Coloranții acizi, coloranții direcți și coloranții reactivi sunt toți coloranți solubili în apă. Producția în 2001 a fost de 30.000 de tone, 20.000 de tone și, respectiv, 45.000 de tone. Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp, întreprinderile de coloranți din țara mea au acordat mai multă atenție dezvoltării și cercetării de noi coloranți structurali, în timp ce cercetarea privind post-procesarea coloranților a fost relativ slabă. Reactivii de standardizare utilizați în mod obișnuit pentru coloranții solubili în apă includ sulfatul de sodiu (sulfat de sodiu), dextrina, derivații de amidon, zaharoza, ureea, sulfonatul de naftalen formaldehidă etc. Acești reactivi de standardizare sunt amestecați cu colorantul original în proporție pentru a obține rezistența necesară, dar nu pot satisface nevoile diferitelor procese de imprimare și vopsire din industria de imprimare și vopsire. Deși diluanții de coloranți menționați mai sus au un cost relativ scăzut, au o umectabilitate și o solubilitate în apă slabe, ceea ce face dificilă adaptarea la nevoile pieței internaționale și pot fi exportați doar ca coloranți originali. Prin urmare, în comercializarea coloranților solubili în apă, umectabilitatea și solubilitatea în apă a coloranților sunt probleme care trebuie rezolvate urgent și trebuie să se apeleze la aditivii corespunzători.

Tratamentul de umectare a colorantului
În linii mari, umectarea este înlocuirea unui fluid (ar trebui să fie un gaz) de pe suprafață cu un alt fluid. Mai exact, interfața pulbere sau granulară ar trebui să fie o interfață gaz/solid, iar procesul de umectare este atunci când lichidul (apa) înlocuiește gazul de pe suprafața particulelor. Se poate observa că umectarea este un proces fizic între substanțele de pe suprafață. În post-tratarea colorantului, umectarea joacă adesea un rol important. În general, colorantul este procesat într-o stare solidă, cum ar fi pulbere sau granule, care trebuie umectată în timpul utilizării. Prin urmare, umectabilitatea colorantului va afecta direct efectul aplicării. De exemplu, în timpul procesului de dizolvare, colorantul este dificil de umectat și plutirea pe apă este nedorită. Odată cu îmbunătățirea continuă a cerințelor de calitate a coloranților în prezent, performanța de umectare a devenit unul dintre indicatorii pentru măsurarea calității coloranților. Energia de suprafață a apei este de 72,75 mN/m la 20 ℃, care scade odată cu creșterea temperaturii, în timp ce energia de suprafață a solidelor este practic neschimbată, în general sub 100 mN/m. De obicei, metalele și oxizii acestora, sărurile anorganice etc. sunt ușor de umectat, ceea ce se numește energie superficială ridicată. Energia superficială a substanțelor organice solide și a polimerilor este comparabilă cu cea a lichidelor generale, numită energie superficială scăzută, dar se modifică în funcție de dimensiunea particulelor solide și de gradul de porozitate. Cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, cu atât gradul de formare a porozității este mai mare, iar cu cât energia este mai mare la suprafață, cu atât dimensiunea depinde de substrat. Prin urmare, dimensiunea particulelor colorantului trebuie să fie mică. După ce colorantul este procesat prin procesare comercială, cum ar fi sărarea și măcinarea în diferite medii, dimensiunea particulelor colorantului devine mai fină, cristalinitatea este redusă, iar faza cristalină se schimbă, ceea ce îmbunătățește energia superficială a colorantului și facilitează umectarea.

Tratamentul de solubilitate al coloranților acizi
Prin utilizarea unui raport de baie mic și a tehnologiei de vopsire continuă, gradul de automatizare în imprimare și vopsire a fost îmbunătățit continuu. Apariția materialelor de umplere și a pastelor automate, precum și introducerea coloranților lichizi necesită prepararea unor soluții de colorare și a unor paste de imprimare cu concentrație ridicată și stabilitate ridicată. Cu toate acestea, solubilitatea coloranților acizi, reactivi și direcți în produsele de colorare autohtone este de numai aproximativ 100 g/l, în special pentru coloranții acizi. Unele varietăți au chiar și aproximativ 20 g/l. Solubilitatea colorantului este legată de structura moleculară a acestuia. Cu cât greutatea moleculară este mai mare și cu cât sunt mai puține grupări de acid sulfonic, cu atât solubilitatea este mai mică; altfel, cu atât mai mare. În plus, procesarea comercială a coloranților este extrem de importantă, inclusiv metoda de cristalizare a colorantului, gradul de măcinare, dimensiunea particulelor, adăugarea de aditivi etc., care vor afecta solubilitatea colorantului. Cu cât colorantul este mai ușor de ionizat, cu atât este mai mare solubilitatea sa în apă. Cu toate acestea, comercializarea și standardizarea coloranților tradiționali se bazează pe o cantitate mare de electroliți, cum ar fi sulfatul de sodiu și sarea. O cantitate mare de Na+ în apă reduce solubilitatea colorantului în apă. Prin urmare, pentru a îmbunătăți solubilitatea coloranților solubili în apă, mai întâi nu adăugați electrolit la coloranții comerciali.

Aditivi și solubilitate
⑴ Compus alcoolic și cosolvent de uree
Deoarece coloranții solubili în apă conțin un anumit număr de grupări de acid sulfonic și grupări de acid carboxilic, particulele de colorant se disociază ușor în soluție apoasă și poartă o anumită cantitate de sarcină negativă. Când se adaugă co-solventul care conține gruparea care formează legătura de hidrogen, la suprafața ionilor de colorant se formează un strat protector de ioni hidratați, care promovează ionizarea și dizolvarea moleculelor de colorant pentru a îmbunătăți solubilitatea. Poliolii precum eterul de dietilen glicol, tiodietanolul, polietilen glicolul etc. sunt de obicei utilizați ca solvenți auxiliari pentru coloranții solubili în apă. Deoarece pot forma o legătură de hidrogen cu colorantul, suprafața ionului de colorant formează un strat protector de ioni hidratați, care previne agregarea și interacțiunea intermoleculară a moleculelor de colorant și promovează ionizarea și disocierea colorantului.
⑵Agent tensioactiv neionic
Adăugarea unui anumit surfactant neionic la colorant poate slăbi forța de legare dintre moleculele de colorant și între molecule, poate accelera ionizarea și poate face ca moleculele de colorant să formeze micele în apă, ceea ce are o bună dispersabilitate. Coloranții polari formează micele. Moleculele solubilizante formează o rețea de compatibilizare între molecule pentru a îmbunătăți solubilitatea, cum ar fi eterul sau esterul polioxietilenic. Cu toate acestea, dacă molecula de co-solvent nu are un grup hidrofob puternic, efectul de dispersie și solubilizare asupra micelei formate de colorant va fi slab, iar solubilitatea nu va crește semnificativ. Prin urmare, încercați să alegeți solvenți care conțin inele aromatice care pot forma legături hidrofobe cu coloranții. De exemplu, alchilfenol polioxietilen eter, emulgator ester polioxietilen sorbitan și alții, cum ar fi polialchilfenilfenol polioxietilen eter.
⑶ dispersant lignosulfonat
Dispersantul are o mare influență asupra solubilității colorantului. Alegerea unui dispersant bun în funcție de structura colorantului va ajuta foarte mult la îmbunătățirea solubilității acestuia. În cazul coloranților solubili în apă, acesta joacă un anumit rol în prevenirea adsorbției reciproce (forța van der Waals) și a agregării între moleculele de colorant. Lignosulfonatul este cel mai eficient dispersant, iar în China se desfășoară cercetări în acest sens.
Structura moleculară a coloranților dispersați nu conține grupări hidrofile puternice, ci doar grupări polare slabe, deci are o hidrofilicitate slabă, iar solubilitatea reală este foarte mică. Majoritatea coloranților dispersați se pot dizolva doar în apă la 25 ℃. 1～10 mg/L.
Solubilitatea coloranților dispersați este legată de următorii factori:
Structura moleculară
„Solubilitatea coloranților dispersați în apă crește pe măsură ce partea hidrofobă a moleculei de colorant scade, iar partea hidrofilă (calitatea și cantitatea grupărilor polare) crește. Adică, solubilitatea coloranților cu masă moleculară relativ mică și grupări polare mai slabe, cum ar fi -OH și -NH2, va fi mai mare. Coloranții cu masă moleculară relativă mai mare și mai puține grupări polare slabe au o solubilitate relativ scăzută. De exemplu, Roșu Dispers (I), cu M=321, solubilitatea este mai mică de 0,1 mg/L la 25℃, iar solubilitatea este de 1,2 mg/L la 80℃. Roșu Dispers (II), cu M=352, solubilitatea la 25℃ este de 7,1 mg/L, iar solubilitatea la 80℃ este de 240 mg/L.”
Dispersant
În coloranții dispersați sub formă de pulbere, conținutul de coloranți puri este în general de 40% până la 60%, iar restul sunt dispersanți, agenți anti-praf, agenți de protecție, sulfat de sodiu etc. Printre aceștia, dispersanții reprezintă o proporție mai mare.
Dispersantul (agentul de difuzie) poate acoperi granulele fine de cristal ale colorantului în particule coloidale hidrofile și le poate dispersa stabil în apă. După depășirea concentrației critice de micele, se vor forma și micele, care vor reduce o parte din granulele mici de cristal ale colorantului. Dizolvate în micele, are loc așa-numitul fenomen de „solubilizare”, crescând astfel solubilitatea colorantului. Mai mult, cu cât dispersantul este mai bun și cu cât concentrația este mai mare, cu atât este mai mare solubilizarea și efectul de solubilizare.
Trebuie menționat că efectul de solubilizare al dispersantului asupra coloranților dispersați cu structuri diferite este diferit, iar diferența este foarte mare; efectul de solubilizare al dispersantului asupra coloranților dispersați scade odată cu creșterea temperaturii apei, ceea ce este exact același cu efectul temperaturii apei asupra coloranților dispersați. Efectul solubilității este opus.
După ce particulele cristaline hidrofobe ale colorantului dispersat și dispersantul formează particule coloidale hidrofile, stabilitatea dispersiei acestora va fi îmbunătățită semnificativ. Mai mult, aceste particule coloidale de colorant joacă rolul de „furnizare” a coloranților în timpul procesului de vopsire. Deoarece, după ce moleculele de colorant în stare dizolvată sunt absorbite de fibră, colorantul „stocat” în particulele coloidale va fi eliberat în timp pentru a menține echilibrul de dizolvare al colorantului.
Starea colorantului dispersat în dispersie
1-moleculă dispersantă
Cristalită cu 2 coloranți (solubilizare)
Micelă cu 3 dispersanți
4-Moleculă unică de colorant (dizolvată)
5-Dye grain
Bază lipofilă 6-dispersantă
7-bază hidrofilă dispersantă
8-ion de sodiu (Na+)
9-agregate de cristalite de colorant
Totuși, dacă „coeziunea” dintre colorant și dispersant este prea mare, „oferta” moleculei individuale de colorant va rămâne în urmă sau va apărea fenomenul de „ofertă depășește cererea”. Prin urmare, se va reduce direct rata de vopsire și se va echilibra procentul de vopsire, rezultând o vopsire lentă și o culoare deschisă.
Se poate observa că la selectarea și utilizarea dispersanților, nu trebuie luată în considerare doar stabilitatea dispersiei colorantului, ci și influența asupra culorii acestuia.
(3) Temperatura soluției de colorare
Solubilitatea coloranților dispersați în apă crește odată cu creșterea temperaturii apei. De exemplu, solubilitatea coloranților dispersați galben în apă la 80°C este de 18 ori mai mare decât la 25°C. Solubilitatea coloranților dispersați roșu în apă la 80°C este de 33 de ori mai mare decât la 25°C. Solubilitatea coloranților dispersați albastru în apă la 80°C este de 37 de ori mai mare decât la 25°C. Dacă temperatura apei depășește 100°C, solubilitatea coloranților dispersați va crește și mai mult.
Iată o reamintire specială: această proprietate de dizolvare a coloranților dispersați va aduce pericole ascunse în aplicațiile practice. De exemplu, atunci când soluția de colorare este încălzită neuniform, soluția de colorare cu temperatură ridicată curge în locuri unde temperatura este scăzută. Pe măsură ce temperatura apei scade, soluția de colorare devine suprasaturată, iar colorantul dizolvat va precipita, provocând creșterea granulelor cristaline de colorant și scăderea solubilității, rezultând o absorbție redusă a colorantului.
(patru) forme cristaline de colorant
Unii coloranți dispersați prezintă fenomenul de „izomorfism”. Adică, același colorant dispersat, datorită tehnologiei diferite de dispersie din procesul de fabricație, va forma mai multe forme cristaline, cum ar fi ace, tije, fulgi, granule și blocuri. În procesul de aplicare, în special la vopsirea la 130°C, forma cristalină mai instabilă se va transforma în forma cristalină mai stabilă.
Este demn de remarcat faptul că forma cristalină mai stabilă are o solubilitate mai mare, iar forma cristalină mai puțin stabilă are o solubilitate relativ mai mică. Acest lucru va afecta direct rata de absorbție a colorantului și procentul de absorbție a colorantului.
(5) Dimensiunea particulelor
În general, coloranții cu particule mici au o solubilitate ridicată și o bună stabilitate a dispersiei. Coloranții cu particule mari au o solubilitate mai mică și o stabilitate a dispersiei relativ slabă.
În prezent, dimensiunea particulelor coloranților dispersați de uz casnic este în general de 0,5～2,0 μm (Notă: dimensiunea particulelor de vopsire prin imersie necesită 0,5～1,0 μm).