http://dx.doi.org/10.15665/rp.v12i1.145
Generalidades de la seda y su proceso de teñido
A short overview of silk and its dyeing process
Laura González Echavarría1, Melissa Fontalvo Silva1, Catalina Álvarez López2,3, Adriana Restrepo Osorio1,2
1 Semillero de Investigación en Textiles SI Textil; Programa de Ingeniería Textil. Medellín, Colombia.
2 Grupo de Investigación sobre Nuevos Materiales, GINUMA. Medellín, Colombia.
3 Grupo de Investigaciones Agroindustriales, GRAIN. Programa de Ingeniería Agroindustrial. Universidad Pontificia Bolivariana; Circular 1, No. 70-01, Medellín, Colombia. adriana.restrepo@upb.edu.co
Recibido 9/02/14, aceptado 5/03/2014
Resumen
]]> La seda es un filamento de origen animal producido por el gusano Bombyx mori. Esta fibra se caracteriza por su suavidad y brillo único, lo cual se atribuye a la forma triangular de su sección transversal. Además, tiene una alta resistencia a la tracción y una alta tenacidad, similar a la de algunas fibras sintéticas. En este trabajo se realizó una revisión bibliográfica de los procesos que requiere la seda para obtener un teñido homogéneo, partiendo desde los tratamientos previos de tintura hasta las pruebas de caracterización de solidez del color.Palabras clave: Seda, Gusano Bombyx mori, Teñido, Colorantes, GOTS.
Abstract
Silk is a filament of animal origin produced by the Bombyx mori silkworm. This fiber is characterized by its unique softness and gloss, which is attributed to the triangular shape of its cross section. It also has a high tensile strength and a high toughness, similar to some synthetic fibers. In this paper an literature review of the processes required for a homogeneous dyeing in silk was performed, starting from the dyeing pretreatments up to the color fastness characterization tests.
Keywords: Silk, Silkworm Bombyx mori, Dyeing process, Dyes, GOTS.
1. Introducción
La seda es una fibra natural de origen animal producida por algunos insectos, entre los cuales se encuentra el gusano de seda Bombyx mori. Este gusano se alimenta de la hoja de morera y forma un capullo que puede devanarse para obtener filamentos continuos. A partir de varios filamentos reunidos y torsionados, se obtienen hilos, los cuales pueden emplearse en la obtención de diversos productos textiles [1].
Los orígenes del uso de la seda como materia prima textil se sitúan en China, donde su producción comenzó con la cría del gusano hace más de 5000 años [2]. Luego se introdujo en India, que actualmente es el segundo mayor productor y consumidor de seda del mundo. Posteriormente se expande en todo el continente Asiático, para después establecerse en Europa. La sericultura llega a América Latina en la época de la colonia de manera intermitente, hasta que en las décadas de 1970 y 1980 se consolidan la mayoría de los proyectos productivos que existen en la actualidad [3, 4].
En Colombia, alrededor del año 1980, se comienzan iniciativas formales de invertir en la sericultura, convirtiéndose en una de las opciones de diversificación para los caficultores nacionales [5]. Por esta razón, la actividad serícola en el país se ha concentrado en los departamentos cafeteros del país como: Caldas, Risaralda, Quindío, Cauca y Valle del Cauca [4, 6]. En la actualidad pueden encontrarse organizaciones que agrupan a los sericultores, como es el caso de la Corporación para el Desarrollo de la Sericultura del Cauca CORSEDA.
El proceso de transformación textil de la seda se efectúa en diferentes etapas. Se inicia con el devanado, posteriormente el hilado, la tejeduría y el teñido. Luego es posible confeccionar prendas para su uso en vestuario, en el hogar o en otras aplicaciones. Tradicionalmente, el teñido de la seda se ha realizado con colorantes naturales, tendencia que sigue siendo empleada hoy en día por algunos sericultores. No obstante, con el paso de los años el uso de estos colorantes ha disminuido, debido entre otras razones, a la aparición de colorantes sintéticos. Éstos últimos proporcionan mejores resultados en reproducibilidad de tonos y propiedades de solideces, comparándolos con los colorantes naturales. Sin embargo, el uso de colorantes sintéticos incrementa la contaminación y la toxicidad de las aguas residuales de los procesos tintóreos.
]]> Frente a este panorama y siguiendo las tendencias mundiales, que en los últimos años procuran la producción de textiles con un menor impacto ambiental, aparece la denominación de productos orgánicos y las certificaciones que los regulan, entre las cuales está la norma GOTS, cuya publicación se realizó a finales del año 2006 [7]. El objetivo de la normativa GOTS es definir los requerimientos que aseguran la condición orgánica de los productos textiles. Esto incluye la obtención de la materia prima y su transformación responsable con el medio ambiente, es decir, que los productos empleados o procesos realizados a la misma, no deben contaminar las vertientes, ni poner en riesgo la salud de las personas que los realizan. También se tienen en cuenta los aspectos sociales, por lo que el trabajo no debe ser forzado, no debe existir mano de obra infantil, las condiciones laborales deben ser seguras e higiénicas, debe existir una remuneración acorde con el salario mínimo legal, no deben excederse los horarios laborales y se debe garantizar el empleo regular. Además, la norma incluye aspectos sobre el correcto etiquetado a fin de que el producto final ofrezca al consumidor información sobre el cumplimiento de los requisitos antes mencionados [8].Ese tipo de certificaciones es relevante para pequeños productores de seda, como es el caso de los asociados a COR-SEDA, puesto que les permite elaborar productos de mayor valor agregado, que pueden ser comercializados en mercados especializados, y en cuyo proceso productivo se genera un menor impacto ambiental. Considerando lo anterior, y dado que existe en el país una actividad serícola consolidada cuyos productos se orientan en su mayoría a mercados internacionales orgánicos y certificados GOTS; en este artículo se hace un breve recorrido por los aspectos básicos de la seda, su proceso de teñido con colorantes naturales, sintéticos y certificados por la norma GOTS, así como sobre las pruebas de calidad que la normativa orgánica incluye. Esto como un aporte al fundamento básico para procesos experimentales relacionados con estos tópicos.
2. Generalidades
2.1. Composición química de la seda
La fibra de seda se compone en un 97% de proteínas y un 3% de otros componentes como: ceras, carbohidratos, pigmentos y compuestos inorgánicos. Las principales proteínas en la fibra de seda son aproximadamente 75% fibroína (C15H23N5O6) y 25% sericina (C15H25N5O8) [9, 10]. La fibroína y la sericina están a su vez compuestas por diversos aminoácidos tal como se indica en la tabla 1.
La fibroína es una estructura lineal altamente orientada y cristalina, es la proteína estructural de la seda. La sericina, por su parte, es un pegamento proteico parcialmente hidrosoluble y de estructura globular, que sirve para unir las fibras entre sí. Cada gusano excreta dos filamentos de fibroína simultáneamente, que unidos por la sericina constituyen la fibra (ver figuras 1 y 2) y es empleada para formar el capullo [9, 10].
2.2. Propiedades de la seda
]]> Entre las fibras textiles naturales la seda se destaca gracias a sus particulares propiedades. Por ejemplo su higroscopía, es decir, en condiciones estándares tiene un de regain cerca al 11% y es capaz de absorber hasta el 30% de su peso de agua sin generar sensación de humedad, lo que la hace confortable al contacto con la piel [13]. Sus propiedades tensiles específicas son superiores a la mayoría de las fibras naturales y comparables con fibras sintéticas de alto desempeño como el Kevlar® [14], con una tenacidad de 5 g/denier y una elongación de 1725%. La sección transversal de la seda es triangular con esquinas redondeadas (ver figura 1), esto le proporciona una excelente capacidad de reflexión de la luz, razón por la cual es una fibra lustrosa. Cada filamento mide de 5 a 10 µjm de diámetro aparente y puede alcanzar una longitud de hasta 1600 m, por lo que se le considera una microfibra natural [13].La seda es mala conductora de electricidad y por lo tanto susceptible a almacenar electricidad estática. Tiene una baja conductividad térmica, su temperatura de transición vítrea es ∼175 °C y su degradación térmica se encuentra cerca de 250°C, por lo que tolera procesos con temperaturas de hasta 150 °C [15]. Es resistente a la mayoría de los ácidos minerales a excepción del ácido sulfúrico, mientras que es sensible a medios alcalinos (pH > 9). Es soluble en disolventes como bromuro de litio acuoso, ácidos fosfóricos y soluciones de cupramonio, y no es resistente a los agentes oxidantes fuertes como el hipoclorito de sodio y el cloro [16].
La seda contiene dos grupos reactivos principales, los amino (-NH2) y los carboxílicos (-COOH). Es una fibra anfótera, con un punto isoeléctrico cerca a pH∼5 [17]. En esta condición su carga es neutra y por debajo de este pH presenta un carácter catiónico [18], por lo cual existen metodologías adecuadas para tenirla con diferentes colorantes en medios ácidos y alcalinos.
3. Teñido de la seda
Para el proceso de tintura como para otros acabados químicos, se requiere realizar la preparación de la fibra o desengomado, con miras a remover la sericina, las grasas y los demás contaminantes naturales o adquiridos durante el proceso de obtención de la seda. Este proceso y el de tintura se describen a continuación.
3.1. Desengomado
El desengomado es un proceso de preparación que se realiza para eliminar la sericina presente en la fibra. Industrialmente es posible desengomar la seda en madejas, hilos o tejidos. La remoción total o parcial de la sericina depende del uso final de las fibras, por ejemplo, para colores claros y brillantes se requiere una exhaustiva remoción de la sericina [19], mientras que para la elaboración de tejidos livianos como los tipo organiza, es recomendable mantener una pequeña cantidad de sericina, la cual aporta resistencia a los hilos durante la tejeduría [13].
Tradicionalmente el proceso de desengomado se lleva a cabo con jabón neutro basado en aceites vegetales, como el jabón de Marsella [13], o en Colombia con jabón de coco [20]. La solución jabonosa se basifica ligeramente con bicarbonato de sodio y se lleva junto con la seda a ebullición durante un tiempo que oscila entre 30 min y 1 h.
Diversos métodos de desengomado son objeto de estudio y aplicación, con miras a preservar las características de la seda y de la sericina, o a causar un menor impacto en el medio ambiente, entre otros. Se han estudiado métodos de desengomado con agua caliente [21], con la asistencia de autoclaves o de microondas [22]. También se encuentran reportes de procesos de desemgonado con enzimas tipo proteasas [23, 24] y basados en medios ácidos [25, 26]. En los proceso de desengomado de la seda, las variables a tener en cuenta son: la concentración del jabón, el ácido, el álcali o la enzima que se emplea; la temperatura, el tiempo y el pH del baño [27, 28].
3.2. Tintura
]]> El teñido de la seda a nivel industrial suele realizarse en madeja, pero es posible teñir las telas o prendas terminadas, e incluso los capullos antes de los procesos de transformación. En el proceso de tintura, adicional a la correcta preparación de la fibra, son relevantes las siguientes variables:Dureza del agua: Se refiere al conjunto de cationes, especialmente de Ca2+ y Mg2+, presentes en el agua que será empleada para el teñido y otros procesos textiles. Es importante conocer y adecuar la dureza del agua de moderados a bajos, puesto que valores altos de dureza puede interferir en el proceso de tintura disminuyendo la interacción colorantefibra [29].
Relación de baño : Es la relación que existe entre la cantidad de material a teñir y el baño utilizado. Tiene influencia directa en la absorción y adsorción del colorante en la fibra. Se emplean típicamente relaciones de baño de 1:40 o 1:30, dependiendo del tipo de maquinaria o sistema de teñido disponible [29].
Temperatura: Esta variable es de gran importancia en la fijación del colorante en la fibra. En el proceso de tintura de la seda la temperatura ideal oscila entre 85-90 °C [30].
Tiempo: Igual que la temperatura, esta variable 85-90 está relacionada directamente con la fijación del colorante en la fibra. En el proceso de la seda el tiempo ideal oscila entre 60-120 min [30].
pH (potencial de hidrogeno): Se usa para determinar la alcalinidad o acidez de una solución. La condición ideal de pH se define de acuerdo al tipo de colorante empleado, siendo los de más frecuente uso los colorantes tipo ácido. Los valores adecuados para la tintura de la seda oscilan entre 45 [31]. En estas condiciones los grupos aminas son protonados (-NH3+) y de esta forma son más reactivos con los grupos funcionales de los colorantes.
Auxiliares: Los productos auxiliares aseguran la estabilidad ya sea del sustrato textil o del colorante durante el proceso de tintura. En el caso de la seda se usan auxiliares tales como humectantes; fijadores; acidulantes como ácido acético o cítrico; mordientes y otros [32].
Colorantes: Son las sustancias químicas que tienen la capacidad de absorber y reflejar ciertas longitudes de onda del espectro de luz. En la tintura de la seda es posible utilizar una amplia gama de colorantes con buenos resultados. Se emplean colorantes naturales, de origen vegetal y animal; colorantes sintéticos: ácidos, reactivos, directos y dispersos, estos dos últimos en menor proporción.
4. Colorantes para la tintura de la seda
Los colorantes para la tintura de la seda independiente de su origen, deben tener la capacidad de penetrar en la fibra y fijarse adecuadamente en ésta. Actualmente, adicional a los requerimientos de calidad, se busca que los procesos de tintura generen un menor impacto en el medio ambiente, razón por la cual existe un creciente interés industrial e investigativo por los colorantes orgánicos y los certificados por normas de producción orgánica como la GOTS.
]]> A continuación, se presentan algunos aspectos relevantes de los distintos tipos de colorantes antes mencionados.4.1. Colorantes naturales
Los colorantes naturales se definen como aquellos pro-ductos de origen natural, que una vez aislados son capaces de impartir color a un sustrato. En el mundo textil los colorantes naturales son de especial interés para su uso en fibras de origen natural, en pro de obtener un producto final no tóxico y amigable con el medio ambiente [17, 33]. Muchas firmas comerciales de colorantes sintéticos han desarrollado en los últimos años , colorantes naturales para textiles y los comercializan a gran escala [34].
Los principales desarrollos de colorantes naturales para la tintura de la seda a escala industrial y artesanal, se centran en los de origen vegetal, dada su gran disponibilidad. Para esto se aprovechan hojas, cortezas, raíces [31, 35], e incluso residuos de los procesos productivos agroindustriales [31, 36, 37]. También se encuentran reportes del empleo de insectos como fuente para la obtención de colorantes para la seda, especialmente la cochinilla (Dactylopiuscoccus) [31, 38].
En Colombia se emplean algunos colorantes naturales provenientes de plantas para teñir la seda a nivel artesanal. Se obtienen de acuerdo a la disponibilidad de especies en la zona en la que se realice esta actividad. Por ejemplo, en el Cauca es común el uso de plantas como el nacedero (Trichanthera gigantea), el nogal (Juglans regia), el guayacán (Fabeburacrhysantha), residuos de café, e incluso las hojas de la morera (Morusalba) que es el alimento de los gusanos de seda [20].
Una de las debilidades de los colorantes naturales comparados con los sintéticos es que pueden presentar bajas solideces. Para mejorar su desempeño en el uso final, se hace indispensable el empleo de mordientes, los cuales promueven la afinidad del colorante y la fibra, mejorando la fijación [17]. En general, los mordientes mejoran la calidad del teñido, y al variar el tipo de producto empleado para este fin se logran colores y tonos diversos a partir de un mismo colorante natural [39]. Esto es aprovechado por los artesanos para obtener una amplia gama de colores.
A nivel mundial y en Colombia, se emplean para el proceso de mordentado sales metálicas como: el sulfato de cobre, el dicromato de potasio, el sulfato de hierro, el sulfato ferroso y el alumbre [17, 20, 31]. Si bien éstos mejoran la calidad de la tintura, son en general contaminantes ambientales, lo que desvirtúa el aspecto natural de los colorantes. Por lo anterior, se buscan opciones para reemplazar especialmente los que contienen metales pesados. Se encuentran reportes del uso alternativo de mordientes provenientes de fuentes naturales como: hongos [40] o plantas [41], así como el uso de algunos ácidos orgánicos [8], entre otros.
El proceso de mordentado de la seda puede llevarse a cabo antes (premordentado), simultáneamente (mordentado) o posterior al proceso de teñido (postmordentado) [17]. Algunos estudios revelan que existe una tendencia en mejorar la retención del color al realizar el proceso de mordentado simultáneo a la tintura [40]. En la figura 3 se esquematiza un procedimiento general para el teñido de seda con colorantes naturales con mordentado.
4.2. Colorantes sintéticos
]]> Los colorantes sintéticos son desarrollados de acuerdo a las características de la fibra a teñir y muchos de ellos provienen de fuentes petroquímicas. A nivel industrial, los colorantes sintéticos tipo ácidos y reactivos son los más empleados en los procesos tintóreos de la seda, dada su afinidad por la fibra, reproducibilidad y altas solideces. A continuación se describen ambos tipos de colorantes.4.2.1 Colorantes ácidos
Estos colorantes son solubles en agua, se clasifican de acuerdo a su comportamiento tintóreo, el pH de teñido, la capacidad de migración y su solidez [11]. Se usan para teñir sustratos en medios ácidos, se caracterizan por tener en su estructura al menos un grupo sulfonato (SO3-) asociado al sodio (Na+), lo que les permite solubilizarse en los banos acuosos de tintura y reaccionar con las fibras por medio de interacciones iónicas, esto gracias a que fibras como la lana, la seda o las poliamidas, en condiciones ácidas adquieren cargas positivas [42]. La seda presenta grupos catiónicos amonio y grupos aniónicos carboxilatos, que reaccionan con los grupos funcionales de estos colorantes ácidos mediante fuerzas polares, formando sales.
4.2.2 Colorantes reactivos
Los colorantes reactivos son los más usados en la industria textil debido a su facilidad de aplicación, su amplia gama de colores y su relativo bajo costo. Se fijan al tejido mediante la formación de enlaces covalentes, haciéndolos resistentes al lavado y otorgando buenas solideces [19]. Estos colorantes se conocen como compuestos químicos coloreados, son de carácter aniónico y su molécula se compone de una parte colorante y la otra reactiva [41]. Su aplicación está orientada principalmente a las fibras celulósicas, sin embargo también son empleados en fibras proteicas como la seda pero con menor afinidad tintórea [43]. Para resolver este inconveniente se requiere la adición de gran cantidad de sales, como cloruro o sulfato de sodio, o bien modificaciones químicas de la seda con grupos catiónicos. Ambas opciones representan costos adicionales y efectos adversos para el medio ambiente [44].
4.3. Colorantes certificados por la norma GOTS
Otra opción disponible comercialmente son los colorantes con certificación orgánica, por ejemplo los de la normativa GOTS. Éstos pueden ser de origen natural, sintético o una mezcla de ambos, se caracterizan por ser biodegradables y disminuir el impacto al medio ambiente, gracias a que son producidos con mínimo consumo de energía y agua [7]. Diversas casas productoras a nivel mundial como DyS-tar®, Clariant y HUNSTMAN poseen este tipo de colorantes, que pueden emplearse en la tintura de la seda. En Colombia, la casa HUNTSMAN ha comenzado la distribución de colorantes ácidos certificados GOTS para su uso en seda, lana y poliamidas, bajo las marcas comerciales Erionyl® y Tectilon®.
Los colorantes Erionyl® y Tectilon® están compuestos por grupos azoicos (N=N) y antraquinónicos (C=O), los cuales se caracterizan por generar tonos y matices brillantes, alto agotamiento, buena igualación y una fácil reproducibilidad del color. Los colorantes Tectilon®, a diferencia de los Erionyl®, presentan una baja solidez en húmedo y alta resistencia de solidez a la luz, haciéndolos aptos para el teñido de materiales como alfombras y tapicerías [45].
5. Pruebas de calidad
Una propiedad a estudiar en los textiles después del teñido es la solidez del color, ésta establece la resistencia que presenta el sustrato teñido, a cambiar su color o perder la intensidad luego de ser sometida a agentes externos. Las pruebas para determinarla se realizan a nivel de laboratorio, simulando condiciones reales de uso donde se combinan el efecto de la temperatura, la humedad, la acción del sol y otros factores [46].
]]> Existen diferentes normativas de solidez del color en textiles elaboradas por diferentes organismos reguladores como: American Association of Textile Chemists and Colorists AATCC, International Organization for Standardization ISO, American Society for Testing and MaterialsASTM, entre otras. En Colombia se trabajan las Normas Técnicas Colombianas NTC del Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación lCONTEC Las normativas pretenden establecer condiciones estándares de calidad y criterios de negociación.En particular, la normativa GOTS establece cuáles son las pruebas de solidez del color que deben realizarse a los textiles que aspiren ser certificados, así como los valores que dichas pruebas deben alcanzar. A tales pruebas se les denomina parámetros técnicos de calidad y se listan en la tabla 2 [7].
Una vez realizadas las pruebas se compara la variación del color antes y después de realizar los procesos de evaluación de la solidez, tal como establece cada norma. Para la calificación de dicha variación se emplean escalas de grises, de cambio de color y de manchado, estas incluyen tonos de grises con que van de 1 a 5, donde 5 indica que no hubo ninguna transferencia o cambio de color, y uno todo lo contrario [47]. Para la solidez a la luz se emplea una escala de azules que va de 1 a 7, la cual se evalúa de manera análoga a la anterior.
Estos ensayos, normas y criterios de calificación, son similares a los reportados en la bibliografía por los investigadores que evalúan los procesos de tintura de la seda [35, 36, 43] y otras fibras proteicas [32], [34], también se aproximan a los criterios de negociación típicos de este tipo de textiles.
6. Conclusiones
Agradecimientos
Los autores expresan su agradecimiento a la Corporación para el Desarrollo de la Sericultura del Cauca CORSEDA y al Instituto Nacional de Tecnología Industrial INTI de Argentina, por su colaboración y apoyo en el desarrollo de este proyecto. A la UPB, al Semillero de Investigación en Textiles SI Textil y al CIDI por financiar parte de los recursos requeridos para el desarrollo de este trabajo a través del proyecto: "Aplicaciones textiles de la seda y sus sub-productos", radicado: 020B-02/13-S79.
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