Relación en e el po encial ze a
y
la deposición en el la ado
de impu ezas sólidas sob e ejidos
de algodón, poliés e
y
poliés e -algodón a adoscon
di e en es ap es os
(*)
D .
J.
F.
Ca ión
y
D .
J.
Ribé
Ins i u o de In es igación Tex il
y
Coope ación Indus ial de Te assa.
Uni e sidad Poli écnica de Ba celona
RESUMEN
La deposición de impu ezas sólidas sob e subs a os ex iles, en un p o-
ceso de la ado, es á mo i ada po acciones de di e so ipo, como puedan se
las mecánicas, químicas, eléc icas y de adso ción.
El enómeno eléc ico se es udia a a és del po encial elec ociné ico o
po encial ze a. Es e po encial depende de la supe icie de la ib a y del medio
pola en que es á inme sa. Po ello, se dispusie on ejidos de algodón, po-
liés e y poliés e -algodón a ados con di e sos ap es os. Se e ec ua on en
ales ejidos p uebas de deposición de neg o de humo en p esencia de di e-
en es concen aciones de lau ilsul a o sódico, y de es e ensioac i o y un
elec oli o neu o. Se elaciona on los po enciales ze a de los ejidos u ilizados
con los esul ados de la deposición que se ob u ie on.
RESUME
La déposi ion d'impu e és solides su des subs a s ex imles, dans un p o-
cessus de ia age, es mo i ée pa des ac ions de ype di e se, els que méca-
niques, chimiques, élec iques e d'adso ion.
Le phénomene élec ique es é udié
a
a e s le po en iel élec ociné i-
que ou po en iel zé a. Ce po en iel dépend de la su ace de la ib e e du milieu
polai e dans lequel il es imme sé. Pou cela, on a disposé des issus de co on,
polyes e e polyes e /co on ai és a ec des app e s di e s. Su ces issus on
a
e ec ué des essais de déposi ion de noi de umée en p ésence de di é en-
es concen a ions de lau yl-sul a e de sodium, ainsi que de ce su ac i e un
elec oly e neu e. Les po en iels zé a des issus u ilisés on é é mis en appo
a ec les ésul a s de la déposi ion ob enus.
(*)
Comunicación p esen ada a las
XII
Jo nadas del Comi é Español de la
De-
e gencia. Ba celona,
25
al
28
eb e o
1981.
BOL.
INST. INV. TEXTIL TERRASSA,
N."
79,
1981
23
SUMMARY
Deposi ion o solid impu i ies o ex ile subs a es, in washing, is due o
di e en causes which can be o mechanical, chemicai, elec ical o adso p ion
o igin.
The elec ical phenomenon is s udied by he elec okine ic po en ial o
ze a po en ial. This po en ial depends on he ib e su ace and he pola me-
dium in which in s eeped. Fo his eason, we used co on, polyes e , and
polyes e -co on ma e ials, ea ed wi h di e en ex ile inishing. Deposi ion
ials o ca bon black in p esence o sodium lau ylsul a e a ,di e en con-
een a ions, and o his su ac an wi h neu al elec oly e we e ca ied ou .
Ze a po en ials' o he ma e ials used we e ela ed o he esul s ob ained in
deposi ion.
1.
In oducción
Un p oceso he e ogéneo, como es un la ado, es á o mado po la ib a
y la solución de la ado, con eniendo el de e gen e, elec oli os
y
la suciedad.
Es a suciedad puede se de dos ipos; o bien un compues o sólido cons i uido
po pequeñas pa ículas, o un componen e luido que se á p incipalmen e
acei e o g asa. Es a suciedad exis en e en el baño de la ado, puede p esen a
el enómeno de la deposición sob e el subs a o ex il. Es o es debido a la
exis encia de unas ue zas de di e so ipo, como puedan se las mecánicas,
químicas, eléc icas y de abso ción. Si bien en gene al se ienen unos esul-
ados p ác icos sob e la deposición, no exis en unos undamen os eó icos
que se adelan en a la p ác ica. Dada, pues, la ca encia de una eo ía p ecisa,
esul a compleja su comp ensión y se conside a como una aplicación pa i-
cula de la eo ía gene al sob e la es abilidad de coloides de De jaguin, Lan-
da~, Ve ey y O e beek
(1)
(2).
Teniendo en cuen a que en la solución del
la ado, la mayo pa e de los subs a os ex iles y las pa ículos de suciedad
es án ca gadas nega i amen e, al ededo de su supe icie apa ece una doble
capa eléc ica, con su co espondien e po encial ze a. Es e po encial puede se
medido median e medidas elec ociné icas, y se á de g an u ilidad pa a es-
cla ece el enbmeno de deposición y llega a acili a su es udio de una
o ma semicuan i a i a.
El po encial ze a de la ib a es á en unción de los siguien es ac o es:
a) Supe icie de la ib a, según es é modi icada ísica o químicamen e.
b) Medio pola en que es á inme sa la ib a, que se á a iable según la
na u aleza de los elec oli os
y
de los de e gen es.
Po odo lo indicado el obje i o de es e abajo es el de elaciona las
p uebas de deposición con los po enciales ze a. Con es e obje o, se dispusie on
ejidos de algodón, poliés e y poliés e -algodón sin a a
y
a ados con
di e en es ap es os. Se e ec ua on p uebas de deposición de neg o de humo,
en p esencia de di e en es concen aciones de lau ilsul a o sódico, y de es e
ensioac i o y clo u o sódico. Se midie on los po enciales ze a de los ejidos
a emplea en las p uebas de deposición en las mismas condiciones iónicas que
en
el la ado.
24
BOL. INST. INV. TEXTIL TERRASSA, N."
79,
1981
2.
Pa e eó ica
La ca ga eléc ica que adquie e una ib a o impu eza al pone se en con-
ac o con un medio pola , depende de los siguien es ac o es (3): a) La ioniza-
ción de la supe icie del sólido. b) La adso ción de iones posi i os o nega i os
de ca ga opues a a la supe icie. c) Los iones de la disolución pola . Teniendo
en cuen a que los iones de ca ga opues a se án a aídos
y
los iones del mismo
signo se án epelidos, llega á a o ma se una doble capa eléc ica al ededo
de la supe icie de la ib a o de la impu eza en el equilib io dinámico que se
es ablezca, bajo la in luencia de 'las ue zas elec os á icas
y
é micas exis-
en es en el medio acuoso. Según los modelos apa ecidos de la cons i ución de
la doble capa eléc ica, se puede indica lo siguien e (Fig. 1):
Fig.
1.
Doble capa eléc ica pa a la ib a e impu eza
y
dis ibución de los
po-
enciales.
Adhe idos a la supe icie de la ib a o impu eza se encuen an los iones
de ca ga opues a a la supe icie, con enien emen e hid a ados, abso bidos
median e ue zas elec os á icas o de Van Waals supe ando incluso la agi a-
ción é mica. Jun o a ellos exis e o a capa, la di usa de Gouy-Chapman, en
la que coexis en iones de signos opues os, pe o con p edominio de los de
signo con a io a la supe icie del sólido cuan o más pequeña es la dis ancia
a és e (3). Es a capa se e mina en donde la concen ación de los iones en
su in e io es igual a la de la solución. Tal como se indican en la Figu a
1,
caben señala los po enciales siguien es:
(4,)
po encial de supe icie,
($6)
po-
encial en el plano de S e n
y
(E,)
po encial ze a que es la di e encia de po en-
cial en e el ex emo de la capa de S e n
y
cualquie o o pun o de la solución
de elec ali o. Es e po encial puede se de e minado expe imen almen e po
los mé odos elec ociné icos adecuados.
Pa a la ca ac e ización del po encial ze a de las ma e ias ib osas se ha
empleado el mé odo del po encial de lujo (4). El po encial ze a se calculó
empleando la. ecuación de Helmhol z-Smoluchwski
(5)
siguien e:
BOL. INST. INV. TEXTIL TERRASSA, N?
79,
1981
25
Siendo P la p esión, en cm. de Hg, necesa ia pa a consegui el lujo de
luido a a és de ,la célula.
AV
El po encial medido en mV.
x
Conduc i idad especí ica del elec oli o en S/cm.
E
Cons an e dieléc ica de la solución.
q
La iscosidad del luido en poises.
3.
Pa e expe imen al
3.1.
Ma e iales
3.1.1.
Tejidos
Fue on empleados los siguien es ipos de ejidos Empa:
Algodón «S yle 400~ blanqueado de 80
x
80.
Poliés e «S yle 767», Dac on 100
%
ipo 54.
Poliés e /Algodón 65/35, (213) de 80 cm. ancho y 165 g/m2
En los indicados ejidos se asegu ó su limpieza median e una ex acción
de shoxle du an e 24 ho as en una mezcla de disol en es compues a po
e anol
y
benceno en la p opo ción 2: 1 (mezcla azeo ópica). La ándose a
con inuación con agua bides ilada.
3.1.2. P oduc os químicos.
Se emplea on el lau il sul a o sódico
y
el Na C1, en la o ma de eac i os
químicos pa a anklisis.
Se u ilizó el neg o de humo Ra en 1040, de la Fi ma Columbian con un
diáme o de pa ícula de 29 mp con una á ea supe icial de 85 m2/g, según
ca álogo. Pa a su u ilización en los la ados se empleó dispe sado con enien-
emen e en alcohol isop opílico con ayuda de un ib oagi ado .
3.1.3. Ap es os
Se ealiza on los siguien es ap es os:
a) Aplicación de una esina de ipo e iculan e. Se empleó en Fixap e
CPN (Bas ) que es la *Dime ilo1 4,5 dihid oxi e ilen u ea (45
%).
Se p epa a on
100 gil. de es a esina, jun o con 15 g/l. de clo u o magnésico. Se escu ió el
géne o en oula d al 90
C/c,
se secó a 110°C y se pasó po el Rame du an e 2
minu os a 1600
C.
b)
Aplicación de un hid o ugan e esis en e al la ado. Se empleó el Pe -
sis ol HP (Bas ) que es una N-me ilol ú ea con un ácido g aso supe io . Es e
p oduc o se empleó a la concen ación de 100 g/l., jun o con 3,s g/l. de sul a o
de aluminio. Se escu ió el géne o al 90
C/c,
se secó a 1103 C
y
se pasó po el
Rame du an e
1
minu o a 160° C.
C)
Aplicacibn de una silicona elas omé ica. Fue empleado el p oduc o
Ul a ex FSA (Ciba-Geigy). Es e p oduc o ue aplicado en la concen ación de
40 g/l. jun o con los p oduc os Phobo on WS,
8
g/l. ca alizado Dic ylan W,
4 g/l.
y
1 ml/l. de ácido acé ico 80
%.
Se pasó po el oula d con 80
%,
se secó
a
11ODC. Se pasó po úl imo po el Rame, de la o ma siguien e: Algodón
3
min. a 145" C, Poliés e 90 seg. 160" C
y
Poliés e /Algodón 4 a 5 min.
a
155" C.
26
BOL. INST. INV. TEXTIL TERRASSA, N,"
79,
1981
3.2.
Apa a os
En los p ocesos de ,la ado se u ilizó el ~Launde -Ome e n. Los g ados de
ensuciamien o de los ejidos, se de e mina on a pa i de las e lac ancias ob-
enidas median e el colo íme o E,l epho de Ca l Zeiss.
Las medidas del po encial ze a se e ec ua on con un apa a o según el
esquema siguien e:
(aWiU8
S0lucibn
iJL dglm
wI.M
Fig.
2.
Esquema del apa a o u ilizado.
a) Una célula que es u o cons i uida po un ubo de id io de 12 mm.
de diáme o que con enía dos elec odos de Ag-AgC1, sepa ados a una dis an-
cia de 1 cm. En e 110s elec odos ue colocado el ejido.
b) La disolución dispues a pa a ci cula po la célula se colocó en un e-
cipien e de id io de 3 li os de capacidad. Se aplicó una p esión es á ica de
ni ógeno a iable
y
se ob u ie on los di e en es lujos po la al u a ba omé-
ica de me cu io.
c) La di e encia de po encial1 en e los elec odos ue medida po un
pH/,mV-me o ma ca Digilab-517 de C ison, de una exac i, ud de 0,l mV.
d) La conduc i idad de la disolución ue de e minada con un conduc í-
me o Radiome e ipo CDM 2 e, la célula de conduc i idad ue de 1 cm-'
a 200 C.
3.3.
P ocedimien os
3.3.1. P uebas de deposición: Se e ec ua on según la no ma ISO 105-C061
DAD
1.
Las mues as de ejido ue on de 10
x
4,s cm. La empe a u a de
la ado ue de 60oC. El iempo de
l/z
ho a
y
ue on empleadas 25 bolas de
ace o pa a la agi ación. El baño ue de 50 ml.
y
se in odujo 1 mg. de neg o
de humo dispe sado en alcohol isop opílico.
3.3.2. Medida del g ado de ensuciamien o ela i o al ejido inicial: Fpe
de e minado el g ado de ensuciamien o con la ó mula de Flo io
y
Me se-
au (6) a pa i de los alo es ies í,mulos ob enidos con las e lac ancias
medidas en el ejido. La ó mula es la siguien e:
A
c
=
(
(X,
-
X,)'
+
(Y,
-
Y,)'
+
(Z,
-
ZT
)
M
siendo
X,,
Y,
y
X,
los alo es ies ímulos de la mues a blanca an es de los
la ados
y
X,, Y,, Z,
los alo es ise ímulos de la mues a una ez e ec uada
la deposición o ensuciamien o. Es os, ue on p omedio de cua o de e mina-
ciones.
BOL.
INST. INV. TEXTIL TERRASSA,
N."
79,
1981
27

3.3.3. Medida del po encJa1 ze a:
El
po encial ze a se de e minó a 20°C
+-
2
0,s" C, aplicando la ecuación de Helmhol z-Smoluchwski ci ada en el apa -
ado 2. La manipulación del apa a o (Fig. 2) ue de la misma o ma que se
indicó en o o abajo an e io
(4),
eniendo en cuen a que las p obe as de
ejido se p epa a on con 40 discos del ejido de igual diáme o de la célula,
ambien ados p e iamen e en la solución de medida.
3.4.
P uebas ealizadas
a)
Ensayos de
deposición:
La
deposición
de neg o de humo, sob e eji-
dos en ensayos de la ado, ue ealizada en p esencia de di e en es concen a-
ciones de lau il sul a o sódico. Los ejidos ue on de algodón, poliés e y
pc-
liis e -algodón con
y
sin ap es o. Además, se ob u ie on deposiciones sob e
ales ejidos u ilizando una concen ación de elec oli o
y
dos condeen acio-
nes de lau ilsul a o sódico.
b) Mediciones de po enciales ze a: Se e ec ua on mediciones de los ps-
enciales ze a de los ejidos con
y
sin ap es o, an es de las p uebas de
deposición y en las mismas con liciones iónicas que en los la ados.
4.
Resul ados
4.1.
Relación en e el g ado de ensuciamien o
y
In
can idad dc neg o de humo
que se deposi ó sob e los ejidos u ilizados.
A
pa i de mues as de algodón, poliés e
y
poliés e -algodón, ap es adas
con el Pe sis ol HP, ya que ue el ap es o con el que se ob u ie on mayo es
alo es de deposición, se ob u o un escalonado de di e en es can idades co-
nocidas de neg o de humo. Pa a log a es o, a ias mues as se some ie on
a las condiciones de la ado indicadas en el apa ado 3.3.1., en p esencia de
10-3M de lau isul a o sódico, du an e el iemp~ de la ado su icien e has a
ob ene un ago amien o o al en el baño di: la ado. En es as mues as, ue on
de e minados los espec i os g ados de ensuciamien o con la indicada ó -
mula de Flo io
y
Me se au (6), y se les encon ó una elación lineal con el
loga i mo de la can idad de neg o de humo deposi ada. Las ec as de ajus e
de es as linealidades se exponen en la Tabla
1.
TABLA
1
Rec as de ajus e en e los g ados de ensuciamien o
(AC)
y
el loga i mo
de la concen ación de humo.
Tejidos ap es ados
Pe sis ol HP Rec as de ajus e co elación
Coe .
Algodón AC
=
35,1734.log c
+
160,02 0,997
Poliés e AC
=
39,7782.108 c
+
166,67 0,994
Poli-Algodón AC
=
45,5163.log c
+
184,l
o
0,995
4.2.
Cúlculo del e o del po encial ze a.
Se escogie on al aza es de e minaciones, de las que se enían p sg a-
madas. Se epi ie on seis eces las mismas mediciones de po encial ze a en
28
BOL.
INST. INV.
TEXTIL
TERRASSA,
N,"
79. 1981
días di e en es. Los esul ados que se ob u ie on se exponen en la Tabla 11
siguien e:
TABLA
11
Media e in e alo de con ianza del alo medio de po enciales ze a
Lau il sul a o Na Cl Alcohol Media e in e -
sódico molll. isop opííico Tejido alo con ian-
mol/l nlll. za del alo
medio en mV
1,6.10-3
1
O-'
20
Po1.-Algo.
32,5
I
1,7
1,6.102 1
O-'
20
Poliés e
78,5
I
3,5
20
Algodón con
1
o-'
Fixap e CPN
18>3
*
4.3.
Resul ados de las can idades de neg o de humo deposi adas
y
po enciales
ze a espec i os en los ejidos empleados.
Los alo es de las can idades de neg o de humo deposi adas
y
los po en-
ciales ze a sob e los ejidos de algodón, poliés e y poliés e -algod6n ap es-
ados
y
sin ap es a , espec o a la in luencia de la concen ación de lau il-
sul a o sódico (Na
DS),
se exponen en las ablas
111,
IV, V
y
VI. Hay que
señala que odas las soluciones iónicas u ilizadas pa a las mediciones de los
po enciales ze a, ue on p epa adas en p esencia de
20
m111 de alcohol isop o-
pílico, ya que es e p oduc o ue empleado en la dispe sión del neg o de humo
añadido en los la ados.
TABLA
111
Can idades de neg o de humo deposi adas
y
E,
pa a los ejidos de algodón
poliés e
y
poliés e -algodón en unción de la concen ación de Lau il
sul a o sódico (Na
DS).
Na DS ALGODON POLIESTER POLIESTER-ALGODON
molll. mglm2
E,
(mV) mglm'
E,
ímV) mglm'
E,
(mV)
- -
BOL.
INST. INV. TEXTIL TERRASSA, N," 79, 1981
TABLA
IV
Can idades de neg o de humo deposi adas
y
5
pa a los ejidos de algodón,
paliés e
y
poliés e -algodón ap es ados con Pe sis o1
HP,
en unción de
la concen ación de Na
DS.
Na DS
molll.
ALGODON
mglm2
5
(mV)
POLIESTER POLIESTER-ALGODON
mg/m2
5
(mV) mglm2
E
m )
TABLA
V
Can idades de neg o de humo deposi adas
y
E
pa a los ejidos de algodón,
poliés e
y
poliés e -algodón ap es ados con Fixap e CPN, en unción
de la concen ación de Na DS.
--
Na DS ALGODON POLIESTER POLIESTER-ALGODON
moílí. nglm2
6
(mV) mglm2 mV) mglm" (m )
TABLA
VI
Can idades de neg o de humo deposi adas
y
E
pa a los ejidos de algodón,
poliés e
y
poliés e -algodón ap es ados con Ul a ex FSA, en unción
de la concen ación de Na
DS.
Na DS A iGODON POLIESTER POLIESTER-ALGODON
moilí. mgIm2
E
m ) mglm2
E
mV) mglm2
E
5mV)
30
BOL.
INST. INV. TEXTIL TERRASSA, N."
79,
1981
Le deposición del neg o de humo
y
los po enciales ze a de los ejidos de
algodón, poliés e
y
poliés e -algodó-n ap es ados
y
sin ap es a , en p esencia
de Na DS
y
del elec oli o Na C1 a la concen ación de
102M,
se exponen en
las Tablas
VI1
y
VIII.
Deposición del neg o de humo
y
5
en p esencia de
lWM
Na
DS
y
10JM
Na
C1.
T a amien o ALGODON POLIESTER POLIESTER-ALGODON
ejido mglm*
5
(mV) mglm2
5
(mV) mglm2
E
(mV)
Sin a a
5,5 10,4 99,5 65,6 12,9 23,3
Fixap e CPN
25,7 18,3 33,') 37,2 79,4 41,2
Pe sis o1 HP
263 45,8 251,8 43,8 112,2 37,6
Ul a ex FSA
51,3 21,l 248,3 67,3 64,9 38,3
TABLA VI11
Deposición del neg o de humo
y
5
en p esencia de
1.6
x
1WM
de
Na
DS
y
10"
de
Na
C1.
T a amien o ALGODON POLIESTER POLIESTER-ALGODON
ejido mg/m2
5
(mV) mglmz
5
ímV) nglm" m )
Sin a a
1,9 20,l 17 78,s 5,1 32,s
Fixap e CPN
11 40 5,9 43,9 10 41,2
Pe sis o1 HP
11,s 51,8 90 60,8 14,5 62,2
Ul a ex FSA
5,s 35,7 37,s 75,6 11,9 50,2
5.
Discusión
El en6meno de la deposición o edeposición de impu ezas sólidas sob e
ib as, iene in luenciado po los mismos po enciales que gobie nan la es a-
bilidad de las dispe siones coloidales.
H.
S. S illo y
R.
S. Kola
(7)
mencionan
los es ipos de ue zas siguien es: a) Fue za eléc ica, que puede se a ac-
i a o epulsi a y que es debida al enómeno de la doble capa eléc ica. Como
se ha indicado an e io men e es e aluada po el po encial ze a, el cual se
de e mina po mé odos elec ociné icos. b) Fue zas que no es án in luenciadas
po el medio ex e io , ales como son: las ue zas de Van de Waals
y
las
ue zas de epulsió-n de Bo n
y
c)Fue zas no eléc icas epulsi as. Cabe indi-
ca que cuan o mayo es la ba e a de ene gía o mayo es el po encial ze a
más es able es una dispe sión. Cuando ocu e lo con a io, es .más ines able
y
se iene el enbmeno de la deposición. En la deposición debe ene se p e-
BOL.
INST. INV. TEXTIL TERRASSA,
N."
79, 1981
3
1