Coloración de la chapa de madera en profundidad: fundamentos técnicos y de aplicación

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Por Angel Lanchas Hervalejo

Se define como el proceso durante el cual la madera, puesta en contacto con la solución o dispersión de un colorante, absorbe a éste de tal forma que el cuerpo teñido tiene alguna resistencia a devolver la materia colorante al baño del cual la absorbió.

La resistencia a devolver el colorante a la solución es una consecuencia de la energía de unión del colorante. Cuanto más penetra el colorante en el interior de la fibra, más íntima es su unión a ella y más resistencia opone a ser separada de ella. El objetivo de este articulo es dar a conocer los colorantes, materias primas y procesos de tintura para obtener chapas de madera coloreadas en profundidad

PROCESO DE TINTURA DE LA MADERA EN PROFUNDIDAD

El proceso tintóreo sigue de una forma teórica éstas etapas:

Disgregación del colorante en el baño
Difusión del colorante en el baño
Absorción en la cara superficial de la fibra de madera
Difusión del colorante en la fibra
Fijación del colorante en la fibra

QUÍMICA DE LOS COLORANTES SELECCIONADOS

Tras los estudios efectuados, se ha comprobado que los colorantes ácidos son los que mejor se comportan para el coloreado de la madera en profundidad.

Colorantes Ácidos:

Derivados sulfónicos en forma de sales sódicas de compuestos azoicos de peso molecular poco elevado y estructura molecular sencilla. Caracterizados por la abundancia de grupos sulfónicos, lo que les confiere gran solubilidad y afinidad por la fibra de madera. Son colorantes cuya fijación sobre la fibra de madera requieren un pH bajo, comprendido entre 2 y 4.

Estructura química de colorantes ácidos

TEORÍAS DE LA UNIÓN ENTRE COLORANTES Y MADERA

Las teorías más importantes que explican los fenómenos de unión entre colorante y madera son:

TEORÍA MECÁNICA: Es aplicable a colorantes insolubles, con pigmentos mediante la reacción en la fibra de sustancias que la impregnan.

TEORÍA QUÍMICA: Explica el proceso de la unión mediante una reacción química entre el colorante y la fibra de madera. Esta combinación podría constituir un nuevo cuerpo que no tenga las primitivas cualidades de sus iniciales.

TEORÍA FÍSICA: Se fundamenta en admitir la existencia del estado coloidal en las disoluciones de los colorantes y las fibras de la madera, verificándose fenómenos de absorción primero y adsorción después.

CONCLUSIONES PARTICULARES: Es poco probable el dar la totalidad del proceso de unión a una sola interpretación expuesta, ya que, en el mismo entran en juego fenómenos de orden físico, químico y mecánico de una madera extremadamente compleja. Es más prudente buscar la explicación del proceso del teñido en una combinación de todos los enumerados. Dándole mayor importancia a la teoría física.

LA TRICROMÍA

Los colorantes a emplear en la tintura de las fibras de la madera son tres:

Amarillo, Rojo, y Azul, completando con Negro.

Estos colorantes son:

Amarillo Sulfacide 3 GT

Rojo Amacide 88

Azul Novamina A

Negro Directo 44 E

Dichos colorantes presentan las siguientes características:

AMARILLO SULFACIDE 3GT:

ROJO AMACIDE 88:

AZUL NOVAMINA A:

VELOCIDAD DE PENETRACIÓN DE LOS COLORANTES

En todo proceso de tintura en profundidad, las velocidades de difusión del colorante dentro de la fibra de la madera deben ser homogéneas. Es decir, el transporte de la materia colorante a través de la fibra debe ser constante en todos los colorantes que componen la fórmula.

Cuando un colorante se deposita en la superficie de la fibra de madera se denomina adsorción con “d”, y cuando se introduce en el interior de la fibra se denomina absorción con “b”.

DIFUSIÓN DEL COLORANTE EN EL INTERIOR DE FIBRA DE MADERA

Existen dos teorías para explicar el estado de agregación de los colorantes en el interior de la madera:

Los colorantes se encuentran en la solución individualmente y su agregación a la penetración la efectúan individualmente, ocupando espacios de color.

2.Los colorantes están en una solución conjunta formando un nuevo color equivalente a la tricromía establecida en forma monomolecular, de forma que hay entre ellos un equilibrio dinámico.

La comprobación de que las velocidades de penetración son correctas se efectúa una vez terminada la tintura, secando y lijando la madera en profundidad.

AGOTAMIENTO DE BAÑO

La velocidad de tintura viene dirigida por el peso de colorante absorbido en unidad de tiempo, o en los “t” primeros minutos de tintura, expresándose el colorante absorbido por la fibra, en función del % de agotamiento del baño de tintura.

El método para determinar este agotamiento consiste en medir la concentración de colorante en el inicio y el final del proceso de tintura mediante un espectrofotómetro UV.

INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DEL COLORANTE A LA VELOCIDAD DE DIFUSIÓN

Los sistemas de tintado en profundidad de la madera funcionan por agotamiento de baño. Este agotamiento de baño está en función de la concentración del colorante y repercute directamente en el coeficiente de difusión del colorante. Si representamos gráficamente esta influencia en los colorantes vemos lo siguiente:

INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN EN LA COLORACIÓN

Vemos que para el caso de la madera y los colorantes que mejor se comportan para su tintado, los ácidos, necesitamos sobrepasar una determinada concentración de colorante para que se produzca una penetración o difusión y de esta forma lograr una intensidad deseada del color de la madera.

INFLUENCIA DEL pH

Al ser colorantes de tipo ácido su funcionamiento es en pH ácido. Con un pH 4.5 – 6.0 se produce una mayor velocidad de difusión. Penetra rápido pero su agotamiento de baño es bajo. Con un pH entre 3.0 – 4.5 se produce un equilibrio entre ambas velocidades. El colorante penetra más lentamente pero tiene agotamientos mayores. Con un pH < 3.0 se produce una mayor velocidad de absorción que de difusión, se agota mucho el baño pero el colorante queda en la superficie.

INFLUENCIA DE LOS ELECTROLITOS EN LA DIFUSIÓN

Se ha observado que el coeficiente de difusión aparente de ciertos colorantes, aumenta con la existencia en el baño de electrolitos, siempre que el colorante permanezca constante.

Como se puede ver en la figura, el coeficiente de difusión primeramente aumenta con la concentración del electrolito hasta llegar al máximo, disminuyendo después el seguir aumentando la concentración del electrolito.

Los electrolitos más empleados son el Sulfato Amonico (SO4Na) y el Cloruro Sodico (CLNa)

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA DIFUSIÓN

Los coeficientes de difusión aumentan cuando aumenta la temperatura. La causa fundamental es el incremento de la energía cinética de los colorantes ya que estos se mueven con mayor rapidez, invirtiendo menos tiempo para trasladarse hacia el interior de la madera.

Las curvas de velocidad que generalmente se obtienen a distintas temperaturas son como las de la figura siguiente.

INFLUENCIA DEL SUSTRATO DE MADERA

La madera es un elemento heterogéneo y anisótropo, el cual tiene una estructura molecular con dificultades para poder ser penetrada por los colorantes.

El fenómeno que influye en la estructura de la madera para poder ser tintada en profundidad es el GRADO DE CRISTALINIDAD.

Este grado de cristalinidad está fundamentado por:

La orientación de las macromoléculas de los compuestos químicos de la madera
La tensión de las mismas
La tortuosidad de los microporos
El contenido de materia cristalina
La distribución y tamaño de los cristalitos

La experiencia práctica nos demuestra que esta influencia está muy relacionada con la densidad de las maderas.

ASPECTOS DE EQUILIBRIO TINTÓREO

Entender el equilibrio tintóreo es muy importante en el estudio racional de la coloración de la madera en profundidad. El sistema es heterogéneo al encontrarse en la madera en estado sólido y los colorantes en disolución acuosa con los aditivos químicos correspondientes.

El estado de equilibrio tintóreo queda definido por las siguientes propiedades:

Temperatura
Presión
Tiempo
Concentración de colorante
Agitación de baño
Relación de baño

Es importante indicar que en función del camino seguido en un equilibrio tintóreo, los resultados finales de coloración de la chapa de madera pueden cambiar

EL EQUILIBRIO TINTÓREO

Es necesario determinar cuándo se alcanza el equilibrio tintóreo a fin de evitar errores como consecuencia de falsas apreciaciones. Sucede muchas veces que se tiene la impresión de que se ha llegado a un estado de equilibrio, siendo falso, pues si bien la madera aparenta estar bien teñida, sólo lo está superficialmente, como se puede ver en ésta simulación con cortes transversales de la misma.

Es necesario efectuar pruebas de equilibrio en todo proceso tintóreo, debido al diferente comportamiento de los colorantes, incluso dentro de los de una misma gama. Es necesario efectuar pruebas de equilibrio en todo proceso tintóreo, debido al diferente comportamiento de los colorantes, incluso dentro de los de una misma gama.

INFLUENCIA DE LA AGITACIÓN DEL BAÑO

Se ha comprobado que la velocidad relativa de circulación entre baño y fibra tiene una trascendencia enorme para evaluar la velocidad de tintura de un sistema.

Si bien no se puede regular ello por una ley matemática, se puede dejar afirmado, que cuanto mayor sea aquella, se necesitarán tiempos menores para llegar al citado equilibrio del sistema.

Las velocidades de agitaciones de los baños de tintura en las pruebas de laboratorio, no coinciden con las de los baños a escala real, por lo que se recomienda encontrar esta diferencia para relacionarse en los colores obtenidos al final de la tintura.

INFLUENCIA DE LA RELACIÓN DE BAÑO Y CONCENTRACIÓN DE COLORANTE

Se denomina relación de baño la cantidad de madera expresada en Kg., partido por la cantidad de agua que se introduce en el autoclave o baño abierto. Esta relación es muy importante a la hora de proceder a la tintura, dado que si no se lleva esta relación con precisión, puede variar el color final obtenido.