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.Jednak przez długi czas przedsiębiorstwa barwników w moim kraju zwracały większą uwagę na rozwój i badania nowych barwników strukturalnych, podczas gdy badania nad obróbką końcową barwników były stosunkowo słabe.Powszechnie stosowane odczynniki standaryzacyjne dla barwników rozpuszczalnych w wodzie obejmują siarczan sodu (siarczan sodu), dekstrynę, pochodne skrobi, sacharozę, mocznik, naftalenoformaldehydosulfonian itp. Te odczynniki standaryzacyjne miesza się z oryginalnym barwnikiem proporcjonalnie do uzyskania wymaganej wytrzymałości ale nie mogą zaspokoić potrzeb różnych procesów drukowania i barwienia w przemyśle drukarskim i farbiarskim.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 tylko jako oryginalne barwniki.Dlatego przy komercjalizacji barwników rozpuszczalnych w wodzie zwilżalność i rozpuszczalność w wodzie barwników to problemy, które należy pilnie rozwiązać i należy polegać na odpowiednich dodatkach.

Obróbka zwilżalności barwnika
Mówiąc najogólniej, zwilżanie to zastąpienie płynu (powinien to być gaz) na powierzchni innym płynem.W szczególności interfejs proszkowy lub granulowany powinien być interfejsem gaz/ciało stałe, a proces zwilżania ma miejsce, gdy ciecz (woda) zastępuje gaz na powierzchni cząstek.Można zauważyć, że zwilżanie jest procesem fizycznym zachodzącym między substancjami na powierzchni.W końcowej obróbce farbowania zwilżanie często odgrywa ważną rolę.Ogólnie rzecz biorąc, barwnik jest przetwarzany w stan stały, taki jak proszek lub granulat, który należy zwilżyć podczas użytkowania.Dlatego zwilżalność barwnika będzie miała bezpośredni wpływ na efekt aplikacji.Na przykład podczas procesu rozpuszczania barwnik jest trudny do zwilżenia, a unoszenie się na wodzie jest niepożądane.Wraz z ciągłym ulepszaniem wymagań dotyczących jakości barwników, wydajność zwilżania stała się jednym ze wskaźników pomiaru jakości barwników.Energia powierzchniowa wody wynosi 72,75mN/m przy 20℃ i maleje wraz ze wzrostem temperatury, podczas gdy energia powierzchniowa ciał stałych pozostaje w zasadzie niezmieniona, na ogół poniżej 100mN/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 rozmiarem cząstek stałych i stopniem porowatości.Im mniejszy rozmiar cząstek, tym większy stopień porowatości, a powierzchnia Im wyższa energia, tym większy rozmiar zależy od podłoża.Dlatego wielkość cząstek barwnika musi być mała.Po przetworzeniu barwnika przez przetwarzanie komercyjne, takie jak wysalanie i mielenie w różnych mediach, rozmiar cząstek barwnika staje się drobniejszy, zmniejsza się krystaliczność i zmienia się faza krystaliczna, co poprawia energię powierzchniową barwnika i ułatwia zwilżanie.

Rozpuszczalność barwników kwasowych
Dzięki zastosowaniu małego współczynnika kąpieli i technologii ciągłego barwienia stopień automatyzacji drukowania i barwienia jest stale poprawiany.Pojawienie się automatycznych wypełniaczy i past oraz wprowadzenie barwników płynnych wymaga przygotowania roztworów barwiących i past drukarskich o wysokim stężeniu i dużej stabilności.Jednak rozpuszczalność kwaśnych, reaktywnych i bezpośrednich barwników w domowych produktach do farbowania wynosi tylko około 100 g/l, zwłaszcza w przypadku barwników kwaśnych.Niektóre odmiany mają nawet tylko około 20 g/L.Rozpuszczalność barwnika jest związana ze strukturą molekularną barwnika.Im wyższa masa cząsteczkowa i mniej grup kwasu sulfonowego, tym niższa rozpuszczalność;w przeciwnym razie wyższy.Ponadto niezwykle ważna jest komercyjna obróbka barwników, w tym sposób krystalizacji barwnika, stopień rozdrobnienia, wielkość cząstek, dodatek dodatków itp., Które będą miały wpływ na rozpuszczalność barwnika.Im łatwiej barwnik jonizuje, 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, aby poprawić rozpuszczalność barwników rozpuszczalnych w wodzie, po pierwsze nie dodawaj elektrolitu do barwników handlowych.

Dodatki i rozpuszczalność
⑴ Związek alkoholowy i współrozpuszczalnik mocznikowy
Ponieważ barwniki rozpuszczalne w wodzie zawierają pewną liczbę grup kwasu sulfonowego i grup kwasu karboksylowego, cząstki barwnika łatwo ulegają dysocjacji w roztworze wodnym i przenoszą pewną ilość ładunku ujemnego.Po dodaniu współrozpuszczalnika zawierającego grupę tworzącą wiązania wodorowe, na powierzchni jonów barwnika tworzy się ochronna warstwa uwodnionych jonów, co 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 jonu barwnika tworzy warstwę ochronną uwodnionych jonów, która zapobiega agregacji i oddziaływaniom 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 sprawić, że cząsteczki barwnika utworzą micele w wodzie, która ma dobrą dyspergowalność.Barwniki polarne tworzą micele.Cząsteczki solubilizujące tworzą sieć kompatybilności między cząsteczkami w celu poprawy rozpuszczalności, tak jak eter lub ester polioksyetylenowy.Jednakże, jeśli cząsteczka współrozpuszczalnika nie ma 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 polioksyetylenowy alkilofenolu, emulgator estru polioksyetylenosorbitanu i inne, takie jak eter polioksyetylenowy polialkilofenylofenolu.
⑶ dyspergator lignosulfonianowy
dyspergator ma duży wpływ na rozpuszczalność barwnika.Wybór dobrego środka dyspergującego zgodnie ze strukturą barwnika znacznie poprawi rozpuszczalność barwnika.W barwnikach rozpuszczalnych w wodzie odgrywa pewną rolę w zapobieganiu wzajemnej adsorpcji (siła van der Waalsa) i agregacji między cząsteczkami barwnika.Lignosulfonian jest najskuteczniejszym dyspergatorem i prowadzone są badania nad nim w Chinach.
Struktura molekularna barwników dyspersyjnych nie zawiera silnych grup hydrofilowych, a jedynie grupy słabo polarne, więc ma tylko słabą hydrofilowość, a rzeczywista rozpuszczalność jest bardzo mała.Większość barwników dyspersyjnych może rozpuszczać się tylko w wodzie o temperaturze 25 ℃.1 ~ 10 mg / l.
Rozpuszczalność barwników dyspersyjnych jest związana z następującymi czynnikami:
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 względnie 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 czerwień dyspersyjna (I), jej M=321, rozpuszczalność jest mniejsza niż 0,1 mg/l przy 25 ℃, a rozpuszczalność wynosi 1,2 mg/l przy 80 ℃.Disperse Red (II), M=352, rozpuszczalność w 25℃ wynosi 7,1mg/L, a rozpuszczalność w 80℃ wynosi 240mg/L.
środek dyspergujący
W sproszkowanych barwnikach dyspersyjnych zawartość czystych barwników wynosi na ogół od 40% do 60%, a reszta to dyspergatory, środki pyłoszczelne, środki ochronne, siarczan sodu itp. Wśród nich dyspergator stanowi większą część.
Środek dyspergujący (środek dyfuzyjny) może pokryć drobne kryształy barwnika w hydrofilowe cząstki koloidalne i stabilnie zdyspergować w wodzie.Po przekroczeniu krytycznego stężenia miceli powstaną również micele, które zmniejszą część drobnych ziaren kryształów barwnika.Rozpuszczony w micelach zachodzi zjawisko tzw. „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, a różnica jest bardzo duża;wpływ solubilizujący dyspergatora na barwniki dyspersyjne zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury wody, co jest dokładnie takie samo jak wpływ temperatury wody na barwniki dyspersyjne.Efekt rozpuszczalności jest odwrotny.
Po tym, jak hydrofobowe cząstki krystaliczne barwnika dyspersyjnego i środka dyspergującego utworzą hydrofilowe cząstki koloidalne, jego stabilność dyspersji ulegnie znacznej poprawie.Co więcej, te koloidalne cząsteczki barwnika pełnią rolę „dostarczającą” barwników podczas procesu barwienia.Ponieważ po wchłonięciu cząsteczek barwnika w stanie rozpuszczonym przez włókno, barwnik „przechowywany” w cząstkach koloidalnych zostanie uwolniony na czas, aby utrzymać równowagę rozpuszczania barwnika.
Stan dyspersji barwnika w dyspersji
1-cząsteczka dyspergująca
Krystality 2-barwników (rozpuszczanie)
3-dyspergująca micela
Pojedyncza cząsteczka 4-Dye (rozpuszczona)
Ziarno 5-barwnika
6-dyspergująca baza lipofilowa
Hydrofilowa baza 7-dyspergująca
Jon 8-sodowy (Na+)
9-agregatów krystalitów barwnika
Jeśli jednak „spójność” między barwnikiem a dyspergatorem jest zbyt duża, „podaż” pojedynczej cząsteczki barwnika będzie opóźniona lub 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 stabilność 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 barwnika Disperse Yellow w wodzie o temperaturze 80°C jest 18 razy większa niż w temperaturze 25°C.Rozpuszczalność czerwieni dyspersyjnej w wodzie o temperaturze 80°C jest 33 razy większa niż w temperaturze 25°C.Rozpuszczalność Disperse Blue w wodzie o temperaturze 80°C jest 37 razy większa niż w temperaturze 25°C.Jeśli temperatura wody przekroczy 100°C, rozpuszczalność barwników dyspersyjnych jeszcze bardziej wzrośnie.
Oto specjalne przypomnienie: ta rozpuszczająca się właściwość barwników dyspersyjnych przyniesie ukryte zagrożenia w praktycznych zastosowaniach.Na przykład, gdy płyn barwiący jest podgrzewany nierównomiernie, płyn barwiący o wysokiej temperaturze przepływa do miejsca, w którym temperatura jest niska.Wraz ze spadkiem temperatury wody ług barwnika staje się przesycony, a rozpuszczony barwnik wytrąca się, powodując wzrost ziaren kryształów barwnika i spadek rozpuszczalności., W wyniku zmniejszonego wchłaniania barwnika.
(cztery) forma kryształu barwnika
Niektóre barwniki dyspersyjne mają zjawisko „izomorfizmu”.Oznacza to, że ten sam barwnik dyspersyjny, ze względu na różną technologię dyspersji w procesie produkcyjnym, utworzy kilka form krystalicznych, takich jak igły, pręty, płatki, granulki i bloki.W procesie aplikacji, zwłaszcza podczas barwienia w temperaturze 130°C, bardziej niestabilna postać krystaliczna zmieni się w bardziej stabilną postać krystaliczną.
Warto zauważyć, że bardziej stabilna postać krystaliczna ma większą rozpuszczalność, a mniej stabilna postać krystaliczna ma stosunkowo mniejszą rozpuszczalność.Wpłynie to bezpośrednio na szybkość wchłaniania barwnika i procent wchłaniania barwnika.
(5) Wielkość cząstek
Ogólnie rzecz biorąc, barwniki o małych cząstkach mają wysoką rozpuszczalność i dobrą stabilność dyspersji.Barwniki o dużych cząstkach mają mniejszą rozpuszczalność i stosunkowo słabą stabilność dyspersji.
Obecnie wielkość cząstek domowych barwników dyspersyjnych wynosi na ogół 0,5 ~ 2,0 μm (Uwaga: wielkość cząstek w przypadku barwienia zanurzeniowego wymaga 0,5 ~ 1,0 μm).