Productos auxiliares

1. Productos auxiliares Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Química Química textil Ing. Mabel Luna

2. 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.

3. Clasificación • Humectantes • Detergentes • Despumantes • Dispersantes- emulsionantes • Para teñido: retardantes e igualantes • Suavizantes • Lubricantes ….. • Tensoactivos: • No tensoactivos . • Correctores de dureza • carrier

4. Definiciones previas Fuerzas de cohesión elevadas, disposición ordenada, espacios intermoleculares pequeños, moléculas muy cercanas entre si. Materia : Sólido Líquido Gaseoso 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

5. Interfases que se presentan en textil • Líquido- gas : Baño – aire • Líquido- Líquido: agua – aceite • Líquido sólido: Baño - fibra

6. Aplicación: Una gota de agua sufre atracción solo por el lado del líquido……… adoptan la forma esférica gas líquida sólido Cuando la gota se deposita sobre el tejido toma la forma esférica, mojando mínimamente a ésta Tensión superficial

7. ¿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 Para que esto sea posible, es necesario disminuir la tensión superficial En la industria textil se trata de hacer pasar un cuerpo de la fase líquida a la sólida o viceversa

8. Energía libre de superficie Cantidad de trabajo necesario , a temperatura y presión constante, para crear toda la superficie ; esta energía solo puede ser evaluada haciendo variar el área de la superficie, es decir, provocando una deformación que reaccione en sentido contrario a las fuerzas de cohesión, ya que se tratará de desplazar y repartir las moléculas o los átomos en el interior de la superficie. Naturalmente que esta "deformación" no sucede en el caso de los sólidos, donde los átomos ocupan posiciones no intercambiables, por lo que no será posible definir una variación de energía libre por unidad de área.

9. Energía libre de superficie • En el caso de los líquidos, el trabajo realizado se reparte de una forma homogénea ; las moléculas se desplazan más fácilmente, la energía es proporcional al aumento de la superficie, entonces será posible definir una energía libre de superficie por unidad de área relacionarla con la noción de tensión superficial.

10. Tensión superficial Trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie. Debido a estas fuerzas la superficie tiende a contraerse y a ocupar el área más pequeña posible. Si se trata de una gota libre tiende a formar la forma esférica. Un ejemplo de ello es el caso de un alfiler que puede por la tensión superficial líquida, flotar sobre la superficie del agua, a pesar de ser la densidad del acero mucho mayor que la del agua.

11. Fuerzas de atracción entre las moléculas de la superficie y las del interior del líquido La tensión superficial y la energía libre de superficie son numéricamente iguales siempre que la viscosidad del líquido no sea muy grande. Las mismas consideraciones se aplican a la interfase entre dos líquidos inmiscibles: existe en la interfase, un conjunto de fuerzas intermoleculares no balanceadas que da como resultante una fuerza dirigida al interior de su respectiva fase líquida. Esta situación produce una turbulencia en la superficie del líquido a escala molecular pues tiene como resultado un tráfico de doble vía en el interior del líquido o fase de bulto y la superficie y entre la superficie y la fase vapor.

12. 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.

13. Propiedades Otra propiedad de los tensoactivos es que en solución diluida se comportan como electrolitos normales, pero a una cierta concentración bien definida, ocurren cambios fisicoquímicos como son: un cambio brusco de tensión superficial, de conductividad, de presión osmótica etc. película miscelas cilíndricas

14. Miscelas McBain explicó este comportamiento anormal a la formación de agregados moleculares de tensoactivos llamados "miscelas", las cuales se juntan de tal forma que en solución acuosa, la parte hidrocarbonada de las moléculas se encuentra hacia adentro en el centro de la miscela y los grupos hidrofílicos hacia afuera en contacto con el medio acuoso. La concentración a la cual se forman las miscelas se le llama "concentración miscelar crítica" y es la concentración a la cual, ocurren los cambios fisicoquímicos.

15. 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.

16. 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

17. 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

18. 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.

19. 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

20. 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 .

21. Mecanismo de detergencia Etapa 1- superficie cubierta de grasa Etapa 2 - superficie cubierta de grasa con agua, la cual es incapaz de desplazar la suciedad ya que su tensión superficial es alta. dispersión mojado

22. 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

23. Mecanismo de detergencia 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. emulsificación

24. 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.

25. 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 .

26. 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.

27. Tipos de emulsión

28. 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.

29. 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 .

30. 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 emulsiones a) 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.

31. 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.

32. 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.

33. 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)..

34. 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 .

35. Acción del dispersante • Rodea con una película “coloide protector” • Origina repulsión entre partículas Al estar alejadas, el PM disminuye y se mantienen en suspensión

36. 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

37. 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.

38. 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.

39. 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

40. 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.

42. 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 propiedadescaracterísticas 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.

43. Agentes igualantes y retardantes El objetivo básico de una tintura es la reproducción del mismo matiz, uniformemente en todo el lote procesado. Esta uniformidad depende de muchos factores, entre ellos : • Velocidad de tintura • Poder de migración de los colorantes Los agentes que aceleran las propiedades migartorias del colorante se denominan igualantes y los que las disminuyen retardantes.

44. CxoA Ao Cx Fibra T T Fibra clasificación por mecanismo de operación • Productos que interaccionan con el colorante por medio del enlace iónico: El auxiliar posee carga opuesta al colorante; pero igual a la fibra, que al reaccionar con el forma un complejo electricamente neutroy sin afinidad por la fibra. El complejo formado es termicamente inestable, al incrementar T, el colroante se libera del complejo y entra a la fibra. *F.acrílicas/col. Cat. *dispersantes/ evita precio. Complejo de pobre solubilidad.

45. T T clasificación por mecanismo de operación • Productos que interaccionan con la fibra compitiendo con el colorante por los núcleos de reacción de la fibra Son de carácter iónico y de menor peso molecular que el colorante, por lo tanto de mayor velocidad de difusión a tavez del baño y facilidad de interactuar con la fibra antes que el colorante.Conforme aumenta la temperatura del baño, el auxiliar aumenta su solubilidad en el agua y el colorantelo reemplaza en la fibra *para lana y poliamidas con col. ácidos colorante auxiliar

46. clasificación por mecanismo de operación • Productos que actúan por solvólisis miscelar del colorante Colorante K as colorante en solución K ad colorante adsov. aglomeradomolecular por la fibra Ks misc. K smol colorante en solución miscelar Al ser adsorvido el colorante en solución, por la fibra, las ctes. son perturbadas y como resultado de este empobrecimiento en solución molecular, el colorante en solución miscelar es liberado y parte del aglomerado es solubilizado por la miscela del tensoactivo

47. clasificación por mecanismo de operación • Productos que actúan por solvólisis miscelar del colorante A este tipo de productos tambien se les conoce como coloides protectores poeque forman una película en la superficie externa del colorante, que tiene acción retardante y debe ser perdida por acción de la temperatura antes de teñir la fibra. *Teñido de fibras hidrofóbicas con colorantes dispersos

48. H O OH O O H N H NH2 O O clasificación por mecanismo de operación • Productos que interaccionan con el colorante para formar aglomerados Algunos productos no iónicos, son capaces de combinarse con los colorantes por medio de valencias secundarias. De esta manera producen un aglomerado de gran tamaño y baja veloocidad de difusión. Generalmente estos auxiliares estan compuestos por cadenas oxietilénicas que al calentar el baño, libera a las moléculas del colorante. -CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O- + -CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-

49. PRODUCTOS AUXILIARESclasificación según constitución química Se fundamenta en el poder de disociación del tensoactivo en presencia de un electrolito y de sus propiedades fisicoquímicas: • Iónicos : según la carga que posea la parte que presenta la actividad de superficie serán:, y anfóteros • aniónicos • Catiónicos • Anfóteros • No iónicos

50. Tensoactivos iónicos Tienen fuerte afinidad por el agua, motivada por su atracción electrostática hacia los dipolos del agua puede arrastrar consigo a las soluciones de cadenas de hidrocarburos, por ejemplo el ácido palmiítico, prácticamente no ionizable es insoluble, mientras que el palmitato sódico es soluble completamente ionizado.