Barwniki reaktywne charakteryzują się bardzo dobrą rozpuszczalnością w wodzie. Barwniki reaktywne rozpuszczają się w wodzie głównie dzięki grupie kwasu sulfonowego w cząsteczce barwnika. W przypadku barwników reaktywnych mezotemperaturowych zawierających grupy winylosulfonowe, oprócz grupy kwasu sulfonowego, bardzo dobrą grupą rozpuszczającą jest również β-etylosulfonylosiarczan.

W roztworze wodnym jony sodowe w grupie kwasu sulfonowego i grupie β-etylosulfonosiarczanowej ulegają reakcji hydratacji, przekształcając barwnik w anion i rozpuszczając go w wodzie. Barwienie barwnika reaktywnego zależy od anionu barwnika, który ma zostać użyty do barwienia włókna.

Rozpuszczalność barwników reaktywnych wynosi ponad 100 g/l, większość barwników ma rozpuszczalność 200-400 g/l, a niektóre osiągają nawet 450 g/l. Jednak w trakcie procesu barwienia rozpuszczalność barwnika spada z różnych przyczyn (lub staje się on całkowicie nierozpuszczalny). Wraz ze spadkiem rozpuszczalności, część barwnika zmienia się z pojedynczego wolnego anionu w cząsteczki, ze względu na silne odpychanie ładunków między cząsteczkami. Zmniejszając się, cząsteczki będą się przyciągać, tworząc aglomerację. Ten rodzaj aglomeracji najpierw gromadzi cząsteczki barwnika w aglomeraty, następnie przekształca się w aglomeraty, a na końcu w kłaczki. Mimo że kłaczki stanowią rodzaj luźnego skupiska, ze względu na otaczającą je podwójną warstwę elektryczną utworzoną z ładunków dodatnich i ujemnych, rozłożenie ich przez siłę ścinającą podczas krążenia roztworu barwiącego jest na ogół trudne, a kłaczki łatwo wytrącają się na tkaninie, powodując farbowanie lub plamienie powierzchni.

Gdy barwnik ulegnie takiej aglomeracji, trwałość koloru znacznie się zmniejszy, a jednocześnie pojawią się różne stopnie zacieków i plam. W przypadku niektórych barwników, flokulacja dodatkowo przyspieszy ich gromadzenie pod wpływem siły ścinającej roztworu barwnika, powodując odwodnienie i wysalanie. Po wysalaniu, farbowany kolor stanie się bardzo jasny, a nawet niefarbowany, a nawet jeśli zostanie zafarbowany, pojawią się poważne plamy i zacieki.

Przyczyny agregacji barwników

Głównym powodem jest elektrolit. W procesie barwienia głównym elektrolitem jest przyspieszacz barwienia (sól sodowa i sól). Przyspieszacz zawiera jony sodu, a równoważnik jonów sodu w cząsteczce barwnika jest znacznie niższy niż w samym przyspieszaczu. Równoważna liczba jonów sodu, czyli normalne stężenie przyspieszacza barwienia w standardowym procesie barwienia, nie będzie miało dużego wpływu na rozpuszczalność barwnika w kąpieli barwiącej.

Jednakże, gdy ilość przyspieszacza barwienia wzrasta, stężenie jonów sodu w roztworze odpowiednio wzrasta. Nadmiar jonów sodu hamuje jonizację jonów sodu na grupie rozpuszczającej cząsteczki barwnika, zmniejszając w ten sposób rozpuszczalność barwnika. Powyżej 200 g/l większość barwników będzie miała różny stopień agregacji. Gdy stężenie przyspieszacza barwienia przekroczy 250 g/l, stopień agregacji będzie się nasilać, najpierw tworząc aglomeraty, a następnie w roztworze barwnika. Aglomeraty i kłaczki tworzą się szybko, a niektóre barwniki o niskiej rozpuszczalności są częściowo wysolone lub nawet odwodnione. Barwniki o różnej strukturze cząsteczkowej mają różne właściwości przeciwaglomeracyjne i przeciwwysoleniowe. Im niższa rozpuszczalność, tym gorsze właściwości przeciwaglomeracyjne i tolerancja na sól. Tym gorsza wydajność analityczna.

Rozpuszczalność barwnika zależy głównie od liczby grup kwasu sulfonowego w cząsteczce barwnika oraz liczby siarczanów β-etylosulfonu. Jednocześnie, im większa hydrofilowość cząsteczki barwnika, tym wyższa rozpuszczalność i niższa hydrofilowość. Im niższa rozpuszczalność. (Na przykład barwniki o strukturze azowej są bardziej hydrofilowe niż barwniki o strukturze heterocyklicznej). Ponadto, im większa struktura cząsteczkowa barwnika, tym niższa rozpuszczalność, a im mniejsza struktura cząsteczkowa, tym wyższa rozpuszczalność.

Rozpuszczalność barwników reaktywnych
Można je podzielić na cztery kategorie:

Klasa A, barwniki zawierające siarczan dietylosulfonu (tj. winylosulfon) i trzy grupy reaktywne (monochlorotriazyna + diwinylosulfon) mają najwyższą rozpuszczalność, takie jak Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL oraz wszystkie reaktywne czernie powstałe w wyniku zmieszania Yuanqing B, barwników z trzema grupami reaktywnymi, takich jak typ ED, typ Ciba s itd. Rozpuszczalność tych barwników wynosi przeważnie około 400 g/l.

Klasa B, barwniki zawierające grupy heterobireaktywne (monochloros-triazyna+winylosulfon), takie jak żółcień 3RS, czerwień 3BS, czerwień 6B, czerwień GWF, trzy kolory podstawowe RR, trzy kolory podstawowe RGB itd. Ich rozpuszczalność jest oparta na 200–300 gramach. Rozpuszczalność meta-estru jest wyższa niż para-estru.

Typ C: Granatowy, który jest również grupą heterobireaktywną: BF, granatowy 3GF, ciemnoniebieski 2GFN, czerwony RBN, czerwony F2B, itp., ze względu na mniejszą liczbę grup kwasu sulfonowego lub większą masę cząsteczkową, jego rozpuszczalność jest również niska, tylko 100-200 g/Rise. Klasa D: Barwniki z grupą monowinylosulfonową i strukturą heterocykliczną, o najniższej rozpuszczalności, takie jak błękit brylantowy KN-R, błękit turkusowy G, żółcień jaskrawa 4GL, fiolet 5R, błękit BRF, pomarańcz brylantowy F2R, czerwień brylantowa F2G, itp. Rozpuszczalność tego typu barwnika wynosi tylko około 100 g/l. Ten typ barwnika jest szczególnie wrażliwy na elektrolity. Gdy ten typ barwnika ulegnie aglomeracji, nie musi nawet przechodzić przez proces flokulacji, bezpośrednio wysalając.

W standardowym procesie barwienia maksymalna ilość przyspieszacza wynosi 80 g/l. Tylko ciemne kolory wymagają tak wysokiego stężenia przyspieszacza. Gdy stężenie barwnika w kąpieli barwiącej jest niższe niż 10 g/l, większość barwników reaktywnych nadal charakteryzuje się dobrą rozpuszczalnością i nie agreguje. Problem tkwi jednak w kadzi. Zgodnie ze standardowym procesem barwienia, najpierw dodaje się barwnik, a po jego całkowitym rozcieńczeniu w kąpieli barwiącej do uzyskania jednorodnej konsystencji, dodaje się przyspieszacz. Przyspieszacz zasadniczo kończy proces rozpuszczania w kadzi.

Postępuj zgodnie z następującym procesem

Założenie: stężenie barwnika wynosi 5%, stosunek cieczy 1:10, waga tkaniny 350 kg (przepływ cieczy przez podwójną rurę), poziom wody 3,5 T, stężenie siarczanu sodu 60 g/litr, całkowita ilość siarczanu sodu 200 kg (50 kg/opakowanie, łącznie 4 opakowania). (Pojemność zbiornika na materiał wynosi zazwyczaj około 450 litrów). W procesie rozpuszczania siarczanu sodu często wykorzystuje się płyn zwrotny z kadzi barwiącej. Płyn zwrotny zawiera wcześniej dodany barwnik. Zazwyczaj do kadzi z materiałem wlewa się 300 l płynu zwrotnego, a następnie wsypuje się dwa pakiety siarczanu sodu (100 kg).

Problem polega na tym, że większość barwników będzie się aglomerować w różnym stopniu przy takim stężeniu siarczanu sodu. Wśród nich, barwnik typu C będzie się silnie aglomerował, a barwnik typu D nie tylko będzie się aglomerował, ale nawet wysolił. Chociaż operator będzie postępował zgodnie z procedurą, powoli uzupełniając roztwór siarczanu sodu z kadzi z materiałem do kadzi z barwnikiem za pomocą głównej pompy obiegowej, barwnik w 300 litrach roztworu siarczanu sodu utworzył kłaczki, a nawet wysolił się.

Po napełnieniu kadzi z materiałem roztworem w całości, widoczne jest na jej ściankach i dnie, że na dnie kadzi znajduje się warstwa tłustych cząstek barwnika. Zeskrobanie tych cząstek i wrzucenie ich do czystej wody zazwyczaj jest trudne. Ponowne rozpuszczenie jest bardzo trudne. W rzeczywistości 300 litrów roztworu trafiającego do kadzi z barwnikiem wygląda tak samo.

Należy pamiętać, że w tym przypadku dwa opakowania proszku Yuanming również zostaną rozpuszczone i ponownie napełnione w zbiorniku z barwnikiem. Po tym procesie z pewnością pojawią się plamy, plamy i plamy, a trwałość koloru znacznie spadnie z powodu barwienia powierzchniowego, nawet jeśli nie wystąpią wyraźne flokulacje ani wysalanie. W przypadku barwników klasy A i klasy B o wyższej rozpuszczalności, nastąpi również agregacja barwników. Chociaż te barwniki nie utworzyły jeszcze flokulacji, przynajmniej część z nich utworzyła już aglomeraty.

Agregaty te są trudne do wniknięcia we włókno. Ponieważ amorficzna strefa włókna bawełnianego umożliwia jedynie penetrację i dyfuzję barwników monojonowych, żadne agregaty nie mogą przedostać się do amorficznej strefy włókna. Mogą one zostać zaadsorbowane jedynie na powierzchni włókna. Trwałość koloru również ulegnie znacznemu pogorszeniu, a w poważnych przypadkach mogą wystąpić plamy i przebarwienia.

Stopień rozpuszczenia barwników reaktywnych jest związany z czynnikami alkalicznymi

Po dodaniu środka alkalicznego, siarczan β-etylosulfonu barwnika reaktywnego ulega reakcji eliminacji, tworząc właściwy winylosulfon, który jest bardzo dobrze rozpuszczalny w genach. Ponieważ reakcja eliminacji wymaga bardzo niewielu środków alkalicznych (często stanowiących mniej niż 1/10 dawki procesu), im większa dawka alkaliczna zostanie dodana, tym więcej barwników wyeliminuje reakcję. Po zajściu reakcji eliminacji rozpuszczalność barwnika również się zmniejszy.

Ten sam środek alkaliczny jest również silnym elektrolitem i zawiera jony sodu. Dlatego też nadmierne stężenie środka alkalicznego spowoduje również aglomerację, a nawet wysolenie barwnika, który utworzył winylosulfon. Ten sam problem występuje w zbiorniku z materiałem. Gdy środek alkaliczny jest rozpuszczony (weźmy na przykład sodę kalcynowaną), jeśli używany jest roztwór zwrotny, w tym momencie płyn zwrotny zawiera już środek przyspieszający barwienie i barwnik w normalnym stężeniu procesowym. Chociaż część barwnika mogła zostać wyczerpana przez włókno, co najmniej ponad 40% pozostałego barwnika znajduje się w kąpieli barwiącej. Załóżmy, że w trakcie pracy wsypano opakowanie sody kalcynowanej, a stężenie sody kalcynowanej w zbiorniku przekracza 80 g/l. Nawet jeśli w tym momencie stężenie przyspieszacza barwienia w płynie zwrotnym wynosi 80 g/l, barwnik w zbiorniku również ulegnie skropleniu. Barwniki C i D mogą nawet ulegać wysalaniu, szczególnie w przypadku barwników D, nawet jeśli stężenie sody kalcynowanej spadnie do 20 g/l, wystąpi miejscowe wysalanie. Spośród nich najbardziej wrażliwe są błękit brylantowy KN.R, błękit turkusowy G i barwnik Supervisor BRF.

Aglomeracja barwnika, a nawet wysalanie, nie oznacza, że ​​barwnik uległ całkowitej hydrolizie. Jeśli jest to aglomeracja lub wysalanie spowodowane przez przyspieszacz barwienia, barwnik nadal można barwić, o ile można go ponownie rozpuścić. Aby jednak ponownie go rozpuścić, konieczne jest dodanie odpowiedniej ilości środka wspomagającego barwienie (takiego jak mocznik 20 g/l lub więcej) oraz podniesienie temperatury do 90°C lub więcej, przy jednoczesnym odpowiednim mieszaniu. Oczywiście jest to bardzo trudne w praktyce.
Aby zapobiec aglomerowaniu lub wysalaniu barwników w kadzi, w przypadku barwników C i D o niskiej rozpuszczalności, a także barwników A i B, przy uzyskiwaniu głębokich i skoncentrowanych kolorów należy stosować proces barwienia transferowego.

Operacje i analiza procesów

1. Użyj kadzi z farbą, aby napełnić ją przyspieszaczem i podgrzej go w kadzi, aby go rozpuścić (60–80°C). Ponieważ w wodzie nie ma barwnika, przyspieszacz nie ma powinowactwa do tkaniny. Rozpuszczony przyspieszacz można wlać do kadzi farbiarskiej tak szybko, jak to możliwe.

2. Po 5 minutach cyrkulacji roztworu solanki, przyspieszacz barwienia jest zasadniczo całkowicie jednorodny, po czym dodaje się uprzednio rozpuszczony roztwór barwnika. Roztwór barwnika należy rozcieńczyć roztworem zwrotnym, ponieważ stężenie przyspieszacza barwienia w roztworze zwrotnym wynosi zaledwie 80 gramów/l, co zapobiega aglomeracji barwnika. Jednocześnie, ponieważ przyspieszacz barwienia (o stosunkowo niskim stężeniu) nie będzie miał wpływu na barwnik, wystąpią problemy z barwieniem. W tym momencie nie ma potrzeby kontrolowania czasu napełniania kadzi barwiącej roztworem barwnika, co zazwyczaj trwa 10–15 minut.

3. Środki alkaliczne należy uwodnić w jak największym stopniu, szczególnie w przypadku barwników C i D. Ponieważ ten rodzaj barwnika jest bardzo wrażliwy na działanie środków alkalicznych w obecności środków wspomagających barwienie, rozpuszczalność środków alkalicznych jest stosunkowo wysoka (rozpuszczalność sody kalcynowanej w temperaturze 60°C wynosi 450 g/l). Czysta woda potrzebna do rozpuszczenia środka alkalicznego nie musi być zbyt duża, ale szybkość dodawania roztworu alkalicznego musi być zgodna z wymaganiami procesu i generalnie lepiej jest dodawać go stopniowo.

4. W przypadku barwników diwinylosulfonowych kategorii A szybkość reakcji jest stosunkowo wysoka, ponieważ są one szczególnie wrażliwe na czynniki alkaliczne w temperaturze 60°C. Aby zapobiec natychmiastowemu utrwaleniu koloru i nierównomiernemu zabarwieniu, można dodać wstępnie 1/4 czynnika alkalicznego w niskiej temperaturze.

W procesie barwienia transferowego, jedynie środek alkaliczny musi kontrolować szybkość podawania. Proces barwienia transferowego można stosować nie tylko metodą grzewczą, ale również metodą stałej temperatury. Metoda stałej temperatury może zwiększyć rozpuszczalność barwnika oraz przyspieszyć jego dyfuzję i penetrację. Szybkość pęcznienia amorficznej części włókna w temperaturze 60°C jest około dwukrotnie wyższa niż w temperaturze 30°C. Dlatego proces stałej temperatury jest bardziej odpowiedni do barwienia serów i motków. Do metod barwienia osnowowego zalicza się metody o niskim stosunku objętości cieczy, takie jak barwienie osnowowe, które wymagają wysokiej penetracji i dyfuzji lub stosunkowo wysokiego stężenia barwnika.

Należy pamiętać, że siarczan sodu dostępny obecnie na rynku jest czasami stosunkowo zasadowy, a jego pH może sięgać 9-10. Jest to bardzo niebezpieczne. Porównując czysty siarczan sodu z czystą solą, okazuje się, że sól ma większy wpływ na agregację barwników niż siarczan sodu. Wynika to z faktu, że równoważnik jonów sodu w soli kuchennej jest wyższy niż w siarczanie sodu o tej samej masie.

Agregacja barwników jest ściśle związana z jakością wody. Generalnie jony wapnia i magnezu poniżej 150 ppm nie będą miały dużego wpływu na agregację barwników. Jednak jony metali ciężkich w wodzie, takie jak jony żelaza(III) i jony glinu, w tym niektóre mikroorganizmy alg, przyspieszają agregację barwników. Na przykład, jeśli stężenie jonów żelaza(III) w wodzie przekroczy 20 ppm, zdolność barwnika do przeciwdziałania kohezji może zostać znacznie zmniejszona, a wpływ alg staje się poważniejszy.

Dołączono test odporności na aglomerację i wysalanie barwnika:

Oznaczenie 1: Odważyć 0,5 g barwnika, 25 g siarczanu sodu lub soli i rozpuścić w 100 ml wody oczyszczonej w temperaturze 25°C przez około 5 minut. Za pomocą rurki kroplowej nanieść roztwór i nanosić 2 krople w sposób ciągły w tym samym miejscu na bibułę filtracyjną.

Oznaczenie 2: Odważyć 0,5 g barwnika, 8 g siarczanu sodu lub soli kuchennej oraz 8 g sody kalcynowanej i rozpuścić w 100 ml wody oczyszczonej w temperaturze około 25°C przez około 5 minut. Za pomocą kroplomierza nanosić roztwór w sposób ciągły na bibułę filtracyjną. 2 krople.

Powyższą metodę można stosować w celu prostej oceny zdolności barwnika do przeciwdziałania aglomerowaniu i wysalaniu, a zasadniczo pozwala ona ocenić, jaki proces barwienia należy zastosować.