Coloranti Acidi: classificazione, applicazioni e procedimenti tintoriali

Coloranti Acidi

Fibre Tinte: lana, seta, poliammidi. Significato Nome: la molecola contiene gruppi acidi (solfonici) salificati e questi coloranti sono per lo più applicati in bagno acido. Dal punto di vista chimico sarebbe più corretta la denominazione di coloranti Anionici.

La ripartizione tra le varie classi è la seguente:

1. Azoici 65%
2. Antrachinonici 15% Antrachione
3. Trifenilmetano 12%
4. Altri 8%

Azo class includes most of the yellows, oranges and reds. The most important members of Anthraquinonoid acid dyes are the fast-to-light level deep blues, violets and greens. Triphenylmethane acid dyes provide brilliant blues, greens and violets.

Classificazione Chimica dei Coloranti Acidi

Chemical Classification of Acid Dyes

- I legami che si formano con la fibra sono ionici, a idrogeno e Van der Waals. Si tratta di molecole piccole (da 300 a 600 Dalton) che si possono indicare in maniera sintetica nel modo seguente, al fine di mettere in evidenza il solo gruppo solfonico: Col- SO3Na. I gruppi solfonici si scindono in soluzione acquosa e conferiscono solubilità al colorante: in H2O Col-SO3Na Col-SO3 + Na+ HO N=N 1 NaO3S SO3Na Acid Orange GG HO O NH2 NaO3S 2 SO3Na HẸN Ö OH Lissamine Blue B -N(C2H3)2 NaO3S 3 šo. ℮ N(C2H3)2 Patent Blue V

Tintura lana con coloranti Acidi

Fasi schematiche di tintura

Il bagno di tintura contiene:

• acqua;
• colorante acido;
• fibra (lana);
• acido;
• ugualizzanti (si usa sempre solfato sodico Na2SO4 con eventualmente altri prodotti);

Globalmente il processo di tintura si articola nelle seguenti fasi:

a. Dissociazione acido e colorante HA H+ + A Col-SO3Na > Col-SO3- + Na+

b. Protonizzazione della lana (o seta o poliammidi) In presenza degli ioni H+ dell'acido in soluzione la fibra risulta "protonizzata", cioè con cariche positive H+ legate. Il fenomeno è tanto più accentuato quanto più il pH è basso: L NH2 + H+ PH acido L NH3+

c. Salita dell'anione dell'acido sulla fibra. Si forma un legame ionico tra il gruppo -NH3+ della fibra e l'anione dell'acido A- NH3+ L + A L NH3+- -- A-

d. Salita del colorante sulla fibra, L'anione dell'acido sale prima perché è più piccolo e quindi penetra più facilmente nella fibra, ma in un secondo tempo è sostituito dal colorante perché questo è più affine per la fibra. NH3+- -O3S-Col L NH3+ - A- + Col-SO3"

e. Diffusione del colorante all'interno della fibra.

f. Fissazione del colorante alla fibra tramite legami ionico, a idrogeno e Van der Waals. Tensioattivi anionici e sali tipo solfato di sodio sono utilizzati per ritardare la salita del colorante per competizione, agendo quindi da ugualizzanti.

CI 1. ICI | nel bagno 3 1 2 Col-SO3 [H,OP], [Col-SO, 1, ICI H,O· 1 L + A- tempo

Gruppi di coloranti

Esistono tre gruppi di coloranti acidi utilizzabili in base alle relative caratteristiche e necessità. I tre gruppi differiscono per l'affinità verso la fibra, che aumenta dal primo al terzo gruppo, e conseguentemente per la capacità di ugualizzazione che segue il percorso inverso. Per questo motivo i coloranti del I gruppo, che faticano a legarsi alla fibra, si utilizzano a pH molto acido (sotto il pH isoelettrico della lana, cioè 4,9), a cui la fibra è molto protonizzata e quindi in grado di attrarre maggiormente il colorante avente carica negativa; viceversa i coloranti molto affini del III gruppo si utilizzano ad un pH a cui la fibra è poco protonizzata (anzi, con prevalenza di cariche -COO-) in modo da rallentarne la salita favorendo l'ugualizzazione.

La seguente tabella riassume caratteristiche e utilizzi dei coloranti in riferimento ai gruppi di appartenenza. Si noti che la freccia -> rivolta verso destra indica che il parametro della prima colonna cresce dal I al III gruppo, la freccia «- rivolta verso sinistra indica il contrario.

Per via delle caratteristiche citate in tabella i coloranti acidi sono quindi anche chiamati:

• Coloranti acidi ugualizzanti (coloranti acidi del primo gruppo)
• Coloranti acidi follone (coloranti acidi del secondo gruppo)
• Coloranti acidi super-follone (coloranti acidi del terzo gruppo)

Effetto del pH

L'effetto del pH sull' esaurimento dei coloranti acidi delle varie classi è meglio visibile nella figura seguente.

100 80 1 2 3 Exhaustion (%) 60 40 20 2 3 4 5 6 7 8 9 PH Effect of pH on the exhaustion of Acid dyes

Come si può notare i coloranti della prima classe esauriscono per circa l'80% a pH 3, ma il loro esaurimento non è completo nemmeno a pH inferiore 2, inoltre in ambiente neutro non tingono praticamente la lana. Per i coloranti della classe 2 l'esaurimento è completo a pH 4, mentre per quelli della classe 3 è completo a pH 6. I coloranti delle classi 2 e 3 sono molto sensibili al pH, poiché operando a pH maggiori di quelli indicati si nota un esaurimento più lento dovuto alla bassa concentrazione di cariche positive sulla fibra; quindi a tali pH i coloranti salgono sulla fibra prevalentemente per effetto di legami secondari.

Influenza dell'elettrolita

Come detto, nel bagno di tintura con coloranti acidi viene sempre introdotto un elettrolita neutro, il quale non presenta fenomeni di idrolisi con conseguenze sul pH. L'esperienza insegna che il Solfato di Sodio è il sale neutro che dà i migliori risultati nella tintura della lana. Esso viene impiegato in forte eccesso rispetto alla concentrazione dei siti protonizzati della fibra. Oltre ad aiutare il rigonfiamento della lana bagnata, coi coloranti della prima classe, lo ione solfato esercita un'azione competitiva rispetto al colorante nell'occupazione dei siti attivi, salendo prima sulla fibra, perché più piccolo del colorante, quindi ne viene sostituito in quanto meno affine. Tuttavia l'efficacia del solfato di sodio come ritardante diminuisce all'aumentare dell'affinità del colorante. Infatti tingendo a pH compreso fra 5 e 7, poiché i legami che si formano tra colorante e fibra sono prevalentemente di tipo secondario, il sale non fa più da ritardante, anzi favorisce l'aggregazione del colorante e ne diminuisce la solubilità; quindi di fatto favorisce l'esaurimento, come avviene nella tintura del cotone con coloranti diretti.

Effetto della temperatura

La lana non possiede quasi affinità per i coloranti acidi a basse temperature, anche perché la fibra inizia a rigonfiarsi intorno a 40 ℃; tale affinità si accentua considerevolmente a partire da 60 ℃ e raggiunge il massimo alla temperatura di ebollizione.

Migration (levelling) 100. ESAURIMENTO % I 11 III 50 20 40 60 80 100 100 100 Temperatura (℃) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Durata (min) Effect of temperature and time on the exhaustion of acid dyes

La figura mostra che i coloranti delle prime due classi esauriscono più velocemente con l'aumento di temperatura, ma il colorante salito sulla fibra ha capacità di migrare durante l'ebollizione, garantendo l'ugualizzazione della tintura. La salita del colorante nel caso della terza classe è più lenta e può essere adeguatamente controllata regolando opportunamente la velocità di riscaldamento del bagno. In ogni caso la temperatura dei bagni di tintura non deve essere elevata velocemente per evitare salite troppo rapide e quindi disomogeneità di tintura.

Azione di ausiliari ugualizzanti

L'uso di tensioattivi anionici determina un'azione competitiva nei riguardi del colorante, tanto più accentuata, quanto più il pH è acido. L'azione è di tipo ritardante, per via della maggiore affinità del colorante. L'uso di tensioattivi cationici, in grado di legarsi al colorante bloccandolo nel bagno, è sconsigliato, perché rischierebbe di formare complessi poco solubili, che precipitando macchierebbero il materiale tessile. Può essere invece conveniente l'utilizzo di ausiliari non ionici, in grado di formare complessi solubili termolabili, che consentono la modulazione dell'azione ritardante tramite il controllo di temperatura. L'azione di ugualizzanti è necessario quando non sia sufficiente l'azione del solfato di sodio, cioè per coloranti dei gruppi 2 e 3. Gli ugualizzanti sovente hanno anche la funzione di uniformare la salita dei diversi coloranti della ricetta di tintura.

Velocità di tintura

I principali fattori influenti sulla velocità di tintura sono:

• La costituzione della fibra
• La temperatura di tintura
• Il pH della soluzione
• Concentrazione del colorante

Costituzione della fibra

La cuticola della lana funge da barriera verso l'ingresso del colorante nella fibra, per cui lane nelle quali è stata parzialmente eliminata la cuticola, ad esempio lane irrestringibili, si tingono molto più velocemente. Anche la finezza delle fibre conta, infatti a parità di massa di fibre, lane più fini si tingono più velocemente di lane spesse, poiché presentano una maggior superficie specifica; ne consegue che per le lane più fini è necessaria una maggior quantità di colorante per raggiungere la stessa tonalità delle lane più grossolane. Infine è importante anche la costituzione chimica della fibra, infatti all'aumentare del contenuto di cistina aumenta la cristallinità della fibra e quindi la velocità di tintura diminuisce.

Temperatura di tintura

Sotto ai 40 ℃ la lana assorbe i coloranti lentamente e di fatto solo dai 60 ℃ la tintura è sufficientemente rapida, poiché la fibra inizia a rigonfiarsi a 40 ℃ e il fenomeno assume valori rilevanti solo a 60 ℃.

pH del bagno

La seguente figura evidenzia l'influenza del pH sulla cinetica di tintura di quattro coloranti acidi delle tre diverse classi alla temperatura di 100 ℃.

pH della soluzione. Nella Fig.23-10 si riassume l'influenza del pH nella cinc- tica di tintura di quattro coloranti acidi che appartengono ai tipi I, II e III. 100 100 Es. % 50 50 0 30 60 0 30 60 Blu Solway BS 2,5% Scarlatto Naftalene BS 2% 100 100 50 50 0 30 60 0 30 60 Scarlatto Coomassie follone GS 2,5% Giallo Carbolan 3GS 2% Tempo (minuti) pH = 3 (con H2SO.) PH = 4,5 - 5 (con CH, - COOH) pH = 7 (senza acido) Fig. 23-10 Velocità di tintura della lana con coloranti acidi a 100°C