Los maestros en el laboratorio y el taller saben que, después de que nuestras telas son tratadas con mercerización o álcali concentrado, el color resultará más oscuro tras el teñido. ¿Cuál es la razón de esto?

Una descripción general del papel de la luz visible y los textiles
La causa del color
La naturaleza está llena de colores, desde el cielo azul y el arcoíris hasta las flores, minerales y animales llenos de color. El color es el reflejo de la luz visible en los nervios ópticos de las personas. Es decir, la luz visible de una determinada longitud de onda produce un reflejo de un determinado color, y este color es solo una percepción visual del ser humano.
La razón del color
Existen muchas formas diferentes de producir o emitir luz visible, y por lo tanto las causas del color son numerosas y variadas. Nassau divide aproximadamente las causas del color en los siguientes cinco tipos:
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(1) Vibración y excitación simple de electrones: como los efectos de color de las llamas, los rayos, la aurora y el yodo, la mayoría de los cuales son emisiones de plasma a altas temperaturas.
(2) Efecto de campo de coordinación electrónica de transición: el rubí, la esmeralda, la turquesa y los efectos de color de complejos metálicos en diversos colorantes (o pigmentos) de complejos metálicos pertenecen a esta categoría.
(3) La transición de electrones entre orbitales moleculares: los efectos de color de la mayoría de los colorantes orgánicos (o pigmentos) y algunas sustancias inorgánicas (zafiro) pertenecen a esta categoría.
(4) La transición de electrones en la banda de energía: los efectos de color de los metales no ferrosos (oro, plata, cobre y hierro), los semiconductores y los centros de color (amatista, cristal ahumado) pertenecen a esta categoría.
(5) Efectos ópticos geométricos y físicos: efectos de color de la refracción dispersiva, la dispersión, la interferencia y la difracción. De estas cinco causas, pocas pueden subdividirse aún más en quince.
Razones para el desarrollo del color en textiles
El desarrollo del color en textiles (incluyendo el teñido y la coloración por otros medios) pertenece a la interacción entre la luz y la materia sólida en masa. Existen muchas maneras de hacer que los textiles produzcan color, actualmente principalmente mediante la aplicación de sustancias coloreadas (colorantes adsorbidos o pigmentos fijos) para lograr el tono deseado.
Además, la investigación sobre el color de los textiles se basa principalmente en la estructura molecular de los pigmentos, es decir, en la relación entre la estructura molecular de los tintes o pigmentos y el espectro de absorción, como sus espectros de absorción en soluciones acuosas u orgánicas.
Estrictamente hablando, este espectro de absorción no refleja completamente el color de los textiles, porque el color de los textiles teñidos depende no solo de la estructura molecular de los colorantes y pigmentos, sino también de los siguientes factores:
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(1) El estado de adsorción o fijación de colorantes o pigmentos en los textiles. Por ejemplo, puede ser una capa de adsorción monomolecular o una capa de adsorción multimolecular; también pueden ser agregados o cristales, así como la estructura y el tamaño de dichos agregados o cristales; si están distribuidos sobre la superficie de las fibras o dentro de ellas, entre otros aspectos.
(2) La estructura y morfología de las fibras. Las fibras con diferentes estructuras químicas tienen distintos efectos sobre la absorción y reflexión de la luz; además, diferentes fibras presentan diversas estructuras supramoleculares que influyen de manera diferente en la luz, así como diferentes orientaciones moleculares, cristalinidad y tamaño de la estructura, lo cual hace que su capacidad para reflejar, dispersar e interferir con la luz no sea igual; asimismo, las diferentes fibras poseen distintas estructuras morfológicas que afectan de manera variada a la luz. El grosor de la fibra, su área superficial, las diferentes formas de sección transversal, así como la existencia de huecos y grietas en la fibra, influirán en el modo en que la fibra interactúa con la luz, especialmente en los efectos ópticos físicos y geométricos que ésta presenta.
(3) Diferentes sustancias aplicadas a las fibras tienen distintos efectos sobre la luz. Además de los colorantes o pigmentos, muchas otras sustancias se aplican a las fibras mediante adsorción o adhesión, como diversos modificadores de superficie, especialmente aquellos que oscurecen, iluminan, reflejan la luz y diversas sustancias formadoras de películas, las cuales pueden cambiar significativamente la capacidad de la fibra para responder a la luz. Se puede observar, a partir de lo anterior, que como material colorante no basta estudiar el color de las fibras únicamente desde la estructura molecular de los colorantes o pigmentos, sino que debe considerarse desde múltiples aspectos, incluyendo la absorción, emisión y los efectos ópticos geométricos y físicos de las fibras coloreadas.
La forma y el modo de acción de la luz visible y los textiles
Reflexión y Difusa
Cuando la luz golpea la superficie de la fibra, se reflejará, y cuando la superficie de la fibra es muy lisa, ocurrirá la reflexión especular, lo que resulta en un fuerte reflejo en una determinada dirección. Sin embargo, la superficie de la fibra no es absolutamente lisa y presenta cierto grado de rugosidad, por lo que también se producirá un cierto grado de reflexión difusa (no mostrada en la Figura 3-1).
Desde el punto de vista de la interacción entre la luz y la fibra, la reflexión especular tiene una débil interacción con la fibra, mientras que la reflexión difusa está más estrechamente relacionada y mostrará un determinado color, ya que la luz reflejada difusamente se dispersa y se refleja después de que la luz penetra a cierta profundidad en la fibra. Fuera de la fibra, especialmente después de que el tinte en la fibra absorbe selectivamente la luz, la luz reflejada difusamente es principalmente la luz complementaria de la luz absorbida, lo que produce un fuerte efecto cromático.
La absorción de la luz por el colorante ocurre principalmente dentro de la fibra, pero en algunos casos, cuando el colorante, especialmente el pigmento en el recubrimiento, se encuentra principalmente en la superficie de la fibra, no solo se produce reflexión simple, sino también absorción y reflexión difusa. Cuando hay recubrimientos, partículas sólidas y diversos agentes de acabado sobre la superficie de la fibra, la interacción de la luz y la fibra en la superficie es más compleja, lo que se discutirá más adelante.
Absorción, dispersión y transmisión
La fibra puede considerarse un objeto translúcido, y parte de la luz puede ingresar a la fibra, donde principalmente ocurren la absorción, la dispersión o la emisión por fluorescencia. La absorción es causada principalmente por la interacción entre los colorantes y la luz, es decir, se produce una absorción selectiva. La luz complementaria se refleja difusamente o se transmite a través de la fibra, haciendo que esta parezca coloreada. La luz no absorbida se dispersa dentro de la fibra, y también se transmite parte de ella.
En presencia de sustancias fluorescentes, las fibras emiten fluorescencia tras absorber luz (principalmente rayos ultravioleta), y las fibras exhiben fluorescencia mediante reflexión o transmisión difusa. La absorción y la dispersión de la luz en la fibra ocurren alternativamente muchas veces. Diferentes estructuras supramoleculares de las fibras (regiones cristalinas y amorfas) tienen diferentes efectos sobre la luz.
La estructura morfológica, así como los vacíos y cavidades en las fibras, como las células del algodón y otras fibras o los microporos de las fibras originales de bambú, aumentarán la dispersión de la luz dentro de las fibras y harán que el color sea más claro, mientras que después de la mercerización o el tratamiento con álcali concentrado, las células o los poros se vuelven más pequeños o desaparecen, lo que reducirá la dispersión de la luz dentro de la fibra y hará que el color sea más intenso. Por lo tanto, la mercerización de tejidos de algodón aumenta la profundidad (o concentración) del color, no solo debido al incremento del área amorfa de la fibra, que hace que el color sea más oscuro. El mayor consumo de tinte también estuvo asociado con cambios en la estructura supramolecular y en la estructura morfológica de las fibras. Cabe destacar que algunas fibras compuestas multicompuestas que han aparecido actualmente, como la soja, las fibras de proteína de crisálida de seda, etc., también presentan una reflexión o dispersión significativa en la interfaz de los dos componentes dentro de la fibra, lo que hará que el tejido sea cada vez más ligero, aunque no brillante.
Refracción y Polarización
La cantidad de refracción y polarización de la luz depende de la velocidad a la que la luz viaja a través del aire y las fibras. El tamaño del ángulo de refracción está relacionado con el índice de refracción de la fibra. También se produce reflexión interna cuando la luz se transmite desde la fibra. Dado que se transmite desde la fibra estrechamente organizada hacia el medio de aire más escaso, la intensidad de la reflexión interna es mucho menor que la reflexión incidente.
Dado que la velocidad de la luz que se propaga en la fibra no solo está relacionada con el índice de refracción de la fibra, sino también con la longitud de onda de la luz, la luz transmitida puede experimentar un cierto efecto de dispersión, haciendo que el color de la luz reflejada sea ligeramente diferente al de la luz transmitida. La transmisión de luz con longitudes de onda largas es más intensa, y viceversa. Al generar diferentes grados de dispersión, se modifica el color de la luz transmitida. Dado que la fibra es anisotrópica y presenta diferentes propiedades ópticas en distintas direcciones, es decir, pleocroísmo, la fibra no solo reflejará, difundirá, dispersará, absorberá y refractará la luz, sino que también la polarizará, interferirá y la difractará.
Y debido a que los textiles son un agregado de múltiples fibras, y la estructura de hilos y tejidos es diferente, las propiedades ópticas de los textiles son muy complejas, y sus cambios afectarán directamente el color de los textiles. Podemos discutir el efecto de la luz sobre el color textil desde la óptica geométrica y física, es decir, los efectos de reflexión, dispersión, refracción, polarización, interferencia y difracción, y analizar formas de lograr la termogénesis estructural y métodos para controlar el color.