Pour les fabricants de colorants dispersés utilisant du naphtalène (NNO) et disposant de données de laboratoire sur Jiefa Comparaison entre le dispersant à base de lignosulfonate de sodium ES-3 et les dispersants de type naphtalène.
Conclusions
- Les oligomères proviennent du polyester, et non du colorant. Environ 1 à 3 % de la fibre sont constitués d'oligomères, principalement des trimères cycliques. Ceux-ci se libèrent dans le bain à 130 °C et forment des cristaux lorsque le bain refroidit. C'est la fibre qui détermine leur quantité.
- Mais il y a aussi de l'oligomère dans le bain provoque l'agrégation des particules de colorant de dispersion à la température maximale.C'est le dispersant contenu dans le colorant, et non l'atelier de teinture, qui détermine si le colorant résiste à ce traitement.
- Le naphtalène (NNO) présente une stabilité thermique inférieure à 110 °C et échoue au test de dispersibilité à 130 °C (E/1). À la température maximale, le colorant est déjà déprotégé, avant même l’arrivée de l’oligomère. Un colorant dispersé dans le naphtalène laisse à l'atelier de teinture le soin de résoudre tout le problème lié aux oligomères.
Le Jiefa ES-3 coûte à peu près le même prix que le naphtalène (NNO), voire un peu plus, et assure la stabilité du colorant jusqu’à 130 °C avec du polyester dans le bain : pression de teinture en paquet de 0,25 bar et résidu de grade 4–5, contre plus de 1,0 bar et un grade 1–2 pour un dispersant de type naphtalène.
Qu'est-ce que les oligomères et quel est leur rôle ?
Le polyester contient entre 1 et 3 % de courtes chaînes polymères issues de la polymérisation, principalement des trimères cycliques. À température ambiante, celles-ci restent à l'intérieur de la fibre. À 130 °C, le polymère s'ouvre, l'oligomère migre vers la surface de la fibre et une partie de celui-ci passe dans le bain. Il se dissout très difficilement dans l'eau ; il apparaît donc sous forme de fines particules une fois le bain saturé et forme des cristaux lorsque celui-ci refroidit. Chaque lot de polyester apporte son propre oligomère dans le bain de teinture ; les microfibres, le polyester cationique teintable et les temps de maintien prolongés à 130 °C apportent encore plus.
La partie visible du problème est bien connue de toutes les teintureries : une poudre blanche sur les tissus et les fils qui confère aux teintes foncées un aspect givré et terne, un toucher rugueux, ainsi que des dépôts calcaires sur les parois des cuves, les buses, les filtres et les échangeurs de chaleur, ce qui implique un nettoyage plus fréquent des machines de teinture. Les machines de teinture en paquets, de teinture sur ensouple et de teinture à flux d'air sont les plus touchées, car les couches de fil et un faible rapport de bain concentrent les dépôts.
Cet article traite justement de cette « moitié invisible ». Les particules d'oligomères présentes dans un bain chaud sont hydrophobes, et les particules de colorant adhèrent à ces dernières et s'agglomèrent entre elles. Ils agglomèrent les particules de colorant et le goudron libre en une masse collante et accélèrent l’agrégation des colorants sensibles tels que le bleu turquoise dispersé, le magenta et le violet dispersé. Il en résulte des taches de colorant, des marbrures et des traces de goudron qui ressemblent en tous points à un défaut de qualité de la teinture. L’atelier de teinture impute la faute au colorant ; le fabricant de colorants, dont le test au filtre à 130 °C s’est révélé concluant, impute la faute à la fibre.
Pourquoi les tests standard ne le mettent-ils pas en évidence ?
L'essai de dispersibilité à haute température à 130 °C (GB/T 5541) et l'essai à 71 °C (AATCC 146) sont réalisés dans de l'eau propre, sans fibre ni oligomère. Un colorant peut réussir ces deux essais et pourtant échouer dans un bain contenant du polyester. La résistance aux oligomères ne peut être mise en évidence que dans un test contenant des fibres. La méthode la plus pratique consiste à réaliser une teinture en paquet en laboratoire tout en enregistrant la pression différentielle : le polyester placé dans un tube perforé libère son propre oligomère à 130 °C, et si le colorant s'agglomère, la pression à travers le paquet augmente. Une courbe de pression plate indique que le dispersant a maintenu le colorant stable en présence de l'oligomère.
Deux types de fabricants de colorants, deux expériences différentes
Les fabricants de colorants qui utilisent des lignosulfonates de qualité entendent rarement parler de taches liées aux oligomères. Un lignosulfonate présentant une grande stabilité thermique reste fixé à la particule de colorant pendant le maintien à 130 °C, conserve ses propriétés de stabilisation électrostatique et stérique alors que l'oligomère pénètre dans le bain, et maintient les particules d'oligomère en suspension, ce qui permet d'en éliminer une plus grande quantité lors de la vidange. Ils ont payé plus cher pour le dispersant, et le contrôle des oligomères allait de pair.
Les fabricants de colorants utilisant le naphtalène (NNO) en entendent sans cesse parler, généralement sans s’en rendre compte. Le naphtalène (NNO) est bon marché, se broie rapidement et tache peu, mais sa stabilité thermique est inférieure à 110 °C et il contient environ 20 % de sel. Dans notre laboratoire, deux échantillons commerciaux ont tous deux obtenu la note E/1, avec une forte agrégation lors du test à 130 °C, en eau pure ; la présence d’oligomères ne fait qu’aggraver le phénomène. L'atelier de teinture met alors tout en œuvre : rinçage à chaud à 120-130 °C, teinture alcaline à un pH de 9 à 9,5 avec des colorants stables en milieu alcalin, décoloration par réduction à chaud et utilisation d'auxiliaires favorisant la dispersion des oligomères. Toutes ces méthodes permettent d'éliminer les oligomères qui se sont déjà formés. Aucune d'entre elles ne peut empêcher le colorant de s'agréger pendant la phase de maintien à 130 °C, car ce phénomène dépend du dispersant présent dans le colorant. L'utilisateur de naphtalène n'a pas échappé au problème des oligomères. Il l'a simplement répercuté. Sur les tissus légers et aérés, comme ceux utilisés pour les saris, les traces de givre et les taches passent facilement inaperçues ; en revanche, sur les emballages, les mailles serrées, les teintes foncées et les commandes destinées à l'exportation, elles ne passent pas inaperçues.
ES-3 : un lignosulfonate dont le prix est indexé sur celui du naphtalène
ES-3 Il s’agit de la qualité à usage général de la série Jiefa ES de dispersants à base de lignosulfonate de sodium, fabriqués à partir de lignine naturelle issue de résineux et purifiés par ultrafiltration. Son prix est à peu près équivalent à celui du naphtalène (NNO), voire légèrement supérieur lorsque l'on achète du naphtalène à très bas prix ; il s'utilise à un dosage similaire et s'intègre dans le même procédé de broyage au sable. L'avantage pour l'utilisateur de naphtalène réside dans la propriété qui fait la différence à 130 °C : une stabilité thermique de 150 °C et une teneur en sel d'environ 1 %. Le dispersant reste sur le colorant lorsque l'oligomère pénètre dans le bain ; le colorant ne s'agglomère pas, et une plus grande quantité d'oligomère est évacuée avec l'eau de rinçage au lieu de rester sur les articles et dans la machine.
Une seule limite, en toute honnêteté : L'ES-3 tache davantage le polyester que le naphtalène (ΔE d'environ 7 contre 0,2 à 1,4 pour le naphtalène (NNO), mesuré avec le dispersant seul sur du polyester blanc). Pour le bleu marine, le noir et les autres teintes foncées, cela n’a pas d’importance. Pour les teintes vives et claires, il convient de vérifier le comportement du colorant concerné, ce que nous effectuons en collaboration avec le client avant toute modification.
Résultats de laboratoire : comparaison entre l'ES-3 et les dispersants de type naphtalène
Indicateur | Naphtalène (NNO), deux échantillons commerciaux | MF (de type naphtalène) | Jiefa ES-3 |
Chimie | Condensat de sulfonate de naphtalène et de formaldéhyde | Condensat de sulfonate de méthylnaphtalène et de formaldéhyde | Lignosulfonate de sodium, bois résineux, ultrafiltré |
Stabilité thermique | < 110 °C | 130 °C | 150 °C |
Dispersibilité à haute température (130 °C) | E/1, agrégation importante | 23 s | 19 s |
Dispersibilité à 71 °C | A/3 (classe AATCC / catégorie de résidus) | 12 s | 12 s |
Teneur totale en sel | 20.61 % / 20.34 % | 4.89 % | 1.16 % |
Réductibilité | 0.15 % / 0.14 % | 3.02 % | 1.98 % |
Coloration du polyester à l'aide d'un dispersant seul, ΔE (CIE) par rapport à un échantillon témoin non teint | 0.15 / 1.41 | 6.35 | 7.0 |
Tableau 1. Indicateurs de routine mesurés dans le laboratoire d'application de Jiefa selon le même protocole (HG/T 3507, HG/T 3399, GB/T 5541-2017) ; la dispersibilité est exprimée en temps de filtration ou selon la classe AATCC 146 et le grade de résidu, en fonction de la série d'essais.
Teinture en masse du polyester dans le bain : ES-3 contre MF
Gâteau : Disperse Blue 79, de type chloré ; rapport gâteau/dispersant de 1:0,6 ; les deux dispersants ont été broyés jusqu’à une granulométrie D90 < 1 µm dans des conditions identiques ; teinture en laboratoire sur un lot de 3,0 % owf avec enregistrement de la pression différentielle tout au long du processus. Le polyester contenu dans l'échantillon libère son propre oligomère au cours de l'essai ; il s'agit donc de l'essai en laboratoire le plus proche d'un bain de teinture en production.
Test | ES-3 | MF (de type naphtalène) |
Stabilité thermique (HG/T 3507) | 150 °C | 130 °C |
Dispersibilité à 130 °C, temps de filtration (GB/T 5541) | 19 s | 23 s |
Teinture en vrac, pression différentielle maximale | 0,25 bar, léger pic | > 1,0 bar à 97,7 °C, arrêt de l'essai |
Teinture en paquet, qualité des résidus de teinture | 4–5 | 1–2, fortes précipitations |
Tableau 2. Comparaison entre l'ES-3 et le MF sur un gâteau de presse de type Disperse Blue 79 à base de chlore.
Figure 1. Teinture en paquet à 3,0 %. Avec le dispersant de type naphtalène, la pression a dépassé 1 bar avant d'atteindre 100 °C et l'emballage est ressorti gris et tacheté ; avec l'ES-3, la pression est restée stable pendant le maintien à 130 °C et l'emballage s'est teint de manière homogène. Même gâteau, même broyage, même machine.
FAQ
L'oligomère provient du polyester. En quoi un dispersant de colorant peut-il être utile ? Cela n'a aucune incidence sur la quantité d'oligomère libérée par la fibre. Cela détermine simplement si le colorant s'agrège autour de celle-ci. La fibre détermine la quantité d'oligomère ; le dispersant détermine si celui-ci entraîne le colorant avec lui.
Le rinçage à chaud et la teinture alcaline ne suffisent-ils pas ? Elles éliminent l'oligomère qui s'est déjà séparé du bain. Elles n'interviennent pas pendant la phase de maintien à 130 °C, au cours de laquelle le colorant s'agrège. Ces deux mesures s'attaquent à deux aspects distincts du problème.
L'ES-3 aura-t-il un impact sur mes nuances claires et pâles ? C'est peut-être parce qu'il tache davantage le polyester que le naphtalène. Le bleu marine, le noir et les teintes foncées ne sont pas affectés. Pour les teintes vives et claires, nous effectuons un test comparatif avec votre colorant avant que vous ne changiez de produit ; de nombreux fabricants continuent d'utiliser du naphtalène dans certaines formulations de couleurs vives et sont passés à l'ES-3 pour toutes les autres.
Testez l'ES-3 avec votre propre colorant
La fibre apporte l'oligomère ; c'est le dispersant qui détermine s'il va poser problème. Envoyez-nous un échantillon de pâte que vous fabriquez actuellement avec du naphtalène (NNO). Nous le broierons avec de l’ES-3 en présence de votre dispersant, réaliserons les tests de teinture à 130 °C et en conditionnement, vérifierons la coloration sur votre nuance, puis nous vous enverrons les résultats sous forme de comparaison côte à côte.
