4. Método de teñido basado en la reacción de Maillard
La reacción de Maillard es una reacción de dorado no enzimática ampliamente presente en el procesamiento de alimentos. Implica la interacción entre los compuestos de carbonilo (azúcares reductores) y los compuestos amino (aminoácidos y proteínas), que se someten a procesos complejos como reordenamiento, polimerización y condensación, que finalmente forman compuestos macromoleculares marrones o incluso negros conocidos como melanoidinas. Esta reacción, también conocida como la reacción de carbonilo-Amino, se ha utilizado durante mucho tiempo en la industria alimentaria para controlar el color de los productos en campos como hornear, procesamiento de café, procesamiento de carne, producción de fragancias y elaboración de cerveza. Los profesionales de teñido han especulado si la reacción de Maillard se puede aplicar a las fibras de color que contienen grupos amino [25-30].
Ohe et al. confirmó que las fibras que contienen grupos amino, como lana, seda y nylon, pueden adquirir color a través de la reacción de Maillard [25]. Entre ellos, la lana exhibió el mejor efecto para colorear (Figura 8). Por ejemplo, cuando la lana, la seda y el nylon se sumergieron en una solución acuosa de 0.1 mol/l de xilosa a 100 ° C durante 4 horas, la lana logró un valor K/S de 3.8, mientras que la seda y el nylon solo alcanzaron valores de K/S de 0.48 y 0.86, respectivamente [25]. Por lo tanto, la investigación sobre el teñido de la lana de la reacción de Maillard ha sido la más ampliamente reportada. El método de teñido que utiliza la reacción de Maillard tiene varias ventajas, como operación simple, buena solidez de lavado en lana, materias primas económicas y seguras, tratamiento de aguas residuales fáciles y no es necesario preparar tintes. Sin embargo, también hay inconvenientes significativos, incluidas las tasas de reacción lentas que requieren mucho tiempo para que ocurra un cambio de color, una variedad de color limitada que no es muy vibrante y poca solidez de la luz. Actualmente, la investigación de expansión relacionada se centra en optimizar el método de teñido de reacción de Maillard en términos de materias primas y procesos para lograr una aplicación práctica. Además, los investigadores están aplicando el principio de reacción de Maillard al injerto de sustancias antimicrobianas o antioxidantes en las fibras de lana, impartiendo más funcionalidad al método de teñido.
Figura 8 Diagrama esquemático del principio de reacción de Maillard para reducir el azúcar en el teñido de lana
5. Método de teñido basado en reacciones químicas de carabina
Tintes de tipo carbina y su principio de reacción de inserción para teñir fibras sintéticas.
Figura 9 Diagrama esquemático del principio de reacción de inserción de los tintes de carbeno para teñir fibras sintéticas
Las carabinas se refieren a una clase de sustancias donde el átomo de carbono tiene solo seis electrones de valencia. La carabina más simple es el grupo de metileno (∶Ch2). Las carabinas son altamente reactivas y pueden sufrir varios tipos de reacciones químicas, como reordenamientos intramoleculares, dimerización y reacciones intermoleculares como la inserción y la adición. La reacción de inserción de las carabinas se refiere a la reacción en la que una carabina se inserta en enlaces C-H, N-H o O-H, formando nuevos enlaces C-C, C-N o C-O. Basado en esto, Lee et al. introdujo la estructura de para-toluenosulfonilhidrazona en moléculas de colorante y las trató con N-butilitio para obtener un nuevo colorante reactivo (compuesto 2 en la Figura 9) [31,32]. Este colorante, cuando se somete a un tratamiento de alta temperatura (140 ° C), libera la unidad de para-toluenosulfonilhidrazona para formar un intermedio de carabina, que luego puede reaccionar químicamente con los enlaces C-H en fibras sintéticas como el polipropileno, por lo que se une firmemente el cromóforo de tinte a la fibra sintética. Este nuevo tipo de tinte reactivo puede denominarse tinte de tipo carabina. Sin embargo, los tintes de tipo carabina basados en estructuras de para-toluenosulfonilhidrazona tienen varios inconvenientes, incluida la síntesis de tinte inconveniente, el bajo rendimiento de tintura, la economía de baja átomos y los subproductos con el medio ambiente dañino.
Jiang Hua y Zhao Tao et al. Diseñó y desarrolló una serie de colorantes de tipo carabina basados en la estructura de la bisacridina (Compuesto 3 en la Figura 9) [33-36]. Estos tintes, en el tratamiento de alta temperatura, forman carabinas al liberar moléculas de nitrógeno, mejorar significativamente la economía de los átomos y producir subproductos más ecológicos. Su aplicación es altamente efectiva, con los tintes que reaccionan químicamente con varias fibras sintéticas como poliéster, polipropileno, aramida, acrílico, nylon y spandex para lograr telas de fibra sintética teñidas con alta solidez del color. Jiang Hua et al. Exploró aún más la viabilidad del uso de estructuras de éster de α-fenil diazonio como precursores de carabina, y el colorante desarrollado (compuesto 4 en la Figura 9) exhibió una excelente solidez de tintura en el spandex [37]. Los tintes de tipo carabina y sus métodos de teñido correspondientes aún están en la etapa de exploración preliminar, con estructuras de tinte limitadas, mecanismos de solidez de tintura poco claros y la necesidad de investigaciones adicionales sobre sus relaciones estructura-actividad para establecer una base sólida para la aplicación práctica de estos tintes.
6. Otros métodos de teñido reactivo para spandex
Después de la polimerización, el poliuretano puede contener pequeñas cantidades de grupos de isocianato. Según esto, Hanna propuso un método de teñido reactivo para materiales elastoméricos de poliuretano, con el mecanismo de reacción que se muestra en la Figura 10 [38].
Figura 10. Mecanismo de reacción de tintes amino con materiales de poliuretano
Este método utiliza tintes que contienen amino para teñir materiales de poliuretano recién fabricados. El grupo amino en el colorante reacciona con los grupos de isocianato residual en el poliuretano, uniendo así el colorante al material de poliuretano. El procedimiento de teñido es el siguiente: el material de poliuretano se coloca en una solución de percloroetileno del colorante, con una relación de baño de 1:50 y una concentración de colorante de 1 g/L, seguido de hervir a 121 ° C durante 60 minutos para obtener el material teñido. El autor usó C.I. Disperse el negro 1 para los experimentos de teñido, y el color del poliuretano teñido permaneció intacto después de lavar con solventes orgánicos como etanol, dioxano y acetona. Dado que los grupos de isocianato son altamente reactivos y sensibles al agua, este método de teñido no se puede realizar en soluciones acuosas.
Mishukova et al. usó p-dimetilamino cinnamaldehído como ejemplo para colorear spandex, con el mecanismo de reacción que se muestra en la Figura 11 [39].
Figura 11. Mecanismo de reacción de p-dimetilamino cinnamaldehído con spandex
Este método utiliza el grupo de aldehído para reaccionar con los grupos amino en las fibras de spandex, formando derivados de la base schiff de color en las fibras para lograr el color. El procedimiento de teñido es el siguiente: establecer spandex a 5 g, relación de baño de 1:20, concentración de aldehído de 0.1% a 3% (O.W.F.), pH <2 y teñido a 100 ° C durante 45 minutos. La longitud de onda máxima de la curva de reflectancia del spandex teñido es de 540 nm, y cuando la concentración de aldehído es del 1%, la profundidad de color del spandex teñido alcanza más de 20.
7. Conclusión
El desarrollo de nuevos métodos de teñido basados en reacciones químicas requiere una consideración exhaustiva tanto de las características de las reacciones químicas como de la estructura de la fibra. El papel de las reacciones químicas es principalmente formar enlaces covalentes, uniendo así firmemente el cromóforo de colorante a la fibra. Algunas reacciones químicas también pueden formar nuevos sistemas conjugados (como reacciones de acoplamiento, reacciones de Maillard, etc.). Estos nuevos métodos de tintura, basados en reacciones químicas, ofrecen nuevos enfoques para obtener fibras con alta solidez del color. Sin embargo, en comparación con los métodos de teñido existentes, estos nuevos métodos a menudo aún tienen aspectos insatisfactorios en términos de efectividad, eficiencia o costo. Además, algunos métodos de teñido causan daños notables a las fibras, y estos problemas deben abordarse a través de nuevas investigaciones para encontrar soluciones apropiadas. Además, a medida que el concepto de sostenibilidad ambiental gana importancia, el desarrollo de nuevos métodos de teñido debe tener en cuenta el impacto de los reactivos y los desechos de producción en la salud humana y el medio ambiente, al tiempo que satisface las demandas de alta calidad de los consumidores.
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Progreso de investigación en métodos de teñido basados en reacciones químicas
Ji Zhengfang1,2 Jiang Hua3
(1. Zhejiang Hongyi Chemical Co., Ltd., Lishui 323700, Zhejiang China; 2. Zhejiang Daoyuan New Mate-Rials Co., Ltd., Lishui 323700, Zhejiang China; 3. Centro de investigación de ingeniería para el eco-odio y acabado de textiles, ministerio de educación, Zhejiang; Hangzhou 310018, Zhejiang China)
Resumen: Se introdujeron algunos nuevos métodos de teñido reactivo desarrollados en los últimos años basados en reacciones químicas, incluida la reacción de acoplamiento de diazo-tización, reacción de sustitución-nuceofílica de diazotización, reacción de Mannich, reacción de Maillard, reacciones químicas de carbeno, etc. Los procesos básicos, los procesos de tinte y el rendimiento de tinte de estos métodos de tinte. Se evaluaron sus ventajas y desventajas. Se discutieron las perspectivas de estos métodos de teñido reactivo.
Palabras clave: teñido reactivo; reacción de acoplamiento; Reacción de Mannich; Reacción de Maillard; reacción de inserción de carbeno
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