ES2291471T3 - Uso de colorantes pigmentarios para el teñido por dispersion en medios acuosos. - Google Patents

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Abstract

Uso de pigmentos de acuerdo con la fórmula (1) en donde R1-R8 independientemente entre sí significan H, halógeno, -NO2, -CN, -OH, -COOH, -CH3, -NH2 o NHCH3, para el teñido de materiales de fibra hidrófobos semisintéticos o sintéticos, caracterizado porque el procedimiento de teñido tiene lugar en medios acuosos.

Description

Uso de colorantes pigmentarios para el teñido por dispersión en medios acuosos.
La invención se refiere al uso de ciertos pigmentos como colorantes dispersos en medios acuosos.
La palabra "pigmento" es de origen latino (pigmentum) y originariamente representaba un color en el sentido de una materia colorante, pero dicha palabra fue ampliada posteriormente para representar una decoración de color (por ejemplo, maquillaje). En la Edad Media tardía, la palabra fue también utilizada para todo tipo de extractos de plantas y vegetales, especialmente aquellos utilizados para colorear. La palabra pigmento se utiliza todavía en este sentido en terminología biológica; es considerada como representando colorantes de organismos vegetales o animales que aparecen como granos muy pequeños en el interior de las células o membranas celulares, como depósitos en tejidos o suspendidos en fluidos corporales.
El significado moderno asociado con la palabra pigmento ha aparecido en este siglo. De acuerdo con las normas aceptadas (DIN 55943 y DIN 55945), la palabra pigmento significa una sustancia que consiste en pequeñas partículas y que es prácticamente insoluble en el medio aplicado y se utiliza teniendo en cuenta sus propiedades colorantes, protectoras o magnéticas. Tanto los pigmentos como los colorantes quedan incluidos en el término general "materias colorantes", el cual representa todos aquellos materiales usados por sus propiedades colorantes. La característica que distingue los pigmentos de los colorantes orgánicos solubles es su baja solubilidad en disolventes y ligantes. Los pigmentos pueden ser caracterizados por su composición química y por sus propiedades ópticas o técnicas.
En el Color Index (C.I.), los pigmentos son denominados normalmente como "C.I. Pigment XY xy". Algunos compuestos pueden ser denominados como "C.I. Solvent XY xy" debido a su tendencia a la migración en aplicaciones en polímeros, aunque en agua o disolventes orgánicos dichos compuestos pueden cumplir plenamente los criterios de insolubilidad para los pigmentos, de acuerdo con DIN 55943 y DIN 55945.
Los pigmentos pueden ser clasificados en dos categorías:
(i) pigmentos inorgánicos
(ii) pigmentos orgánicos.
Los campos de uso más importantes de los pigmentos son pinturas, barnices, plásticos, colores artísticos, tintas de impresión para papel y textiles, decoración de cuero, materiales de construcción (cemento, enlucidos, ladrillos y losetas de hormigón, basados fundamentalmente en pigmentos de óxido de hierro y óxido de cromo), imitaciones de cuero, recubrimientos de suelos, caucho, papel, productos cosméticos, barnices cerámicos y esmaltes).
La industria de la pintura utiliza casi exclusivamente pigmentos de alta calidad. Es importante un tamaño de partícula uniforme, óptimo, debido a que ello tiene influencia sobre el brillo, opacidad, poder colorante y poder de luminosidad. Las películas de pinturas no deben ser demasiado espesas, por lo que se necesitan pigmentos con buenas propiedades de poder colorante y opacidad junto con propiedades óptimas de dispersión.
Si bien los pigmentos se emplean para la coloración y recubrimiento en blanco, también se emplean para reducir (iluminar) pigmentos de color y negros. Los mismos han de tener un tono de color mínimo intrínseco.
A la hora de elegir un pigmento para una aplicación particular, normalmente han de considerarse varios puntos. Las propiedades colorantes (por ejemplo, color, poder colorante o poder de iluminación, opacidad) son importantes en la determinación de la eficacia de la aplicación y por tanto en la economía. Las siguientes propiedades también son importantes:
1)
Propiedades químicas y físicas en general: composición química, contenido en humedad y sales, contenido en materia soluble en agua y soluble en ácidos, tamaño de partícula, densidad y dureza.
2)
Propiedades de estabilidad: resistencia frente a la luz, la intemperie, el calor y los productos químicos, propiedades anticorrosivas, retención del brillo.
3)
Comportamiento en ligantes: interacción con las propiedades de los ligantes, capacidad de dispersión, propiedades especiales en ciertos ligantes, compatibilidad y efecto solidificante.
Un campo de aplicación importante es el teñido en masa de fibras poliméricas, en particular fibras de poliéster. El procedimiento en donde la masa fundida polimérica se seca y centrifuga directamente se conoce como "teñido centrífugo". El colorante pigmentario se "disuelve" en la masa fundida polimérica, por ejemplo para poliéster a temperaturas por encima de 260ºC. Para el procedimiento de centrifugado de la masa fundida, las temperaturas son normalmente superiores, por ejemplo para poliéster a 285ºC aproximadamente. Únicamente existen unas cuantas clases de pigmentos que pueden resistir estas altas temperaturas sin que se presente una degradación importante de la molécula del colorante.
Los colorantes dispersos son colorantes con baja solubilidad en agua y que, en su forma coloidal dispersa, resultan adecuados para teñir y estampar fibras y géneros de naturaleza hidrófoba.
Se han desarrollado modelos para el teñido de fibras de poliéster con colorantes dispersos. Cuando el colorante se aplica en medio acuoso, el mismo es adsorbido desde la solución acuosa molecularmente dispersa sobre la superficie de la fibra y luego se difunde al interior de la fibra. Los siguientes parámetros determinan al velocidad de teñido y, en cierto grado, las propiedades de igualación:
(1)
la velocidad de disolución durante la transición desde el estado cristalino disperso del colorante al interior de la fase molecularmente dispersa; y
(2)
la velocidad de difusión en la superficie de la fibra y, especialmente, en el interior de la fibra.
Las velocidades de ambos procedimientos varían con la temperatura.
Las diferencias en cuanto a geometría y polaridad de las moléculas de colorante pueden conducir a amplias variaciones en estas propiedades de acabado o propiedades específicas del colorante y pueden tener un efecto notable sobre las características de absorción de todos los colorantes, independientemente de si se utilizan procedimientos de teñido de un solo componente o de una combinación de componentes. Por ejemplo, puede surgir un teñido desigual cuando una distribución desigual del tamaño de partícula da lugar a una estabilidad insuficiente de la dispersión y, de este modo, al crecimiento de cristales y precipitación en la superficie del sustrato.
Dado que la temperatura en el procedimiento de teñido se encuentra normalmente por debajo de 120ºC, la estabilidad a la temperatura de las moléculas de colorante no es de gran importancia. En ciertos casos, la temperatura en el procedimiento de teñido puede ser de hasta 130-140ºC. Los colorantes dispersos aplicados a escala industrial están basados en numerosos sistemas cromófobos. Aproximadamente el 60% de todos los productos son colorantes azoicos y aproximadamente el 25% son colorantes de antraquinona, estando distribuido el resto entre colorantes de quinoftalona, metina, naftalimida, naftoquinona y nitro. Las moléculas de colorante son modificadas normalmente por sustituyentes extensivos para optimizar sus propiedades en función del producto a teñir.
Se ha comprobado de manera sorprendente que, para el teñido de fibras textiles en medios acuosos, se pueden emplear ciertos pigmentos usados para el teñido en masa de fibras poliméricas, en particular fibras de poliéster (por ejemplo, pigmentos de las marcas comerciales Polysynthren® y Sandoplast®, ambas marcas registradas de CLARIANT).
Existe una variedad limitada de pigmentos, de estructura química muy diferente, empleados como colorantes en dispersión para el teñido en masa de poliéster. Los elementos comunes son que dichos pigmentos tienen estructuras compactas y rígidas, bastante simétricas, con grupos laterales bastante limitados, optimizados en su estabilidad a las altas temperaturas del procedimiento de teñido centrífugo.
Un ejemplo preferido para los pigmentos Polysynthren® que se puede utilizar de acuerdo con la invención viene indicado en el Color Index como C.I. Solvent Brown 53.
La invención se refiere al uso de pigmentos o mezclas de pigmentos de acuerdo con la fórmula (1)
1
en donde R_{1}-R_{8} independientemente entre sí significan H, halógeno, -NO_{2}, -CN, -OH, -COOH, -CH_{3}, -NH_{2} o NHCH_{3}, caracterizado porque el procedimiento de teñido tiene lugar en medios acuosos.
Preferentemente, se emplean pigmentos o mezclas de pigmentos en donde R_{1}-R_{8} independientemente entre sí significan H, halógeno, -COOH o -CN.
Más preferentemente, se emplean pigmentos o mezclas de pigmentos, en donde R_{1}-R_{8} independientemente entre sí significan H, -Cl, -COOH o -CN.
De un modo especialmente preferido, se emplea un pigmento en donde todos los radicales R_{1}-R_{8} son H.
El pigmento en donde todos los radicales R_{1}-R_{8} son H se conoce como C.I. Solvent Brown 53 (Polysynthren® Braun R, marga registrada de CLARIANT).
Los pigmentos de fórmula (1) se pueden emplear para el teñido y estampado de materiales de fibra hidrófobos semisintéticos y preferentemente sintéticos, en especial materiales textiles. Los materiales textiles consistentes en géneros mezclados que contienen tales materiales de fibra hidrófobos semisintéticos, también pueden ser teñidos o estampados por medio de los colorantes de esta invención.
Materiales textiles semisintéticos adecuados son principalmente 2.acetato de celulosa, triacetato de celulosa, poliamidas y poliésteres de alto peso molecular, así como mezclas de los mismos con celulosa.
Los materiales textiles hidrófobos sintéticos consisten principalmente en poliéster aromático lineal, por ejemplo poliésteres constituidos por ácido tereftálico y glicoles, en particular etilenglicol o condensados de ácido tereftálico y 1,4-bis(hidroximetil)ciclohexano; de policarbonatos, por ejemplo aquellos consistentes en \alpha,\alpha-dimetil-4,4'-dihidroxidifenilmetano y fosgeno, y de fibras basadas en cloruro de polivinilo y poliamida.
Los materiales sintéticos hidrófobos pueden encontrarse en forma de estructuras de tipo lámina o de tipo hilo y pueden ser procesados, por ejemplo, a hilos o géneros textiles tejidos, tricotados o de rizo. Los nuevos colorantes son también adecuados para el teñido de material sintético hidrófobo en forma de microfibras.
Es conveniente convertir los pigmentos de fórmula (1) antes de su uso, a una formulación de teñido. Esto se efectúa moliendo el colorante a un tamaño medio de partícula de 0,1 a 10 micrómetros. La molienda se puede efectuar en presencia de dispersantes. Habitualmente, el pigmento seco se muele con un dispersante y a continuación se seca bajo vacío o se seca por aspersión. Se pueden preparar pastas de estampación o baños de teñido añadiendo agua a la formulación así obtenida.
Los pigmentos de fórmula (1) se aplican a los materiales textiles por métodos de teñido o estampado conocidos, por ejemplo aquellos descritos en la solicitud de Patente Francesa No. 1.445.371.
Habitualmente, los materiales de fibra de poliéster se tiñen en una dispersión acuosa por el procedimiento de agotamiento en presencia de los dispersantes aniónicos o no iónicos usuales y en presencia o ausencia de agentes de hinchamiento (vehículos) usuales en el intervalo de temperatura de 65ºC a 140ºC.
El 2.acetato de celulosa se tiñe preferentemente a temperaturas de 65ºC a 85ºC y el triacetato de celulosa a temperaturas de hasta 125ºC.
Los pigmentos de fórmula (1) son adecuados para el teñido por el denominado procedimiento termosol, para el procedimiento de agotamiento y continuo y para estampar como ocurre en los modernos procedimientos de formación de imágenes, por ejemplo estampado por termo-transferencia o estampado por chorro de tinta.
Los teñidos se llevan a cabo en un licor acuoso por el procedimiento de agotamiento y la relación del licor puede elegirse entre un amplio intervalo, por ejemplo de 1:4 a 1:100, con preferencia de 1:6 a 1:50.
El tiempo de teñido es de 20 a 90 minutos, con preferencia de 30 a 80 minutos.
Los licores de teñido pueden comprender además otros aditivos, por ejemplo auxiliares del teñido, dispersantes, agentes humectantes y antiespumantes.
El licor también puede comprender ácidos minerales, tal como ácido sulfúrico o ácido fosfórico, o convenientemente también ácidos orgánicos, por ejemplo ácido fórmico o ácido acético y/o sales, tal como acetato amónico o sulfato sódico. Los ácidos sirven principalmente para ajustar el pH de los licores de teñido que preferentemente se encuentra en el intervalo de 4 a 5.
Los pigmentos están presentes normalmente en los licores de teñido en forma de una dispersión fina. Dispersantes adecuados para la preparación de esta dispersión son, por ejemplo, dispersantes aniónicos, tales como condensados aromáticos de ácido sulfónico/formaldehído, condensados sulfonados de aceite de creosol/formaldehído, ligninsulfonatos o copolímeros de derivados de ácido acrílico, con preferencia condensados aromáticos de ácido sulfónico/formaldehído o dispersantes ligninsulfonados o no iónicos a base de óxidos de polialquileno obtenibles, por ejemplo, por reacción de poliadición a partir de óxido de etileno u óxido de propileno. Otros dispersantes adecuados se ofrecen en US 4.895.981 o US 5.910.624.
Los teñidos o estampados así obtenidos, presentan buena solidez en general; son notables particularmente la solidez a la termo-migración, solidez a la luz, solidez a la termo-fijación y al plegado, así como la excelente solidez en mojado.
La invención se refiere además a materiales de fibra hidrófobos semisintéticos o preferentemente sintéticos, que han sido teñidos o estampados mediante el uso anteriormente indicado.
En los siguientes ejemplos, las partes y porcentajes son en peso. Las temperaturas se ofrecen en grados Celsius.
\newpage
Ejemplo de aplicación
Se mezclan 17,5 partes de pigmento de la siguiente fórmula (Ia)
2
con 32,5 partes de un agente dispersante comercial basado en ligninsulfonatos y se pulveriza a un polvo. Se añaden 1,2 partes de este preparado de colorante a 2.000 partes de agua desmineralizada a 70ºC, que contiene 40 partes de sulfato amónico; el valor pH del baño de colorante se fija en 5 con ácido fórmico al 85%. En este baño de colorante se colocan 100 partes de género de fibra de poliéster lavado, se cierra el recipiente, se calienta a 130ºC en el transcurso de 20 minutos y se continúa el teñido durante 60 minutos más a esta temperatura. Después de enfriar, el género de fibra de poliéster se retira del baño de teñido, se enjuaga, se enjabona y se limpia por reducción de hidrosulfito sódico del modo usual. Después de la termo-fijación (180ºC, 30 minutos), se obtiene un teñido de color marrón con muy buena solidez en general, especialmente solidez a la luz y a la sublimación, en particular con una excelente solidez en mojado.

Claims (5)

1. Uso de pigmentos de acuerdo con la fórmula (1)
3
en donde R_{1}-R_{8} independientemente entre sí significan H, halógeno, -NO_{2}, -CN, -OH, -COOH, -CH_{3}, -NH_{2} o NHCH_{3}, para el teñido de materiales de fibra hidrófobos semisintéticos o sintéticos, caracterizado porque el procedimiento de teñido tiene lugar en medios acuosos.
2. Uso de un pigmento según la reivindicación 1, en donde R_{1}-R_{8} independientemente entre sí significan H, halógeno, -COOH o -CN.
3. Uso de un pigmento según la reivindicación 1, en donde R_{1}-R_{8} independientemente entre sí significan H, -Cl, -COOH o -CN.
4. Uso de un pigmento según la reivindicación 1, en donde todos los radicales R_{1}-R_{8} son H.
5. Materiales de fibra hidrófobos semisintéticos o sintéticos teñidos en un licor acuoso mediante el proceso de termosol, mediante el proceso de agotamiento y continuo y mediante estampado utilizando pigmentos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
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