¿Qué son los colorantes dispersos y por qué pueden teñir el poliéster?

Una planta de tejido de punto en el sur de Asia, que siempre había trabajado algodón y viscosa, aceptó su primer pedido de tela de poliéster para ropa deportiva, con un plazo de entrega apretado. La tintorería hizo la muestra como de costumbre, con un negro disperso de bajo precio. La muestra se veía aceptable, pero cuando la producción salió de la máquina de teñir a alta temperatura y alta presión, la tela estaba cubierta de pequeños puntos de color, tenía un tacto rígido y varios rollos mostraban distinta intensidad. La tintorería descargó el color y volvió a teñir, y los puntos seguían ahí. Todo el lote quedó fuera de los criterios de aceptación, el pedido fue devuelto y la planta perdió la tela y al cliente. Cuando el técnico del proveedor revisó el caso, el problema estaba en la dispersión del colorante y en la curva de proceso de la tintorería: el colorante no se dispersó bien en la máquina, la temperatura subió demasiado rápido y las partículas se juntaron sobre la superficie de la tela antes de que las moléculas del colorante alcanzaran a entrar en la fibra. El poliéster y el algodón se tiñen con principios completamente distintos, y la tintorería arruinó su primer pedido de poliéster al aplicar lo que sabía del algodón.

¿Qué son los colorantes dispersos y por qué pueden teñir el poliéster? Los colorantes dispersos son colorantes no iónicos casi insolubles en agua. La fibra de poliéster no tiene grupos iónicos que puedan unirse a un colorante, y su estructura es compacta e hidrofóbica, así que los colorantes solubles en agua no logran fijarse. Los colorantes dispersos se mantienen en suspensión en el baño como partículas finas gracias a un dispersante; a alta temperatura, cuando las cadenas moleculares de la fibra se aflojan, se disuelven dentro de ella, y al enfriarse quedan atrapados en su interior.

La estructura del poliéster deja fuera a la mayoría de los colorantes. Las cadenas moleculares del poliéster no tienen grupos capaces de reaccionar con un colorante o de formar enlaces iónicos con él, como los grupos hidroxilo del algodón o los grupos amino de la lana. La fibra es muy cristalina, sus cadenas están muy apretadas y su superficie es hidrofóbica, así que al agua le cuesta entrar, y a los colorantes disueltos en ella todavía más. Los colorantes reactivos, directos y ácidos trabajan en el agua gracias a sus grupos solubles; en el poliéster solo se quedan en la superficie de la fibra y se van con el primer lavado. Para teñir el poliéster hace falta un colorante que se disuelva dentro de la propia fibra y se mantenga unido a ella por fuerzas intermoleculares, y ese es el colorante disperso.

Tres propiedades de los colorantes dispersos resuelven las tres dificultades del poliéster. Moléculas pequeñas y sin carga que entran en los huecos de la fibra. Los colorantes dispersos tienen un peso molecular relativamente bajo y no llevan grupos solubilizantes como el grupo sulfónico, así que en conjunto son no iónicos. Químicamente se parecen al poliéster, y a alta temperatura pueden disolverse en las zonas amorfas de la fibra, como un soluto en un disolvente, y formar una solución sólida dentro de ella. El colorante y la fibra se unen por fuerzas de van der Waals y puentes de hidrógeno, sin enlace químico, por lo que el teñido es reversible; conviene tenerlo presente cuando lleguemos a la solidez, más adelante. Casi insolubles en agua, suspendidos gracias a un dispersante. Un colorante que no se disuelve en agua no se puede preparar en solución como un reactivo. Antes de salir de fábrica, los colorantes dispersos comerciales se muelen y se procesan con dispersantes hasta formar partículas finas que, en el agua, dan una dispersión estable en la que las partículas quedan suspendidas sin asentarse. En el baño siempre hay una cantidad muy pequeña de colorante disuelto en forma de moléculas sueltas. La fibra absorbe continuamente esa pequeña fracción disuelta, las partículas se siguen disolviendo para reponerla, y así avanza el teñido. Un colorante con mala dispersión se aglomera en la máquina, y aparecen los puntos de color que encontró la tintorería de la historia del inicio. La temperatura alta afloja las cadenas de la fibra y abre la puerta. A temperatura ambiente, las cadenas moleculares del poliéster casi no se mueven y el colorante no puede entrar. Cuando la temperatura supera la transición vítrea de la fibra, las cadenas de las zonas amorfas empiezan a moverse, se abren huecos momentáneos entre segmentos y las moléculas de colorante se difunden por ellos. A mayor temperatura, más rápida es la difusión; al enfriarse, las cadenas se vuelven a cerrar y el colorante queda sellado adentro. Todo proceso de teñido de poliéster consiste en crear esa ventana de alta temperatura y controlar que el colorante entre de forma pareja mientras está abierta.

Alta temperatura, termosol y transportador: tres caminos con el mismo mecanismo. El teñido a alta temperatura y alta presión es el más común: en una máquina cerrada, el baño se calienta por encima del punto de ebullición del agua y se mantiene bajo presión un tiempo determinado; las cadenas se aflojan por completo y el colorante da tonos profundos y parejos. Sirve para fibra suelta, hilo y todo tipo de tejidos planos y de punto. El método termosol se usa en el teñido continuo por fulardado: la tela se impregna con el baño, se seca y luego se trata durante poco tiempo con calor seco a una temperatura aún mayor, donde el colorante se sublima y pasa directamente a la fibra. Es eficiente y conviene para grandes volúmenes en ancho abierto. El teñido con transportador agrega, a presión atmosférica, un auxiliar que hincha la fibra y baja la temperatura que necesita el teñido. Se usa sobre todo en mezclas de poliéster y lana o donde no hay equipo de alta temperatura, aunque el olor y los residuos del transportador requieren un tratamiento adicional. Los equipos de los tres métodos son muy distintos, pero el principio es el mismo: abrir la fibra, dejar entrar el colorante y luego encerrarlo.

Los tipos E, SE y S definen en qué condiciones rinde bien cada colorante. Los colorantes dispersos se dividen en tres tipos según su solidez a la sublimación y el tamaño de su molécula. El tipo E tiene moléculas pequeñas, se difunde rápido e iguala bien, pero su solidez a la sublimación es menor; conviene para tonos claros y medios que exigen buena igualación y para procesos a temperaturas más bajas. El tipo S tiene moléculas grandes y alta solidez a la sublimación y a la migración térmica; conviene para tonos oscuros, para el método termosol y para telas que después pasan por un termofijado a alta temperatura, aunque iguala peor y exige un proceso más controlado. El tipo SE está entre los dos, equilibra igualación y solidez y es el de uso más amplio. Al combinar colores, elige colorantes del mismo tipo para que sus velocidades de agotamiento sean parecidas y el color salga parejo; mezclar tipos es la causa más común de teñidos disparejos y de mala reproducibilidad. Cómo distinguir y elegir entre los tres tipos lo veremos en otro artículo.

Al comprar colorantes dispersos, además del color, revisa cuatro propiedades. Dispersión y estabilidad de la dispersión. Es la propiedad que distingue a los colorantes dispersos de cualquier otra familia. Puedes revisarla con una prueba de filtración: prepara el baño a la concentración del proceso, mantenlo un tiempo a alta temperatura, fíltralo y observa si quedan partículas o puntos de colorante en el papel filtro. Los colorantes con mala estabilidad de dispersión se vuelven a aglomerar al subir la temperatura y al agregar sal, y eso se ve como diferencias de tono entre partidas, puntos de color y depósitos en las paredes internas de la máquina. La finura de molienda y la proporción de dispersante de cada colorante comercial definen esta propiedad, y el mismo color de distintos orígenes puede variar mucho. Capacidad de montaje e igualación. La capacidad de montaje indica cuánto sigue oscureciendo el color al aumentar la cantidad de colorante. Un colorante con poca capacidad de montaje deja de oscurecer a partir de cierta concentración, y los tonos oscuros solo se logran cargando más colorante, con más colorante superficial, peor solidez y mayor costo. La igualación indica si el colorante sube de forma estable mientras aumenta la temperatura y si, después del teñido, las desigualdades se corrigen por migración. Haz las muestras con la velocidad de calentamiento, el tiempo de permanencia y la relación de baño de la producción, y la muestra y la producción coincidirán. Solidez, sobre todo a la sublimación y a la migración térmica. Los colorantes dispersos no tienen enlace químico con la fibra, así que a alta temperatura pueden volver a salir de ella; de ahí vienen la sublimación y la migración térmica. El termofijado, el planchado, el recubrimiento y el laminado implican altas temperaturas, y un colorante con poca solidez puede manchar otras telas o pasar al recubrimiento. Mide la solidez a la sublimación, al lavado, al frote y a la luz con los métodos de la serie ISO 105, y evalúa los resultados con las temperaturas reales de acabado de tu tela; los valores típicos de una ficha técnica solo sirven como primer filtro. Los tonos oscuros y fluorescentes exigen más solidez y deben confirmarse por separado. Comportamiento después del lavado reductor y fuerza de cada lote. Al terminar el teñido, siempre queda en la superficie de la fibra algo de colorante que no entró, y hay que retirarlo con un lavado reductor; de lo contrario, bajan la solidez en húmedo y la solidez al frote. Un buen colorante mantiene un tono estable después del lavado reductor, deja poco colorante superficial y facilita la limpieza. La consistencia de fuerza y tono entre lotes importa igual: los colorantes comerciales deben estandarizarse antes de salir de fábrica para que cada lote tenga la misma fuerza; de lo contrario, cada lote nuevo obliga a repetir las muestras. Cada lote de nuestros colorantes dispersos incluye un informe de análisis, los colores clave tienen muestras estándar selladas y nuestro muestrario indica la solidez y los procesos adecuados de cada color, para que puedas compararlos punto por punto al elegir y al recibir el material.

¿Se pueden usar colorantes dispersos en algodón u otras fibras? Los colorantes dispersos tiñen al disolverse en fibras hidrofóbicas, así que casi no tienen afinidad por fibras hidrofílicas como el algodón, el lino y la viscosa, y lo poco que se deposita se va al lavar. Sirven para poliéster, acetato, nailon y algunas fibras elásticas. Las mezclas de poliéster y algodón necesitan colorantes dispersos para una fibra y colorantes para algodón para la otra, normalmente en dos baños o en un solo baño en dos etapas. ¿Por qué el mismo color deja de coincidir en tonos oscuros al cambiar de lote o de proveedor? Cada fabricante estandariza la fuerza de sus colorantes dispersos antes de enviarlos, cada origen usa su propio estándar y también puede haber variación entre lotes; las diferencias de dispersión y de capacidad de montaje se amplifican en los tonos oscuros. Al cambiar de lote o de proveedor, haz muestras lado a lado con la misma fórmula y el mismo proceso, compara fuerza y tono, y después decide si ajustas la dosis. La tela de poliéster teñida cambió de color después del termofijado. ¿Es culpa del colorante? Lo más probable es que sea sublimación o migración térmica. A alta temperatura, los colorantes dispersos pueden volver a salir de la fibra, y cuando el termofijado es muy caliente o muy largo, los del tipo E y algunos del tipo SE cambian de tono o manchan. Para telas que requieren termofijado a alta temperatura, elige un tipo con alta solidez a la sublimación y dile a tu proveedor de colorantes la temperatura de acabado, para que la selección del colorante corresponda al proceso.

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