WO2019069116A1 - Método de cationización y teñido de telas con un sistema tipo « padding » mediante procesos de teñido por agotamiento, y dispositivo relacionado - Google Patents

Método de cationización y teñido de telas con un sistema tipo « padding » mediante procesos de teñido por agotamiento, y dispositivo relacionado Download PDF

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WO2019069116A1
WO2019069116A1 PCT/IB2017/056122 IB2017056122W WO2019069116A1 WO 2019069116 A1 WO2019069116 A1 WO 2019069116A1 IB 2017056122 W IB2017056122 W IB 2017056122W WO 2019069116 A1 WO2019069116 A1 WO 2019069116A1
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fabrics
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dyeing
cationization
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PCT/IB2017/056122
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Norbert Max BÜECHEL
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Eurotecnica Textil, S.A. De C.V.
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    • D06B3/18—Passing of textile materials through liquids, gases or vapours to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing, impregnating of fabrics combined with squeezing, e.g. in padding machines
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    • D06B19/00—Treatment of textile materials by liquids, gases or vapours, not provided for in groups D06B1/00 - D06B17/00
    • D06B19/0005—Fixing of chemicals, e.g. dyestuffs, on textile materials

Definitions

  • the invention disclosed herein refers to a method of cationizing and dyeing fabrics and to a related device.
  • the cellulose fibers are the most produced in the textile industry.
  • Cotton is the most used cellulose fiber but, among others, the category also includes viscose rayon, cotton mercerized, and bast fibers such as jute, ramie, and linen.
  • the fibers cellulose To process and ink the fibers cellulose, large amounts of water are required, because the fibers are hydrophilic and contain wax natural, pectin, and oils. Many of the dyes that these types of fibers are used require that add electrolytes in the form of salts, such as sodium sulfate or sodium chloride. When cellulose is immersed in a solution with direct dyes, this Absorbs the solution until you achieve a balance. In this stage, the largest amount of dye enters between the fibers, but it is not absorbed. Cellulose has a Negative electric charge in pure water. As the coloring It is also an anion, there is an electrostatic repulsion anion-anion between the dye and the cellulose.
  • salts such as sodium sulfate or sodium chloride
  • the barrier electrostatics can be suppressed, facilitating the contact between the dye and the fiber, and allowing better interaction between the forces of Yoshida and van der Waals, which improves the stability of the reaction and the coloration of the fiber.
  • the fabric must be washed after the dyeing process, as the color fixation and wash resistance are factors that influence the quality of the fabric before be able to be commercialized.
  • the current commercial dyeing processes consist of at least nine stages or bathrooms, namely: (1) Degrease in water at 90o C to 105o C, where they are used chemicals to wash and remove the fatty components of the fabric, (2) warm rinse, (3) neutralization, (4) dyed, (5 and 6) hot rinses, (7) wash with soap, (8) cold rinse, and (9) pH adjustment.
  • Level of water contamination in dyeing processes includes high salinity, high content of total solids, high content of suspended solids, variations in the biological oxygen demand, in oxygen demand Chemical, heavy metals, effluent colors, pH hostile, and the inclusion of other dangerous organic compounds.
  • the CHPTAC reacts with alkaline compositions to produce epoxypropyltrimethylammonium chloride or EPTAC, which is the epoxide of the CHPTAC, and which reacts with the molecule of the cellulose ROH ++ to produce a fiber positively charged.
  • EPTAC epoxypropyltrimethylammonium chloride
  • the CHPTAC is marketed by Dow Chemical under the name of Quat 188.
  • the cationization of the cotton fabric can be carried out by different methods, including padded-cold rest (CPB), pad-bake (pad-dry), steamed (pad-steam), and tincture by exhaustion.
  • CPB padded-cold rest
  • pad-dry pad-bake
  • pad-steam pad-steam
  • tincture by exhaustion The fixing efficiency of the CHPTAC in Cellulose fabrics varies depending on the method that is choose, the concentration of CHPTAC and alkali, time, temperature, and other variables. Previous art teaches that the CPB technique is the most efficient way to apply CHPTAC (nplcit4: JIE, L.I.U.).
  • CHPTAC Some current processes of application of CHPTAC seek to overcome the problem of fixing the chemical by degreasing the fabric, drying complete, and then the application of CHPTAC. Not having contact with water it is possible to apply the best way CHPTAC, but steps are added to an industrial process that limits production on an industrial scale and obliges a higher energy consumption, with adverse ecological effects.
  • Previous art also teaches that cationization increases the availability of dye by 30% without variability in the strength of the colors, while reducing the effluents pollutants (nplcit6: RAMASAMY, M.). The dyeing of cationized cotton I could consume up to 40% less steam and 50% of the usual dyeing time.
  • Previous art teaches that cationization with CHPTAC improves dyeing processes in the laboratory (nplcit7: KHATRI, Zeeshan), but at industrial scales these effects do not they are appreciated mainly because the CHPTAC does not apply uniformly on the fabric, as previously mentioned, and because the fabric ends with amino odors that make it undesirable for consumers; nobody wants their clothes have those to amonia or fish.
  • the claimed invention describes a method of industrial production for the application of CHPTAC in open-weave cellulose fabrics, without decrease industrial performance in the production of fabrics, retaining the desired colors in the fabrics, eliminating undesirable aromas, applied to fabrics in open tissues, and avoiding the production of effluents pollutants, as well as a device associated with that method.
  • CHPTAC is preferred, although in other modalities other monomers or cationic polymers can be used.
  • the present invention claims a method in that the stages of degreasing and rinsing warm for the Treatment of the fabrics before their dyeing is replaced by an induction stage, in which CHPTAC is applied for the cationization of the fabric, surfactants, wetting agents, and caustic soda (hydroxide sodium) in a single bath. After the application of the bath induction is a "padding" system and a period for the cationic monomer to react with the fiber of the fabric. Afterwards the cloth is dyed -in the preferred embodiment- with an anionic dye in a procedure of exhaustion dyeing, it is washed in a only occasion, and its pH is neutralized with a mixture that includes boric acid.
  • a device with a padding system that is, a series of rollers that uniformly apply the bathroom of the induction stage in the whole fabric.
  • East device allows uniform application of the monomer cationic on the entire surface of the fabric, improving considerably fixing the color on the fabric and its resistance to washing.
  • the industrial performance in the production of fabrics increases up to 40% against other methods; the Water use decreases by up to 40% against others methods; the polluting effluents are reduced up to 40%; the effluents have up to 99% less colorants; the consumption of dyes is reduced by 25%; Sodium sulfates and others are not used electrolytes for the dyeing process; is reduced up to 40% the use of fabric softener in stages subsequent to treatment; the loss of fabrics in batches with defects; he increases the stability of the fabrics; It is eliminated the pilling of the fabric; the fabric has a better appearance, similar to mercerized cotton; the cloth is less prone to wrinkling; the fabric has an antimicrobial effect.
  • the claimed method comprises a manner of cationization of cellulose fabrics, blending fabrics cellulose, and other light fabrics.
  • the method is applied to open-width fabrics. In other modalities the method is applied to fabrics in tubular fabrics.
  • the fabrics that are the raw material of the method claimed do not need to be defatted, pre-bleached, pre-heated, or enzyme treated before being subjected to the claimed method.
  • the fabrics matter
  • the raw material of the claimed method are fed in rolls to the method and related device.
  • the fabrics are arranged in a flat way and so they are fed to the method and related device.
  • the [Fig.3] shows the fabric 200 arranged in a flat manner before being treated with the claimed method, using the claimed device.
  • Method 100 has eight stages, from the cationization of fabrics, to the production of fabrics stained ready for commercial use for maquiladoras that can transform them into clothing or other products for final consumers, according to the practices regular industry
  • Method 100 starts with a stage of induction 110.
  • the fabric 200 is immersed in a chemical bath 111 that contains a mixture of a cationic monomer, caustic soda, and water. This mixture must maintain a minimum pH of 12 and maximum 13.5. Variations within said pH range do not allow to have in the chemical bath 111 groups reagents necessary for the dyeing phase 140 for achieve the dyeing of dark colors.
  • surfactant agents are also included in the chemical bath 111 surfactant agents (cracking agents) non-ionic, and wetting agents (wetting agents) non-ionic, so that the fabric 200 absorbs faster and evenly the chemical bath 111.
  • the monomer cationic of chemical bath 111 is CHPTAC.
  • the chemical bath 111 must have a temperature between 18o C and 30o C, without the variation of temperature throughout the process in which the fabric be treated with the chemical bath 111 is equal or superior at 4o C. Variations of more than 4o C cause the hue of the fabric that is dyed in the dyeing phase 140 varies between different parts of the same lot, which it is undesirable in an industrial production. Is variation is due to the reaction between the CHPTAC and the caustic soda produces undesirable levels of EPTAC that make it difficult or impossible to fix the dyes to the fabric during the dyeing phase 140.
  • the chemical bath 111 It has a constant temperature of 20o C.
  • the fabric 200 is immersed in the chemical bath 111 until the cloth 200 absorb between 200% and 300% of its weight in said bath chemical 111.
  • the fabric 200 Once the fabric 200 has absorbed the bath chemical 111, it goes through a phase of «padding» 112.
  • the fabric subjected to the « padding »112 must retain between 70% and 100% of its weight in chemical bath 111.
  • the retention of bath Chemical 111 is also referred to as pick-up.
  • the chemical bath pick-up 111 In the Preferred modality, the chemical bath pick-up 111 must be constant throughout the production of a same fabric lot 200 to ensure retention of the uniform color during the dyeing phase 140.
  • the « padding »112 is made with the device induction 300 comprising at least two surfaces with uniform and constant pressure between which the fabric that has absorbed the chemical bath 111 so that stay with the desired pick-up, such as the guide roller 311 and the pressure roller 312.
  • the fabric 200 that has gone through the « padding »112 is then referred to as the treated fabric 201 and is subjected to the reaction period 113.
  • the treated fabric 201 is arranged in rolls of the commonly used in the textile industry, like the roll fabric 600.
  • the treated fabric 201 subjected to the period of Reaction 113 must be sealed, insulated into the air. In the Preferred modality, 600 cloth rolls are sealed hermetically with plastic.
  • the reaction period 113 It must be at least 8 hours and maximum 30 hours. In the preferred embodiment, the reaction period 113 is 24 hours.
  • the result of the reaction between the bath chemical 111 and the cellulose cloth during the period of Reaction 113 is a treated fabric 201 with cationic charge.
  • the cloth treated 201 is subjected to the rinse step 120.
  • the rinse step 120 is performed with hot water in a temperature range of between 80o C and 95o C.
  • the fabric treated 201 is brought to the neutralization stage 130.
  • the treated fabric 201 is neutralized at a pH between 5.5 and 8.0 using a acid known in the state of the art.
  • the treated fabric 201 can be subjected to the dyeing step 140.
  • the dyeing step 140 is made using anionic dyes diluted in water, using an auxiliary alkali but without electrolytes. The adjustment of the parameters related to water volume, temperature, pH, and reaction time will be determined by a technician with sufficient knowledge in the matter.
  • the auxiliary alkali in color fixation is sodium carbonate (Na 2 CO 3 ). The sodium carbonate used in the preferred embodiment allows to have a gradual control of the pH of the dyeing bath, to leave it in the ideal pH range between 10 and 11.5.
  • the dyeing phase 140 can be carried many different ways thanks to the cationization achieved in the induction stage 110 depending on the fabric, strength properties, colorant tonality, and fiber content. They can be used, among others, reactive dyes, direct dyes, or colorants acids, in combination with disperse dyes.
  • the dyeing phase 140 can be performed using reactive dyes without electrolytes added.
  • the anionic dye will be completely depleted in cationic fiber, resulting in a retention Superior color in the fiber.
  • the induction phase 110 and reactive dyes more colors are observed solids by 15% to 35%.
  • salt is not used, there are practically no hydrolyzed residual dyes in the bathroom (solution), also saving any intensive washing process of those that are used usually in the industry according to the state of the technique. This also represents a saving of 40% at the time of completion of the dyeing phase 140 against other methods in the state of the art.
  • the Reactive dyes are strongly attracted to the interactions with its sulphonate group, which remove it from the solution and are attracted to the fiber previously treated.
  • the reactive dye After the reactive dye penetrates the fiber, has a covalent reaction with the group hydroxyl of the pre-treatment compound, giving it improved color retention properties.
  • the majority of the color tones with a balanced formula appropriately they will be exhausted in the cationized fabric without the use of salt or any other electrolyte.
  • variables such as the proportion of water, temperature, pH, and reaction time, to achieve the desired results within the skills of a technician with sufficient knowledge in the field.
  • the proportion of water will depend on the type of machine and fabric that are used. Usually, a proportion is preferred of water between 1: 3 and 1:10.
  • the maximum temperature can be adjust during the dyeing phase 140 of the fabrics to control the variables of fixation, exhaustion of dye, and penetration of the dye into the fiber.
  • the fixing temperature of the dyes depend on the ionic nature of the fabrics, as well as the size and functional groups of the dye molecule.
  • the Dye molecule can bind to the cationic fabric by ionic bonds, hydrogen bonds, and / or forces of van der Waals.
  • the optimum temperature for the colorant usually It is also the ideal temperature for fabric dyeing cationized.
  • the pH of the dyeing bath can be adjusted, depending on the reactive group and on the intensity of color For example, for dyes with a vinyl sulfonate group in which a color is desired dark, pH conditions must be between 10 and 11.5. However, when it comes to a medium color, pH conditions must be close to neutral (7) and up to 10.
  • the method with the phase of induction 110 it is possible to dye with minimal modifications a fabric composed of a mixture polyester / cotton that offers similar results.
  • variables such as the proportion of water, temperature, pH, and reaction time, to achieve the desired results within the skills of a technician with sufficient knowledge in the field.
  • the proportion of water will depend on the type of machine and fabric that are used. Usually, a proportion is preferred of water between 1: 3 and 1:10.
  • the maximum temperature can be adjust during the dyeing phase 140 of the fabrics to control the variables of fixation, exhaustion of dye, and penetration of the dye into the fiber. Colorings are then added to the dyeing bath reagents and dispersed and a time of stabilization between 10 to 30 minutes.
  • Temperature of the dyeing bath rises to 130o C at a rate of 1.5o C a 3o C per minute. Having reached 130o C, the system is stabilized and a reaction time is allowed between 20 and 45 minutes. It cools, then, the bathroom until it reaches 80oC at a rate of 2.5o C per minute. For dark shades, sodium carbonate is added and a period of stabilization of the system of 10 to 30 minutes afterwards to said addition. The bathroom drains later and the dyed fabric is rinsed and neutralized.
  • a phase of dyeing in fabrics is recommended cationized cellulosic in which the dyeing machine fill with water with a water ratio between 1: 5 and 1:10, depending on the type of dyeing equipment. He prefers a pH range at the beginning of 6 to 8. ideal temperature to start the dyeing process is of 30o C.
  • a time of injection of the solution of Direct dye in the dyeing machine usually It takes between 20 and 40 minutes.
  • the bathroom is heated during the dyeing phase from the start temperature and up to a range between 90o C and 105oC. Said temperature it is increased at a rate of 1.5o C to 2.5o C per minute.
  • the Dyeing bath remains constant at the temperature final during the exhaustion of the dye in the fabric, which usually occurs in a period between 30 and 60 minutes
  • a alkali al during the time in which it remains constant the final temperature to help the exhaustion of the Colorant.
  • carbonate is ideally used of sodium as alkali at a rate of 2 gr / L to 10 gr / L.
  • the desired level of depletion it must be reduce the bath temperature between 60o C and 80o C. Then you can drain the bath or overflow the recipiete with cold water.
  • the fabrics are then rinsed and neutralize at a pH between 5.5 and 7.
  • the use and procedure can be done in a same as with direct dyes, but instead of an alkali is used to improve the color retention of dark shades, an acid is used.
  • an acid is used.
  • citric acid or acetic acid in a concentration between 0.2 gr / L and 0.7 gr / L.
  • the fabric dyed 202 must be subjected to the washing phase 150.
  • the dyed fabric 202 should be washed with a solution that includes washing detergent or a surfactant agent.
  • the temperature of the solution of the washing phase 150 will be in a range between 70o C and 95o C.
  • the washing phase 150 has a duration of 10 to 20 minutes. Afterwards, the washing water of the container where this stage is carried out.
  • the dyed fabric 202 is subjected to a neutralization process 160 in which the fabric slightly alkaline is treated with organic acids.
  • the dyed fabric 202 is bathed with a solution of citric acid, acetic acid, and water to achieve a pH between 5.0 to 7.0. It also adds Boric acid in a concentration of 2 gr / L to 5 gr / L to eliminate unpleasant odors in the degradation of Hoffman. This inclusion of boric acid in the process of neutralization of fabrics treated with CHPTAC and soda caustic does not exist in the prior art, and is what prevents the degradation of Hoffman in ammonium hydroxide quaternary and that the fabrics have an unpleasant odor.
  • the processes of the rinse stage 120, stage of neutralization 130, dyeing phase 140, washing phase 150, neutralization process 160, and process of Softener 170 can be made in appliances continuous or discontinuous, such as commercially available with the brands Jet, Haspel, Jigger, Paddel, Rottary.
  • the treatments with sodium carbonate and boric acid for cationized fabrics with CHPTAC and soda caustic that were described above.
  • the softener process 170 is finished can perform drying stage 180.
  • the softener process 170 can perform drying stage 180 at temperatures industrial plants, without the need to reduce temperature and / or increase drying times. This avoids bottlenecks in production processes industrial of cellulose fabrics.
  • an induction device 300 that performs the induction stage 110.
  • the induction device 300 has at least a port of entry 301 through which fabric 200 enters.
  • the fabric is moved through the device 300 with the aid of at least one advance roller, such as the guide roller 304 and guide roller 311.
  • advance rollers of advance move using known motors in the state of the art, which can be mechanical, hydraulic, pneumatic, steam, internal combustion, etc.
  • Chemical bath 111 of method 100 is represented in its physical form inside the container of chemical bath 302 as chemical bath 303.
  • the fabric advances inside the bath container 302 by means of at least one guide roller 304.
  • the container of Chemical bath 302 has a length less than 50% of the total length of the induction device 300, measure from the port of entry 301 to the port of departure 314, since the space in industrial circumstances must be taken advantage of in the best way.
  • the 302 chemical bath container can have volume higher than necessary to achieve the bathroom pick-up chemical 111
  • the volumetric elements 305 are also control valves that carry the chemical bath from container tanks 306 to inside the chemical bath container 302.
  • the Chemical bath container 302 has an equal extension to the total inside length of the device induction 300.
  • the container of Chemical bath 302 has an irregular shape.
  • the induction device 300 has the less a container tank 306.
  • the induction device 300 has a Container tank 306 containing CHPTAC, another tank container 306 containing caustic soda, another tank Container 306 containing surfantactant agents does not ionic, another container tank 306 containing agents non-ionic humectants, and another container tank 306 that contains water
  • a container tank 306 is replaced by a direct connection to the keys of water supplied by governments or local companies.
  • the induction device 306 it only has a container tank 306 in which it they contain all the chemicals in the 303 chemical bath.
  • Container tanks feed the bathroom 303 chemical inside the chemical bath container 302 by means of pumping or precipitation systems common in the state of the art for transport of fluids.
  • the CHPTAC and the caustic soda, well-known pipelines are transported state of the art to a static or passive mixer. Water, and surfactants and humectants do not ionic are also mixed into the mixed passive
  • the chemical bath resulting from the mixture of content of 306 container tanks form the bathroom 303 chemical that is introduced to the bath container chemical 302.
  • the CHPTAC, the soda caustic, water, and surfactants and Nonionic humectants are mixed into the interior of the Container tanks 306.
  • the chemical bath 303 requires constant circulation to avoid atypical concentrations of any of its components in a section of the chemical bath container 302 but not in another. Because, in the preferred embodiment a pump is added recirculation 307.
  • the system of recirculation is connected to the tanks containers 306, to the chemical bath container 302, to cooling system 308 and to a level meter that determines the amount of 303 chemical bath in all moment to keep the volume constant and to be able to determine the temperature and pH of the chemical bath 303.
  • the level meter helps to maintain constant the level of chemical bath reduced by the pick-up and by evaporation.
  • the induction device 300 While in the chemical bath phase 111 it is required to keep the temperature constant, the induction device 300 has a system of 308.
  • the system Cooling 308 is connected to the pump recirculation 307 to control the temperature of the bath chemical 303.
  • the system of Refrigeration 308 regulates the temperature of the container chemical bath 302 so that, in turn, regulates the temperature of its content.
  • the cooling system 308 uses technology in the state of the art, which can be by evaporation.
  • Chemical bath 303 produces EPTAC as is previously disclosed.
  • EPTAC is a class 2 carcinogen. Therefore, the induction device 300 has a containment hood 309 and a relief chimney 310. Containment hood 309 prevents vapors toxic substances can affect the operators of the device, while the vent chimney 310 drives the Toxic vapors to another safe place.
  • the vent chimney 310 has a filter neutralizer to be able to discard the contaminants of safe way.
  • the chimney 310 counts with a condenser that returns the vapors to the recipient 302 chemical bath for use.
  • the fabric 200 that comes out of the bath container chemical 302 is then fed to at least one system of «padding» composed of at least one guide roller 311 and a pressure roller 312.
  • the length of the roller guide 311 and pressure roller 312 must be at least than the width of the fabric 200 fed to the device.
  • the guide roller 311 and the pressure roller 312 are parallel to each other and perpendicular to the plane formed between the port of entry 301 and the port of departure 314.
  • the pressure roller 312 can move on the shaft vertical with respect to the ground with the help of motors mechanical, pneumatic, hydraulic, electrical, or any other type known in the state of the art to adjust the pressure generated at the pressure point 313.
  • said rollers have a hardness of 60 to 85 Shore D constant throughout its surface, to achieve the pick-up level of the phase of «padding» 112.
  • the pressure roller 312 can move perpendicular to the guide roller 311 to increase or decrease the distance between their surfaces and press to a greater or lesser extent the fabric 200 that is treated by the padding system.
  • the advance and pressure functions that contribute the feed rollers 311 and pressure rollers 312 are contributed by at least two rollers that do both functions at the same time.
  • the device induction 300 has multiple feed rollers 311 and / or multiple feed rollers 312. In one embodiment, the distance between the rollers that form the system "Padding" is controlled in computer readable media.
  • the resulting fabric that leaves the system "Padding" with the necessary pick-up is referred to as the treated fabric 201
  • the treated fabric 201 is stored, in the preferred mode, in rolls of 600 cloth.
  • the rolls of fabric 600 are mounted on easel type A 700 of the commonly found in the state of the art.
  • easel type A 700 of the commonly found in the state of the art.
  • a laying arm 500 take the fabric treats 201 to the easel type A 700.
  • the trestle type A 700 has an engine that rotates an axis to achieve the rolls of cloth 600.

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Abstract

Se describe un método comercialmente viable de cationización y teñido de telas, particularmente aplicable a telas celulósicas, telas de mezclas celulósicas, y telas ligeras tejidas. La invención se implementa mediante un dispositivo como sistema de producción industrial, que incluye etapas de inducción y « padding ». El método reivindicado aplica colorantes aniónicos en la tela cationizada de una manera más ecológica a la descrita en el arte previo, sin uso de cloruro de sodio, sulfato de sodio, u otros electrolitos contaminantes, y reduce considerablemente la cantidad de agentes efluentes adversos al ambiente.

Description

Método de cationización y teñido de telas con un sistema tipo « padding » mediante procesos de teñido por agotamiento, y dispositivo relacionado
La invención aquí divulgada se refiere a un método de cationización y teñido de telas y a un dispositivo relacionado.
Más específicamente, se refiere a un método de cationización y teñido de telas celulósicas, telas de mezclas celulósicas, y telas ligeras tejidas, así como del dispositivo para lograr dicho método de mejor y más eficiente manera, con una reducción significativa de costos de producción y una reducción de subproductos contaminantes que lo hacen mucho más ecológico.
Por sus características como la durabilidad, gran absorción de líquidos, permeabilidad aérea, aislamiento eléctrico, ser hipoalergénicas, y suavidad al tacto, las fibras celulósicas son de las más producidas en la industria textil. El algodón es la fibra celulósica más usada pero, entre otras, la categoría también incluye rayón de viscosa, algodón mercerizado, y fibras del líber tales como yute, ramio, y lino.
Para procesar y entintar las fibras celulósicas se requieren grandes cantidades de agua, pues las fibras son hidrofílicas y contienen cera natural, pectina, y aceites. Muchos de los colorantes que se usan este tipo de fibras requieren que les agreguen electrolitos en forma de sales, tales como sulfato de sodio o cloruro de sodio. Cuando la celulosa se sumerge en una solución con colorantes directos, ésta absorbe la solución hasta lograr un equilibrio. En esta etapa, la mayor cantidad del colorante ingresa entre las fibras, pero no es absorbido. La celulosa tiene una carga eléctrica negativa en agua pura. Como el colorante también es un anión, hay una repulsión electrostática anión-anión entre el colorante y la celulosa. Por lo tanto, la probabilidad de que el colorante sea absorbido por la fibra se ve drásticamente disminuido. Mediante la adición de los electrolitos inertes, la barrera electrostática puede ser suprimida, facilitando el contacto entre el colorante y la fibra, y permitiendo una mejor interacción entre las fuerzas de Yoshida y de van der Waals, lo que mejora la estabilidad de la reacción y la coloración de la fibra. Aún así, entre el 15% y el 35% de los colorantes agregados no reaccionan con la celulosa en el baño de teñido y terminan siendo hidrolizados o como residuos suspendidos en los efluentes. En estos procedimientos, la tela debe ser lavada después de los procesos de teñido, pues la fijación del color y la resistencia al lavado son factores que influyen en la calidad de la tela antes de poder ser comercializada.
Los procesos comerciales de teñido actuales consisten al menos en nueve etapas o baños, a saber: (1) desgrase en agua a 90º C to 105º C, en el que se usan químicos para lavar y quitar los componentes grasos de la tela, (2) enjuague tibio, (3) neutralización, (4) teñido, (5 y 6) enjuagues calientes, (7) lavado con jabón, (8) enjuague frío, y (9) ajuste de pH. Esto implica, enre otras cosas, un elevado consumo de energía en el llenado y drenado de recipientes donde se lleven a cabo las etapas o baños, en el calentamiento del agua utilizada en dichas etapas o baños, etc., así como la producción de efluentes altamente contaminados.
En los procesos comerciales actuales, una camiseta de algodón con una masa de 220 gramos requiere alrededor de 10 litros de agua para poder ser teñida. La cantidad exacta de agua usada en proceso de teñido depende directamente del colorante usado, la tonalidad deseada, y la máquina usada, pero ese es el promedio. En términos ecológicos, este es un problema.
Estos tratamientos de teñido producen grandes cantidades de residuos efluentes contaminantes. El nivel de contaminación del agua en procesos de teñido incluye alta salinidad, alto contenido de sólidos totales, alto contenido de sólidos suspendidos, variaciones en la demanda de oxígeno biológico, en la demanda de oxígeno químico, metales pesados, colores del efluente, pH hostil, y la inclusión de otros compuestos orgánicos peligrosos.
Una manera de mejorar la habilidad de la celulosa para teñirse y reducir los contaminantes por colorantes en los efluentes es la modificación de la celulosa mediante la aplicación de un polímero catiónico en la fibra. Estos compuestos reaccionan con los grupos de alcoholes de la celulosa, incrementando el contenido de nitrógeno en las fibras. Esta eterificación de la fibra se realiza principalmente con aminos terciarios o con un reactivo de amonio cuaternario en un medio alcalino. Estos desarrollos tecnológicos primero se intentaron en la industria del papel (patcit1: US4505775A), pero han permeado a la industria textil, en la que la investigación se ha centrado en el desarrollo de reactivos para la cationización del algodón. Los reactivos catiónicos no-reactivos son susceptibles de desorción y pueden precipitarse con los colorantes aniónicos, así que la cationización con reactivos catiónicos no-reactivos no puede ser usada como un método efectivo de pre-tratamiento para el algodón.
El arte previo enseña que una manera efectiva de tratamiento catiónico para el algodón es empleando CHPTAC o GTAC (patcit2: US6281172B1) (patcit3: US20150322624A1) (nplcit2: FU, Sha, et al.) (nplcit3: Farrell, M. J.,et al.). El cloruro 3-cloro-2-hidroxipropiltrimethilamonio ó CHPTAC es una sal de amonio cuaternario que se utiliza en la producción de papel de acuerdo con el arte previo. En forma pura es un sólido, pero normalmente se transporta y se utiliza como una solución en agua. El CHPTAC reacciona con composiciones alcalinas para producir epoxipropiltrimetilamoniocloruro ó EPTAC, que es el epóxido del CHPTAC, y el cual reacciona con la molécula de la celulosa ROH++ para producir una fibra positivamente cargada. El CHPTAC es comercializado por Dow Chemical bajo el nombre de Quat 188.
La cationización de la tela de algodón puede llevarse a cabo por diferentes métodos, incluyendo fulardado-reposo en frío (CPB), pad-bake (pad-dry), furulado al vapor (pad-steam), y tintura por agotamiento. La eficiencia de fijación del CHPTAC en telas celulósicas varía dependiendo del método que se elija, la concentración de CHPTAC y álcali, tiempo, temperatura, y otras variables. El arte previo enseña que la técnica CPB es la manera más eficiente de aplicar CHPTAC (nplcit4: JIE, L. I. U.). Sin embargo, esta técnica no es utilizada actualmente en procesos industriales de teñido, pues el CHPTAC habitualmente no se absorbe de manera uniforme por la tela, produciendo resultados inconsistentes en la fijación del color, es decir, los colores se fijan de mejor manera en las secciones de la tela en las que se absorbe mejor el CHPTAC, y peor en donde la absorción no es idéntica.
Algunos procesos actuales de aplicación de CHPTAC buscan sobreponerse al problema de fijación del químico mediante el desgrase de la tela, el se secado completo, y después la aplicación de CHPTAC. Al no tener contacto con agua es posible aplicar de mejor manera el CHPTAC, pero se añaden pasos a un proceso industrial que limita la producción a escala industrial y obliga a un mayor consumo de energía, con efectos ecológicos adversos.
El arte previo enseña que es posible lograr un método de una etapa para la preparación y cationización de la tela con CHPTAC y un pre-tratamiento del algodón que involucre desencolado enzimático y oxidativo, desgrase, blanqueado con peróxido de hidrógeno (nplcit5: HASHEM, Mohamed M.).
El arte previo también enseña que la cationización incrementa la disponibilidad del colorante en un 30% sin variabilidad en la solidez de los colores, al mismo tiempo que reduce los efluentes contaminantes. (nplcit6: RAMASAMY, M.). El teñido de algodón cationizado pude consumir hasta 40% menos vapor y el 50% del tiempo de teñido habitual. El arte previo enseña que la cationización con CHPTAC mejora los procesos de teñido en el laboratorio (nplcit7: KHATRI, Zeeshan), pero a escalas industriales estos efectos no se aprecian principalmente porque el CHPTAC no se aplica uniformemente en la tela, como se mecionó anteriormente, y porque la tela termina con olores amino que la vuelven indeseable para los consumidores; nadie quiere que su ropa tenga esos a amonia o pescado.
Al día de hoy, no hay un proceso comercialmente disponible para la Industria con una aplicación a escala de cationización de telas celulósicas en tejidos abiertos (open-width). La aplicación de los químicos para el tratamiento de la tela descritos en el arte previo provocan que las telas tengan olores a aminos (similares a la amonia), indeseables para la comercialización de productos manufacturados con estas telas. El arte previo enseña que la disminución en la temperatura de los procedimientos de teñido y secado de las telas disminuye el aroma amino, pero eso provoca que el rendimiento de los procesos industriales se vea disminuido, y lo vuelve comercialmente inviable al disminuir la producción de una fabrica. Por lo tanto, industrialmente se siguen utilizando métodos altamente contaminantes, pues producen buenos resultados sin aromas indeseables.
En el arte previo constan algunos esfuerzos por lograr la cationización industrial de telas tubulares y de fibra de algodón, pero no telas de tejido abierto. Sin embargo, ninguno de estos métodos ha probado ser comercialmente viable.
Por lo tanto, se requiere un proceso comercialmente viable de cationización de telas celulósicas que no afecte el rendimiento industrial, aplicable a telas de tejido abierto, que permita la fijación de los colorantes de manera uniforme en producciones industriales, que no introduzca aromas indeseables, que sea comercialmente viable, y que reduzca los efluentes contaminantes.
La invención reivindicada describe un método de producción industrial para la aplicación de CHPTAC en telas celulósicas de tejido abierto, sin que se disminuya el rendimiento industrial en la producción de telas, reteniendo los colores deseados en las telas, eliminando los aromas indeseables, aplicado a telas en tejidos abiertos, y evitando la producción de efluentes contaminantes, así como un dispositivo asociado a dicho método.
Para el método reivindicado, en la modalidad preferida se utiliza CHPTAC, aunque en otras modalidades se pueden utilizar otros monómeros o polímeros catiónicos.
La presente invención reivindica un método en el que las etapas de desengrase y enjuague tibio para el tratamiento de las telas antes de su teñido se sustituye por una etapa de inducción, en la que se aplica CHPTAC para la cationización de la tela, agentes surfactantes, agentes humectantes, y sosa cáustica (hidróxido de sodio) en un único baño. Tras la aplicación del baño de inducción se un sistema de « padding » y se da un periodo para que el monómero catiónico reaccione con la fibra de la tela. Posteriormente se tiñe la tela —en la modalidad preferida— con un colorante aniónico en un procedimiento de teñido por agotamiento, se lava en una única ocasión, y se neutraliza su pH con una mezcla que incluye ácido bórico.
Para la aplicación del CHPTAC en la etapa de inducción del método reivindicado se utiliza un dispositivo con un sistema de « padding », es decir, una serie de rodillos que aplican de manera uniforme el baño de la etapa de inducción en toda la tela. Este dispositivo permite la aplicación uniforme del monómero catiónico en toda la superficie de la tela, mejorando considerablemente la fijación del color en la tela y su resistencia al lavado.
Con la invención reivindicada, el rendimiento industrial en la producción de las telas incrementa hasta en un 40% contra otros métodos; el uso de agua disminuye hasta en un 40% contra otros métodos; los efluentes contaminantes se reducen hasta en un 40%; los efluentes tienen hasta 99% menos colorantes; el consumo de colorantes se reduce en un 25%; no se utilizan sulfatos de sodio ni otros electrolitos para el proceso de teñido; se reduce hasta un 40% la utilización de suavizante de telas en etapas posteriores al tratamiento; se minimiza la pérdida de telas por lotes con defectos; se incrementa la estabilidad de las telas; se elimina el pilling de la tela; la tela tiene una mejor apariencia, similar al algodón mercerizado; la tela tiene menos proclividad a arrugarse; la tela tiene un efecto antimicrobial.
Para entender mejor la invención se adjuntan las siguientes figuras:
Fig.1
es un diagrama de flujo que demuestra todas las etapas del método reivindicado, incluyendo la etapa de inducción 110.
Fig.2
es un diagrama de flujo de la etapa de inducción 110.
Fig.3
es un diagrama de vista lateral del dispositivo que lleva a cabo la etapa de inducción 110.
Fig.4
es un diagrama de vista lateral de un dispositivo que aplica el baño químico 111 y la fase de padding 112.
El método reivindicado comprende una manera de cationización de telas celulósicas, telas de mezclas celulósicas, y otras telas ligeras.
En la modalidad preferida, el método es aplicado a telas de tejido abierto (open-width). En otras modalidades el método es aplicado a telas en tejidos tubulares.
Las telas que son materia prima del método reivindicado no necesitan ser desgrasadas, pre-blanqueadas, pre-calentadas, o tratadas con enzimas antes de ser sometidas al método reivindicado.
En la modalidad preferida, las telas materia prima del método reivindicado son alimentadas en rollos al método y dispositivo relacionado. En otra modalidad, las telas se encuentran dispuestas de manera plana y así se alimentan al método y dispositivo relacionado. La [Fig.3] muestra la tela 200 dispuesta de manera plana antes de ser tratadas con el método reivindicado, usando el dispositivo reivindicado.
El método 100 tiene ocho etapas, desde la cationización de las telas, hasta la producción de telas teñidas dispuestas para uso comercial para maquiladores que las puedan transformar en ropa u otros productos para consumidores finales, de acuerdo con las prácticas regulares de la industria.
El método 100 inicia con una etapa de inducción 110. En la etapa de inducción 110 la tela 200 es sumergida en un baño químico 111 que contiene una mezcla de un monómero catiónico, sosa cáustica, y agua. Esta mezcla debe mantener un pH mínimo de 12 y máximo de 13.5. Variaciones dentro de dicho rango de pH no permiten tener en el baño químico 111 los grupos reactivos necesarios para la fase de teñido 140 para lograr el teñido hasta de colores oscuros.
En la modalidad preferida, también se incluyen en el baño químico 111 agentes surfactantes (cracking agents) no iónicos, y agentes humectantes (wetting agents) no iónicos, de manera que la tela 200 absorba más rápida y uniformemente el baño químico 111.
En la modalidad preferida, el monómero catiónico del baño químico 111 es CHPTAC.
El baño químico 111 debe tener una temperatura de entre 18º C y 30º C, sin que la variación de temperatura durante todo el proceso en el que la tela sea tratada con el baño químico 111 sea igual o superior a 4º C. Las variaciones de más de 4º C provocan que la tonalidad de la tela que sea teñida en la fase de teñido 140 varíe entre diferentes partes del mismo lote, lo que es indeseable en una producción industrial. Esta variación se debe a que la reacción entre el CHPTAC y la sosa caústica produce niveles indeseables de EPTAC que dificultan o imposibilitan la fijación de los colorantes a la tela durante la fase de teñido 140.
En la modalidad preferida, el baño químico 111 tiene una temperatura constante de 20º C.
En la modalidad preferida, la tela 200 es sumergida en el baño químico 111 hasta que la tela 200 absorba entre 200% y 300% de su peso en dicho baño químico 111.
Una vez que la tela 200 ha absorbido el baño químico 111, se pasa por una fase de « padding » 112. En la modalidad preferida, la tela sometida a la fase de « padding » 112 deberá retener entre el 70% y el 100% de su peso en baño químico 111. La retención de baño químico 111 también es referida como pick-up. En la modalidad preferida, el pick-up de baño químico 111 deberá ser constante durante toda la producción de un mismo lote de tela 200 para asegurar la retención del color uniforme durante la fase de teñido 140.
En la modalidad preferida, la fase de « padding » 112 es realizada con el dispositivo de inducción 300 que comprenda al menos dos superficies con presión uniforme y constante entre las cuales pase la tela que haya absorbido el baño químico 111 para que quede con el pick-up deseado, tales como el rodillo guía 311 y el rodillo de presión 312.
La tela 200 que haya pasado por la fase de « padding » 112 se refiere entonces como la tela tratada 201 y es sometida al periodo de reacción 113. En la modalidad preferida, durante el periodo de reacción 113 la tela tratada 201 es dispuesta en rollos de los comúnmente usados en la industria textil, como el rollo de tela 600. La tela tratada 201 sometida al periodo de reacción 113 debe ser sellada, insulada al aire. En la modalidad preferida, los rollos de tela 600 son sellados herméticamente con plástico.
En una modalidad, el periodo de reacción 113 debe ser de al menos 8 horas y máximo de 30 horas. En la modalidad preferida, el periodo de reacción 113 es de 24 horas.
El resultado de la reacción entre el baño químico 111 y la tela celulósica durante el periodo de reacción 113 es una tela tratada 201 con carga catiónica.
Con el transcurso del periodo de reacción 113 termina la etapa de inducción 110.
Concluida la etapa de inducción 110, la tela tratada 201 es sometida a la etapa de enjuague 120. En la modalidad preferida, la etapa de enjuague 120 se realiza con agua caliente en un rango de temperatura de entre 80º C y 95º C.
Concluida la etapa de enjuague 120, la tela tratada 201 es llevada a la etapa de neutralización 130. En la modalidad preferida, la tela tratada 201 es neutralizada a un pH de entre 5.5 y 8.0 utilizando un ácido conocido en el estado de la técnica.
Concluida la etapa de neutralización 130, la tela tratada 201 puede ser sometida a la fase de teñido 140. En la modalidad preferida, la fase de teñido 140 se hace empleando colorantes aniónicos diluidos en agua, utilizando un álcali auxiliar pero sin electrolitos. El ajuste de los parámetros relativos al volumen de agua, temperatura, pH, y tiempo de reacción serán determinados por un técnico con conocimientos suficientes en la materia. En la modalidad preferida, el álcali auxiliar en la fijación del color es carbonato de sodio (Na 2CO 3). El carbonato de sodio usado en la modalidad preferida permite tener un control gradual del pH del baño de teñido, para dejarlo en el rango ideal de pH entre 10 y 11.5.
La fase de teñido 140 se puede llevar de muchas diferentes maneras gracias a la cationización lograda en la etapa de inducción 110 dependiendo de la tela, propiedades de solidez, tonalidad del colorante, y contenido de la fibra. Se pueden usar, entre otros, colorantes reactivos, colorantes directos, o colorantes ácidos, en combinación con colorantes dispersos.
Por ejemplo, la fase de teñido 140 puede ser realizada usando colorantes reactivos sin electrolitos añadidos. El colorante aniónico se agotará por completo en la fibra catiónica, resultando en una retención superior de color en la fibra. Usando la fase inducción 110 y colorantes reactivos, se observan colores más sólidos en un 15% a 35%. En tanto que no se utiliza sal, prácticamente no hay colorantes residuales hidrolizados en el baño (solución), ahorrando también cualquier proceso de lavado intensivo de los que se usan habitualmente en la industria de acuerdo con el estado de la técnica. Esto también representa un ahorro de 40% en el tiempo de conclusión de la fase de teñido 140 contra otros métodos en el estado de la técnica. Los colorantes reactivos son fuertemente atraídos por las interacciones con su grupo sulfonato, que lo remueven de la solución y son atraídos por la fibra previamente tratada. Después de que el colorante reactivo penetra la fibra, tiene una reacción covalente con el grupo hidroxil del compuesto pre-tratamiento, dándole propiedades de retención de color mejoradas. La mayoría de los tonos de color con una fórmula balanceada apropiadamente serán agotados en la tela cationizada sin el uso de sal o de cualquier otro electrolito. Es posible ajustar variables tales como la proporción de agua, temperatura, pH, y tiempo de reacción, para lograr los resultados deseados dentro de las habilidades de un técnico con conocimientos suficientes en la materia. La proporción de agua dependerá del tipo de máquina y tela que se usen. Habitualmente, se prefiere una proporción de agua entre 1:3 y 1:10. La temperatura máxima se puede ajustar durante la fase de teñido 140 de las telas para controlar las variables de fijación, agotamiento del colorante, y penetración del colorante en la fibra. Habitualmente se prefiere una temperatura inicial sea de entre 35º C y 45º C, la temperatura se aumente entre 1º C y 3º C por minuto, y la temperatura final de la fase de teñido sea de entre 50º C y 90º C. Habitualmente, la temperatura de fijación de los colorantes dependen de la naturaleza iónica de las telas, así como del tamaño y grupos funcionales de la molécula del colorante. La molécula del colorante puede unirse a la tela catiónica por enlaces iónicos, enlazes de hidrógeno, y/o fuerzas de van der Waals.
Por ejemplo, hay tres tipos de colorantes reactivos en cuanto a su temperatura: (1) Fríos, que tiñen a temperaturas de entre 40º C y 50º C, (2) tibios, que tiñen a temperaturas de entre 55º C y 65º C, y (3) calientes, que tiñen a temperaturas de entre 75º C y 90º C. La temperatura óptima para el colorante usualmente también es la temperatura ideal para el teñido de telas cationizadas. El pH del baño de teñido puede ser ajustado, dependiendo en el grupo reactivo y en la intensidad del color. Por ejemplo, para colorantes con un grupo vinilsulfonato en los que se quiera un color oscuro, las condiciones de pH deben estar entre 10 y 11.5. Sin embargo, cuando se trata de un color medio, las condiciones de pH deben estar cerca del neutral (7) y hasta 10. Se sabe que el álcali no sólo ayuda al agotamiento del baño de teñido, sino que se requiere para mantener las propiedades de fijación del color del algodón cationizado usando colorantes reactivos. Habitualmente, y para procesos que no usan el reivindicado, para remover el colorante que no se ha fijado a la tela es necesario realizar un baño de jabón después de la fase de teñido. En esta etapa un detergente combinado con un agente surfactante se añade al baño de teñido y la temperatura se eleva a 70º C a 90º C. La temperatura se mantiene por alrededor de 10 a 20 minutos y después se drena el baño. Después del proceso de lavdo, se sigue un procedimiento de neutralización en el que la tela ligeramente alcalina se trata con un ácido orgánico, tal como ácido cítrico o ácido acético e un pH de 5.5 a 7.
Por ejemplo, usando el método con la fase de inducción 110, es posible teñir con mínimas modificaciones una tela compuesta por una mezcla polyester/algodón que ofrece resultados similares. Es posible ajustar variables tales como la proporción de agua, temperatura, pH, y tiempo de reacción, para lograr los resultados deseados dentro de las habilidades de un técnico con conocimientos suficientes en la materia. La proporción de agua dependerá del tipo de máquina y tela que se usen. Habitualmente, se prefiere una proporción de agua entre 1:3 y 1:10. La temperatura máxima se puede ajustar durante la fase de teñido 140 de las telas para controlar las variables de fijación, agotamiento del colorante, y penetración del colorante en la fibra. Después se agregan al baño de teñido colorantes reactivos y dispersos y se permite un tiempo de estabilidazción de entre 10 a 30 minutos. La temperatura del baño de teñido se eleva a 130º C a razón de 1.5º C a 3º C por minuto. Habiendo llegado a los 130º C, el sistema se estabiliza y se permite un tiempo de reacción de entre 20 y 45 minutos. Se enfría, entonces, el baño hasta llevarlo a 80ºC a razón de 2.5º C por minuto. Para tonalidades oscuras, se agrega carbonato de sodio y se permite un periodo de estabilización del sistema de 10 a 30 minutos posteriorea a dicha adición. El baño se drena posteriomente y la tela teñida se enjuaga y neutraliza.
Por ejemplo, para el uso de colorantes directos, se recomienda una fase de teñido en telas celulósicas cationizadas en el que la máquina de teñido se llene de agua con una proporción de agua entre 1:5 y 1:10, dependiendo del tipo de equiopo de teñido. Se prefiere un rango de pH al inicio de 6 a 8. La temperatura ideal para iniciar el proceso de teñido es de 30º C. Un tiempo de inyección de la solución de colorante directo en la máquina de teñido habitualmente toma entre 20 y 40 minutos. Así, el baño se calienta durante la fase de teñido desde la temperatura de inicio y hasta un rango entre 90º C y 105 ºC. Dicha temperatura se aumenta a razón de 1.5º C a 2.5º C por minuto. El baño de teñido se mantiene constante a la temperatura final durante el agotamiento del colorante en la tela, que habitualmente ocurre en un periodo de entre 30 y 60 minutos. Para tonalidades oscuras se puede agregar un álcali al durante el tiempo en que se mantiene constante la temperatura final para ayudar al agotamiento del colorante. En este caso, idealmente se utiliza carbonato de sodio como álcali a razón de 2 gr/L a 10 gr/L. Cuando se logra el nivel deseado de agotamiento, se debe reducir la temperatura del baño entre 60º C y 80º C. Posteriormente se puede drenar el baño o desbordar el recipiete con agua fría. Las telas después se enjuagan y neutralizan a un pH de entre 5.5 y 7.
Por ejemplo, cuando se quieren usar colorantes ácidos, el uso y procedimiento se puede hacer de manera igual que con colorantes directos, pero en lugar de que se use un álcali para mejorar la retención de color de tonalidades oscuras, se usa un ácido. Idealmente se debe usar ácido cítrico o ácido acético en una concentración de entre 0.2 gr/L y 0.7 gr/L.
Concluida la fase de teñido 140, la tela teñida 202 debe ser sometida a la fase de lavado 150. En la fase de lavado 150 la tela teñida 202 debe ser lavada con una solución que incluya detergente de lavado o un agente surfactante. En la modalidad preferida, la temperatura de la solución de la fase de lavado 150 estará en un rango entre 70º C y 95º C. En la modalidad preferida, la fase de lavado 150 tiene una duración de 10 a 20 miutos. Después, se drena el agua de lavado del recipiente donde se realice esta etapa.
Posteriormente, la tela teñida 202 es sometida a un proceso de neutralización 160 en el que la tela ligeramente alcalina se trata con ácidos orgánicos. En la modalidad preferida, la tela teñida 202 es bañada con una solución de ácido cítrico, ácido acético, y agua para lograr un pH de entre 5.0 a 7.0. Asimismo se agrega ácido bórico en una concentración de 2 gr/L a 5 gr/L para eliminar olores indesables en la degradación de Hoffman. Esta inclusión de ácido bórico en el el proceso de neutralización de telas tratadas con CHPTAC y sosa cáustica no existe en el arte previo, y es lo que evita la degradación de Hoffman en el hidróxido de amonio cuaternario y que las telas tengan un olor desagradable.
Terminado el proceso de neutralización 160 se puede pasar la tela teñida 202 por el proceso de suavizante 170 de la manera que los expertos con conocimientos suficientes en la materia realizan de acuerdo con el estado de la técnica actual.
En el estado de la técnica actual, los procesos de la etapa de enjuague 120, etapa de neutralización 130, fase de teñido 140, fase de lavado 150, proceso de neutralización 160, y proceso de suavizante 170 pueden ser realizados en aparatos continuos o discontinuos, tales como los comercialmente disponibles con las marcas Jet, Haspel, Jigger, Paddel, Rottary. Sin embargo, en el estado de la técnica no se contemplaban los tratamientos con carbonato de sodio y ácido bórico para telas cationizadas con CHPTAC y sosa cáustica que se describieron anteriormente.
Terminado el proceso de suavizante 170 se puede realizar la etapa de secado 180. Con la inclusión del ácido bórico en el proceso de neutralización 160 se puede realizar la etapa de secado 180 a las temperaturas industriales habituales, sin necesidad de disminuir la temperatura y/o aumentar los tiempos de secado. Esto evita cuellos de botella en los procesos de producción industrial de telas celulósicas.
Tomando en cuenta (1) la reducción de etapas en el método 100 respecto del estado de la técnica, (2) la posibilidad de aplicar los métodos industriales habituales a las telas para su ajuste de pH, suavizante, y secado, (3) la reducción de efluentes contaminantes al no usar electrolitos en el agua durante la fase de teñido 140 y la mejor retención de color en la tela, y (4) la reducción en el uso de energía para los procesos de teñido al tener menos etapas en las que se llenen, vacíen, calientne, y enfríen los recipientes donde se llevan a cabo los procedimientos industriales de teñido, es claro que el método reivindicado es económicamente superior y mucho más ecológico que los otros métodos en el estado de la técnica.
Para poder llevar a cabo el método reivindicado en las modalidades preferidas, se ha desarrollado un dispositivo de inducción 300 que realiza la etapa de inducción 110.
El dispositivo de inducción 300 tiene al menos un puerto de entrada 301 por el que entra la tela 200. La tela se mueve a través del dispositivo 300 con la ayuda de al menos un rodillo de avance, tales como el rodillo guía 304 y el rodillo guía 311. Estos rodillos de avance se mueven utilizando motores conocidos en el estado de la técnica, que pueden ser mecánicos, hidráulicos, neumáticos, a vapor, de combustión interna, etc.
Después de que la tela 200 se mueve por el puerto de entrada 301, ingresa al recipiente de baño químico 302. El baño químico 111 del método 100 es representado en su forma física dentro del recipiente de baño químico 302 como el baño químico 303.
La tela avanza dentro del recipiente de baño químico 302 mediante al menos un rodillo guía 304.
En la modalidad preferida, el recipiente de baño químico 302 tiene una longitud menor al 50% de la longitud total del dispositivo de inducción 300, medida desde el puerto de entrada 301 hasta el puerto de salida 314, pues el espacio en circunstancias industriales debe ser aprovechado de la mejor manera. En tanto que el recipiente de baño químico 302 puede tener volumen superior al necesario para lograr el pick-up del baño químico 111, en la modalidad preferida se agrega al interior del recipiente de baño químico 302 al menos un elemento volumétrico 305, que reduce la cantidad de baño químico para evitar desperdicios y costos innecesarios. En una modalidad, los elementos volumétricos 305 son también válvulas de control que llevan el baño químico desde los tanques contenedores 306 al interior del recipiente de baño químico 302. En otra modalidad, el recipiente de baño químico 302 tiene una extensión igual a la longitud total interior del dispositivo de inducción 300. En otra modalidad aún, el recipiente de baño químico 302 tiene una forma irregular.
El dispositivo de inducción 300 cuenta con al menos un tanque contenedor 306. En la modalidad preferida, el dispositivo de inducción 300 cuenta con un tanque contenedor 306 que contiene CHPTAC, otro tanque contenedor 306 que contiene sosa cáustica, otro tanque contenedor 306 que contiene agentes surfantactantes no iónicos, otro tanque contenedor 306 que contiene agentes humectantes no iónicos, y otro tanque contenedor 306 que contiene agua. En otra modalidad, un tanque contenedor 306 se sustituye por una conexión directa a las llaves de agua suministradas por gobiernos o empresas locales. En otra modalidad aún, el dispositivo de inducción 306 sólo tiene un tanque contendor 306 en el que se contienen todos los químicos del baño químico 303.
Los tanques contenedores alimentan el baño químico 303 al interior del recipiente de baño químico 302 por medio de sistemas de bombeo o precipitación habituales en el estado de la técnica para el transporte de fluidos. En la modalidad preferida, el CHPTAC y la sosa cáustica se transportan portuberías conocidas en el estado de la técnica a una mezcladora estática o pasiva. El agua, y los agentes surfactantes y humectantes no iónicos se mezclan también al interior de la mezclado pasiva. El baño químico resultante de la mezcla del contenido de los tanques contenedores 306 forman el baño químico 303 que se introduce al recipiente de baño químico 302. En otra modalidad, el CHPTAC, la sosa cáustica, el agua, y los agentes surfactantes y humectantes no iónicos se mezclan al interior de los tanques contenedores 306.
El baño químico 303 requiere de constante circulación para evitar concentraciones atípicas de cualqueira de sus componentes en una sección del recipiente de baño químico 302 pero no en otra. Por eso, en la modalidad preferida se agrega una bomba de recirculación 307. En la modalidad preferida, el sitema de recirculación está conectado a los tanques contenedores 306, al recipiente de baño químico 302, al sistema de refrigeración 308 y a un medidor de nivel que determina la cantidad de baño químico 303 en todo momento para mantener el volumen constante y poder así determinar la remperatura y pH del baño químico 303. El medidor de nivel ayuda a mantener constante el nivel de baño químico reducido por el pick-up y por evaporación.
El movimiento de la tela 200 a través del recipiente de baño químico 302 produce algunos desprendimientos y pelusa que pueden impactar negativamente en la calidad de cationización de la tela y, por lo tanto, de su teñido. Por lo tanto, en la modalidad preferida se agrega un filtro a la bomba de recirculación 307, que detenga estos sólidos contaminantes y permita una mejor impregnación del baño químico 303 en la tela 200.
La reacción entre el agua y la sosa cáustica es isotérmica. En tanto que en la fase de baño químico 111 se requiere mantener la temperatura constante, el dispositivo de inducción 300 tiene un sistema de refrigeración 308. En la modalidad preferida, el sistema de refrigeración 308 está conectado a la bomba de recirculación 307 para controlar la temperatura del baño químico 303. En otra modalidad, el sistema de refrigeración 308 regula la temperatura del recipiente de baño químico 302 para que, a su vez, regula la temperatura de su contenido. El sistema de refrigeración 308 usa tecnología en el estado de la técnica, que puede ser por evaporación.
El baño químico 303 produce EPTAC como se divulgó previamente. El EPTAC es un carcínogeno clase 2. Por lo tanto, el dispositivo de inducción 300 cuenta con una campana de contención 309 y una chimenea de desahogo 310. La campana de contención 309 evita que vapores tóxicos puedan afectar a los operadores del dispositivo, mientras que la chimenea de desahogo 310 conduce los vapores tóxicos a otro lugar seguro. En una modalidad, la chimenea de desahogo 310 cuenta con un filtro neutralizador para poder desechar los contaminantes de manera segura. En otra modalidad, la chimenea 310 cuenta con un condensador que regresa los vapores al recipiete de baño químico 302 para su uso.
La tela 200 que sale del recipiente de baño químico 302 es entonces alimentada a al menos un sistema de « padding » compuesto por al menos un rodillo guía 311 y un rodillo de presión 312. La longitud del rodillo guía 311 y del rodillo de presión 312 debe ser al menos que el ancho de la tela 200 alimentada al dispositivo. El rodillo guía 311 y el rodillo de presión 312 son paralelos entre sí y perpendiculares al plano formado entre el puerto de entrada 301 y el puerto de salida 314. El rodillo de presión 312 puede moverse en el eje vertical respecto del suelo con ayuda de motores mecánicos, neumáticos, hidráulicos, eléctricos, o de cualquier otro tipo conocido en el estado de la técnica para ajustar la presión generada en el punto de presión 313. En la modalidad preferida, dichos rodillos tienen una dureza de 60 a 85 Shore D constante durante toda su superficie, para lograr el nivel de pick-up de la fase de « padding » 112. El rodillo de presión 312 puede moverse de manera perpendicular al rodillo guía 311 para aumentar o disminuir la distancia entre sus superficies y presionar en mayor o menor medida la tela 200 que sea tratada por el sistema de « padding ». En otra modalidad, las funciones de avance y presión que aportan los rodillos de avance 311 y rodillos de presión 312 son aportados por al menos dos rodillos que hacen ambas funciones a la vez. En otra modalidad, el dispositivo de inducción 300 tiene múltiples rodillos de avance 311 y/o múltiples rodillos de avance 312. En una modalidad, la distancia entre los rodillos que forman el sistema de « padding » es controlado en por medios legibles por computadora.
La tela resultante que sale del sistema de « padding » con el pick-up necesario es referida como la tela tratada 201.
La tela tratada 201 es guardada, en la modalidad preferida, en rollos de tela 600. Los rollos de tela 600 son montados en caballete tipo A 700 de los comúnmente encontrados en el estado de la técnica. Para mantener el pick-up deseado en la fase de « padding » 112, en la modalidad preferida un brazo de tendido 500 lleva la tela trata 201 hasta el caballete tipo A 700. En la modalidad preferida, el caballete tipo A 700 tiene un motor que gira un eje para lograr los rollos de tela 600. En tanto que el diámetro de los rollos de tela 600 aumenta mientras acumulan tela tratada 201, la velocidad con la que gira el eje del caballete tipo A 700 no puede permanecer igual. Por lo tanto, para mantener el pick-up deseado en la fase de « padding » 112, en la modalidad preferida el brazo de tendido 500 y el caballete tipo A 700 están equipados con sensores de nivel, de peso, y/o de altura, de manera que a través de medios legibles por computadora puedan determinar la velocidad ideal de dicho eje, y mantengan así los límites deseados en el método reivindicado.
El arte previo citado es el siguiente:
US4505775A; HARDING, Margot J. et al.; 1983
US6281172B1; WARREN, Brent et al.; 1999
US20150322624A1; LEONARD, Tony M.; 2013
CARMEN, Zaharia; DANIELA, Suteu. Textile organic dyes–characteristics, polluting effects and separation/elimination procedures from industrial effluents–a critical overview. En Organic Pollutants Ten Years After the Stockholm Convention-Environmental and Analytical Update. InTech, 2012.
FU, Sha, et al. High efficiency ultra-deep dyeing of cotton via mercerization and cationization. Cellulose, 2013, vol. 20, no 6, p. 3101-3110.
Farrell, M. J., Ankeny, M. A., & Hauser, P. J. (2014). Prediction of recipes for cotton cationisation and reactive dyeing to shade match conventionally dyed cotton. Coloration Technology, 130(5), 363-367.
JIE, L. I. U. Technology of Cold Pad-batch Dyeing to Cotton Fabric with Reactive Dyes [J. Dyestuffs and Coloration, 2007, vol. 3, p. 005.
HASHEM, Mohamed M. Development of a one‐stage process for pretreatment and cationisation of cotton fabric. Coloration technology, 2006, vol. 122, no 3, p. 135-144.
RAMASAMY, M.; KANDASAAMY, P. V. Effect of cationization of cotton on it's dyeability. 2005.
KHATRI, Zeeshan, et al. Cationic-cellulose nanofibers: preparation and dyeability with anionic reactive dyes for apparel application. Carbohydrate polymers, 2013, vol. 91, no 1, p. 434-443.

Claims (9)

  1. Método de cationización y teñido de telas aniónicas que comprende los pasos de:

    Lograr el contacto de la tela con una mezcla que incluya un monómero catiónico, una composición alcalina, y agua, en el que dicha mezcla tenga un pH en un rango entre 12 y 13.5, y una temperatura de entre 18º C y 30º C, sin que la variación de temperatura durante todo el tiempo de contacto entre la tela y la mezcla sea superior a 4º C, y la tela retenga al menos el 100% de su peso en dicha mezcla;
    Exprimir la tela con un sistema de « padding » que le permita retener entre el 70% y el 100% de su peso en dicha mezcla;
    Permitir un periodo de reacción de la tela con la mezcla de al menos 8 horas de manera hermética;
    Someter la tela a un procedimiento de teñido sin electrolitos utilizando un álcali auxiliar que permita dejar a la tela en un rango de pH entre 10 y 11.5; y
    Al menos una fase de neutralización utilizando una mezcla que incluya ácido bórico en una concentración de 2 gr/L a 5 gr/L para dejar la tela en un rango de pH entre 6 y 8.
  2. El método de la reivindicación 1, en el que el monómero catiónico sea cloruro 3-cloro-2-hidroxipropiltrimethilamonio.
  3. El método de la reivindicación 1, en el que la composición alcalina sea hidróxido de sodio.
  4. El método de la reivindicación 1, en el que a la mezcla de un monómero catiónico, una composición alcalina, y agua se agreguen además agentes surfactantes no iónicos.
  5. El método de la reivindicación 1, en el que a la mezcla de un monómero catiónico, una composición alcalina, y agua se agreguen además agentes humectantes no iónicos.
  6. El método de la reivindicación 1, en el que el álcali auxiliar sea carbonato de sodio.
  7. Un dispositivo para cationización y teñido de telas aniónicas que comprende:
    Al menos un puerto de entrada para la tela;
    Al menos un recipiente que contenga una mezcla de compuestos químicos para cationización de telas;
    Al menos un tanque contenedor de monómero catiónico que incluya al menos una conexión al recipiente contenedor de compuestos químicos;
    Al menos un tanque contenedor de composición alcalina que incluya al menos una conexión al recipiente contenedor de compuestos químicos;
    Un sistema de control de temperatura que mantenga la mezcla de compuestos químicos para cationización de telas a una temperatura constante;
    Al menos un sistema de un sistema de « padding » compuesto por al menos un rodillo de avance y un rodillo de presión; y
    Al menos un puerto de salida para la tela tratada.
  8. El dispositivo de la reivindicación 7, en el que se coloca una mezcladora pasiva de fluidos alimentada por al menos un tanque contenedor y que vierta su contenido en al menos un recipiente que contenga una mezcla de compuestos químicos para cationización de telas.
  9. El dispositivo de la reivindicación 7, en el que al menos un un recipiente que contenga una mezcla de compuestos químicos para cationización de telas tenga una campana de conteción de vapores tóxicos.
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