REPAMAR
Auspiciado por GTZ

IMPACTO AMBIENTAL DE PRODUCTOS QUÍMICOS
AUXILIARES USADOS EN LA INDUSTRIA TEXTIL
ARGENTINA

ANEXO III. ENSIMAJES Y ENCOLANTES

Indice

1. Introducción: Ensimajes y encolantes
2. Características físico químicas. Formulación de una cola. Desencolado
3. Detección en el efluente
4. Tratmiento de efluentes de encolado
5. Algunos conceptos sobre toxicodad
6. Características ecológicas
7. Legislación
8. Conclusiones
9. Recomendaciones
10. Bibliografía

1. Introducción: ensimajes y encolantes

1. 1 Ensimajes

Los ensimajes son auxiliares textiles que comenzaron a utilizarse en procesos mecánicos de la hilatura de las fibras naturales y son imprescindibles para conferir a las misma la lubricación y humedad necesarias a efectos de lograr plasticidad y otras condiciones de aptitud para el trabajo. Por ejemplo, es sabido que el proceso de lavado de la lana elimina las sustancias de protección de las fibras, (la lanolina) . Los ensimajes cumplen la función básica de evitar las roturas y pérdidas durante la hilatura y procesos posteriores (peinado, preparación, etc.)

Los primeros ensimajes utilizados estaban basados en mezclas de aceites minerales y emulsionantes.

Estos emulsionantes comenzaron siendo aceites animales, vegetales y minerales sulfonados, pero luego se reemplazaron por noiónicos oxietilenados. A veces, por efecto competitivo, se mezclaban aceites minerales con gas oil o se utilizaba gas oíl solamente.

La introducción masiva de las fibras sintéticas en el mercado hizo necesario el uso de ensimajes antiestáticos en su fabricación y ensimajes especiales en los procesos de hilatura de mezcla de fibras, a los efectos de contrarrestar el fenómeno de la electricidad estática, causante de defectos de irregularidad en los hilados, formación de pelusa, pérdidas, roturas, etc. Estos productos, por necesidades de calidad, debieron estar exentos de aceites libres y han sido preferiblemente alcoholes grasos oxietilenados, ácidos grasos oxietilenados, formulaciones mezclas, etc.

La hilatura de mezcla de lana y pelos animales,(conejo, liebre, etc.), requiere el uso de ensimajes especiales basados en mezclas de oleínas o ácido oleico y emulsionantes, así como también aceites sintéticos de alto poder antiestático. La tendencia moderna en mezclas de fibras naturales y sintéticas es también hacia ensimajes sintéticos especiales.

Las fibras ya hiladas contendrán estos ensimajes y necesitarán ser lavados para su posterior procesamiento húmedo. Las aguas de lavado, tratadas o no, irán entonces a los efluentes, contaminándolos con los productos que contengan.

Si tenemos en cuenta todo lo relatado, la primer materia activa de alto riesgo, en función de su biodegradabilidad negativa y contaminación de efluentes, fue y sigue siendo el aceite mineral, aun el purificado al grado de vaselinas líquidas. Sin embargo, hoy en día, se siguen usando productos basados en mezcla de aceites minerales y emulsionantes noiónicos oxietilenado o sus mezclas,que producen por una biodegradabilidad parcial, compuesto no permitidos (fenoxi-ácidos).

Como ejemplo positivo puede decirse que en Italia, país de industria textil altamente evolucionada, se utilizan productos basados en aceites de oliva puro o modificado, de total biodegradabilidad. Los productos basados en aceite mineral, pueden conducir a descomposiciones producidas por asociaciones bacterianas - levaduras (pseudomonas-sulfatasas) y por ello contienen generalmente bactericidas de alta toxicidad.

1 .2 Encolantes 

Desde la más lejana antiguedad el hombre ha hilado y tejido su vestimenta a partir de materiales naturales , generalmene fibras animales y vegetales. Estas fibras tienen longitud entre 1,5 a 20 centímetros aproximadamente. Dada estas longitudes siempre hizo falta paralelizar y retorcer el manojo de fibras para que el hilado tuviera la resistencia necesaria para ser tejido , ya sea a mano o con telares rudimentarios.

Con el avance de la tecnología y el uso de telares mecánicos se necesitó pegar las fibras entre sí , para evitar su deslizamiento y rotura. Para este fin se comenzaron a usar féculas cocinadas con lo que se desarrolla un engrudo con propiedades adhesivas. Las féculas usadas fueron las que estaban disponibles en la zona y que , generalmente, eran la base de la alimentación: maíz, papas , arroz , trigo.

El inconveniente que presentaban era la variación de la viscosidad con el descenso de la temperatura y tiempo de cocción , por lo que se producían diferencias en la carga de cola sobre el hilado , con las consiguientes variaciones de resistencia , aspereza y elasticidad.

El desarrollo de los procesos químicos llevó a modificar las féculas por oxidación,eterificación o esterificación , con lo que se minimizaron dichos inconvenientes.

El enorme desarrollo de la química de los polímeros durante la primera mitad de este siglo llevó a la aparición de adhesivos sintéticos que , usados en mucha menor proporción , demuestran altas eficiencia en los telares. El precio unitario de estos productos sintéticos es más alto que el de las féculas , pero en el cálculo de costos deben considerarse los factores de eficiencia , costo de lavado y recuperación , ya sea del agua o de los mismos productos.

En la actualidad , se consumen mezclas de féculas modificadas con productos sintéticos , alcanzándose las condiciones necesarias para el correcto funcionamiento de los telares modernos.

La proporción utilizada es de aproximadamente, 80 % de féculas y 20 % de productos sintéticos.

Se puede definir como producto encolante para la urdimbre textil aquel capaz de adherirse a las fibras formando una película que sea a la vez resistente a la tracción, flexible y elástica, con cierta resistencia a la abrasión, estable al almacenaje y que permita ser eliminado fácilmente cuando se considere oportuno.

Las propiedades deseables de los encolante son las siguientes:

Las propiedades deseables de la película de encolante son las siguientes:

Raramente una cola contiene todas las propiedades necesarias para inducir un buen comportamiento de los hilos en los telares. Los aditivos se requieren generalmente para modificar la base, aumentando o disminuyendo una o más propiedades deseables

Como todas estas propiedades se requieren para fibras (cortadas o filamentos) tan variadas como las celulósicas, las proteínicas y las sintéticas, es difícil encontrar un producto único que sea de amplio espectro y de buena respuesta en todos los casos.

Por esta razón es que existen en el mercado una gran variedad de productos, cada uno con cierta especialización para determinadas fibras, acompañados de los diferentes aditivos que mejoran alguna de las propiedades antes enunciadas.

Algunos autores citan además como cualidad básica el precio asequible de los mismos. La selección de un producto auxiliar de estas características debe ir más allá: se deben ponderar el comportamiento en los telares, el número de roturas que se obtienen en forma relativa entre productos de diferente costo, la calidad que ello implica en el producto , la variación de su rendimiento relativo en relación al costo en mano de obra necesario para darle solución a estos problemas, a la simplicidad de uso y a los costos de eliminación.

En particular, se ha citado como propiedad del encolante la resistencia y la elasticidad de la lámina adherida a la fibra textil. En los hilados, la resistencia a la tracción se obtiene por el roce que se produce entre las fibras gracias al efecto de la torsión. Con la presencia de la cola, la resistencia se aumenta por el efecto de pegado de las fibras entre sí. Esta lámina de cola deberá pues adherirse bien a las fibras por un lado y, por otro, necesita ser elástica en un valor similar a como lo era el hilo antes de ser encolado.

Podemos resumir todos estos conceptos señalando que un producto encolante debe adherirse a las fibras, debe ser usado con mesura para no dañar gravemente la elasticidad y su película debe ser tanto más resistente al roce cuanto mayor sea la velocidad del telar y mayor el roce con el peine o con el portatramas y debe ser de simple eliminación.

2. Características físico químicas, formulación de una cola. Desencolado

A continuación se citan los productos más conocidos en el mercado agrupados por su origen químico, del cual dependerán sus propiedades.

2.1 Colas Naturales

2.1.1 Colas de fécula o de almidón naturales

Su origen está en los vegetales que lo sintetizan mediante el dióxido de carbono de la atmósfera y el agua, actuando la clorofila como catalizador. Se halla pues almacenado en los granos de los cereales o en los tubérculos.

En EE.UU. se ha empleado muchísimo el almidón procedente del maiz, en Asia el procedente del arroz y en Europa con mayor incidencia el procedente de la papa.

Los granos de almidón contienen amilosa y amilopectina. El primero es un isómero de la celulosa que presenta una tendencia al amarilleo y es biodegradable, mientras que el segundo es reticulado, más estable y de más difícil eliminación.

Para su preparación se necesita un agente desintegrador (persulfato de sodio o de amonio) durante la cocción en el autoclave. Con ello los granos se hinchan y se dispersan formando una solución coloidal llamada cola o goma, que es de gran viscosidad a temperatura ambiente. Para una misma concentración en el baño, la viscosidad decrece enormemente con el aumento de la temperatura. Esta es la explicación de la necesidad de emplearla en caliente, y las pasteras de encolado trabajan con estas colas por encima de 80°C. Dicha temperatura debe mantenerse lo más uniforme posible para no variar la penetración en el hilo y la carga sobre el hilado.

Su precio es relativamente económico y su propiedad más notable es su gran adhesividad a las fibras tipo algodón. En cambio, su elasticidad es débil y, debido a que su superficie es áspera, debe usarse conjuntamente con un suavizante de superficie.

2.1.2 Colas de almidón o fécula modificadas

Para corregir los problemas de los productos naturales, sobre todo para poder mantener la viscosidad en el tiempo, los laboratorios de productos encolantes ofrecen colas naturales modificadas. Dichas modificaciónes pueden ser:

Separar la amilosa de la amilopectina y mezclarlas de nuevo en proporciones distintas a la del almidón natural. Se aumenta el porcentaje de amilopectina, con lo cual se consigue una mayor estabilidad de las soluciones . Asi, una cola preparada pueda ser usada al día siguiente sin pérdida apreciable de su valor de refractómetro.

Tambien se modifican por oxidación degradativa que produce productos con viscosidad más baja y más controlable.

Otros tipos de modificación muy conocidos son la substitución en forma de éter o en forma de éster. Ligeramente más caros, son muy superiores en solubilidad, de menor viscosidad y con formación de película más resistente.

Los ésteres orgánicos de almidón, tales como el acetato, son los de mayor interés para la industria textil. Se producen por acetilación del almidón y sus características de viscosidad dependen de las condiciones de la reacción. Forman películas resistentes y flexibles

Mediante la sustitución de los grupos hidroxietilo por los grupos hidrógeno o hidroxilo en la molécula de almidón, se producen éteres que facilitan la humectación.Cuando se aplican a sustratos sintéticos, los éteres de almidón se adhieren mejor que el almidon natural. Estos éteres pueden ser usados solos o en combinación con otros formadores de películas, como acrilatos o alcohol polivinílico para el encolado de sintéticos o sus mezclas. Ejemplos : carboximetil almidón , hidroxietil almidón.

También en estos casos , para que la película no se rompa sobre el hilo, se agregan aditivos tales como suavizante de superficie, plastificantes y antiestáticos.

2.1.3 Colas de celulosa (CMC)

Son moléculas afines a la celulosa pero dotadas de una mayor facilidad para su eliminación cuando así se desee. Se obtienen a partir de la pasta de madera, con tratamiento alcalino (formación de la álcali-celulosa), y posterior reacción con cloruro de monocloroacético, obteniéndose la carboximetilcelulosa. De todas ellas la más conocida es la carboximetilcelulosa de sodio (CMC). Los productos agrupados bajo estas siglas presentan muchas ventajas respecto a las otras colas naturales que se pueden resumir en que poseen una excelente capacidad formadora de película, gran adherencia con las fibras, la película es elástica sin la necesidad de productos grasos adicionales, puede tejerse con menor humedad ambiental, se conservan sin perder viscosidad y contaminan en menor proporción, dado que se utiliza una menor cantidad. Por otra parte, son de eliminación más sencilla.

 

2.1.4. Derivados de la galactomanana ( GAL )

La goma de algarroba y de guar son químicamente muy similares, ambas basadas en azúcares sencillos como la galactosa y la manosa y están estructuralmente relacionadan a los almidones. Las unidades de manosa (M) forman la espina dorsal de la cadena polimérica y las de galactosa (G) componen las cadenas laterales.

La típica longitud de cadena es n=375 para goma de algarroba y n=440 para goma de guar.

Se requiere de agua tibia para completar la dispersión completa del primero, pero el último se dispersa rápidamente en agua fría. A igual que con los almidones, también pueden obtenerse las gomas modificadas. En particular, la eterificación mejora la dispersabilidad en agua fría.

El uso de estos encolantes está principalmente indicado para estampación textil (no con colorantes reactivos). Son productos que espesan en frío y confieren viscosidad. No se utilizan solos, sino como parte de una formulación.

2.2 Colas Sinteticas

2.2.1 Cola de alcohol polivinílico (PVA )

El alcohol de polivinilo se obtiene saponificando el acetato de polivinilo. Esta saponificación puede ser parcial y, en este caso, el polialcohol presenta grupos acetílicos y los totalmente saponificados muy pobres en dichos grupos. Sus disoluciones son de reacción prácticamente neutra, no presentan tendencia a la fermentación ni al enmohecimiento. En el mercado existen productos PVA de alta, media y baja viscosidad. Los de alta viscosidad sólo se recomiendan en el caso de trabajar con soluciones muy diluidas, como es el caso de los multifilamentos o en hilados en que la máquina de encolar trabaja a baja presión de exprimido.

Las modernas máquinas que permiten valores de exprimido cercanos a 80 ó 90% deben utilizar PVA de menor viscosidad pues deben usarse en soluciones más concentradas. La viscosidad alta dificulta la penetración en el hilo.

Las ventajas que indican los productores de PVA son las siguientes: gran fuerza de adherencia, la pelicula que forma es lisa y flexible, no le afecta la temperatura de impregnación, puede mezclarse con los otros productos de encolado y contamina en menor cantidad que los derivados de fécula. Por otra parte, estos encolantes son de eliminación más compleja, especialmente si están termofijados.

2.2.2 Cola de ácido poliacrílico ( PAC )

Las colas de ácido poliacrílico se obtienen por polimerización del ácido acrilico. Esta se lleva a cabo con adición de persulfato sódico y bisulfito sódico. Se necesitan productos que controlen la longitud de la cadena polimerizada.

Se usa principalmente para el encolado de la fibra poliamida con la que presenta muy buena adherencia. Sin embargo, si el ácido poliacrilico no está ligeramente modificado, es muy sensible a la humedad ambiental y, sobre todo, a los cambios en dicha humedad. En el caso de tejerse en una sala con humedad excesiva, deja un residuo pastoso que dificulta el proceso. Este hecho impide su uso en las máquinas de tejer por chorro de agua.

En el caso de cumplirse las condiciones de humedad ambiental relativamente baja, su aplicación es muy simple, a cualquier temperatura forma peliculas muy resistentes y elásticas y, además, es de fácil desengomado. Su uso industrial es muy específico.

2.2.3 Colas de copolimeros acrílicos o poliacrilatos (PAC)

Estos polímeros se forman combinando las propiedades formadoras de pelicula y grado de adhesividad de algunos productos vinilicos con grupos solubilizantes.

Los monómeros utilizados pueden ser: ácido acrílico,ácido metacrílico, acrilato de metilo, de etilo y de butilo, acrilonitrilo, polimerizándolos en condiciones establecidas. Las propiedades que con ello se obtienen pueden resumirse en gran fuerza adhesiva con las fibras sintéticas, pelicula resistente y a la vez elástica, solubilidad aun en agua fría, baja viscosidad de los baños de encolado, elevado poder de penetración y saturación, poca sensibilidad a los cambios de humedad ambiente. Posteriormente presentan gran facilidad para el desengomado.

2.2.4 Colas de poliéster soluble (PE S)

Son polímeros solubles en función de la temperatura. Se fabrican de manera que a 80°C se diluyan relativamente bien, aunque necesiten del apoyo de un agitador tipo turbina y, en cambio, sólo son solubles muy lentamente a temperatura ambiente.

Se producen por condensación de glicol o poliglicol con ácidos alifáticos o aromáticos , que contienen grupos altamente hidrófilos.

Las propiedades de las mismas son: una gran adherencia, una gran flexibilidad y una gran resistencia. Su aplicación principal se halla en los multifilamentos de poliéster.

2.3 Mezclas Comerciales.

En la actualidad hay una tendencia por parte de los suministradores de productos quimicos, a ofrecer preparados listos para ser usados como encolantes, ya sea para fibras únicas o para mezcla de fibras.

En general, dichas mezclas se componen de una base de encolante sintético mezclado con un encolante natural o con otros sintéticos, o bien es una mezcla de productos naturales. Como ejemplos, podemos citar: PVA y una fécula modificada, ácido poliacrilico y PAC, mezclas de polisacáridos, etc., todos ellos con la presencia de otros aditivos, ya sean antiespumantes, humectantes, etc.

2.4 Aditivos

Debido al gran número de propiedades que se desea que tenga el baño de cola y ante la imposibilidad de que un producto puro las presente de manera natural, se comercializan en el mercado una serie de productos para adicionar a la fórmula de cola, o para utilizarlos posteriormente a la operación de secado.

Los utilizados en la fórmula de la cola son principalmente cuatro: agentes humectantes, antiestáticos, higroscópicos y conservantes o biocidas.

Humectantes:

Ayudan a la penetración de la cola en los espacios entre fibras de los hilos. Son necesarios en hilos muy retorcidos o en máquinas de gran velocidad.

Antiespumantes:

Son productos que adicionados en pequeña proporción a una formulación de cola evitan la formación de burbujas de aire en la mezcla que se da cuanto mayor sea la velocidad de encolado y la presión de escurrido.

Higroscópicos:

Se utilizan en aquellas formulaciones destinadas a urdimbres que deben ser tejidas en ambientes más secos de los recomendados. Los más utilizados: glicerina, sorbitol.

Conservantes, biocidas:

Se adicionan para que no se produzcan degradaciones del encolante sobre el tejido, especialmente en material que debe permanecer almacenados por períodos prolongados, antes del desencolado. Los más utilizados son: formol. acetato de fenil mercurio, clorofenoles, paracloro metafenol (PCMC ), pentafenato de sodio.

Salvo en el caso de las sales mercuriales, una baja concentración de estos productos no inciden en el tratamiento posterior, pero sí en la actividad enzimática del desengomado.

2.5 Formulacion general de una cola

Para realizar la formulación general de una cola pueden seguirse los principios siguientes:

Vistos estos principios genéricos se citan en la siguiente tabla los productos utilizados en relación al tipo de sustratos :

Fibras cortadas

 

CEL

PES/

CEL

PES

LANA

LANA/

SINT

PVA

+

+

+

+

+

PAC

+1

+1

+1

+2

+2

PES

+3

+3

+3

-

-

CMC

+5

+4

+4

+4

+4

AMIDONES COMUNES

+6

+6

+6

-

-

ALMIDONES MODIFICADOS

+6

+6

+6

-

-

 

+ Apropiado

- No recomendable

1 en combinación con PVA,CMC,Almidones
2 En combinación con PVA
3 Combinable con almidones
4 Combinable con PVA
5 Combinable con Almidones
6 Cominable con todo tipo de productos conocidos

Filamentos Continuos

 

PES

ACETATO

VISCOSA

POLIAMIDA

PAC

+

+

+

+

PES

+

+

+

-

PVA

+

+

+

-

 

+ Apropiado

- No recomendable

Productos de producción nacional:
PAC - CMC - Almidones 

Productos importados:
PVA - PES

2.6 Desencolado

Entendemos por desencolado el proceso mediante el cual se transforma la película de encolante que se aplicó sobre la fibra y su posterior eliminación.

Dicha transformación puede ser el hinchamiento, disolución y dilución posterior o la degradación de los componentes de la película.

Por lo dicho anteriormente, desde el punto de vista del desencolado, podemos clasificar los encolantes como: productos solubles o insolubles.

2.6.1.- Encolantes solubles.

Dentro de ésta clasificación incluimos los siguientes:

PVA.-Alcohol polivinílico : se recomienda su eliminación en medio neutro, se

deberán evitar los tratamientos fuertemente alcalinos como paso inicial, puesto que el PVA precipita en ese medio. Una forma de evitar esa precipitación es agregar al medio alcalino, persulfato de sodio o potasio, que degrada oxidativamente al PVA, realizando ese proceso preferiblemente en frío.

PAC.-Poliacrilatos: son productos solubles que se eliminan con relativa facilidad en medio alcalino.

PES.-Resinas de Poliester: en éste caso se deberá tener cuidado de mantenerse en medio neutro o levemente alcalino durante la eliminación del encolante. Un medio fuertemente alcalino dificulta su eliminación. También se hace más dificultosa la eliminación arriba de 70*C de temperatura.

CMC.-Carboximetilcelulosa : En éste caso podemos entrar en procesos ya sea en medio neutro o alcalino.

Por lo general se debe tener en cuenta que si bien el lavado que sigue al proceso de hinchado de la película siempre es importante, lo es más cuando los encolantes solubles tienden a dar soluciones altamente viscosas, pues debemos hinchar y eliminar en forma sucesiva y repetida. En éstos casos la química del proceso se ve reemplazada por la mecánica de la eficiencia de la máquina.

2.6.2.-Encolantes Insolubles

Pertenecen a ésta clasificación la mayoría de los almidones naturales y modificados,.

En estos casos los caminos que se utilizan son dos:

a.-Degradación Enzimática.
b.-Degradación Oxidativa.

a.-Degradación enzimática: Este proceso se realiza en medio cercano al neutro, en cada caso el proveedor de la enzima indicará el pH, la temperatura y el agregado o no de electrolitos, que hará óptimo el proceso.

b.-Degradación oxidativa: este proceso se realiza con persulfato de sodio o potasio o sus productos derivados y estabilizados, estos últimos para evitar el ataque de la fibra celulósica, puesto que la base química , tanto de los almidones como de la celulosa es la misma: la glucosa.

Puede ocurrir que un almidón de difícil eliminación requiera de una combinación de procesos, para lograr una mercadería compatible con los siguientes procesos de tintura o estampación.

PROCESOS DE DESENCOLADO

 

2.6.3- Carga de las aguas residuales de una tintorería, desglosada por grupos de productos

Grupo de producto

Desencolado
Preparación del hilo
Humectantes y detergentes
Colorantes y blanqueadores
Auxiliares de tintura
Reductores
Acidos orgánicos
Aprestos

% de la DBO

  57
5
  18
1
7
3
7
1

3. Detección e los efluentes

Los encolantes aportan a los efluentes carga contaminante de naturaleza orgánica, la cual se expresa en la legislación de control respectiva como Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Demanda Bioquímica de Oxígeno(DBO a 5 días-20°C). Cuanto mas degradable es un produco por la acción bacteriana aeróbica, mayor será la relación DBO/DQO encontrada.

3.1 Definiciones:

DQO ( Demanda Química de Oxígeno ) :Es la cantidad de Oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica de un efleunte por acción de un agente oxidante , dicromato de potasio, en las condiciones definidas por la norma en aplicación.

DBO ( Demanda Bioquímica de Oxígeno ) : Es la cantidad de oxígeno requerida para descomponer la materia orgánica de un efluente por acción bacteriana aeróbica, en un período de 5 días a 20 C, en las condiciones definidas por la norma en aplicación. Mide el consumo de oxígeno que consumen las bacterias para su desarrollo, usando como sustrato la materia orgánica contenida en el efluente.

Ejemplos:

 

DQO
mg O2/ g producto

DBO
mg O2/g producto

DBO/DQO

Almidón (maíz)

910 a 1.000

370 a 430

0.407 a 0.43

Almidón hidroxipropilado

1.060

400

0.377

Galactomanana

1000 a 1100

200 a 300

0.20 a 0.30

PVA

1.550 a 1.600

8 a 10

0.005 a 0.008

CMC

800 a 1.060

30 a 77

0.038 a 0.0 72

PAC

1.300 a 1.400

40 a 44

0.029 a 0.034

3.2. Definición general de Biodegradabilidad

La biodegradación es la ruptura molecular de un sustrato orgánico, resultante de la acción enzimática de microorganismos vivos que usan este sustrato como alimento.

La biodegradación primaria implica un grado de biodegradación del sustrato suficiente como para que desaparezcan las propiedades caracteristicas de la molécula original.

La biodegradabilidad avanzada se alcanza cuando la molécula del sustrato se divide en segmentos más pequeños.

La biodegradación total o última es la que se produce a través de una secuencia de ataques enzimáticos para reducir el sustrato a la estructura más simple posible. En los sistemas aeróbicos, se generan C02, H20 y las sales minerales de otros elementos presentes. En los sistemas anaeróbicos, en los que el ataque microbiano ocurre en ausencia de oxígeno disuelto, se genera también metano junto a los productos antes mencionados.

3.3. Normas de evaluación.

**Métodos internacionales

La Organización para la Cooperación Económica y Desarrollo (OECD) de la CEE ha propuesto diferentes ensayos para evaluar la biodegradabilidad última de un compuesto orgánico soluble en agua.

Estos métodos de laboratorio se diferencian tanto por la metodología del ensayo como por la posibilidad de transferencia de los resultados obtenidos a las condiciones reales existentes en los cursos naturales de agua y en las instalaciones de plantas depuradoras de efluentes.

Método OECD 301 D (Closed Bottle test):

Consiste en inocular una solución acuosa mineral de la sustancia en ensayo con un número relativamente pequeño de microorganismos (cultivo mixto de bacterias) en frascos que se cierran herméticamente, los cuales se incuban a una temperatura de 20 ºC durante 29 días.

La cantidad de oxígeno consumido por las bacterias en su metabolismo, utilizando como única fuente de carbono el de la sustancia en ensayo, expresado como porcentaje de la Demanda Total de Oxígeno (si se conoce su fórmula) o de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) , da el porcentaje o grado de "Biodegradabilida fácil". Un valor igual o superior al 60% califica a la sustancia como "fácilmente biodegradable", pudiendo admitirse, en tal caso, que se degradará en forma rápida y completa en el medio ambiente.

Método OECD 303 ("Coupled Units Test"):

Se utiliza un modelo en escala laboratorio de una planta de tratamiento biológico de barros activados, en régimen continuo de alimentación. Se emplea como referencia un agua residual sintética, siendo relativamente elevada la concentración de biomasa actuante.

En el agua residual sintética se introduce la sustancia objeto del ensayo, fijándose el tiempo de permanencia medio en el sistema entre 3 y 6 horas, en correspondencia con el que existe en las plantas depuradoras de líquidos cloacales de tipo convencional. En el ensayo, se utilizan dos instalaciones paralelas, de las cuales una se prepara con agua residual sintética y la otra con agua residual adicionada de las sustancia objeto del ensayo.

La degradación se mide utilizando como parámetro el Carbono Orgánico Disuelto. Este ensayo es muy laborioso pero permite hacer conclusiones más precisas acerca de la influencia de la sustancia estudiada en las instalaciones reales de depuración.

Método de Zahn-Wellens.

El método se basa en poner en contacto el producto en ensayo, diluído en un medio acuoso con nutrientes, con barro activado , en un recipiente de vidrio provisto de un agitador y un aireador durante 28 días a 22 ºC. El barro activado se obtiene de una planta de depuración de líquidos cloacales y se utiliza en una concentración relativamente alta (200-1000 mg/l) .

La degradación del producto se mide en términos de Carbono Orgánico Disuelto o de DQO , referida a la concentracíón de tales parámetros al comienzo del ensayo. Si la remoción neta al cabo de 28 días alcanza o supera el 70% ,el producto será considerado biodegradable.

Esta método incluye la eliminación del producto por acción metabólica microbiana sino tambien por la adsorción de aquel por el barro activado.

**Métodos Nacionales

* Biodegradabilidad Total: Norma IRAM 25610/94

Esta Norma se utiliza para cualquier tipo de tensioactivo y, por extensión, a cualquier sustancia soluble en agua.

Se fundamenta en la simulación, en escala laboratorio, de los fenómenos de degradación biológica aeróbica que ocurririan en un sistema de barros activados discontinuo, cuyo sustrato fuera, exclusivamente, el producto en estudio.

En este ensayo, la sustancia a ensayar, en solución acuosa de bionutrientes minerales, es sometida como única fuente de Carbono a la acción metabólica de un cultivo mixto de microorganismos proveniente de la cámara de barros activados de una planta depuradora de líquido cloacal, previamente aclimatado a las características de dicha sustancia.

Si la remoción neta de DBO en las condiciones de ensayo es igual o superior al 70%, al cabo de 28 días de contacto entre una solución acuosa de bionutrientes y el producto a ensayar, con una masa microbiana aclimatada, el producto en cuestión será considerado biodegradable.

Biodegradabilidad de Encolantes

Sustancia

Closed Bottle
Test
Degradación
%

Coupled Units
Test
Degradación
%

Zahn-Wellens
Test
Degradación
%

Almidón Hidroxipro
pilado

95

100

100

Almidón Fosfato

85

100

100

GAL

25

50

80

CMC

25

23-+3

40

PAC

10
0

-0-39

10 a 80
98

 

4. Tratamiento de efluentes de encolado

Los efluentes que contienen los productos del encolado textil pueden ser tratados de varias formas.

4 - 1. Tratamiento físico químico :

Consiste en la coagulación - floculación y separación de los productos usados en el engomado que se encuentran en estado de coloide, dispersión y/o suspensión , por el agregado de sustancias tales como cloruro de hierro (Cl3 Fe ) , sulfato de aluminio (SO4)3Al2, sulfato ferroso (SO4Fe), óxido de calcio (OCa), polielectrolitos aniónicos o catiónicos.

En la tabla siguiente se indica la disminución de los principales productos de engomado, después de un tratamiento de coagulación - floculación .

PRODUCTO
`
Fécula natural
Fécula modificada
CMC
PVA
PAC
DISMINUCION DEL PRODUCTO EN %
(aproximadas)
20
10
74
1
84

En resumen , las féculas y el PVA se eliminan muy poco mientras que la CMC y los PAC se eliminan bien.

Cuando se trabaja con mezclas de féculas y sintéticos , un proceso de precipitación disminuye la DQO al eliminar productos sintéticos pero no cambia sustancialmente la DBO, que se debe fundamentalmente a las féculas.

Hasta el momento, no se conocen métodos realizados en la práctica que permitan el precipitado cuantitativo de los encolantes que no se degradan fácilmentes. 

4 -2. Tratamientos biológicos.

Los productos adecuados para encolar que puedan ser tratados con procedimientos biológicos, despues de su eliminación del material textil , deben reunir las siguientes condiciones :

El tratamiento biológico de efluentes consiste en imitar y acelerar el proceso natural que se realiza en los cursos de agua por la acción de microrganismos en condiciones de temperatura, pH y tiempo adecuados, por el cual las materias orgánicas solubilizadas o suspendidas en el medio acuoso son degradadas a fracciones químicas compatibles con la vida natural de las aguas.

De los datos que se mencionan en el punto 2.6.3 se deduce la importancia de la carga aportada por los encolantes por lo que es necesario un tratamiento biológico para eliminarla.

El efluente se filtra a través de rejas y tamices, eventualmente se le aplica un tratamiento físico-químico para precipitar parte de la carga y luego se lo somete a sucesivas aereaciones y decantaciones, que permiten la degradación aeróbica hasta los valores adecuados para su volcado a un curso de agua o desague .

Si se consideran los valores de DBO y biodegradabilidad mencionados en los puntos 3.1 y 3.2. y los resultados en las plantas de tratamiento, se deduce lo siguiente : 

Rendimiento de la depuración biológica

Encolante
DBO

DBO mg/l

OECD 301 %

OECD 303 %

Zahn W %

En planta
de tratamiento

Almidones

370-430

85-95

100

100

degradable

Gal *

200-300

25

50

80

parcial

CMC *

30-77

25

23

40

parcial

PVA **

8-10

10

-

10-80

parcial

PAC ***

40-44

0

39

98

parcial

* La CMC y los derivados de la galactomanana se degradan completamente en tiempos más largos que los de los tratamientos en lagunas, con lo que se asegura su eliminación.

** El PVA muestra valores de biodegradabilidad bajos en los ensayos de laboratorio , pero se ha determinado que si se preadaptan los microrganismos a la presencia de PVA, la degradación biológica es muy alta.

*** Los PAC comunes no se degradan biológicamente pero se adsorben en los barros activados con lo que se eliminan parcialmente del efluente tratado. Existen nuevos poliacrilatos modificados con índices de degradación altos.

4 -3. Recuperación y reuso de aguas : lavado intensivo y ultrafiltración. 

Se han desarrollado varios métodos para recuperar los encolantes desde los baños de lavado posteriores a la tejeduría o sea en el primer proceso húmedo del acabado. 

Un encolante podrá ser recuperado si cumple con las siguientes condiciones : 

La experiencia tanto de laboratorio como de la industria, indican que la CMC , los PAC , el PVA y sus mezclas , cumplen estas condiciones .

4 - 3-1. Lavado intensivo.

El proceso consiste en someter al material textil a un lavado con agua caliente con el menor volumen posible ; si el encolante tiene buena solubilidad en agua hasta el 50% del producto se disuelve en estas condiciones . Este volumen de agua se recicla al nuevo baño de encolado y se lo refuerza teniendo en cuenta la concentración de encolante que contiene.

Se puede aplicar esta recuperación a encolantes sintéticos y a sus mezclas.

4 - 3-2. Ultrafiltración.

La ultrafiltración es un proceso simple , aunque requiere inversiones altas que se pueden amortizar cuando se trate de industrias verticales que controlan el proceso de encolado

Las membranas de ultrafiltración retienen moléculas de masa superior a 10.000 a 100.000 g/mol segun el tipo de membrana utilizado Se trabaja con presiones de 2 a 6 bar.

Se trata de la separación física de moléculas de encolante del agua de lavado del material textil. El lavado se realiza sólo con agua caliente en una lavadora convencional, el líquido se filtra y se envía a un tanque compensador. Se alimenta la instalación de ultrafiltración por medio de bombas. Al llenarse las membranas, el agua las atraviesa mientras que las moléculas de encolado son retenidas. El agua se puede usar para el lavado de desencolado y volverá a ser ultrafiltrada. La concentración del encolante, ya concentrado , se monitorea con un refractómetro de paso. La solución concentrada se envía a tanques y se reutiliza en un nuevo engomado, reforzándolo de ser necesario. Funcionan tambien plantas continuas de ultrafiltración.

Se pueden obtener niveles de recuperación del 85 % respecto de la cantidad usada en el encolado. La duración de las membranas es de tres a cuatro años.

El siguiente diagrama muestra el circuito del proceso.

  1. Plegadores de urdimbre
  2. Encolado
  3. Aire de salida
  4. Urdimbres encoladas
  5. Hilos de trama
  6. Telares
  7. Material tejido
  8. Lavado en caliente
  9. Baño de desencolado
  10. Instalación de ultrafiltración
  11. Solución concentrada
  12. Agua del filtrado (permeato)

Ventajas de la ultrafiltración

5. Algunos conceptos sobre toxicidad

La toxicidad es el efecto dañino que ocurre en humanos, animales, plantas o microorganismos como resultado de la acción de una sustancia química.

Este efecto adverso puede tomar formas variadas tales como enfermedad, deformidad, modificaciones del comportamiento, cambios en la reproducción, daño genético y muerte.

La toxicidad es un resultado directo de la acción de una sustancia química o de una mezcla de sustancias químicas. Los pesticidas organofosforados son tóxicos porque causan daño directo sobre los organismos.

Los sólidos suspendidos y una alta carga orgánica en el agua son ejemplos de sustancias que son nocivas pero no tóxicas puesto que el efecto sobre los organismos es indirecto. Los sólidos suspendidos limitan la cantidad de luz que penetra en el agua, reduciendo en consecuencia la tasa de fotosíntesis, lo que a su vez reduce la tasa de crecimiento de las algas. Una alta carga orgánica biodegradable determina el consumo del oxígeno disuelto en el agua por parte de los microorganismos hasta niveles que resultan críticos para la supervivencia de los peces.

La toxicidad se evalúa mediante bioensayos que consisten en exponer organismos vivos a las sustancias y registrar los efectos sobre los organismos.

Cómo se realiza un test de toxicidad?

Se toman organismos, algas, bacterias, peces, crustáceos, y se los enfrenta al producto o sustancia a ensayar, a diferentes concentraciones; se determina para cada concentración el número de organismos afectados. Se establecen así varios parámetros:

CL50 (Concentración letal 50): es la concentración de tóxico que mata al 50 % de los organismos ensayados.

CE50 (concentración efectiva 50): es la concentración de tóxico que produce el 50% del efecto tomado como indicador de toxicidad.

Concentración inhibitoria: es la concentración de tóxico que inhibe un proceso biológico, tal como la reproducción en un determinado porcentaje.

NOEC (No observed effect concentration): es la máxima concentración de tóxico para la cual no se observan efectos sobre los organismos ensayados.

LOEC (Low observed effect concentration): es la mínima concentración de tóxico para la que se observan efectos sobre los organismos.

Para todos los parámetros definidos anteriormente, cuánto menor sea la CL50 para un determinado producto, más elevada será su toxicidad.

La Unidades tóxicas (UT) : se definen de la siguiente manera

                                                 1
Unidad tóxica aguda (Uta) = -------- x 100 ( expresada en % )
                                               CL50

                                                  1
Unidad tóxica crónica (Utc) = -------- x 100 ( expresada en % )
                                               NOEC

Las unidades tóxicas tienen una relación directa con la toxicidad; cuando el número de unidades tóxicas es mayor, la toxicidad es mayor.

Equitox (Equivalentes tóxicos) : es el cociente entre la CE50 de un tóxico de referencia y la CE50 de la sustancia ensayada, multiplicado por la concentración de la sustancia en la descarga.

Toxicidad de encolantes:

PRODUCTO

TOXICIDAD

 

Equitox/m3

   

Fécula de maíz degradada

No presenta toxicidad

Fécula de maíz oxidada

1,31

Fécula de maíz eterificada

1,13

Fécula de maíz natural

No presenta toxicidad

CMC

3,09

PVA

1,20

Poliacrilatos

3,44

La toxicidad de los productos de encolado es muy pequeña comparada con la toxicidad de otros productos que se utilizan en la industria textil.

No presentan tendencia a la bioacumulación ya que solo son solubles en agua pero no en grasas.

En los casos en que se agregan biocidas a los productos de encolado, debe ser tenido en cuenta su posible aporte tóxico.

6. Características ecológicas

Los trabajos de investigación y tratamientos determinan las siguientes características ecológicas :

7. Legislación

Dadas sus características químicas , los productos usados en el encolado textil no aportan ninguna sustancia o grupo químico ecotóxico que sean limitados en la legislación sobre calidad de las aguas de desecho , ya sea por si mismos o por los productos de su degradación.

Es significativo e importante el aporte que hacen a la DBO y a la DQO, en el caso de encolantes naturales o sintéticos respectivamente, ya que constituyen carga de materia orgánica. Por lo tanto, se aplica la legislación que se refiere a los valores de DBO.

En nuestro país, las legislaciones de los municipios indican los siguientes límites.

Límites transitoriamente tolerados: Son los aceptables mientras se corrige el punto objetado , con un límite de tiempo.

Límites permisibles : Son inaceptables todos los valores mayores al fijado.

DBO

Zona de descarga

Límites Permisibles
mgO/l

Límites Transitoriamente Tolerados mgO/l

 

 

Descarga
Cloacal

Descarga
Pluvial

Descarga
Cloacal

Descarga
Pluvial

Pcia. de Bs. AS.

200

50

-

-

Ciudad de B. A.

200

50

800

400

A manera de ejemplo, las aguas de lavado del proceso de desencolado pueden alcanzar valores de :

Carga orgánica del efluente de desencolado en mg O2/l

Tipo de encolante

DQO DBO

Sin encolante 

850 275

Almidon  

1732 1112

CMC 

1255 386

Gal

1368 404

PAC

1435 385

PVA

1513 275

fuente * 2

Un punto a tener muy en cuenta es la presencia de aditivos que sí pueden contener sustancias prohibidas o limitadas o que pueden aumentar la contaminación en los rubros de insolubles en agua o en alcohol, fenoles, etc.,como se mencionó en el punto ensimajes.

8. Conclusiones

Los puntos a considerar que se derivan de este trabajo son:

La tendencia es a usar productos naturales mezclados con menor proporción de encolante sintético para fibras cortadas y encolante sintético puro para filamento continuo.

Los productos de encolado aportan altas DQO y/o DBO , en cambio la toxicidad es muy reducida o nula.

La presencia de ciertos aditivos y ensimajes pueden aportar cargas o productos diferentes a los mencionados, por lo que debe tenerse en cuenta su inclusión.

Los tratamientos físico-químicos son eficientes cuando se usan encolantes sintéticos del tipo PAC y CMC, o como tratamiento previo a una depuración biológica limitada.

Los tratamientos biológicos son los más adecuados en los casos de encolantes derivados de féculas y es eficiente también con los encolantes sintéticos en las condiciones ya mencionadas de adaptación de los microrganismos y duración del tratamiento.

La recuperación por lavado intensivo es un buen recurso si se utilizan encolantes sintéticos y se dispone de los circuitos adecuados de circulación y almacenaje de líquidos concentrados.

La alternativa del uso de los procesos de recuperación de encolantes por ultrafiltración es posible sólo en el caso de uso de productos sintéticos estables a los procesos de encolado y desencolado y poco o nada biodegradables; además es una tecnología que no está aún difundida en la industria textil local.

En resumen podemos visualizar las conclusiones en la siguiente tabla :

Eficiencia de los procesos en la depuración de efuentes

Encolante Precipitación Lag. biológica Lav. intensivo Ultrafiltración
Féculas
CMC
Gal
PAC
PVA
no
parcial alto
no
parcial alto
parcial alto
si
parcial *
si
parcial *
parcial *
no
si
no
si
si
no
si
no
si
si

* en las condiciones mencionadas.

9. Recomendaciones

En base a lo antedicho, en la definición de los procesos de encolado y desencolado deben tenerse en cuenta , además de las eficiencias tecnológicas que se refieren a la marcha de los telares y a la facilidad de eliminación , diferentes factores que dependerán de las condiciones de trabajo de cada empresa , tales como:

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