TEÑIDO DE FIBRAS DE LANA UTILIZANDO COLORANTE EXTRAIDO DEL MAIZ MORADO

Ordóñez Calva, Mabel Liliana,Ordóñez Vivanco, Yadira Fernanda,Romero Benavides, Juan Carlos
Correo electrónico: mabel_lilioc@yahoo.com; yady_fer@yahoo.com;jcromerob@utpl.edu.ec

RESUMEN
El maíz morado (Zea mays L.), contiene seis importantes antocianinas, la cianidina 3-glucósido es el componente mayoritario. Se determinó que en los zuros de maíz morado se encuentra 1.67 mg de cianidina 3- glucósido/g de colorante extraído.
Para determinar los niveles de las variables en el proceso de tinción de fibras de lana,
se hicieron pruebas preliminares, con lo que se determinó parámetros de: temperatura 45 y 60ºC; tiempo de tinción 30, 60, 120, 180, 240 y 300 minutos; concentración de electrolito (NaCl) 0 y 60 g/dm3, y porcentaje de colorante 35 y 40, se usó una solución tampón pH 3 para el baño de tinción, las fibras fueron previamente mordentadas con 20% de sulfato de aluminio.
La cantidad de cianidina 3-glucósido absorbida por la fibra se determinó por espectrofotometría a λ de 510 nm se preparó diluciones utilizando solución tampón pH 1. Para analizar la cinética de tinción se usó el modelo propuesto por Vickerstaff.
La calidad del proceso de tinción se evaluó determinando las solideces de las tinturas bajo las normas UNE 40-164-92 “ Solidez de las tinturas a la intemperie: exposición al aire libre”, las fibras teñidas presentaron baja solidez; los tratamientos que presentaron los mejores resultados fueron a0°C por 240 minutos con 60g NaCl/dm3 y 35% de colorante y; a 60°C, por 240 minutos con 60g NaCl/dm3 y 40% de colorante; bajo la norma AATCC 8-1996 se determinó la “Solidez de las tinturas al frote en seco y húmedo”, en todos los ensayos se obtuvo una buena solidez, los mejores resultados se obtuvieron a: 60°C por 180 minutos, con 0g NaCl/dm3 y 40% de colorante y; a 60°C, 180 minutos, 60g NaCl/dm3 y 40% de colorante.
1. INTRODUCCIÓN
Los colorantes naturales pueden ser obtenidos de fuentes animales, vegetales o  minerales. Su importancia en la industria textil se ha incrementado debido a su Biodegradabilidad y baja toxicidad (Escobar Arango, 2005), por lo que son empleados para el teñido de fibras tanto naturales como sintéticas. Los tejidos de lana son ampliamente usados por ser flexibles, elásticos, y absorbentes, estas particularidades le permite ser utilizada preferentemente como fibra textil. El valor de la lana en el mercado depende de su finura y de la longitud de la fibra.
Antiguamente, la tinción de fibras naturales con colorantes tuvo gran importancia,la que disminuyó con la invasión de fibras sintéticas; en la actualidad, al encontrarnos en una era ecológica la importancia del uso de fibras y colorantes naturales ha cobrado espacio; además, el obtener la materia colorante de un producto de desecho como son los zuros de maíz morado motivó para la realización del presente trabajo de investigación, el que tiene por objeto realizar la tinción de fibras de lana con colorante extraído del maíz morado (Zea mays L.).
Dentro de un proceso de tinción, son muchos los factores que se debe tomar en cuenta para obtener un buen teñido de fibras textiles. En el presente informe se trata de recopilar los fundamentos más importantes para un proceso de tinción con colorantes naturales.
2. MATERIALES Y MÉTODOS   
2.1 Obtención de colorante
El proceso de obtención de colorante de zuros de maíz morado empezó con una recolección y selección de la materia prima, con el fin de eliminar partes dañadas e impurezas; una vez limpia fue colocada en un secadero de bandejas a 37º C durante 48 horas para evitar el crecimiento microbiano; la trituración se la hizo en un molino de martillos hasta obtener partículas moderadamente gruesas y semifinas; luego se pasó por un tamiz con tamaño de partícula de 250 μm.
La extracción del colorante se realizó por maceración dinámica, a temperatura ambiente por 5 horas, en una solución hidroalcohólica (etanol-agua 50:50), regulando el pH hasta 3 con ácido clorhídrico concentrado y una relación solvente-zuros de 15:1 lt/kg, la velocidad de agitación fue de 1500-2000rpm. Se filtró a vacío con bomba de succión sobre papel filtro Whatman N°1; una vez filtrado se procedió a concentrar en un
rotaevaporador a 45º C, a presión reducida y 60 rpm. El proceso de secado del extracto se lo hizo en un atomizador con una alimentación por gravedad, temperatura de secado de 150º C y 2500 rpm de giro de
rodete; se seleccionó este proceso de secado por ser el método más fácil para deshidratar líquidos concentrados. Finalmente se almacenó con una humedad de 2.2%, en recipientes de color ámbar a temperatura ambiente en un lugar fresco y seco.
2.2 Proceso de tinción
El proceso de tinción de fibras de lana empezó con un premordentado de las fibras, el premordentado se hizo con una relación baño-fibra 50:1 con 20% de sulfato de aluminio. Se introdujo la fibra sin teñir en la solución que contiene el mordiente a ebullición durante 20 minutos, con agitación manual constante. Se trabajó con fibras de lana de 9 x 11 cm. con un peso de 4g aproximadamente.

La preparación del baño de tinción se lo hizo en solución tapón pH 3, en la que se disolvió el colorante; la relación baño-fibra fue de 50:1. El teñido de las fibras se lo realizó a diferentes tiempos y temperaturas, en vasos de precipitación tapados introducidos en un baño maría con control de temperatura, se tomaron alícuotas a los tiempos determinados; el lavado se hizo con agua a temperatura ambiente proceso que se repitió hasta que el agua de lavado no quedó coloreada; se dejó secar totalmente a temperatura ambiente.
Posteriormente se sometieron las fibras teñidas a un control de calidad, en las que se evaluó las solideces de las tinturas en fibras textiles; bajo los criterios de selección de escala de grises y escala de azules de las normas UNE 40-164-92 y AATCC 8-1996respectivamente, en la tabla siguiente se muestran los criterios de selección referente a la escala de grises y azules. El número 5 muestra la máxima solidez y 1 la mínima solidez en la escala de grises; en la escala de azules el número 8 muestra la mayor solidez y el
mero 1 la menor solidez.

2.3 Determinación de la concentración en la fibra teñida
Para determinar la concentración de cianidina 3-glucósido en los baños de tinción, se realizan lecturas espectofotométricas a una λ de 510 nm, se hizo diluciones de las alícuotas tomadas durante los tiempos de teñido, dichas diluciones se las realiza con solución tampón pH 1.
3. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
En la tabla 1. se muestran las variables a los diferentes niveles con lo que se trabajó durante el proceso de teñido.
3.1. Cinética de tinción. Ecuación de Vickerstaff
Para demostrar la dependencia lineal entre la concentración de colorantes absorbidos y el tiempo de teñido, t/cf=f(t) se hizo uso de la ecuación cinética propuesta por Vickersaff (Matyjas, Blus et al. 2003):

En la tabla 2. observamos que la concentración del colorante en la fibra se acerca más al equilibrio a condiciones de temperatura de 45 y 60ºC con adición de electrolito (NaCl) de 60 g/dm3 y con una concentración de colorante de 35%; mientras que dicha concentración esta más distante al equilibrio a 45 y 60ºC, en presencia de electrolito (NaCl) 60 g/dm3 y 40 % de concentración de colorante.
Cuando la constante cinética k es mayor, el proceso de tinción está más cerca del equilibrio; los tratamientos a 45ºC, 300 min, 0 g/dm3 de NaCl, 35% de colorante y a 45ºC, 300 min, 60 g/dm3 de NaCl, 40% de colorante presentaron los valores mas alejados de la concentración de equilibrio, como se puede observar en la tabla 2.

En la figura 1. mostramos las curvas de absorción para cianidina 3-glucósido por la fibra a tiempo de teñido de 300 minutos. Se observa que los procesos de tinción alcanzaron concentraciones más próximas a la concentración de equilibrio a temperaturas de 60ºC.
3.2. Determinación de solideces
La calidad de los procesos de tinción se evaluó mediante la determinación de las solideces a la intemperie y al frote en seco y húmedo, las que se determinaron según la norma UNE 40-164-92 y AATCC 8, respectivamente.
Las condiciones de trabajo para a1b2c1d0 fueron 60ºC, 300 min., 60g/dm3, 35% de colorante y para a1b2c1d1, 60ºC, 300 min., 60g/dm3, 40% de colorante.
Las fibras teñidas sometidas a control de calidad mostraron baja solidez a la intemperie, pero una buena solidez al frote seco y húmedo; en la tabla 3., encontramos los tratamientos que dieron los mayores valores de solideces de las tinturas a la intemperie y en la tabla 4. los tratamientos que mostraron mejores solideces de las tinturas al frote seco y húmedo.
NOMENCLATURA
Cf: concentración del colorante en la fibra
Cf cal.: concentración del colorante en la fibra calculado
Cf exp.: concentración del colorante en la fibra experimental
C∞: concentración de equilibrio
Cs: concentración del colorante en la solución
CSAT: concentración de saturación
K: constante cinética
R2: coeficiente de determinación
t/Cf: tiempo de tinción sobre concentración del colorante en la fibra
t : tiempo de tinción
4. CONCLUSIONES
La adición de electrolito (NaCl) y el incremento de la temperatura, aumentan la velocidad de tinción en el proceso de teñido de fibras de lana con colorante extraído de los zuros del maíz morado (Zea mays L.), como se puede ver claramente en las curvas de absorción para los diferentes tiempos de tinción.
Al incrementar el tiempo de tinción, se da una mayor absorción de las fibras y una mejor fijación del color con respecto a la solidez al frote en seco y húmedo, mientras que en la solidez a la intemperie, el tiempo no favorece la fijación del colorante.
La velocidad de tinción se ve influenciada con la concentración de colorante, así, al trabajar con el menor porcentaje de colorante dicha velocidad incrementa; mientras que, una alta concentración de colorante favorece la solidez de las tinturas al frote en seco y húmedo en las fibras teñidas.
De las variables de trabajo, las de mayor influencia en el proceso de tinción son: concentración de electrolito, concentración de colorante, y temperatura, afirmación que podemos corroborar con la gráfica de efectos principales para la absorción de colorante en la fibra.
Para obtener una mayor velocidad de absorción y buena solidez de las tinturas al frote en seco y húmedo, las mejores condiciones de tinción son: 60ºC, 240 minutos, 60 g/dm3 de electrolito (NaCl) y 35% de colorante.
Las rectas de regresión de los datos obtenidos experimentalmente para todos los tratamientos, utilizando el modelo propuesto por Vickerstaff mostraronc oeficientes de determinación superiores a 0.97, lo que demuestra que el proceso de tinción con colorantes antociánicos obtenidos del maíz morado se ajusta a este
modelo.
Del análisis de costos se determinó que teñir un gramo de lana con colorantes antociánicos obtenidos de los zuros de maíz morado, a nivel de laboratorio es de 4.53USD.
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