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Ozono en el blanqueo textil: limitaciones y posibilidades futuras

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Por Roshan S. Pai y Uttam R. Doraswami, Elxion Private Limited  Bangalore India,  y Nuno Belino y Roshan Paul, Universidad de Beira Interior, Covilna, Portugal

Introducción
La industria Textil contribuye significativamente en el crecimiento de la economía global, pero es a su vez una de las industrias más contaminantes del medio ambiente. (1) El blanqueo del algodón es una parte integrante en el proceso húmedo textil. Se lo lleva a cabo para eliminar substancias colorantes que existen normalmente en el algodón y preparar adecuadamente la mercadería para procesos posteriores. El producto adquiere el índice de blanco requerido y mejora su humectabilidad con un mínimo de pérdida de resistencia luego del blanqueo. (2,3) El método convencional de blanqueo, se lleva acabo usando peróxido de hidrógeno con hidróxido de sodio a temperatura próximas a 100°C. El uso de peróxido de hidrógeno es el resultado de intensos trabajos de ID académicos y fabriles realizado con el fin de reemplazar el uso de productos químicos duros como el hipoclorito de sodio. Con esos esfuerzos, puede decirse que prácticamente toda la industria se ha movido fuera del blanqueo con hipoclorito, es bien conocido que la gran mayoría de los procesadores utiliza peróxido de hidrogeno como agente de blanqueo. A medida que progresa la industrialización, esta requiere procesos con menor consumo de productos químicos, alta eficiencia de la energía y menor carga de efluentes, inevitables para un crecimiento sustentable. El requerimiento de cada vez más productos “verdes” más eficientes ha conducido a intensos trabajos de investigación sobre el uso de ozono en el blanqueo textil.  El uso de ozono para el blanqueo de celulosa es bien conocido y se lo lleva a cabo en escala comercial en la industria papelera y de pulpa. Pero no es el caso en la industria textil, donde se prosiguen haciendo ensayos en escala laboratorio para reemplazar el peróxido de hidrógeno con ozono o en el uso combinado de los mismos.

Ozono
El ozono es el estado triatómico del oxígeno y es un poderoso agente de oxidación. Puede ser sintetizado usando oxígeno o aire como gas de alimentación. Los métodos más comunes de producir ozono son: descarga corona, fotoquímica (basada en UV), procesos electrolíticos y otros. Dependiendo del proceso usado para la generación y el gas de alimentación, la concentración de ozono que se obtiene medida en porcentaje de peso sobre peso puede resultar de 1 a 12 %. Si se utiliza oxígeno como gas de alimentación se logra el mayor contenido de ozono en la fase gaseosa. Una de las mayores limitaciones del ozono es que debe producirse in situ, no puede ser fabricado, almacenado y transportado como otros gases. El ozono es utilizado en diferentes industrias como papel y pulpa, farmacéutica, tratamiento de efluentes, agua para beber, desinfección de agua, etc.

Aplicaciones existentes en la Industria Textil
El uso actual del gas ozono se limita al lavado de Denim y de prendas de este origen y para la remoción de color en los efluentes de lavado. (5) En el lavado de denim, las prendas se blanquean con ozono disuelto en agua en las máquinas lavadoras. Pero es posible realizar esta operación en una cámara cerrada usando gas ozono. (6)

Blanqueo de algodón y otras fibras con ozono
Se han realizado extensos trabajos de laboratorio estudiando la aplicación de este gas en métodos por batch sobre tejidos e hilados de algodón y de sus mezclas con otras fibras celulósicas, proteicas y sintéticas. Presentamos aquí el sumario de algunas de esos ensayos de reciente data, el ozono fue usado para el blanqueo de artículos de tejido de punto aplicando en fase gaseosa a artículos húmedos con un contenido de humedad variando 10-100 % a diferentes temperaturas y diferentes pH. Pudo demostrarse que el máximo efecto de blanco se logra a temperatura ambiente (25-30°C) próximo a pH neutro. (7-9) Se realizaron también pruebas con hilados de algodón tratados con ozono para producir nano celulosa cristalina. (10) Alguno de estos estudios sugieren que en el caso de toallas es necesario un desencolado y descrude previo al blanqueo con ozono para lograr el máximo efecto de blanco. (11) Se investigó también la combinación del proceso de blanqueo tradicional con ozono y el uso de ultrasonido con ozono. (12,13) Se observa una disminución en la carga de los efluentes con el uso de ozono, con resultados iguales o superiores en comparación con el blanqueo con peróxido de hidrógeno. Alguna de las ventajas que los investigadores informan en favor del uso de ozono en el blanqueo de algodón comparando con peróxido son: acorta tiempo de proceso, mejora el índice de blanco y menor pérdida de peso. Sin embargo, la industria textil tiene un largo camino por recorrer para llevar este proceso a nivel comercial. Aquí algunos de los problemas que deben encarase para asegurar un paso adelante suave.

Métodos de aplicación de Ozono
Los investigadores no han llegado aún a un acuerdo si es preferible aplicarlo directamente en gas sobre el material textil o disolverlo previamente en agua y luego aplicarlo. El gas ozono es mas estable en forma gaseosa que cuando está disuelto en agua. (15) La aplicación de ozono a escala industrial en forma gaseosa va a resultar problemática en el área húmeda, ya que esta trabaja con productos químicos en fase acuosa y la maquinaria para estos procesos está diseñada para ese tratamiento. En fase acuosa la concentración del ozono disuelto aumenta cuando baja la temperatura y bajando el pH, resultando una mejora en la eficiencia del blanqueo. (16.17) Esto está demostrado en muchos ensayos. En este punto la aplicación de ozono en fase acuosa, no debería ser problemática.

Temperatura en la planta de producción y en el agua
En una planta de producción, las máquinas de blanqueo/tintura no están aisladas térmicamente. El calor se irradia a la atmósfera, lo que hace que, dentro de la planta, la temperatura de la atmósfera permanezca superior a lo normal. El agua de los efluentes se trata para ser reusada y se mezcla con el agua de los de los condensadores de vapor, resultando que el agua de ingreso es más caliente que la normal, ideal para un proceso convencional. Pero una temperatura de tratamiento superior a los 35° C es perjudicial para el blanqueo con ozono en fase acuosa, porque la vida media del ozono disminuye con el aumento de temperatura. (16,17) La temperatura del agua para blanqueo con ozono en batch, en fase acuosa debe ser de alrededor de 25° C para tener un proceso de energía eficiente. Cuando se usa peróxido de hidrógeno como agente de blanqueo es necesario el uso de estabilizadores y killers o removedores posteriores al blanqueo. (18). El blanqueo con ozono remplaza el uso de esos dos productos químicos. La estabilidad del ozono en agua depende de la temperatura y pH de la misma. El ozono residual que puede quedar sobre el textil al fin de la operación, puede eliminarse aumentando la temperatura antes de someterlo a proceso posterior.

Calidad de la mercadería blanqueada con ozono
La eficiencia de un blanqueo con ozono va depender del tipo y condiciones de la mercadería en crudo. Una ineficiencia en el proceso puede mejorarse con un blanqueo con peróxido de hidrógeno en la secuencia adecuada, como puede ocurrir en el caso de algodones inferiores, para lograr el efecto final deseado. La substancial reducción del uso de los productos químicos convencionales, puede justificar el blanqueo con ozono en combinación.

Escenario Industrial: Costos de Capital y Operativos
Un generador de ozono es una inversión de capital. Existen diferentes métodos probados para la solubilización de ozono en agua como difusores, difusores venturi y otros. La selección de un método apropiado para la disolución e introducción de agua con el ozono disuelto en el lugar o lugares correctos en la máquina o máquinas y la realimentación del ozono en la línea de las máquinas en proceso es muy crítico. El uso del ozono excedente del blanqueo en el efluente de tintura para remover el color justificará ampliamente la inversión de capital. Si el gas de alimentación es oxígeno, tenemos un costo de capital adicional. En este caso sería conveniente recurrir a un adecuadamente diseñado, “sistema de adsorción por oscilación de presión de vacío “para una alimentación continua de oxígeno, otra inversión de capital. El sistema ozono puede considerarse como un reequipamiento del actual sistema de máquinas con una variación en la línea de agua. Lo que muy seguramente puede acordarse con el proveedor de las máquinas de tintura de la planta. Muy interesante para plantas que hayan optado recientemente por ozono como decolorante de sus efluentes de tintorería, ensayar el ozono como agente de blanqueo en escala industrial en alguna de sus máquinas. Cuando se opta por el ozono como agente de blanqueo puede ser posible calcular con la eliminación del peróxido de hidrógeno y sus productos químicos auxiliares, pero no con todos los demás agentes químicos del proceso, como humectantes, lubricantes, anti quiebres, suavizantes etc. los que demandaran una consideración especial por el nuevo método adoptado.

Seguridad concerniente al Ozono
Existe preocupación con respecto a las fugas de ozono en la planta de proceso y los peligros subsiguientes. Debe mencionarse que el ozono es largamente utilizado y con seguridad en varias industrias, que incluyen pulpa, papel, farma. Un sistema propiamente diseñado con detectores de fugas y controles de seguridad, deben estar colocados en los lugares donde se está usando ozono. Dependiendo de la concentración de la fuga de ozono, se deben utilizar diferentes equipos de protección personal. Para trabajos de rutina con ozono, donde se desconoce la concentración de la fuga de ozono, se deben usar respiradores de escape. Si el personal está trabajando en un sistema de ozono con la posibilidad de una fuga de ozono, un respirador de cara completa es la mejor opción. Si ocurre una fuga y el personal tiene que ingresar al sitio para abordar la fuga, se pueden usar varios tipos de equipo de protección personal que incluyen respiradores de media cara (con cartuchos para vapores orgánicos con anteojos), respiradores de cara completa (con cartucho de vapor), respiradores con suministro de aire y aparatos de respiración autónomos. La selección de estos dependerá de la concentración de la fuga de ozono. (19,21) Una obligación debe ser contar con empleados entrenados en seguridad de ozono y mantenimiento de máquinas y equipos en uso. La formación de los empleados sobre la seguridad del ozono y la resolución de problemas del equipo también es imprescindible. El material utilizado en la construcción de las máquinas de proceso existente y la línea de circulación asociada debe ser resistente a los productos químicos, para usar el mismo para blanquear con ozono. Es importante reunir a los académicos, los fabricantes de generadores de ozono y los fabricantes de máquinas de proceso en la misma plataforma. Esto ayudará a optimizar el proceso a escala industrial, comercializarlo y lograr los beneficios.

Conclusiones
Blanqueo con ozono únicamente o blanqueo con ozono en combinación con el convencional blanqueo con peróxido de hidrógeno puede conducir a la disminución del uso de productos químicos, bajar la carga de los efluentes e incrementar la eficiencia energética en procesos de la industria textil. Muchos expertos químicos en ozono, fabricantes de generadores de ozono de alta calidad, están sirviendo en varias industrias. La llave para el éxito de este nuevo proceso es la integración de conocimientos y extrapolación a la industria textil de procesos bien establecidos en otras industrias.

References
  1. Anon, Nature Climate Change 2008, 8 (1),
  2. Zeronian, S. H.; Inglesby, M. K. Cellulose 1995, 2, 265-272.
  3. Changhai, X.; Hinks, D.; Ahmed, E. S.; Hauser, P.; Li, M.; Ankeny, M.; Lee, K. Journal of Fiber Bioengineering  & Informatics 2011, 4 209-219.
  4. Wei, C.; Zhang, F.; Yun, H.; Feng, C.; Wu, H. Reviews in Chemical Engineering 2017, 33 (1), 49-89.
  5. Hamida, S. B.; Neji, L. Ozone Science & Engineering 2016, 38 (3), 175-180. https://doLorg/10.1080/01919512.2015.1113380
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  7. Prabhakaran, M.; Ramesh, C. N.; Kumar, S. N.; Rao, J. V. Journal of the Society of Dyers and Colourists 2000, 116 (3), 83-86.
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  9. Perincek, S. D.; Duran, K.; Korlu, A. E.; Bahtiyari, I. M. Ozone Science & Engineering 2007, 29 (5), 325-333.
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  12. Korlu, A. E. Use of Ozone in the Textile Industry, 2018. https://doLorg/10.5772/intechopen.81774
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  18. Athalye, A. https://www.fibre2fashion.com/industry-article/7349/bleach-clean-up (accessed June 2020).
  19. https://www.osha.gov/laws-regs/standardinterpretations/ 1994-09-29-0 (accessed August 2020).
  20. https://www.cdc.goviniosh/npg/npgd0476.html (accessed August 2020).
  21. Anon, Ozone Safe Work Practices; Workers’ Compensation Board of British Columbia: Canada, 2006; pp 18-21.
Author
Roshan S. Pai, Consultancy Division, Elxion Private Limited, No. 24, 23rd A Main, JP Nagar 2nd Phase, Bangalore 560078, India; roshan.pai@elxion.in. Originalmente publicada en AATCC Review Nov. Dic. 2020. Título del original: Ozono in Textile Bleaching: Roadblocks and Path Forward. Publicado con autorización de AATCC/Review. www.aatcc.org Copyrighy holder.

 

 

Traducción SER
Editado en la Revista Galaxia Nº 245, Página 16 https://aaqct.org.ar/revista-galaxia/

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