Barwniki kwasowe, barwniki bezpośrednie i barwniki reaktywne są barwnikami rozpuszczalnymi w wodzie. Produkcja w 2001 roku wyniosła odpowiednio 30 000 ton, 20 000 ton i 45 000 ton. Jednakże od dłuższego czasu przedsiębiorstwa farbiarskie w moim kraju zwracają większą uwagę na rozwój i badania nad nowymi barwnikami strukturalnymi, podczas gdy badania nad obróbką końcową barwników są stosunkowo słabe. Powszechnie stosowane odczynniki standaryzacyjne do barwników rozpuszczalnych w wodzie obejmują siarczan sodu (siarczan sodu), dekstrynę, pochodne skrobi, sacharozę, mocznik, sulfonian naftaleno-formaldehydowy itp. Te odczynniki standaryzacyjne miesza się z oryginalnym barwnikiem w proporcji, aby uzyskać wymaganą wytrzymałość. Towary, ale nie są w stanie zaspokoić potrzeb różnych procesów drukowania i barwienia w branży poligraficznej i farbiarskiej. Chociaż wyżej wymienione rozcieńczalniki barwników są stosunkowo tanie, mają słabą zwilżalność i rozpuszczalność w wodzie, co utrudnia dostosowanie do potrzeb rynku międzynarodowego i mogą być eksportowane jedynie jako oryginalne barwniki. Dlatego przy komercjalizacji barwników rozpuszczalnych w wodzie zwilżalność i rozpuszczalność barwników w wodzie to kwestie, które należy pilnie rozwiązać i należy polegać na odpowiednich dodatkach.

Obróbka zwilżalności barwnika
Ogólnie rzecz biorąc, zwilżanie polega na zastąpieniu płynu (powinien to być gaz) na powierzchni innym płynem. W szczególności powierzchnia styku proszku lub granulatu powinna stanowić granicę gaz/ciało stałe, a proces zwilżania zachodzi, gdy ciecz (woda) zastępuje gaz na powierzchni cząstek. Można zauważyć, że zwilżanie jest procesem fizycznym zachodzącym pomiędzy substancjami na powierzchni. W późniejszej obróbce barwnika zwilżanie często odgrywa ważną rolę. Ogólnie rzecz biorąc, barwnik przetwarza się w stan stały, taki jak proszek lub granulat, który należy zwilżyć podczas użycia. Dlatego zwilżalność barwnika będzie miała bezpośredni wpływ na efekt aplikacji. Przykładowo, podczas procesu rozpuszczania barwnik jest trudny do zwilżenia i unoszący się na wodzie jest niepożądany. W obliczu ciągłego doskonalenia wymagań dotyczących jakości barwników, wydajność zwilżania stała się jednym ze wskaźników mierzących jakość barwników. Energia powierzchniowa wody wynosi 72,75 mN/m przy 20℃ i maleje wraz ze wzrostem temperatury, natomiast energia powierzchniowa ciał stałych zasadniczo nie zmienia się, na ogół poniżej 100 mN/m. Zwykle metale i ich tlenki, sole nieorganiczne itp. są łatwe do zwilżenia na mokro, co nazywa się wysoką energią powierzchniową. Energia powierzchniowa stałych substancji organicznych i polimerów jest porównywalna z energią ogólnych cieczy, co nazywa się niską energią powierzchniową, ale zmienia się wraz z wielkością cząstek stałych i stopniem porowatości. Im mniejszy rozmiar cząstek, tym większy stopień tworzenia porowatości, a powierzchnia Im wyższa energia, tym rozmiar zależy od podłoża. Dlatego wielkość cząstek barwnika musi być mała. Po przetworzeniu barwnika w drodze przetwarzania komercyjnego, takiego jak wysalanie i mielenie w różnych mediach, wielkość cząstek barwnika staje się mniejsza, krystaliczność zmniejsza się i zmienia się faza krystaliczna, co poprawia energię powierzchniową barwnika i ułatwia zwilżanie.

Obróbka rozpuszczalności barwników kwasowych
Dzięki zastosowaniu małej proporcji kąpieli i technologii ciągłego barwienia stopień automatyzacji drukowania i barwienia jest stale doskonalony. Pojawienie się automatycznych wypełniaczy i past oraz wprowadzenie barwników płynnych wymaga przygotowania płynów barwiących i past drukarskich o wysokim stężeniu i dużej stabilności. Jednakże rozpuszczalność barwników kwasowych, reaktywnych i bezpośrednich w domowych produktach barwnikowych wynosi tylko około 100 g/l, szczególnie w przypadku barwników kwasowych. Niektóre odmiany mają nawet tylko około 20 g/l. Rozpuszczalność barwnika jest związana ze strukturą molekularną barwnika. Im wyższa masa cząsteczkowa i im mniej grup kwasu sulfonowego, tym niższa rozpuszczalność; w przeciwnym razie tym wyższa. Ponadto niezwykle istotna jest komercyjna obróbka barwników, obejmująca sposób krystalizacji barwnika, stopień rozdrobnienia, wielkość cząstek, dodatek dodatków itp., które będą miały wpływ na rozpuszczalność barwnika. Im łatwiej barwnik ulega jonizacji, tym większa jest jego rozpuszczalność w wodzie. Jednak komercjalizacja i standaryzacja tradycyjnych barwników opiera się na dużej ilości elektrolitów, takich jak siarczan sodu i sól. Duża ilość Na+ w wodzie zmniejsza rozpuszczalność barwnika w wodzie. Dlatego też, aby poprawić rozpuszczalność barwników rozpuszczalnych w wodzie, do barwników handlowych w pierwszej kolejności nie należy dodawać elektrolitu.

Dodatki i rozpuszczalność
⑴ Związek alkoholowy i współrozpuszczalnik mocznikowy
Ponieważ barwniki rozpuszczalne w wodzie zawierają pewną liczbę grup kwasu sulfonowego i karboksylowego, cząstki barwnika łatwo dysocjują w roztworze wodnym i niosą pewną ilość ładunku ujemnego. Po dodaniu współrozpuszczalnika zawierającego grupę tworzącą wiązanie wodorowe na powierzchni jonów barwnika tworzy się warstwa ochronna z uwodnionych jonów, która sprzyja jonizacji i rozpuszczaniu cząsteczek barwnika w celu poprawy rozpuszczalności. Poliole, takie jak eter glikolu dietylenowego, tiodietanol, glikol polietylenowy itp. są zwykle stosowane jako rozpuszczalniki pomocnicze dla barwników rozpuszczalnych w wodzie. Ponieważ mogą tworzyć wiązania wodorowe z barwnikiem, powierzchnia jonów barwnika tworzy warstwę ochronną z uwodnionych jonów, co zapobiega agregacji i interakcjom międzycząsteczkowym cząsteczek barwnika oraz sprzyja jonizacji i dysocjacji barwnika.
⑵Niejonowy środek powierzchniowo czynny
Dodanie pewnego niejonowego środka powierzchniowo czynnego do barwnika może osłabić siłę wiązania między cząsteczkami barwnika i między cząsteczkami, przyspieszyć jonizację i spowodować, że cząsteczki barwnika utworzą micele w wodzie, która ma dobrą zdolność do dyspergowania. Barwniki polarne tworzą micele. Cząsteczki solubilizujące tworzą sieć kompatybilizacji między cząsteczkami w celu poprawy rozpuszczalności, taką jak eter lub ester polioksyetylenowy. Jeśli jednak w cząsteczce współrozpuszczalnika brakuje silnej grupy hydrofobowej, wpływ dyspersji i solubilizacji na micelę utworzoną przez barwnik będzie słaby, a rozpuszczalność nie wzrośnie znacząco. Dlatego staraj się wybierać rozpuszczalniki zawierające pierścienie aromatyczne, które mogą tworzyć wiązania hydrofobowe z barwnikami. Na przykład eter alkilofenolopolioksyetylenowy, emulgator ester polioksyetylenosorbitanu i inne, takie jak eter polioksyetylenowo-polialkilofenylofenolowy.
⑶ dyspergator lignosulfonianu
dyspergator ma duży wpływ na rozpuszczalność barwnika. Wybór dobrego dyspergatora zgodnie ze strukturą barwnika znacznie pomoże poprawić rozpuszczalność barwnika. W barwnikach rozpuszczalnych w wodzie odgrywa pewną rolę w zapobieganiu wzajemnej adsorpcji (siła van der Waalsa) i agregacji pomiędzy cząsteczkami barwnika. Lignosulfonian jest najskuteczniejszym dyspergatorem i w Chinach prowadzone są na ten temat badania.
Struktura molekularna barwników dyspersyjnych nie zawiera silnych grup hydrofilowych, a jedynie grupy słabo polarne, więc ma tylko słabą hydrofilowość, a faktyczna rozpuszczalność jest bardzo mała. Większość barwników dyspersyjnych można rozpuścić tylko w wodzie o temperaturze 25 ℃. 1 ~ 10 mg/l.
Rozpuszczalność barwników dyspersyjnych zależy od następujących czynników:
Struktura molekularna
„Rozpuszczalność barwników dyspersyjnych w wodzie wzrasta wraz ze spadkiem części hydrofobowej cząsteczki barwnika i wzrostem części hydrofilowej (jakość i ilość grup polarnych). Oznacza to, że rozpuszczalność barwników o stosunkowo małej względnej masie cząsteczkowej i słabszych grupach polarnych, takich jak -OH i -NH2, będzie wyższa. Barwniki o większej względnej masie cząsteczkowej i mniejszej liczbie słabo polarnych grup mają stosunkowo niską rozpuszczalność. Na przykład Disperse Red (I), jego M = 321, rozpuszczalność jest mniejsza niż 0,1 mg/l w 25 ℃, a rozpuszczalność wynosi 1,2 mg/l w 80 ℃. Disperse Red (II), M=352, rozpuszczalność w 25℃ wynosi 7,1 mg/L, a rozpuszczalność w 80℃ wynosi 240 mg/L.
Dyspergator
W sproszkowanych barwnikach dyspersyjnych zawartość czystych barwników wynosi na ogół od 40% do 60%, a reszta to środki dyspergujące, środki przeciwpyłowe, środki ochronne, siarczan sodu itp. Wśród nich większy udział stanowi środek dyspergujący.
Środek dyspergujący (czynnik dyfuzyjny) może powlekać drobne kryształy barwnika w hydrofilowe cząstki koloidalne i stabilnie dyspergować w wodzie. Po przekroczeniu krytycznego stężenia miceli utworzą się również micele, które zmniejszą część drobnych ziaren kryształów barwnika. Rozpuszczony w micelach zachodzi tzw. zjawisko „solubilizacji”, zwiększając tym samym rozpuszczalność barwnika. Co więcej, im lepsza jakość środka dyspergującego i im wyższe stężenie, tym większy efekt solubilizacji i solubilizacji.
Należy zauważyć, że wpływ solubilizacji dyspergatora na barwniki dyspersyjne o różnych strukturach jest różny i różnica jest bardzo duża; działanie solubilizujące dyspergatora na barwniki dyspersyjne maleje wraz ze wzrostem temperatury wody, co jest dokładnie takie samo, jak wpływ temperatury wody na barwniki dyspersyjne. Efekt rozpuszczalności jest odwrotny.
Gdy hydrofobowe cząstki krystaliczne barwnika dyspersyjnego i środka dyspergującego utworzą hydrofilowe cząstki koloidalne, stabilność jego dyspersji ulegnie znacznej poprawie. Co więcej, te cząstki koloidalne barwnika pełnią rolę „dostarczającą” barwników podczas procesu barwienia. Ponieważ po wchłonięciu cząsteczek barwnika w stanie rozpuszczonym przez włókno, barwnik „przechowywany” w cząsteczkach koloidalnych zostanie uwolniony na czas, aby utrzymać równowagę rozpuszczania barwnika.
Stan barwnika dyspersyjnego w dyspersji
Cząsteczka 1-dyspergująca
Krystalit 2-barwny (rozpuszczanie)
Micela 3-dyspergująca
Pojedyncza cząsteczka 4-barwnika (rozpuszczona)
Ziarno 5-barwnikowe
6-dyspergująca baza lipofilowa
7-dyspergująca baza hydrofilowa
8-jon sodu (Na+)
9-agregaty krystalitów barwnikowych
Jeśli jednak „spójność” pomiędzy barwnikiem a dyspergatorem będzie zbyt duża, „podaż” pojedynczej cząsteczki barwnika będzie opóźniona lub wystąpi zjawisko „podaży przewyższa popyt”. Dlatego bezpośrednio zmniejszy szybkość barwienia i zrównoważy procent barwienia, co spowoduje powolne barwienie i jasny kolor.
Można zauważyć, że przy doborze i stosowaniu dyspergatorów należy brać pod uwagę nie tylko trwałość dyspersji barwnika, ale także wpływ na barwę barwnika.
(3) Temperatura roztworu barwiącego
Rozpuszczalność barwników dyspersyjnych w wodzie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury wody. Na przykład rozpuszczalność Disperse Yellow w wodzie o temperaturze 80°C jest 18 razy większa niż w wodzie o temperaturze 25°C. Rozpuszczalność Disperse Red w wodzie o temperaturze 80°C jest 33 razy większa niż w wodzie o temperaturze 25°C. Rozpuszczalność Disperse Blue w wodzie o temperaturze 80°C jest 37 razy większa niż w wodzie o temperaturze 25°C. Jeśli temperatura wody przekroczy 100°C, rozpuszczalność barwników dyspersyjnych wzrośnie jeszcze bardziej.
Oto specjalne przypomnienie: ta właściwość rozpuszczania barwników dyspersyjnych niesie ze sobą ukryte zagrożenia w praktycznych zastosowaniach. Przykładowo, gdy ciecz barwiąca jest podgrzewana nierównomiernie, ciecz barwiąca o wysokiej temperaturze przepływa do miejsca, w którym temperatura jest niska. Wraz ze spadkiem temperatury wody ciecz barwiąca ulega przesyceniu, a rozpuszczony barwnik wytrąca się, powodując wzrost ziaren kryształów barwnika i spadek rozpuszczalności. , Powoduje to zmniejszoną absorpcję barwnika.
(cztery) postaci kryształów barwnika
Niektóre barwniki dyspersyjne charakteryzują się zjawiskiem „izomorfizmu”. Oznacza to, że ten sam barwnik dyspersyjny, ze względu na różną technologię dyspersji w procesie produkcyjnym, utworzy kilka postaci krystalicznych, takich jak igły, pręciki, płatki, granulki i bloki. W procesie aplikacji, szczególnie podczas barwienia w temperaturze 130°C, bardziej niestabilna forma krystaliczna zmieni się w bardziej stabilną formę krystaliczną.
Warto zauważyć, że bardziej stabilna postać krystaliczna ma większą rozpuszczalność, a mniej stabilna postać krystaliczna ma stosunkowo mniejszą rozpuszczalność. Będzie to miało bezpośredni wpływ na szybkość i procent absorpcji barwnika.
(5) Rozmiar cząstek
Generalnie barwniki o małych cząsteczkach charakteryzują się wysoką rozpuszczalnością i dobrą stabilnością dyspersji. Barwniki o dużych cząstkach mają niższą rozpuszczalność i stosunkowo słabą stabilność dyspersji.
Obecnie wielkość cząstek domowych barwników dyspersyjnych wynosi na ogół 0,5 ~ 2,0 μm (Uwaga: wielkość cząstek przy barwieniu zanurzeniowym wymaga 0,5 ~ 1,0 μm).