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a calidad del agua utilizada en la industria del acabado textil desempeña una parte
importante. Además del consumo excesivo e indeseado de auxiliares textiles y colorantes, la dureza
del agua puede disturbar los procesos, causar incrustaciones en el substrato textil, en las
máquinas y tuberías, resultando en una calidad inferior en el tejido final.
En la industria textil, el “secuestrado” se entiende en un sentido amplio para significar la
compleja formación de químicos auxiliares con metales tales como hierro, cobre, níquel, zinc y
magnesio, que están presentes en el agua y afectan el procesamiento en muchas maneras.
Los formadores de álcali o los agentes de secuestrado o agentes chelating usados para esto,
deactivan las substancias endurecedoras del agua y otros cationes dañinos en el agua, a través de
precipitación, intercambio de iones, chelating o absorción en la superficie del cristal de semilla.
Estos agentes se unen con cationes polivalentes tales como calcio y magnesio en el agua y las
fibras, previniendo así la precipitación de los jabones. Aún si el agua de proceso es suavizada
antes de la formulación del licor, la adición del agente secuestrante confiere ciertas ventajas
claras con respecto a la fiabilidad del
proceso.
Puesto que la cantidad de aditivos puede variar considerablemente, dependiendo del origen
del algodón y su historia pasada (en algunos casos hasta 2 o 3 veces los valores promedios), se
está haciendo cada vez más difícil para aquellos que efectúan el pretratamiento el garantizar una
calidad del tejido uniforme y reproducible, que esté lista para el teñido, el estampado o el
acabado.
Mecanismo de la formación del chelato
En el caso de la secuestración, el catión polivalente es rodeado apretadamente como un
“átomo central” por otros iones cargados opuestamente o por moléculas neutrales, conocidas como
ligantes. Los ligantes deben ser capaces de suministrar al menos un par de electrones que “no se
ligan o unen” y el catión central debe tener un número de órbitas vacías de un nivel de energía
apropiado para acomodar estos pares electrónicos. Un ligante que tiene la capacidad de suministrar
solo un par de electrones es conocido como un monodentato. El número de ligantes de monodentato que
se pueden agrupar alrededor de un ion central determina el número de coordinación del ion
relevante.
Para que se forme un chelato, es necesario tener un ligante que pueda suministrar al menos
un par de electrones que estén lo suficientemente aparte uno del otro en la molécula ligante como
para que puedan formar un puente. Este tipo de ligante es un bidentato o un ligante con dos
valencias coordinadas. La mayoría de los agentes secuestrantes son polidentatos con 4-8 valencias
coordinadas. Los chelatos generalmente contienen 2 moléculs de ligantes (glicina) y una
molécula de metal como se muestra en la figura adyacente.
Efectos de los agentes secuestrantes
convencionales
Hay cinco mayores tipos de agentes secuestrantes para seleccionar:
1. Polifosfatos inorgánicos,
2.Acidos aminocarboxílicos,
3.Acidos organofosfónicos,
4.Acidos hidroxicarboxílicos,
5.Poliacrilatos.
Hay varios productos alternativos en el mercado que claman ser tan efectivos como EDTA
y NTA pero la mayoría tienen sus restricciones. Por ejemplo, los polifosfatos inorgánicos tales
como el tripolifosfato de sodio, el hexametafosfato de sodio, el polifosfato de sodio, el
trimetafosfato de sodio y el pirofosfato de sodio son probablemente los mejores en general en el
sentido de que además del secuestrado de la mayoría de los metales también ayudan en la limpieza de
las fibras. Sin embargo, ellos se pueden hidrolizar a una alta temperatura, perdiendo su
efectividad.
Los agentes secuestrantes tipo ácido aminocarboxílico, tales como el ácido tetra-acético
Etilenediamina (EDTA), la sal de sodio de ácido triacético Nitrilo (NTA), y la sal de sodio de
ácido triaminepentacético Dietileno (DTPA) sin muy muy buenas en el sentido de que pueden
secuestrar la mayoría de los iones y son muy estables bajo condiciones alcalinas. Pero generalmente
no son estables a los agentes oxidizantes y tienen una solubilidad limitada en un medio acídico.
Estos son los tipos más utilizados.
Los tipos ácidos organofosfónicos, tales como etilenodiaminetra (ácido fosfónico metileno),
DETMP, ATMP, HEDP, son también muy efectivos pero comparativamente costosos. Además, los complejos
no son estables a altas temperatureas y se desintegran en fosfatos simples, los cuales no retienen
iones de metal en forma compleja.
Los oxalatos y los ácidos hidrocarboxílicos (citratos, ácido Tartárico, ácido Glucónico,
ácido Oxálico, etc) son excelentes para el secuestrado de hierro bajo condiciones alcalinas pero no
son efectivos para el calcio y el magnesio. Con el fin de llevar las substancias químicas de manera
rápida y efectiva al material textil, o sea, para mejorar su humectabilidad y asegurar que las
impurezas fibrosas sean removidas tanto como sea posible, es necesario agregar surfactantes con
buenas propiedades de humectación y de lavado/emulsificado.
En el caso de los poliacrilatos, aunque no tienen un efecto desmineralizante en los
colorantes que contienen metal y son dispersantes efectivos, ofrecen bajos valores de chelating en
comparación con los valores ofrecidos por los policarboxilatos aminos o los
fosfonatos.
Son diversas las aplicaciones potenciales para los agentes secuestrantes en los
procedos textiles en húmedo de toda clase. La presencia de los metales durante el blanqueado o el
teñido puede resultar en marcas de agujeros pequeños o tipo alfiler, en reducidas eficiencia en la
brillantez, y en cambios en el tono o en intensidad reducida. Los metales pueden contribuir también
a una inversión de la brillantez, ya sea durante el proceso de blanqueado o mientras que el
material acabado sea almacenado. Por lo tanto, ha sido difícil encontrar una buena solución que
iguale el perfil de rendimiento de los agentes chelating tradicionales.
Además, bajo el punto de vista ecológico, el uso de este grupo de substancias debe ser
reducido, ya que la carga de fosfato es uno de los factores contribuyentes más significantes para
la utroficación del agua subterránea. Por consiguiente, la búsqueda por una alternativa efectiva en
costos, a los dos agentes chelating usados más frecuentemente, el NTA (ácido acético nitrilo) y
EDTA (ácido tetra-acético etilenodiamina), ha sido una meta de la industria durante largo tiempo. A
esto se puede agregar un tercer requisito: que el producto debería ser hecho en su mayoría de
recursos renovables, lo que le da una nueva dimensión al trabajo de investigación y desarrollo.
Este problema ha sido superado con el desarrollo de los acrilatos de azúcar.
Acrilatos de azúcar
Los acrilatos de azúcar o polímeros acrílicos de azúcar son sintetizados por la
polimerización del ácido de acrílico en presencia de un azúcar enolizable bajo condiciones
alcalinas. Ellos tiene valores secuestrantes tan altos como los policarboxilatos aminos o los
fosfonatos, y además son biodegradables.
Los acrilatos de azúcar son caracterizados por buenos valores de chelating de la gama
acídica o alcalina, y por temperaturas de 45 a 115 °C. También exhiben un efecto desmetalizador en
los colorantes que contienen metales, y no forman espuma. Se recomiendan idealmente en el
pretratamiento para el desencolado, el enjuagado y el blanqueado, y como acondicionadores del baño
colorante durante el teñido celulósico.
Para satisfacer los estrictos requerimientos de la protección del medio ambiente, la empresa
Sarex, de la India, ha desarrollado el agente secuestrante basado en acrilato de azúcar, Chelatin
SA, y el cual es biodegradable. Esta es una alternativa directa a NTA y EDTA, y satisface todos los
requerimientos mencionados anteriormente.
Evaluación de la eficiencia
La evaluación de la eficiencia del agente de chelating se puede basar en el número de
diferentes mediciones químicas y físicas, que son afectadas generalmente por variables tales como
la resistencia iónica, el pH, el método de medición, la temperatura, etc.
Por lo tanto, el estudio de la evaluación del agente chelating, Chelatin SA, de Sarex, fue
efectuado por su capacidad de aglutinado con respecto a metales tales como calcio, cobre y hierro
sobre una amplia gama de pH. También, para estudio de aplicaciones prácticas, se efectuó un teñido
de tipo disperso y reactivo para observar los cambios en el tono, la intensidad del teñido, y las
propiedades de dispersión.
Evaluación de la capacidad aglutinante
Normalmente, los valores chelating del calcio son determinados a la temperatura del salon.
Debido a las diversas aplicaciones de los agentes secuestrantes en los procesos textiles en húmedo,
el Chelatin SA ha sido ensayado en una amplia gama de pH, desde 4 a 12, para determinar su
capacidad de aglutinado al calcio
(Ver figura 1). En base a los experimentos, se observó que el poder de aglutinado al
calcio del Chelatin SA se incrementa con el aumento en el pH, de 4 a 10, dando valores de chelating
en la gama de 49.47 a 255.16 respectivamente, lo que disminuye ligeramente con un aumento en el pH
por encima del valor 10.
Poder chelating del hierro
La capacidad de aglutinado del hierro no es nada más que la capacidad de disolución del
hidróxido de hierro del agente secuestrante. La capacidad de aglutinado del Chelatin SA fue
ensayada a la temperatura del salón en varios pH, desde 5 hasta 12
(Ver figura 2). Esta figura muestra los valores mínimos y máximos del chelating del
hierro, variando desde 60 hasta 240, para pH de 5 a 12 respectivamente. En base a los datos
medidos, es claro que la capacidad de disolver una cantidad significante de hierro del hidróxido
precipitado va en aumento con un incremento en el pH y es máximo con un valor pH de 12.
Poder chelating del cobre
En el caso del poder de aglutinado del cobre del Chelatin SA, se observó la misma tendencia
que en el caso del poder de aglutinado del hierro. También en este caso, la capacidad de aglutinado
del cobre se incrementa con el aumento en el pH, lo que es máximo a un pH de 12 mostrando un poder
de aglutinado del cobre máximo de 240
(Ver figura 3).
Del estudio del poder de aglutinado del Chelatin SA efectuado sobre una amplia gama de pH,
es claro que el Chelatin SA alcanza un poder de chelating muy bueno en varias gamas de pH,
especialmente desde 10 hasta 12 mostrando el máximo poder de chelating.
Estudio de aplicación del Chelatin SA
Como se mencionó antes, aunque el Chelatin SA mostró muy buen poder aglutinante, para juzgar
su viabilidad práctica, se efectuó un estudio con relación al teñido disperso y reactivo en agua
dura.
El experimento básico fue efectuado para optimizar la concentración del agente secuestrante
para el chelating del agua de dureza 450 ppm que contiene 5 g/l de ceniza de soda
(Ver figura 4). De la figura se puede deducir que se requieren 3 g/l de Chelatin SA para
el chelating de 450 ppm de agua dura y para hacerlo libre de impurezas de metal para evitar más
dificultades en el procesamiento.
Se realizó un estudio del efecto del Chelatin SA en teñido dispersante, usando 100 ppm de
hierro y 6 ppm de cobre separadamente en el baño de teñido
(Ver figura 5: A y B). En base a las figuras, se puede ver claramente que se observó un
cambio en el tono del poliéster en un baño de teñido conteniendo 100 ppm de hierro y 15 ppm de
cobre. Mientras que no se observó un cambio de intensidad comparable en un poliéster teñido con 2 y
3 g/l de Chelatin SA respectivamente. De esta manera, se puede comprobar que el Chelatin SA tiene
muy buen poder aglutinante para el hierro y el cobre en un medio acídico.
Además, para probar el poder dispersante de Chelatin SA, se efectuó un estudio de la
teñibilidad del algodón con colorante reactivo, en presencia de 50 ppm y 70 ppm de cobre y hierro
separadamente, con y sin 2 g/l de Chelatin SA. Después del teñido, el resto fue recolectado en
tubos de ensayo y se mantuvieron de manera separada
(Ver figura 6). Después de 10 minutos, el resto fue observado para ver los sedimentos. Se
pudo ver que los sedimentos en los tubos de probeta a, b, c, f, g y h que contenían cobre y hierro,
sin Chelatin SA, indicaban un pobre poder dispersante.
Por otro lado, el resto de baño colorante en los tubos de ensayo d, e, i y j, conteniendo
hierro y cobre con el agente secuestrante Chelatin SA, no mostró ningun sedimento, indicando un
buen poder de dispersado, que no permite que el precipitado se acumule en el substrato durante el
proceso de teñido.
Conclusión
Los resultados anteriores muestran que el Chelatin SA tiene muy buena capacidad de chelating
y dispersación y es capaz de reemplazar a los poliacrilatos convencionales e incluso a los
fosfonatos en las aplicaciones textiles. Forma complejos estables con los metales que crean
problemas, “atando” sus sitios reactivos.
Además, el Chelatin SA, es efectivo durante el desencolado, el enjuagado, el blanqueado y el
teñido; y previene que los iones individuales reaccionen con el colorante y reduzcan la eficiencia.
El complejo de ion chelating/metal o “chelate” se puede lavar subsiguientemente durante procesos
posteriores.
De esto, es claro que el Chelatin SA puede satisfacer los requerimientos de la industria
como un agente secuestrante apropiado para el medio ambiente.
Septiembre-Octubre de 2009
