Реактивні барвники мають дуже добру розчинність у воді. Для розчинення у воді реакційні барвники в основному залежать від сульфоновокислотної групи молекули барвника. Для мезотемпературних реакційних барвників, що містять вінілсульфонові групи, окрім сульфоновокислотної групи, β-етилсульфонілсульфат також є дуже хорошою розчинною групою.

У водному розчині іони натрію сульфоновокислотної групи та β-етилсульфонсульфатної групи вступають у реакцію гідратації, в результаті чого барвник утворює аніон та розчиняється у воді. Фарбування реактивного барвника залежить від аніона барвника, яким фарбують волокно.

Розчинність реакційних барвників перевищує 100 г/л, більшість барвників мають розчинність 200-400 г/л, а деякі барвники можуть досягати навіть 450 г/л. Однак під час процесу фарбування розчинність барвника зменшується з різних причин (або навіть стає повністю нерозчинним). Коли розчинність барвника зменшується, частина барвника перетворюється з одного вільного аніона на частинки через велике відштовхування зарядів між частинками. Зі зменшенням розчинності частинки притягуються одна до одної, утворюючи агломерацію. Цей вид агломерації спочатку збирає частинки барвника в агломерати, потім перетворюється на агломерати, і, нарешті, перетворюється на флокули. Хоча флокули є своєрідним пухким скупченням, через навколишній подвійний електричний шар, утворений позитивними та негативними зарядами, зазвичай важко розкладається силою зсуву під час циркуляції барвникової рідини, і флокули легко осідають на тканині, що призводить до фарбування або утворення плям на поверхні.

Після такої агломерації барвника стійкість кольору значно знизиться, і водночас це призведе до появи різного ступеня плям, розводів та плям. Для деяких барвників флокуляція ще більше прискорить збірку під дією сили зсуву розчину барвника, що призведе до зневоднення та висолювання. Після висолювання колір фарби стане надзвичайно світлим або навіть не буде забарвленим, навіть якщо його забарвити, це призведе до серйозних плям та розводів.

Причини агрегації барвника

Основна причина – електроліт. У процесі фарбування основним електролітом є прискорювач барвника (натрієва сіль та сіль). Прискорювач барвника містить іони натрію, а еквівалент іонів натрію в молекулі барвника значно нижчий, ніж у самому прискорювачі барвника. Еквівалентна кількість іонів натрію, нормальна концентрація прискорювача барвника у звичайному процесі фарбування, не матиме значного впливу на розчинність барвника у фарбувальній ванні.

Однак, коли кількість прискорювача барвника збільшується, відповідно збільшується концентрація іонів натрію в розчині. Надлишок іонів натрію пригнічує іонізацію іонів натрію на розчинній групі молекули барвника, тим самим зменшуючи розчинність барвника. Після концентрації понад 200 г/л більшість барвників матимуть різний ступінь агрегації. Коли концентрація прискорювача барвника перевищує 250 г/л, ступінь агрегації посилюється, спочатку утворюючи агломерати, а потім у розчині барвника. Агломерати та флокули утворюються швидко, а деякі барвники з низькою розчинністю частково висолюються або навіть зневоднюються. Барвники з різною молекулярною структурою мають різні антиагломераційні та солестійкі властивості. Чим нижча розчинність, тим кращі антиагломераційні та солестійкі властивості. Тим гірші аналітичні показники.

Розчинність барвника головним чином визначається кількістю сульфокислотних груп у молекулі барвника та кількістю β-етилсульфонсульфатів. Водночас, чим більша гідрофільність молекули барвника, тим вища розчинність і тим нижча гідрофільність. Чим нижча розчинність. (Наприклад, барвники азоструктури є більш гідрофільними, ніж барвники гетероциклічної структури.) Крім того, чим більша молекулярна структура барвника, тим нижча розчинність, а чим менша молекулярна структура, тим вища розчинність.

Розчинність реакційноздатних барвників
Його можна умовно розділити на чотири категорії:

Клас А, барвники, що містять діетилсульфонсульфат (тобто вінілсульфон) та три реакційні групи (монохлорос-триазин + дивінілсульфон), мають найвищу розчинність, такі як Yuanqing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL та всі реакційні чорні, отримані шляхом змішування Yuanqing B, барвників з трьома реакційними групами, таких як тип ED, тип Ciba s тощо. Розчинність цих барвників в основному становить близько 400 г/л.

Клас B, барвники, що містять гетеробіреактивні групи (монохлорос-триазин+вінілсульфон), такі як жовтий 3RS, червоний 3BS, червоний 6B, червоний GWF, RR три основні кольори, RGB три основні кольори тощо. Їх розчинність базується на 200～300 грамах. Розчинність мета-естеру вища, ніж пара-естеру.

Тип C: Темно-синій, який також є гетеробіреактивною групою: BF, Темно-синій 3GF, Темно-синій 2GFN, Червоний RBN, Червоний F2B тощо, через меншу кількість сульфоновокислотних груп або більшу молекулярну масу його розчинність також низька, лише 100-200 г/л. Клас D: Барвники з моновінілсульфоновою групою та гетероциклічною структурою, з найнижчою розчинністю, такі як Brilliant Blue KN-R, Turquoise Blue G, Bright Yellow 4GL, Violet 5R, Blue BRF, Brilliant Orange F2R, Brilliant Red F2G тощо. Розчинність цього типу барвника становить лише близько 100 г/л. Цей тип барвника особливо чутливий до електролітів. Після агломерації цього типу барвника йому навіть не потрібно проходити процес флокуляції, а безпосередньо висолювати його.

У звичайному процесі фарбування максимальна кількість прискорювача барвника становить 80 г/л. Тільки темні кольори потребують такої високої концентрації прискорювача барвника. Коли концентрація барвника у фарбувальній ванні менше 10 г/л, більшість реакційних барвників все ще мають добру розчинність за цієї концентрації та не агрегуються. Але проблема полягає в чані. Згідно зі звичайним процесом фарбування, спочатку додається барвник, а після того, як барвник повністю розчиниться у фарбувальній ванні до однорідності, додається прискорювач барвника. Прискорювач барвника фактично завершує процес розчинення у чані.

Дійте відповідно до наступного процесу

Припущення: концентрація фарбувального розчину 5%, співвідношення розчину 1:10, вага тканини 350 кг (потік рідини по двом трубам), рівень води 3,5 т, сульфат натрію 60 г/літр, загальна кількість сульфату натрію 200 кг (50 кг/упаковка, всього 4 упаковки)) (Місткість резервуара для матеріалу зазвичай становить близько 450 літрів). У процесі розчинення сульфату натрію часто використовується рефлюксна рідина з фарбувального резервуара. Рефлюксна рідина містить попередньо доданий барвник. Зазвичай 300 л рефлюксної рідини спочатку поміщають у резервуар для матеріалу, а потім заливають два пакети сульфату натрію (100 кг).

Проблема полягає в тому, що більшість барвників за такої концентрації сульфату натрію агломеруються різною мірою. Серед них барвники типу C мають серйозну агломерацію, а барвник D не тільки агломерується, але й навіть висолюється. Хоча загальний оператор дотримуватиметься процедури повільного поповнення розчину сульфату натрію з матеріалу в резервуар для барвника через головний циркуляційний насос. Але барвник у 300 літрах розчину сульфату натрію утворив флокули та навіть висолився.

Коли весь розчин з ємності для матеріалу заповнюється у фарбувальну чан, стає чітко видно шар жирних частинок барвника на стінках та дні чанів. Якщо ці частинки барвника зішкребти та помістити в чисту воду, їх, як правило, важко розчинити знову. Фактично, 300 літрів розчину, що надходять у фарбувальну чан, мають такий вигляд.

Пам’ятайте, що також є дві упаковки порошку Yuanming, які також будуть розчинені та знову заповнені у чан з барвником таким чином. Після цього обов’язково з’являться плями, плями та ще раз плями, а стійкість кольору значно знизиться через поверхневе фарбування, навіть якщо немає очевидної флокуляції чи висолювання. Для барвників класу A та класу B з вищою розчинністю також відбуватиметься агрегація барвника. Хоча ці барвники ще не утворили флокуляцій, принаймні частина барвників вже утворила агломерати.

Ці агрегати важко проникають у волокно. Оскільки аморфна область бавовняного волокна дозволяє проникненню та дифузії лише моноіонних барвників, агрегати не можуть потрапити в аморфну ​​зону волокна. Вони можуть адсорбуватися лише на поверхні волокна. Стійкість кольору також значно знижується, а у важких випадках можуть виникати кольорові плями та розводи.

Ступінь розчинності реактивних барвників пов'язаний з лужними агентами

Коли додається лужний агент, β-етилсульфонсульфат реактивного барвника вступає в реакцію елімінування з утворенням справжнього вінілсульфону, який добре розчинний у генах. Оскільки для реакції елімінування потрібно дуже мало лужних агентів (часто менше 1/10 від технологічної дози), чим більше додається лугу, тим більше барвників елімінує реакцію. Після початку реакції елімінування розчинність барвника також зменшується.

Той самий лужний агент також є сильним електролітом і містить іони натрію. Тому надмірна концентрація лужного агента також призведе до агломерації або навіть висолювання барвника, який утворив вінілсульфон. Така ж проблема виникає в резервуарі для матеріалу. Коли лужний агент розчиняється (візьмемо, наприклад, кальциновану соду), якщо використовується розчин для рефлюксу. У цей час рідина для рефлюксу вже містить прискорювач барвника та барвник у нормальній технологічній концентрації. Хоча частина барвника могла бути вичерпана волокном, принаймні понад 40% барвника, що залишився, знаходиться у фарбувальному розчині. Припустимо, що під час роботи засипається пакет кальцинованої соди, і концентрація кальцинованої соди в резервуарі перевищує 80 г/л. Навіть якщо прискорювач барвника в рідині для рефлюксу в цей час становить 80 г/л, барвник у резервуарі також конденсуватиметься. Барвники C та D можуть навіть висолюватися, особливо для барвників D, навіть якщо концентрація кальцинованої соди падає до 20 г/л, відбудеться локальне висолювання. Серед них найбільш чутливими є Brilliant Blue KN.R, Turquoise Blue G та Supervisor BRF.

Агломерація барвника або навіть висолювання не означає, що барвник повністю гідролізувався. Якщо агломерація або висолювання спричинені прискорювачем барвника, його все ще можна фарбувати, якщо його можна повторно розчинити. Але для повторного розчинення необхідно додати достатню кількість допоміжного барвника (наприклад, сечовини 20 г/л або більше), а температуру слід підвищити до 90°C або більше за умови достатнього перемішування. Зрозуміло, що це дуже складно в реальному процесі.
Щоб запобігти агломерації або висолюванню барвників у чані, для отримання глибоких і концентрованих кольорів для барвників C та D з низькою розчинністю, а також для барвників A та B необхідно використовувати процес переносного фарбування.

Процес роботи та аналіз

1. Використовуйте фарбувальну чан для повернення прискорювача барвника та нагрівайте його в чан для розчинення (60～80℃). Оскільки у прісній воді немає барвника, прискорювач барвника не має спорідненості з тканиною. Розчинений прискорювач барвника можна якомога швидше залити у фарбувальну чан.

2. Після 5 хвилин циркуляції розсолу, прискорювач барвника досягає практично повної однорідності, а потім додається попередньо розчинений розчин барвника. Розчин барвника необхідно розбавити розчином для рефлюксу, оскільки концентрація прискорювача барвника в розчині для рефлюксу становить лише 80 грамів/л, тому барвник не злипається. Водночас, оскільки барвник не піддається впливу прискорювача барвника (відносно низької концентрації), виникнуть проблеми з фарбуванням. У цей час не потрібно контролювати час заповнення фарбувальної ємності розчином барвника, і зазвичай це займає 10-15 хвилин.

3. Лужні агенти слід максимально гідратувати, особливо барвники C та D. Оскільки цей тип барвника дуже чутливий до лужних агентів у присутності агентів, що стимулюють барвлення, розчинність лужних агентів є відносно високою (розчинність кальцинованої соди при 60°C становить 450 г/л). Кількість чистої води, необхідної для розчинення лужного агента, не повинна бути занадто великою, але швидкість додавання лужного розчину повинна відповідати вимогам процесу, і зазвичай краще додавати його поступово.

4. Для дивінілсульфонових барвників категорії А швидкість реакції є відносно високою, оскільки вони особливо чутливі до лужних агентів при 60°C. Щоб запобігти миттєвому закріпленню кольору та нерівномірному забарвленню, можна попередньо додати 1/4 лужного агента при низькій температурі.

У процесі фарбування переносом лише лужний агент повинен контролювати швидкість подачі. Процес фарбування переносом застосовується не лише до методу нагрівання, але й до методу постійної температури. Метод постійної температури може збільшити розчинність барвника та прискорити його дифузію та проникнення. Швидкість набухання аморфної ділянки волокна при 60°C приблизно вдвічі вища, ніж при 30°C. Тому процес постійної температури більше підходить для сиру та мотлоху. Основні балки включають методи фарбування з низьким співвідношенням рідини, такі як фарбування джигом, які вимагають високого проникнення та дифузії або відносно високої концентрації барвника.

Зверніть увагу, що сульфат натрію, який зараз доступний на ринку, іноді є відносно лужним, а його значення pH може сягати 9-10. Це дуже небезпечно. Якщо порівняти чистий сульфат натрію з чистою сіллю, то сіль має сильніший вплив на агрегацію барвника, ніж сульфат натрію. Це пояснюється тим, що еквівалент іонів натрію в кухонній солі вищий, ніж у сульфаті натрію при тій самій вазі.

Агрегація барвників значною мірою залежить від якості води. Як правило, іони кальцію та магнію в концентрації нижче 150 ppm не матимуть значного впливу на агрегацію барвників. Однак іони важких металів у воді, такі як іони заліза (III) та іони алюмінію, включаючи деякі водорості, прискорюють агрегацію барвників. Наприклад, якщо концентрація іонів заліза (III) у воді перевищує 20 ppm, антикогезійна здатність барвника може значно знизитися, а вплив водоростей посилиться.

Прикріплений до випробування на стійкість до агломерації та висолювання барвника:

Визначення 1: Зважте 0,5 г барвника, 25 г сульфату натрію або солі та розчиніть їх у 100 мл очищеної води при температурі 25°C протягом приблизно 5 хвилин. Використовуйте крапельну трубку для відсмоктування розчину та безперервно капайте 2 краплі в одне й те саме місце на фільтрувальному папері.

Визначення 2: Зважте 0,5 г барвника, 8 г сульфату натрію або солі та 8 г кальцинованої соди та розчиніть їх у 100 мл очищеної води при температурі близько 25°C протягом приблизно 5 хвилин. Використовуйте піпетку, щоб безперервно відсмоктувати розчин на фільтрувальний папір. 2 краплі.

Вищезазначений метод можна використовувати для простої оцінки здатності барвника до агломерації та висолювання, і, по суті, можна визначити, який процес фарбування слід використовувати.