Relación entre el potencial zeta y la deposición en el lavado de impurezas sólidas sobre tejidos de algodón, poliéster y poliéster-algodón tratados con diferentes aprestos.

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