Sistemas tintóreos isorreactivos.

Sis emas in ó eos iso eac i os J. Cega a (D . l. 1.) P. Puen e (D . l. 1.) J. Valldepe as (D . l. 1.) RESUMEN Se de ine el sis ema in ó eo iso eac i o, como aquél en el cual la elocidad de abso ción se man iene cons an e du an e odo el pe íodo ciné ico. Se e ec úa un es udio eó ico de es a condición, pa iendo de la ecuación ciné ica de Ce- ga a-Puen e modi icada y de la ecuación de A henius. Se ob ienen las condi- ciones de empe a u a- iempo que deben segui se en la in u a, a pa i de la ecuación de Iso eac i idad, pa a log a la cons ancia de la abso ción pa a di e- en es iempos o ales de abso ción. Po úl imo, se comp ueba la conco dancia en e los alo es eó icos y los expe imen ales encon ados en los sis emas in ó eos lana-colo an es ácidos, ib ana-colo an es di ec os y ib as ac ílicas- colo an es ca iónicos. On dé ini le sys eme inc o ial iso- éac i , comme celui dans lequel la i esse d'abso ion se main ien cons an e du an ou e la pé iode ciné ique. On e ec ue une é ude heo ique de ce e condi ion, en pa an de I'équa ion ciné ique de Cega a-Puen e midi iée ainsi que de I'equa ion dlA henius. On ob ien les condi ions de empé a u e- emps que doi en e e sui ies dans la ein u e, a pa i de I'equa ion d'iso- éac i i é, a in de pa eni a la cons ance de I'abso ion pou di é en s emps o aux d'abso p ion. En in, on é i ie la conco dance en e les aleu s héo iques e les aleu s expé imen ales encon ées dans les sys é- mes inc o iaux laine/colo an s acides, ib anne/colo an s di ec s e ib es ac y- liques/colo an s ca ioniques. SUMMARY An iso eac i e dyeing sys em is de ined as he sys em whe e he so p ion a e is kep cons an along he whole kine ical pe iod. A heo e ical s udy o his condi ion is ca ied ou om he modi ied kine ical equa ion Cega a-Puen e and om A heniu's equa ion. The condi ions o empe a u e- ime o apply on dyeing a e ound, om he lso eac i i y equa i~n, in o de o ge a cons an so p ion o di e en so p ion imes. Finally, he ag eemen be ween he heo e ical alues and hose ound expe imen ally in he dyeing sys ems: wool-acidic dyes, ib ane- di ec dyes and ac ylic ib es-ca ionic dyes is e i ied. BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 9 IMTRODUCCION Al igual que o as indus ias, la indus ia de in o e ía y acabados sien e la necesidad de educi sus cos es de ab icación median e un conocimien o más p o undo de la enomenología de sus p ocesos, que le pe mi a el aco amien o de los mismos sin de imen o de la calidad. Den o de es a línea, han apa ecido ecien emen e en la li e a u a écnica una se ie de publicaciones dedicadas a la ~~op imización de los p ocesos in ó eosl3, en las cuales se indica como sis ema más adecuado pa a conduci una in u a el denominado de es abso ción con oladan, de al o ma que se consiga la adecuada igualación du an e la ase de abso ción, sin necesidad de gas a iempo en la mig ación del colo an e, como ocu e en los sis emas en donde exis e desigualdad en la abso ción del colo an e. Asimis- mo, se ha indicado y es anlos de acue do con ello, que en e las di e en es o mas en que se puede conduci la abso ción pa a que és a se p oduzca en un iempo dado, el sis ema que da la mejo p obabilidad de ob ene una buena igualación es aquél en el cual la abso ción del colo an e es una unción lineal del iempo de in u a (1); a es e sis ema lo denomina emos iso eac i o. Ca bonell y colabo ado es (2) han p opues o dos mé odos g á icos pa a ob ene un p og a- ma iempos/ empe a u a que o igina un ago amien o casi lineal en los p ocesos de abso ción. En el p esen e abajo se p opone un mé odo pa a calcula los p og amas iempo/ empe a u a de cualquie p oceso iso eac i o de in u a, undamen ado en conside aciones de ipo ísico-químico, de acue do con las leyes ciné icas que siguen los sis emas in ó eos. Asimismo, una ez deducidas las co espondien es ablas iempo- empe a u a, se ha comp obado su alidez en los sis emas lana-colo an es ácidos ib ana-colo- an es di ec os, ib as ac ílicas-colo an es ca iónicos, de los cuales se incluyen unos ejemplos demos a i os de la u ilidad y limi aciones del sis ema p opues o. FUNDAMENTOS TEORICOS Pa a esol e el p oblema plan eado es necesa io pa i de dos ecuaciones; una que desc iba la elocidad de abso ción del colo an e po la ib a en unción de la can idad de colo an e abso bido y o a que desc iba una ca ac e ís ica de la in u a en unción de la empe a u a (como puede se la elocidad especí ica). En su o ma gene al dichas ecuaciones se pueden ep esen a de la o ma si- guien e: d C a: K, . (C,) K, = Kespecí ica. [Il d K, CC (TI 121 Combinando las ecuaciones [l] y [21 d C a (C,, TI 131 d en donde C, es la can idad de colo an e en la ib a y T es la empe a u a. Un p oceso iso eac i o es el que posee elocidad de abso ción cons an e. Si denominamos Cm a la can idad de colo an e abso bido po la ib a al inal del p oceso de abso ción empleando un iempo iso eac i o , y C, a la can idad de 1 O BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 colo an e abso bido en el iempo iso eac i o i, la condición de iso eac i idad se cumple cuando: La ecuación [3] puede en onces ep esen a se és a se ía la ecuación gene al de un p oceso de in u a que cumpliese con las ecuaciones [l] y [2]. En e las di e en es ecuaciones ciné icas iso é micas que puedan elegi se como modelo de la ecuaciói-i [l], se ha elegido la de Cega a-Puen e modi icada (31, po habe se demos ado su alidez en sis emas in ó eos muy di e sos (4), (51, (61. Dicha ecuación adop a la o ma siguien e: Cm ep esen a la can idad máxima de colo an e abso bido al inal del pe íodo ciné ico, «a» es una cons an e, K es la cons an e de elocidad y es el iempo de la iso e ma de abso ción. La o ma di e encial de la ecuación [6] en la que se ha eliminado el iempo de in u a iso e ma que es dis in o al iempo de in u a iso eac i a es: Po o a pa e, la ecuación de A henius nos desc ibe la dependencia en e la cons an e de elocidad de in u a K y la empe a u a. K = K, . exp (-E,íRT] 181 siendo E la ene gía de ac i ación, T la empe a u a absolu a de in u a, R la cons- an e de los gases, Ko el ac o p eexponencial y K una cons an e de elocidad del sis ema in ó eo que conside amos. La sus i ución de K en la ecuación [7] da la elación exis en e en e la elo- cidad de abso ción, la empe a u a y la can idad de colo an e abso bido po la ib a según la exp esión: Pa a que el sis ema in ó eo e olucione con elocidad de abso ción cons an e d C = H es necesa io aumen a la empe a u a a medida que disminuye la d concen ación de colo an e en el baño, y así compensa la disminución de elo- cidad de abso ción debido al ago amien o del baño de in u a. BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 11 Al in oduci las condiciones de iso eac i idad de la ecuación [4] en la ecua- ción [93, és a se ans o ma en: - c ', a. Ko . (Cm - -- , y) Cm - ', !-ln(1-+) m Cm a 1 - a .exp(-E/RTl (10) 2- m 1 1 1- -1 Median e ope aciones de cálculo y despejando la empe a u a T, llegamos a la exp esión que nos pe mi e calcula la empe a u a co espondien e a cada iempo de in u a iso eac i a ,. E T==-. R - 8- - a k- 2 a-1 In-+ In Ko 4- In 2 n -l.(,-%) [I -' (1 1) . a - - 1- - I Los alo es de E, a y K, son deducidos de las iso e mas de in u a y de la ecuación de A henius, , iene ijado po el i mo de ago amien o que deseemos impa i al sis ema y se á elegido de acue do con la expe iencia p e ia exis en e, bien de o ma enipí ica o siguiendo el sis ema p opues o po Ca bonell y colabo- ado es (21 pa a calcula el iempo de in u a du an e el pe íodo de abso ción en unción del O/O de ago amien o po ciclo y el núme o de ciclos exis en es en la máquina de in u a. Median e la in oducción de los alo es indicados en la ecua- ción [II] y haciendo uso de una máquina de calcula se hallan las empe a u as co espondien es a los iempos , comp endidos en e O y ,,,. EXPERIMENTAL Ma e ial y colo an es A in de ene una isión gene al de la aplicación del sis ema iso eac i o se emplea on las siguien es: Fib as celulósicas: Hilado de ib ana la ado con una solución de 2,5 g/! de Sandozina N I A a 70° C du an e 20 minu os, acla ando con agua des ilada. Fib as p o eicas: Peinado de es amb e la ado en soxhle con é e , alcohol y agua des ilada, según no mas. Fib as ac ílicas: Filamen o co ado de Cou elle y Eu oac il a ados con 1,5 g/l de Sandozina N I A a 60" C du an e 20 minu os, acla ando con agua des ilada. Los colo an es ue on empleados en o ma come cial, usándose los siguien es: Fib ana - Azul Sola G C.I. Di ec Blue 71 Es amb e: Ana anjado Xileno Sólido P C.I. Acid O ange 43 Cou elle: Azul Sandoc yl B-2GLE C.I. Basic Blue 73 Eu oac il: Azul Sandoc yl B-2GLE C.I. Basic Blue 73 12 BOL. INST INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 -- - -- - Equipo de in u a Las in u as se ealiza on con un equipo compues o de ecipien e in ó eo e mos a izado, bomba de ci culación y colo íme o acoplado al ci cui o de ci cu- lación, al como ya ha sido desc i o en abajos p e ios (7). Las can idades de colo an e abso bidas se calcula on a pa i de las co espondien es g á icas de calib ación, habiéndose enido en cuen a la a iación de la densidad óp ica con la empe a u a. Las in u as de comp obación de la eo ía, se han ealizado en un apa a o P axi es 100 (Hanau) haciendo ex acciones de baño pa a las mediciones colo- imé icas. Las condiciones de in u a son las mismas que las u ilizadas en las iso e mas iniciales. El ajus e de los alo es de la empe a u a pa a el p oceso lso eac i o se ealizó manualmen e, accionando los mandos de elocidad de calen amien o y del e mos a o inco po ados al apa a o. Condiciones in ó eas Las expe iencias se e ec ua on en la o ma que se indica a con inuación: Fib ana Lana Azul Sola G 0,75 '10 s.p. . Na,SO, c is . 10 g/l Relación de baño 75/1 Temp. de las iso e mas 40, 50, 60, 70° C Temp. lso eac i as las indicadas en la discusión. Ana anjado Xileno Sólido P 0,75 O/O s.p. . CH, - COONa 0,02 Mola CH, - COOH 40 O/O has a pH = 4 Relación de baño 75/1 Temp. de las iso e mas 40, 50, 60, 70, 80" C Temp. lso eac i as las indicadas en la discusión. Las in u as sob e Cou elle y Eu oac il se ealiza on en las siguien es con- diciones: Azul Sandoc yl B-2GLE 1'8 O/O s.p. . CH, - COONa 0,02 Mola CH. - COOH 40 O/O has a pH = 4,5 Relación de baño 9011 y las empe a u as empleadas ue on: Cou elle Eu oac il Tempe a u a de las iso e mas: Tempe a u a de las iso e mas: 75, 78, 80, 82, 87, 90, 95" C 70, 73, 75, 78, 80, 82, 85, 90" C Las empe a u as iso eac i as se indican en la discusión. I El colo an e abso bido sob e la ib a se calculó de las lec u as colo imé icas del baño de in u a, una ez e ec uadas las co espondien es co ecciones de la densidad óp ica en unción de la empe a u a. BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 13 RESULTADOS A pa i de los esul ados ob enidos de las iso e mas a las empe a u as indi- cadas, se calcula on los exponen es II~), de la ecuación de Cega a-Puen e modi- icada en su o ma loga í mica. A con inuación, se calculó la media (a] po se lige amen e dis in as a las di e en es empe a u as, y pode aplica un alo único y cons an e en el cálculo de las cons an es de elocidad (K1 en la ecuación: Po úl imo, aplicando la ecuación de A henius se de e mina on las ene gías de Ac i ación y los loga i mos nepe ianos de los ac o es p eexponenciales Ko. El esumen de odos los esul ados ob enidos se exp esan en la Tabla l. TABLA I Fib a Colo an e E (Kcal/moll in Ko a Cou elle Azul Sandoc yl B-2GLE 92'4627 122'321 0'769236 Eu oac il Azul Sandoc yl B-2GLE 78'1 960 104'1 64 0'52631 57 Lana Ana anjado Xileno Sol P 19'9995 27'5309 1'191057 Fib ana Azul Sola G 13'5948 16'91 5 1 'O1 43633 Con los alo es expues os en la Tabla 1, y haciendo uso de la ecuación de iso eac i idad [Il] se calcula on las empe a u as en unción del iempo de in u a iso eac i a pa a los di e en es sis emas es udiados de inidos po la ene gía de ac i ación E, po el ac o p eexponencial Ko, que depende de la concen ación inicial de colo an e y po el iempo máximo de abso ción m, el cual se ijó a p io i en 20, 40 y 80 min. que co esponden espec i amen e, bajo el supues o de 100 O/O de Ago amien o a unas elocidades de ago amien o de: En la Tabla II se indica un ejemplo del cálculo ob enido en un o denado HP 2100 A y en la, Fig. 1 se esumen las g á icas de empe a u a pa a odos los casos es udiados. 14 BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 TABLA II Valo es de Tempe a u a Tiempo, pa a la in u a Ico eac i a de Eu oac il, con un ,, de 80 min. READY RUN Azul Sandoc il B-2GLE EUROACRIL A, E, KO, TM? 5263157, 78196, 104.164, 80 T. ABS TEMP Dado que el obje o de es e es udio es el con ol de un sis ema in ó eo a a és del cálculo del i mo de a iación de la empe a u a en unción de un iempo de in u a p e iamen e es ablecido, pa a que el sis ema se compo e iso eac i amen e, analizamos los di e en es esul ados ob enidos en los casos expe imen ales ensayados. Se puede ap ecia el examen de ecuación [9] y de la Fig. 1, que la empe a- u a inicial de la in u a queda inde e minada po las ca ac e ís icas de la ecua- ción, ya que la ecuación di e encial p esen a un pun o de inde e minación cuando el alo de C, = O. Po ello, pa a ija la empe a u a inicial se adop a un alo de muy peque ío, al como apa ece en la Tabla II = 0,05 min., se obse a que pa a un mismo alo de ,, los alo es de la empe a u a inicial a ían conside a- blemen e de unos sis emas a o os y que pa a un mismo sis ema el alo de la empe a u a inicial es an o más ele ado cuan o más pequeño es el iempo de in u a ,. Po o a pa e, se hace e iden e que a!gunos de los alo es de la em- pe a u a inicial no son usuales en un p oceso indus ial, Tabla 111. BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 15 Figu a 1. Cu as lso eac i as de a ios sis emas in ó eos. O , = 20 min. 1: Cou elle O , = 40 min. II: Eu oac il A , = 80 min. III: Lana IV: Fib ana TABLA 111 Tempe a u as iniciales pa a in u a iso eac i a m = 20 min. m = 40 min. m = 80 min. Cou elle 74'587O C 70'0063O C 65'6464 - -- Eu oac il 48'1 796" C 41 '5251° C 35'4396 - ----------u----- --- - - Lana 22'4933O C 12'6763" C 3'32336 -.---u-.- - - -- Fib ana 0'224792O C -1 3'91 47O C -26'68" C En es os casos, el inicio de la in u a debe de hace se a una empe a u a de e minada, man eniendo és a cons an e el iempo necesa io pa a ago a una pequeña can idad del colo an e inicial, y a pa i de es a. empe a u a segui el i mo ma cado po las ablas ilo C. Además, al como puede obse a se en la Tabla II pa a el ejemplo ci ado, los inc emen os iniciales de empe a u a son muy ele ados y en odos los casos exceden las posibilidades de las máquinas de in u a, aún en aquéllos en que el inicio es a empe a u a iable. Po ello, se ha es ablecido el c i e io de inicia la in u a a la empe a u a cons an e que co esponde al 20 O/O Ag. man eniéndola el iempo necesa io pa a ago a es a can idad, y a pa i de es e pun o se puede segui el i mo de calen- amien o iso eac i o, que es á den o de los má genes posibles en las máquinas de in u a. Es e incon enien e no ep esen a ningún obs áculo pa a la p ác ica ya que al p incipio de in u a se es ima según Ca bonell y colabo ado es (2), que el 16 BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA, N.O 69, 1977 Figu a 2. Valo es eó icos y p ác icos de ago amien o en unción del iempo de in u a iso eac i a y de la empe a u a pa a , = 20 min. A Fib ana + Lana O Cou elle x Eu oac il BOL. INST. INV. TEXTIL TARRASA N.O 69, 1977