Protección del fotoamarilleamiento de la lana por la 2-4 dihidroxibenzofenona -2' sulfonato amónico.

TRABAJOS DE INVESTIGACION Protección del fotoamarilleamiento de la lana por la 2-4 dihidroxibenzofenona -2' sulfonato amónico por J. Cegarra, J. Ribé y P. Miró RESUMEN: Se refiere este artículo al uso práctico de la 2-4 Dihidroxibenzofenona -2' sulfonato amónico (DAS) para mejorar el amarilleamiento de la lana sometida a radiaciones ultravioletas. El proceso de aplicación del absorbedor fue determinado para lograr un agotamiento máximo, estudiándose la influencia del pH, de la temperatura y del tiempo. El Indice de Amarillo fue utilizado como el parámetro más adecuado para medir el amarilleamiento y también se estudió la influencia de las radiaciones ultravioletas sobre los tejidos de lana tratados con diferentes concentraciones de DAS a pH 1 . 9 y 2 . 5, sometiéndolos a la exposición de una lámpara Xenotest durante un período de 4-240 horas; tras las primeras horas de exposicibn se observó cierto blanqueo, seguido de un amarilleamiento que es menos perceptible cuando aumenta la concentración del absorbedor. Se estudió igualmente el comportamiento del DAS en comparación con las radiaciones de muestras lavadas repetidamente y lavadas en seco. ambos en relación con la presencia de un colorante ácido para lana. Los resultados hallados llevaron a la conclusión de que el ajuste del absorbedor sobre la lana no es suficiente, mostrando una notable desorción al lavado húmedo y siendo estable al lavado en seco. El DAS no mejora la solidez a la luz de los artículos teñidos. 1. INTRODUCCION El cambio de coloración que experimenta la fibra de lana por la acción de la luz solar, conocido generalmente como amarilleamiento, constituye una característica desfavorable de esta fibra, ya que impide el que se puedan obtener tejidos blancos o teñidos a colores pálidos con elevada solidez a la acción de la luz solar o radiación similar. Ello ha motivado el que se haya intentado el conocer la fenomenología de este proceso y que al mismo tiempo se pretenda el buscar soluciones para mejorar la resistencia al amarilleamiento de la fibra de lana blanca o teñida a colores claros; particularmente han contribuido en estos estudios el CSIRO (Australia) y el Western Regional Research Laboratory (USA). En relación con dichos estudios y por lo que hace referencia a este trabajo, es interesante indicar que las radiaciones con longitudes de onda superiores a 315 nm, correspondientes al espectro ultravioleta, producen arnarilleamiento de la lana y las longitudes de onda superiores a 315 nm ocasionan un blanqueo de la lana (1); así mismo, ha sido encontrado que expuesta la lana a la acción solar se producía un blanqueo hasta las 150 horas de tiempo de exposición y que cuando la luz visible era excluida mediante filtros, la lana era amarilleada por las radiaciones ultravioletas de la luz solar, encontrándose un máximo de arnarilleamiento en la -1- zona de radiaciones solares del ultravioleta inferiores a las 311 nm (2); Lanner (3) comprobó que entre los 331 nm y los 398 nm existe una región en donde se producen los efectos de amarilleamiento y blanqueo de la fibra de lana, la cual se amarilla en los primeros minutos para blanquearse posteriormente. Lennox y colaboradores (4) han indicado que durante la exposición de la lana a la luz solar o luz solar simulada, ocurre un blanqueo parcial simultáneamente con un amarilleamiento, que es producido por la radiación en la región de los 450 nm, o sea en la parte azul del espectro visible. De acuerdo con estos estudios, se ha pensado en la posibilidad, de amortiguar el amarilleamiento de la lana mediante la incorporación a ésta de absorbedores de radiación ultravioleta, los cuales deben presentar como característica fundamental el no poseer absorción en el espectro visible, a fin de no colorear a la fibra; esta característica, unida a una fuerte absorción en la zona del ultravioleta, se encuentra en la 2-4 dihidroxibenzofenona y alguno de sus derivados sulfonados (5). Rose y colaboradores (6) han aplicado a la lana una serie de derivados de la 2 dihidroxibenzofenona como absorbedores de radiación ultravioleta habiendo encontrado que la 2-4 dihidroxibenzofenona --2' sulfonato amónico presentaba las mejores características. por ofrecer la mejor protección contra el amarilleamiento, no amarillear la lana y presentar un mínimo de amarilleamiento cuando se efectuaba un lavado del tejido tratado con una solución jabonosa. Dadas las características indicadas del referido producto, nos ha parecido interesante el profundizar más en su estudio, para conocer mejor cuáles son sus posibilidades reales de aplicación, en el mejoramiento del amarilleainiento de la lana por la acción de una luz de características semejantes a la solar, tal cual es la emitida por la lámpara del Xenotest 150. 2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1. Materia empleada Se han empleado dos tipos de tejidos de lana. El tejido A ha sido utilizado para la realización de todas las pruebas en este trabajo; el tejido B, compuesto de una lana más blanca que la anterior, únicamente se ha destinado para el estudio de la influencia de la pigmentación inicial de la lana en el comportamiento del absorbedor. Las características de estos dos tejidos se indican en la tabla 1. TABLA 1 Características Tejido A Teiido B Materia Físicas Ligamento Densidad grtm.2 Solubilidad alcalina 7, Químicas Solubilidad urea-bisulfito 7, Cisteina 01, Cistina 7, l Colorimétricas Indice de amarillo O/, Grado de blanco W 100 0/, lana Tafetan 224 113 35 0,20 11,2 24,3 44,8 100 yo lana Tafetan 152 10,2 29,9 0,18 11,5 18,3 40,2 El tejido A, fabricado especialmente para este trabajo, fue sometido a un tratamiento de desengrasado con detergente no iónico a pH 4,5, aclarado y secado a la temperatura de 80°C. 2.2. Absorbedor empleado 2.2.1. Fórmula y obtención Tal como hemos indicado anteriormente se ha empleado como absorbedor el 2,4 -Dihidroxibenzofenona-2'-Sulfonato amónico, que se representará por las iniciales DAS, y cuya fórmula química es: OH O @-GNH4 HO Para su preparación se ha seguido la técnica de Blackshear con las modificaciones propuestas por Gordon Rosé (7), partiendo del ácido o-benzoico sulfonato amónico y del resorcinol, debiendo de tener mucha precaución en su purificación con el fin de obtener un producto blanco, ya que en la obtención se forman unos compuestos amarillos muy semejantes al DAS que alterarían las condiciones colorimétncas del tejido tratado con el absorbedor; completamente purificado el DAS da soluciones incoloras. 2.2.2. Características espectrométricas Las soluciones acuosas de DAS en concentraciones de 20 mg/l. o inferiores, no presenta. prácticamente, absorción en la zona del visible hasta unos 360 nm; en la región del ultravioleta tiene una absorción máxima a los 283 nm, siendo ésta la longitud de onda empleada para la determinación de los agotamientos y desorciones. La presencia de Na,SO, a concentraciones de 2,5 g/., Albegal MS y H-SO, a pH 1,2 a 2,5, no ejercen ninguna influencia en la curva espectral del DAS, dentro de la zona en la que se realizan las determinaciones colorimétricas. A una longitud de onda de 283 nm y con cubeta plana de 10 nm, se cumple la ley de Beer hasta concentraciones de 45-50 mg/l., siendo el valor de la constante de extinción, en estas concentraciones, de 0,0425 cuando la concentración se expresa en mg. de DAS/l. 2.3. Aparatos empleados 2.3 .l. Aparato para tratamientos Para realizar los tratamientos del DAS sobre el tejido, se ha empleado un aparato TINCONTROL con regulación automática de temperatura y agitación constante. - 3 - 2.3.2. Medición del pH Las medidas del pH se han efectuado con un pH-metro Beckman de escala expandida y precisión de 0,01 unidades de pH. 2.3.3. Mediciones colorimétricas Las curvas espctrales del DAS en agua pura y soluciones de tratamiento se han realizado con un espectrofotómetro Beckman DK2 y para el control del DAS en los baños de tratamiento y lavado se ha empleado un espectrofotómetro Beckman DU. Sobre el tejido se han determinado las reflectancias mediante el Fotómetro fotoeléctrico de reflexión ELREPHO, empleando el MgO como standard primario y con la abertura IGT. Un ensayo previo ha permitido fijar las condiciones de la determinación para conseguir un error en las medidas, menor del 1 Yo; para ello es preciso preparar la muestra con 5 capas de tejido, para evitar la influencia del fondo, y realizar cuatro determinaciones de la reflectancia en la misma muestra en cuatro posiciones diferentes, tomando como valor final la media. 2.3.4. Fuente de radiación Para las exposiciones de las muestras a las radiaciones, se ha utilizado un aparato XENOTEST 150 con una lámpara de Xenón de 1.500 W.; se eligió dicho aparato por ser muy extendido su empleo en la determinación de solideces de tinturas y poseer un espectro de radiación similar a la luz solar. 2.4. Aplicación del DAS. Estudio del agotamiento Las condiciones iniciales establecidas para la aplicación del DAS en los tejidos de lana, fueron las siguientes: Relación de baño 1/30. Sulfato sódico anhidro 10 0/, spf. Liógeno MS 0,5 7, spf. pH: 1.2, 1.7, 1.9 y 2.5 ajustados con R,SO,. El proceso seguido fue el siguiente: se entró la materia en el baño a 50°C; elevación de temperatura hasta 100°C en 15 minutos manteniendo estas condiciones durante 50 minutos, seguidamente se escurrió, lavó y secó. Con este proceso se obtuvieron los agotamientos siguientes: Concentración inicial Agotamiento de DAS en 0/, spf. -- % 0,5 32,8 1 333 3 32 5 36,6 7 28 Por ensayos realizados a diferente pH, pudo deducirse que no influyen prácticamente en el agotamiento, mientras se mantenga por debajo de 2,5 pH, sin embargo la temperatura final del proceso tiene una marcadísima influencia. En la tabla 11 se indican los agotamientos del DAS, con diferentes procesos de temperatura-tiempo. Estos ensayos fueron realizados con una concentración inicial de DAS del 7 0/, spf y pH = 1,9. TABLA 11 Condiciones - o/, Agotamiento A 28 B 61,2 C 61,4 D 62,l E 62,l Condición : A: Por el sistema indicado, sacando la muestra a 100°. B: Dejando enfriar el baño a 90°C en 15 minutos y mantener esta temperatura media hora. C: Dejando enfriar el baño a 90°C en 15 minutos y mantener la temperatura una hora. D: Dejando enfriar el baño a 80°C en 15 minutos y mantener esta temperatura durante media hora. E: Manteniendo los 80°C durante una hora. De estos resultados se ha podido elegir como proceso de tratamiento del DAS sobre lana, más eficaz, el indicadr, en la Fig. 1. mmo-' 2 80O L 3 b L a 504 E 2 m& l I 1 b 50 65 75 m Tiempo en minutos Fig. 1. - Diagrama del proceso de tratamiento de DAS. -5- También se ha estudiado la aplicación de DAS juntamente con un colorante ácido para lana. En la tabla 111, muestra los valores obtenidos sin colorante y con colorante, a la concentración necesaria para tener una intensidad 1/25, empleando el proceso D. TABLA 111 Concentración Das 01, Agotamiento DAS inicial % spf Con colorante Sin colorante -- 3 62,3 63,5 7 62 62,l 10 61,4 61,2 Estos agotamientos han sido obtenidos valorando el DAS residual en el baño de tratamiento, habiéndose observado que el realizar el lavado posterior, existe algo de desorción del DAS, lo cual muestra una poca afinidad de este compuesto por la fibra de lana, tal como quedará reflejado en los ensayos de solidez al lavado. 2.5. Determinación del Grado de amarilleamiento Para poder establecer las adecuadas comparaciones de los efectos producidos por la exposición al Xenotest sobre las muestras tratadas con DAS, se eligió como parámetro más representativo el índice de amarillo. Se ha empleado la fórmula de Judd (8) utilizada también por S. Delí (9), Norton y Nicholls (lo) y otros, que viene dada por: siendo Rx, Ry y Rz los grados de reflexión difusa obtenida con los filtros F'1MX/C, FMY/C y FMZ/C. La muestra sometida al Xenotest experimenta, en la zona no expuesta a la radiación lumínica, un cambio de coloración, debida, tal vez, a la acción de la temperatura y humedad existentes en el interior del Xenotest, con el fin de compensar esta acción, se han tomado lo que denominamos «grados de reflexión difusa reducidos» R(,, calculado según la fórmula siendo : R0 Los grados de reflexión difusa de la muestra primitiva. R' Los grados de reflexión difusa de la muestra sometida al Xenotest y expuesta a la radiación. R" Los grados de reflexión difusa de la muestra sometida al Xenotest y expuesta a la radiación. Y por tanto el índice de amarillo vendrá dado por: R"x R"z RO~ ROx - --- Rxc,> - Rzcr> - R'x - R'z IA = RY~ R' 'y R'Y ROy 2.5. Tratamientos Los tratamientos efectuados sobre los tejidos de lana han tenido como objetivo el conocer los siguientes aspectos: 1. Influencia del grado de coloración inicial de la lana, concentración de DAS y pH de la solución tintórea, sobre la disminución del amarilleamiento de la fibra por la acción de la radiación del Xenotest. 2. Estabilidad del tratamiento de la lana con DAS a los lavados repetidos y a los disolventes. 3. Mejoramiento de la solidez a la luz de los colorantes por la presencia del DAS en la solución tintórea. Para evaluar la eficacia o acción de cada tratamiento, las muestras tratadas han sido expuestas al Xenotest durante 4, 10, 30, 80, 160 y 240 horas, evaluándose el I.A. después de cada tratamiento y exposición al Xenotest. 2.5.1. Influencia del tipo de lana, concentración de DAS y pH Se realizaron dos tratamientos con la lana A, en las condiciones indicadas en el punto 2,4, un ensayo a pH 1,7 y el otro ensayo a pH 2,5 y a concentraciones de DAS inicial al 0, 0,5, 1, 3, 5 y 7 01,. Los valores de I.A. Obtenidos se indican en la tabla IV y se representan, algunos de ellos, en la Fig. 2. TABLA IV Tiempo pH = 1,9 pH = 2,5 en horas Z.A. Concentración del DAS -- exposiLanaAO% 0.5% 1% 3% -- 5% 7% 0% OS% 1% 3% 5% 7% ción al origiIndice de amarillo Xenotest nal O 24,3 27,7 27,6 27,4 27,8 27,3 27,8 27,2 26,2 26,9 27,O 27,2 26,6 4 23,4 23,4 23,3 23,l 23,l 23,O 23,O 23,5 22,3 23,O 22,l 22,4 21,7 10 22,8 23,O 21,8 21,2 21,s 21,2 21,2 22,9 21,l 21,5 20,s 20,6 20,5 30 24,8 24,4 22,9 21,9 21,6 20,9 20,9 24,6 22,7 22,5 21,O 20,7 20,l 80 26,9 27,l 25,l 24,4 23,2 22,2 22,7 27,8 25,l 24,9 23,O 22,s 21,8 160 26,9 27,5 25,2 24,9 23,5 22,9 22,7 27,8 25,O 25,l 23,3 23,l 22,O 240 26,l 28,O 25,8 25,l 24,O 24,l 23,5 28,2 26,l 25,2 24,2 23,4 22,6 En las mismas condiciones que el anterior y a pH = 1,9 sobre Xa lana B, se analizó la influencia de la concentración de DAS. Los resultados obtenidos se exponen en la Tabla V y Figura 3. -7- Horas de exposicidn Fig. 2. - Amarilleamiento de la lana en función de la concentración del DAS y del pH. Tejido original O » con 04, DAS A » »1 X ,> r7 TABLA V Tiempo en horas I.A. Concentración del DAS exposición lana B 0% 3% 5% 7 70 Xenotest original Indice de amarillo .íP - 18 - 17S25 - O - - .c !?4 - o L 10 30 80 160 Tiempo de exposición horas Fig. 3. - Amarilleamiento lana B a diferentes concentraciones DAS. Telido inicial O con OOi', DAS + >> 3"f,, DAS x * 7"I, DAS 2.5.2. influencia del tratamiento a repetidos lavados Para determinar la influencia del lavado en las propiedades del DAS, se han sometido las muestras de tejidos tratadas con 3, 10 y 13 0/, de absorbedor, a uno y cinco lavados con una soluciíin acuosa, a las condiciones siguientes: Solución de lavado: 8,3 gr/l. de Na H2P04 2 H20 15,3 gr/l. de Na2HP04 12 H20 0,3 gr/l. de LISAPOL N -9- Concentración DAS = 7 O/, Mordentado con Aluminio lavados Fig. 7. - % DAS setenido por la lana mordentada después de varios lavados. TABLA XI Valores del I.A. en muestras mordentadas I.A. Muestra Muestra Muestra mordentada Tiempo exposición -- original - mordentada con 7 yo DAS O 24,8 22,2 24,l 80 26,9 23,6 245 30 24,3 26,5 28 2.8.4. Solidez a la luz de muestras mordentadas DAS y un colorante Para este ensayo se eligió el colorante E-1 de baja solidez a la luz y para los efectos comparativos se utilizaron las reflectancias a 490 nm que es el de máxima absorción de este colorante, en la Tabla XII se dan los resultados obtenidos. TABLA XII Acción de la radiación Xenotest en muestras mordentadas y tratadas con DAS l I Reflectancias a 490 nrn 1 Lana snorderz- , Lana original Lana teñida Lana teñida rada, teñida exposición Rayo ANf40) +7@ DAS R4,, AN(40) 1 R4.o AN(40) / R,.. ANl4O) 21,3 1 22.7 22,9 0,29 25.08 1 20,13 1 20,6 80 1 52.3 46.8 47.2 3. DISCUSION 3.1. Agotamiento del DAS De los resultados obtenidos se deduce que el grado de agotamiento del DAS, respecto a la fibra de lana, varía muy poco con el pH y con el tiempo de tratamiento, sin embargo tiene una marcada influencia el escalonado de temperatura ya que puede conseguirse duplicar la cantidad de DAS absorbido, cori sólo mantener media hora a 80°C el tejido en el baño de DAS después del proceso normal. 3.2. Influencia del tratamiento con DAS sobre los tejidos de lana En este ensayo se han empleado las dos lanas A y B a fin de observar la influencia del blanco inicial dd tejido. Al exponer la lana A a la acción de las radiaciones del Xenotest, tiene lugar un blanqueo inicial con un mínimo de índice de amarillo entre las 10 y 30 horas de exposición, seguido de un amarilleamiento tendiendo a un valor constante a partir de las 80 horas. Dicho amarilleamiento es más acentuado en la lana sometida a un baño de tratamiento en blanco, es decir sin absorbrdor. resultado que es lógico por la posible alteración que haya podido sufrir la lana. Los tejidos tratados con DAS experimentan igualmente el blanqueo inicial pero presentan un qmarilleamiento menos intenso que en la lana original; éste tiende a disminuir al aumentar la concentración del absorbedor. No parece tener mucha influencia, sobre el comportamiento de la lana tratada con DAS, el pH con el cual se ha realizado la fijación de este producto. La lana más blanca B, presenta las mismas características que la A, excepto el tejido original sin tratar con DAS en el cual el amarilleamiento aparece desde el principio, sin presentarse el blanqueo inicial observado en las demás pruebas. La influencia del absorbedor es mucho menor que en la lana A. 3.3. Influencia del tratamiento a lavados repetidos El estudio de la desorción del DAS al someter el tejido tratado con este producto a repetidos lavados, ha demostrado la poca retención que la lana tiene por este compuesto, ya que en el primer lavado el DAS que queda sobre la fibra se reduce a un 28 yo del valor inicial, siendo en este primer lavado la desorción más fuerte y prácticamente a partir del tercer lavado ya no se elimina más absorbedor. La cantidad de DAS que queda finalmente en la lana es mayor al aumentar la concentración inicial en el tratamiento. Las muestras tratadas con DAS y lavadas, experimentan, al someterlas a la acción de la radiación, el mismo blanqueamiento inicial que se observa en la muestra original con el mínimo a las 10 horas de exposición pero a medida que aumentan los lavados es más intenso el amarilleamiento principalmente a partir de las 30 horas. No se ha encontrado un mejoramiento de las propiedades inhibidoras del DAS a partir del 7 01, de concentración inicial. 3.4. Influencia del tratamiento en el lavado en seco En este lavado, dada la naturaleza del disolvente, no se ha podido medir satisfactoriamente la posible desorción del DAS. El comportamiento de la lana tratada con absorbedor frente a este tratamiento es análogo al observado en las anteriores pruebas, pero cabe destacar que no - 17 - - - presenta la acción perjudicial que se indicó en el lavado en húmedo, es decir que los tejidos expuestos a tiempos superiores a las 80 horas presentan índices de amarillo relativamente bajos, equiparables a las pruebas realizadas con tejido original. 3.5. Acción conjunta del DAS con un colorante La acción protectora del DAS sobre el colorante de una muestra teñida es muy débil conforme puede deducirse de los valores de la tabla IX, de la cual se desprende que las solideces a la luz apenas han variado en los colorantes ensayados. Si bien las diferencias de color son menores en las muestras tratadas con DAS, este mejoramiento no es muy representativo si consideramos que en el mejor de los casos no se ha obtenido un mejoramiento en 3 unidades AN(40). 3.6. Acción del DAS con un mordentado previo Como se había previsto, el mordentado ha mejorado notablemente la fijación del DAS en la fibra de lana. En efecto, despuks de 5 lavados la cantidad de DAS retenido por lafibre fue del 657 0/, en lanas mordentadas frente a un valor inferior al 20 01, en lanas sin modentar. No se ha mejorado las acciones inhibidoras del DAS tanto en la lana sin teñir como teñida, respecto a las obtenidas con muestras sin mordentado previo. 4. CONCLUSIONES La acción de la radiación Xenotest sobre un tejido de lana tratado con DAS, produce un blanqueo inicial seguido de un amarilleamiento posterior que tiende a mantenerse constante a partir de las 80 horas de exposición. El amarilleamiento es menor cuanto mayor es la concentración de DAS, sin embargo este compuesto no inhibe totalmente la acción de la radiación sobre la lana. Según el tipo de lana tratada, se observan diferencias de comportamiento en la evolución del índice de amarillo. El DAS tiene poca afinidad por la fibra de lana, presentando una pequeña solidez a los lavados en húmedo, sin embargo puede mejorarse notablemente mediante un mordentado previo de la fibra con sales de Aluminio. Se ha observado un ligero mejoramiento de la solidez a la luz de los tejidos con colorantes ácidos en presencia del absorbedor, sin embargo, es tan débil que no justifica el tratamiento con DAS; análogos resultados se han conseguido sobre tejidos teñidos en presencia de DAS y con un mordentado previo. AGRADECIMIENTOS Los autores expresan su agradecimiento al Secretariado Internacional de la Lana por la ayuda económica prestada para poder realizar este trabajo. Agradecen también, la colaboración de las señoritas C. Escamilla y M." C. Miliá, por su ayuda en los ensayos de Laboratorio. l BIBLIOGRAFIA (1) Milligan, B., Tucker, D. J.: Textile Research Journal, 32, 634, 1962. (2) Lamer, H. F.: Textile Reseach Journal, 35, 395, 1965. - 18 - - Lanner, H. F.: Textile Research Journal, 35, 813, 1965 Lennox, F. G. y colab.: Abstracts de la IV Conferencia Internacional de Investigación Textil Lanera, San Francisco, 16, 1970. Gantz, G. M. y Summer, W. G.: Textile Research Journal, 27, 244, 1957. Rose, W. G., Walden, M. K. y More, J. E.: Textile Research Joumal, 31, 495, 1961. Rose, W. G.: Comunicación particular. Judd, D. B.: Nat. Bur. of Standards Circul. 478, marzo 1960. Deli S.: Compte redu des travaux du Laboratoire de Mazamet, 1, 12, 1965. Norton, G. P. y Nicholls, C. H.: J.T.I. Vol. 5 1 n." 12 T. 11 85. Rhodes, W. K.: J.S.D.C., 80, 23, 1964. Nickerson, D.: Am. Dyestuff Rep. 33, 541, 1950. Stearns, E. 1.: Am. 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