentarse a 40°C para que actúen las enzimas y después reacciona el tensoactivo.
emulsiones
Se puede definir la emulsión, como un sistema termodinámicamente inestable constituido por una suspensión de partículas líquidas en el seno de otra fase líquida no miscible. Las partículas de líquido dividido constituyen la fase dispersa o interna de la emulsión ; el líquido en el seno del cual las gotas están dispersas, representan la fase continua o externa. Una de las fases de la emulsión está constituida por una fase acuosa, que puede contener un cierto número de substancias hidrófilas (alcoholes, glicoles, azúcares, sales minerales y orgánicas, etc) y la otra por una fase oleosa que puede contener substancias lipófilas (ácidos grasos, alcoholes grasos, ceras, principios activos liposolubles .
Tipos de emulsión
Aceite en agua (O/W) donde la fase continua es el agua o
Agua en aceite (W/O) donde la fase continua es el aceite.
El tipo de la emulsión depende de la naturaleza de los constituyentes, del modo de preparación de la emulsión y de las proporciones relativas de los constituyentes. En muchos casos, se puede transformar una emulsión aceite-agua y agua-aceite, o viceversa, por pequeñas modificaciones en el sistema Este fenómeno se llama "inversión". La relación de volúmenes respectivos de las dos fases líquidas es una característica importante en una emulsión dada. Se puede a veces realizar la inversión cambiando simplemente esta relación.
Tipos de emulsiones
Tipos de emulsión
ANALOGÍA DEL PROCESO
Juegan los equipos de futbol A y B en el campo de A
Para hacer las cosas lo más confortable posible, los seguidores del equipo B se sitúan juntos, en pequeños grupos separados
En este estado de cosas, ¿dónde ocurrirán los problemas?¿Podemos imaginarlo?
¿Cómo podemos disminuir este problema potencial (alta tensión) en la interfase entre los seguidores de ambos equipos?
Lo que necesitamos en este punto es un aficionado muy especial. Este aficionado debe sentir pasión por ambos equipos. No puede decidir a cuál de los dos equipo va a animar.
Una mitad es blanca y la otra mitad es verdiblanca ¿Nos lo
imaginamos?
Ahora, cada seguir de uno de los equipos ve otro seguidor
de su mismo equipo. La tensión interfacial se ha reducido.
El problema se ha resuelto.
Estabilidad de una emulsión
Este sistema posee una estabilidad mínima que puede ser controlada añadiendo un tensoactivo o sólidos finamente divididos.
La estabilidad de una emulsión es la propiedad más importante, y el sistema no será clasificado como emulsión sino cumple con un mínimo de estabilidad. Se mide la estabilidad por la velocidad con la cual las gotitas de la fase dispersa se agrupan para formar una masa de líquido cada vez mayor que se separa por gravedad.
Emulsionante
Las emulsiones formadas a partir de dos líquidos puros forman raramente emulsiones estables, aunque si pueden formar hidrosoles estables . El agente emulsificante no es siempre un cuerpo soluble, sino quizás un sólido muy finamente dividido, insoluble en los dos líquidos. Para las emulsiones industriales se busca generalmente una buena estabilidad en condiciones normales de almacenaje .
Estabilidad de las emulsiones
En general, se representa la estabilidad por el tiempo de conservación sin ruptura de una emulsión en condiciones normales de almacenaje
Factores más importantes para la estabilidad de emulsionesa) Película interfacial que se puede considerar como una envoltura alrededor de cada glóbulo dispersado.b) Débil tensión interfacial gracias a agentes tensoactivos que se adsorben positivamente en la interfase.
Mecanismo de emulsificación
Los sistemas en emulsión involucran no solamente dos fases líquidas, sino un tercer componente, normalmente soluble en una de las fases líquidas : un agente emulsificante.
En ocasiones puede haber más de un emulsificante; asimismo, puede ser un sólido finamente dividido insoluble en los dos líquidos.
Cuando la emulsión se forma,(emulsión aceite en agua) el emulsificante o tensoactivo se coloca en la interfase entre el agua y el aceite con su cadena hidrófoba orientada hacia el aceite y el grupo hidrófilo orientado hacia el agua.Para el caso de una emulsión agua en aceite, el grupo hidrófilo está dirigido hacia el interior de los glóbulos acuosos mientras que la parte hidrófoba hacia la fase continua.
agitación
La eficacia de un emulsificante depende, entre otros factores del modo de agitación y de su intensidad y la forma en que el emulsificantes ha sido introducido. El papel de la agitación es ante todo de dividir las dos fases, de tal forma que una de las fases se convierta en pequeñas gotículas. La energía mecánica necesaria que hay que aplicar en esta operación es tanto menor, cuanto la tensión interfacial sea más pequeña. En algunos sistemas si la tensión superficial es muy pequeña, la emulsificación se producirá espontáneamente sin agitación.
Selección de emulsificantes
Los agentes emulsificantes pueden seleccionarse según el tipo de emulsión : los hidrófilos para emulsiones aceite agua ; ejemplo de ellos son compuestos polares con una cadena no-polar ó más complejos como gomas, almidones y proteínas. Los lipófilicos servirán para emulsiones agua-aceite La fase en la que el tensoactivo es preferentemente soluble, es la fase continua (regla de Banckroff)..
Dispersantes
Las partículas muy pequeñas tienen tendencia a flocular ( aglomerarse entre sí), aumentando su tamaño y peso aparente y depositándose sobre las superficies. Entonces es necesario mantenerlas en suspensión .
Acción del dispersante
Rodea con una película “coloide protector”
Origina repulsión entre partículas
Al estar alejadas, el PM disminuye y se mantienen en suspensión
Espumas
Son dispersiones aire-líquido, constituidas por un conjunto de burbujas gaseosas separadas por películas delgadas de líquido. La presencia de agentes tensoactivos generalmente favorece la producción y la estabilidad de espumas l sin embargo se ha visto que ciertas sales minerales de tensión superficial alta, dan espumas persistentes, por lo que no solo la tensión superficial es el único factor que interviene en la formación y estabilidad de las espumas
Causas de la formación de espumas
Agitación enérgica de líquido con el aire, la caída de un líquido desde cierta altura , el borboteo de aire u otro gas en el seno de un líquido etc.
La naturaleza del agua ;el agua dulce da por agitación con una solución de jabón una espuma importante y persistente.
Causas de la formación de espuma
El agua dura no hace espuma, precipita las sales de calcio y magnesio bajo la forma de jabones insolubles;
La presencia de impurezas orgánicas y su concentración de ellas, como se observa en los ríos contaminados con desechos orgánicos
El desarrollo de gas después de una reacción química o bioquímica como el óxido de carbono, ácido sulfhídrico, metano.
Tipos de espumas
La célula unitaria de las espumas es una burbuja ; ésta puede estar presente en la superficie o en el seno del líquido.En la superficie, un menisco limita el volumen del gas de un lado, mientras que una película líquida limita la burbuja del resto del sistema. La película tiene dos paredes : una externa y otra interna formada cada una por una capa monomolecular del líquido .La ubicación y la forma de la espuma permite clasificarlas como espumas esféricas u oclusas y las poliédricas o superficiales
Tipos de espuma
Las primeras están en el interior del líquido donde las presiones externa e interna son las mismas, por lo que el sistema está en equilibrio. Las espumas poliédricas o superficiales pueden ser consideradas como el resultado del resbalamiento del líquido a través de la espuma esférica. Estas espumas están formadas por células de gas separadas, las unas de las otras por finas láminas líquidas.
Factores que estabilizan de la espuma
-Repulsión eléctrica de las superficies cargadas por los grupos ionizados del agente espumante impide el adelgazamiento de la película.
- Enlaces hidrógeno que el agua forma con diferentes substancias y que ligan todas las moléculas del líquido entre ellas.
- Viscosidad del medio líquido.- Plasticidad de la película líquida así como su elasticidad
disminuye la ruptura de la burbuja.Todos estas fuerzas que se oponen al rompimiento de las
espumas dependen de propiedades características de las capas superficiales y de las soluciones de los agentes de superficie que se sitúan en las dos superficies de contacto de las láminas líquidas y del gas que ellas aprisionan.
Escala HBL
HBL
puede calcularse mediante la fórmula:
en donde S es el índice de saponificación del éster, y A el de acidez del ácido graso. Así, tendremos que el valor HLB del monolaurato del sorbitán polioxietilénico (Tween 20), para el cual S =45,5 y A = 276, es:
Valores HLB de algunos agentes anfifílicos
Sustancia HLB
Acido oleico . . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1Monoestearato de glicerina ... ... ... ... ... ... ... ... . 3,8
Monooleato de sorbitán (Span 80) ... ... ... ... .. 4,3Monolaurato de sorbitán (Sean 20) ... ... ... ... .. 8,6Goma arábiga ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8,0
Gelatina (Farmagel B) ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9,8Métilcelulosa (Metocel, 15 cps) ... ... ... ... ... .. 10,5
Oleato de irietanolamina ... ... ... ... ... ... ... ... ... 12,0Goma tragacanto . . . , ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13,2Monooleato de sorbitán poli oxietilénico (Tween
80) 15
Monoláurato de sorbitán poli oxietilénico (Tween 20).
16,7
Oleato sódico ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .... ..... ... 18,0Lauril sulfato sódico ... ... ... ... ... ... ... .:. .. .. .. .. 40