Кислотні барвники, прямі барвники та реактивні барвники є водорозчинними барвниками.Виробництво в 2001 році склало відповідно 30 тис. тонн, 20 тис. тонн і 45 тис. тонн.Проте протягом тривалого часу підприємства моєї країни з виробництва барвників приділяли більше уваги розробці та дослідженню нових структурних барвників, тоді як дослідження щодо подальшої обробки барвників були відносно слабкими.Зазвичай використовувані реагенти стандартизації для водорозчинних барвників включають сульфат натрію (сульфат натрію), декстрин, похідні крохмалю, сахарозу, сечовину, нафталіноформальдегід сульфонат тощо. Ці реагенти стандартизації змішуються з оригінальним барвником у пропорції для отримання необхідної міцності Товари, але вони не можуть задовольнити потреби різних процесів друку та фарбування в друкарській та фарбувальній промисловості.Незважаючи на те, що вищезазначені розчинники барвників відносно низькі, вони мають погану змочуваність і розчинність у воді, що ускладнює адаптацію до потреб міжнародного ринку, і їх можна експортувати лише як оригінальні барвники.Тому при комерціалізації водорозчинних барвників змочуваність і розчинність барвників у воді є проблемами, які необхідно вирішити терміново, і слід покладатися на відповідні добавки.

Обробка змочуваністю барвника
Загалом кажучи, змочування – це заміна рідини (має бути газ) на поверхні іншою рідиною.Зокрема, поверхня порошку або гранул повинна бути межею газ/тверда речовина, а процес змочування відбувається, коли рідина (вода) замінює газ на поверхні частинок.Можна побачити, що змочування - це фізичний процес між речовинами на поверхні.У подальшій обробці барвником змочування часто відіграє важливу роль.Як правило, барвник переробляють у твердий стан, такий як порошок або гранули, які потрібно змочувати під час використання.Таким чином, змочуваність барвника безпосередньо впливатиме на ефект нанесення.Наприклад, в процесі розчинення барвник важко змочується і спливати на воді небажано.З безперервним удосконаленням вимог до якості барвників сьогодні продуктивність змочування стала одним із показників для вимірювання якості барвників.Поверхнева енергія води становить 72,75 мН/м при 20 ℃, яка зменшується з підвищенням температури, тоді як поверхнева енергія твердих тіл практично не змінюється, зазвичай нижче 100 мН/м.Зазвичай метали та їх оксиди, неорганічні солі тощо легко змочуються. Вологість називається високою поверхневою енергією.Поверхнева енергія твердої органіки та полімерів порівнянна з поверхневою енергією звичайних рідин, що називається низькою поверхневою енергією, але вона змінюється залежно від розміру твердих частинок і ступеня пористості.Чим менший розмір частинок, тим більший ступінь пористості, а поверхня Чим вище енергія, розмір залежить від субстрату.Тому розмір частинок барвника повинен бути малим.Після обробки барвника комерційною обробкою, такою як висолювання та подрібнення в різних середовищах, розмір частинок барвника стає дрібнішим, кристалічність знижується, а кристалічна фаза змінюється, що покращує поверхневу енергію барвника та полегшує змочування.

Розчинна обробка кислотних барвників
Завдяки використанню малого коефіцієнта ванни та технології безперервного фарбування ступінь автоматизації друку та фарбування постійно вдосконалювався.Поява автоматичних наповнювачів і паст, впровадження рідких барвників вимагають приготування висококонцентрованих і високостійких фарбувальних розчинів і друкарських паст.Однак розчинність кислотних, реактивних і прямих барвників у побутових барвниках становить лише близько 100 г/л, особливо для кислотних барвників.Деякі різновиди навіть мають лише близько 20 г/л.Розчинність барвника пов’язана з молекулярною структурою барвника.Чим вище молекулярна маса і менше груп сульфонової кислоти, тим нижча розчинність;інакше, тим вище.Крім того, комерційна обробка барвників є надзвичайно важливою, включаючи спосіб кристалізації барвника, ступінь подрібнення, розмір частинок, додавання добавок тощо, що вплине на розчинність барвника.Чим легше барвник іонізується, тим вище його розчинність у воді.Однак комерціалізація та стандартизація традиційних барвників базуються на великій кількості електролітів, таких як сульфат натрію та сіль.Велика кількість Na+ у воді знижує розчинність барвника у воді.Тому, щоб покращити розчинність водорозчинних барвників, спочатку не додавайте електроліт до комерційних барвників.

Добавки та розчинність
⑴ Сполука спирту та співрозчинник сечовина
Оскільки водорозчинні барвники містять певну кількість груп сульфонової кислоти та груп карбонової кислоти, частинки барвника легко дисоціюють у водному розчині та несуть певну кількість негативного заряду.Коли додається співрозчинник, що містить групу, що утворює водневий зв’язок, на поверхні іонів барвника утворюється захисний шар із гідратованих іонів, який сприяє іонізації та розчиненню молекул барвника для покращення розчинності.Як допоміжні розчинники для водорозчинних барвників зазвичай використовують такі поліоли, як діетиленгліколевий ефір, тіодіетанол, поліетиленгліколь тощо.Оскільки вони можуть утворювати водневі зв’язки з барвником, поверхня іонів барвника утворює захисний шар гідратованих іонів, який запобігає агрегації та міжмолекулярній взаємодії молекул барвника, а також сприяє іонізації та дисоціації барвника.
⑵Неіонна поверхнево-активна речовина
Додавання певної неіонної поверхнево-активної речовини до барвника може послабити зв’язувальну силу між молекулами барвника та між молекулами, прискорити іонізацію та змусити молекули барвника утворювати міцели у воді, яка має хорошу дисперсійність.Полярні барвники утворюють міцели.Солюбілізуючі молекули утворюють мережу сумісності між молекулами для покращення розчинності, таку як поліоксиетиленовий ефір або складний ефір.Однак, якщо в молекулі співрозчинника відсутня сильна гідрофобна група, ефект дисперсії та солюбілізації міцели, утвореної барвником, буде слабким, і розчинність не збільшиться суттєво.Тому намагайтеся вибирати розчинники, що містять ароматичні кільця, здатні утворювати гідрофобні зв’язки з барвниками.Наприклад, алкілфенол-поліоксиетиленовий ефір, емульгатор на основі поліоксиетиленсорбітанового ефіру та інші, такі як поліоксиетиленовий ефір поліалкілфенілфенолу.
⑶ лігносульфонатний диспергатор
диспергатор має великий вплив на розчинність барвника.Вибір хорошого диспергатора відповідно до структури барвника значною мірою допоможе покращити розчинність барвника.У водорозчинних барвниках він відіграє певну роль у запобіганні взаємної адсорбції (сила Ван-дер-Ваальса) і агрегації між молекулами барвника.Лігносульфонат є найефективнішим диспергатором, і в Китаї проводяться дослідження з цього приводу.
Молекулярна структура дисперсних барвників не містить сильних гідрофільних груп, а містить лише слабополярні групи, тому він має лише слабку гідрофільність, а фактична розчинність дуже мала.Більшість дисперсних барвників розчиняються у воді лише при 25 ℃.1～10 мг/л.
Розчинність дисперсних барвників пов'язана з такими факторами:
Молекулярна структура
«Розчинність дисперсних барвників у воді зростає, оскільки зменшується гідрофобна частина молекули барвника і збільшується гідрофільна частина (якість і кількість полярних груп).Тобто розчинність барвників з відносно малою відносною молекулярною масою та більш слабкими полярними групами, такими як -OH і -NH2, буде вищою.Барвники з більшою відносною молекулярною масою і меншою кількістю слабополярних груп мають відносно низьку розчинність.Наприклад, дисперсний червоний (I), його M=321, розчинність становить менше 0,1 мг/л при 25 ℃, а розчинність становить 1,2 мг/л при 80 ℃.Дисперсний червоний (II), M=352, розчинність при 25 ℃ становить 7,1 мг/л, а розчинність при 80 ℃ становить 240 мг/л.
Диспергатор
У порошкоподібних дисперсних барвниках вміст чистих барвників, як правило, становить від 40% до 60%, а решта - це диспергатори, пилозахисні агенти, захисні агенти, сульфат натрію тощо. Серед них диспергатор становить більшу частку.
Диспергатор (дифузійний агент) може покрити дрібні кристалічні зерна барвника в гідрофільні колоїдні частинки та стабільно диспергувати їх у воді.Після перевищення критичної концентрації міцел також утворюються міцели, що призведе до зменшення частини крихітних кристалічних зерен барвника.При розчиненні в міцелах відбувається так зване явище «солюбілізації», що підвищує розчинність барвника.Крім того, чим краща якість диспергатора і чим вища концентрація, тим більший ефект розчинення та солюбілізації.
Слід зазначити, що солюбілізаційний ефект диспергатора на дисперсні барвники різної структури різний, і різниця дуже велика;солюбілізаційний ефект диспергатора на дисперсні барвники зменшується з підвищенням температури води, що точно так само, як вплив температури води на дисперсні барвники.Ефект розчинності протилежний.
Після того, як гідрофобні кристалічні частинки дисперсійного барвника та диспергатора утворюють гідрофільні колоїдні частинки, його стабільність дисперсії значно покращиться.Крім того, ці колоїдні частинки барвника відіграють роль «постачальника» барвників під час процесу фарбування.Оскільки після того, як молекули барвника в розчиненому стані поглинаються волокном, барвник, який «зберігається» в колоїдних частинках, буде вчасно вивільнений для підтримки балансу розчинення барвника.
Стан дисперсного барвника в дисперсії
1-молекула диспергатора
2-кристаліт барвника (солюбілізація)
3-диспергатор міцел
4-одна молекула барвника (розчинена)
5-Зерно барвника
6-диспергатор ліпофільна основа
7-диспергатор гідрофільна основа
8-іон натрію (Na+)
9-агрегати кристалітів барвника
Однак, якщо «зчеплення» між барвником і диспергатором занадто велике, «пропозиція» окремої молекули барвника буде відставати або явище «пропозиція перевищує попит».Таким чином, це безпосередньо зменшить швидкість фарбування та збалансує відсоток фарбування, що призведе до повільного фарбування та світлого кольору.
Видно, що при виборі та використанні диспергаторів слід враховувати не тільки дисперсійну стійкість барвника, але й вплив на колір барвника.
(3) Температура розчину для фарбування
Розчинність дисперсних барвників у воді збільшується з підвищенням температури води.Наприклад, розчинність дисперсного жовтого у воді при 80°C у 18 разів більша, ніж при 25°C.Розчинність дисперсного червоного у воді з температурою 80°C у 33 рази вища, ніж при 25°C.Розчинність Disperse Blue у воді при 80°C в 37 разів перевищує розчинність при 25°C.Якщо температура води перевищує 100°С, то розчинність дисперсних барвників ще більше зростає.
Ось особливе нагадування: ця властивість дисперсних барвників до розчинення принесе приховану небезпеку для практичного застосування.Наприклад, коли фарбувальний розчин нагрівається нерівномірно, барвний розчин з високою температурою тече до місця, де температура низька.Коли температура води знижується, розчин барвника стає перенасиченим, і розчинений барвник випадає в осад, спричиняючи зростання кристалічних зерен барвника та зниження розчинності., що призводить до зниження поглинання барвника.
(чотири) форма кристала барвника
Деякі дисперсні барвники мають явище «ізоморфізму».Тобто один і той самий дисперсний барвник через різну технологію диспергування в процесі виробництва утворює кілька кристалічних форм, таких як голки, стрижні, пластівці, гранули, блоки.У процесі нанесення, особливо під час фарбування при 130°C, більш нестабільна кристалічна форма зміниться на більш стабільну кристалічну форму.
Варто зазначити, що більш стабільна кристалічна форма має більшу розчинність, а менш стабільна кристалічна форма має відносно меншу розчинність.Це безпосередньо вплине на швидкість поглинання барвника та відсоток поглинання барвника.
(5) Розмір частинок
Як правило, барвники з дрібними частинками мають високу розчинність і добру дисперсійну стабільність.Барвники з великими частками мають нижчу розчинність і відносно низьку стабільність дисперсії.
На даний момент розмір часток вітчизняних дисперсних барвників зазвичай становить 0,5～2,0 мкм (Примітка: розмір частинок для фарбування зануренням вимагає 0,5～1,0 мкм).