Zure kleurstoffen, directe kleurstoffen en reactieve kleurstoffen zijn allemaal in water oplosbare kleurstoffen. De productie in 2001 bedroeg respectievelijk 30.000 ton, 20.000 ton en 45.000 ton. De kleurstofbedrijven in mijn land hebben echter lange tijd meer aandacht besteed aan de ontwikkeling en het onderzoek van nieuwe structurele kleurstoffen, terwijl het onderzoek naar de nabewerking van kleurstoffen relatief zwak was. Veelgebruikte standaardisatiereagentia voor in water oplosbare kleurstoffen zijn onder meer natriumsulfaat (natriumsulfaat), dextrine, zetmeelderivaten, sucrose, ureum, naftaleenformaldehydesulfonaat, enz. Deze standaardisatiereagentia worden in verhouding gemengd met de originele kleurstof om de vereiste sterkte te verkrijgen. maar ze kunnen niet voldoen aan de behoeften van verschillende druk- en verfprocessen in de druk- en verfindustrie. Hoewel de bovengenoemde kleurverdunningsmiddelen relatief goedkoop zijn, hebben ze een slechte bevochtigbaarheid en oplosbaarheid in water, waardoor het moeilijk is om zich aan te passen aan de behoeften van de internationale markt en ze alleen als originele kleurstoffen kunnen worden geëxporteerd. Daarom zijn bij de commercialisering van in water oplosbare kleurstoffen de bevochtigbaarheid en de wateroplosbaarheid van de kleurstoffen kwesties die dringend moeten worden opgelost, en er moet worden vertrouwd op de overeenkomstige additieven.

Behandeling van kleurbevochtigbaarheid
In grote lijnen is bevochtiging de vervanging van een vloeistof (zou een gas moeten zijn) op het oppervlak door een andere vloeistof. In het bijzonder moet het grensvlak van poeder of korrel een grensvlak tussen gas en vaste stof zijn, en het bevochtigingsproces vindt plaats wanneer vloeistof (water) het gas op het oppervlak van de deeltjes vervangt. Het is duidelijk dat bevochtiging een fysisch proces is tussen stoffen op het oppervlak. Bij de nabehandeling van kleurstoffen speelt bevochtiging vaak een belangrijke rol. Over het algemeen wordt de kleurstof verwerkt tot een vaste toestand, zoals poeder of korrel, die tijdens gebruik moet worden bevochtigd. Daarom zal de bevochtigbaarheid van de kleurstof het applicatie-effect rechtstreeks beïnvloeden. Tijdens het oplosproces is de kleurstof bijvoorbeeld moeilijk bevochtigbaar en is drijven op het water ongewenst. Met de voortdurende verbetering van de eisen aan de kleurstofkwaliteit vandaag de dag, zijn de bevochtigingsprestaties een van de indicatoren geworden om de kwaliteit van kleurstoffen te meten. De oppervlakte-energie van water bedraagt ​​72,75 mN/m bij 20℃, wat afneemt naarmate de temperatuur stijgt, terwijl de oppervlakte-energie van vaste stoffen in principe onveranderd blijft, doorgaans onder de 100 mN/m. Gewoonlijk zijn metalen en hun oxiden, anorganische zouten, enz. gemakkelijk nat te maken, wat hoge oppervlakte-energie wordt genoemd. De oppervlakte-energie van vaste organische stoffen en polymeren is vergelijkbaar met die van algemene vloeistoffen, wat lage oppervlakte-energie wordt genoemd, maar verandert met de vaste deeltjesgrootte en de mate van porositeit. Hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe groter de mate van poreuze vorming, en hoe hoger de energie, de grootte is afhankelijk van het substraat. Daarom moet de deeltjesgrootte van de kleurstof klein zijn. Nadat de kleurstof is verwerkt door commerciële verwerking zoals uitzouten en malen in verschillende media, wordt de deeltjesgrootte van de kleurstof fijner, wordt de kristalliniteit verminderd en verandert de kristalfase, wat de oppervlakte-energie van de kleurstof verbetert en bevochtiging vergemakkelijkt.

Oplosbaarheidsbehandeling van zure kleurstoffen
Met het gebruik van een kleine badverhouding en continue verftechnologie is de mate van automatisering bij het printen en verven voortdurend verbeterd. De opkomst van automatische vulstoffen en pasta's en de introductie van vloeibare kleurstoffen vereisen de bereiding van kleurvloeistoffen en drukpasta's met een hoge concentratie en hoge stabiliteit. De oplosbaarheid van zure, reactieve en directe kleurstoffen in huishoudelijke kleurstoffen bedraagt ​​echter slechts ongeveer 100 g/l, vooral voor zure kleurstoffen. Sommige variëteiten produceren zelfs slechts ongeveer 20 g/l. De oplosbaarheid van de kleurstof houdt verband met de moleculaire structuur van de kleurstof. Hoe hoger het molecuulgewicht en hoe minder sulfonzuurgroepen, hoe lager de oplosbaarheid; anders, hoe hoger. Bovendien is de commerciële verwerking van kleurstoffen uiterst belangrijk, inclusief de kristallisatiemethode van de kleurstof, de maalgraad, de deeltjesgrootte, de toevoeging van additieven, enz., die de oplosbaarheid van de kleurstof zullen beïnvloeden. Hoe gemakkelijker de kleurstof te ioniseren is, hoe hoger de oplosbaarheid in water. De commercialisering en standaardisatie van traditionele kleurstoffen is echter gebaseerd op een grote hoeveelheid elektrolyten, zoals natriumsulfaat en zout. Een grote hoeveelheid Na+ in water vermindert de oplosbaarheid van de kleurstof in water. Om de oplosbaarheid van in water oplosbare kleurstoffen te verbeteren, mag u daarom eerst geen elektrolyt aan commerciële kleurstoffen toevoegen.

Additieven en oplosbaarheid
⑴ Alcoholverbinding en ureum-cosolvent
Omdat in water oplosbare kleurstoffen een bepaald aantal sulfonzuurgroepen en carbonzuurgroepen bevatten, worden de kleurstofdeeltjes gemakkelijk gedissocieerd in een waterige oplossing en dragen ze een bepaalde hoeveelheid negatieve lading. Wanneer het co-oplosmiddel dat de waterstofbrugvormende groep bevat wordt toegevoegd, wordt een beschermende laag van gehydrateerde ionen gevormd op het oppervlak van de kleurstofionen, die de ionisatie en oplossing van de kleurstofmoleculen bevordert om de oplosbaarheid te verbeteren. Polyolen zoals diethyleenglycolether, thiodiethanol, polyethyleenglycol enz. worden gewoonlijk gebruikt als hulpoplosmiddelen voor in water oplosbare kleurstoffen. Omdat ze een waterstofbinding met de kleurstof kunnen vormen, vormt het oppervlak van het kleurstofion een beschermende laag van gehydrateerde ionen, die de aggregatie en intermoleculaire interactie van de kleurstofmoleculen voorkomt en de ionisatie en dissociatie van de kleurstof bevordert.
⑵Niet-ionische oppervlakteactieve stof
Het toevoegen van een bepaalde niet-ionische oppervlakteactieve stof aan de kleurstof kan de bindingskracht tussen de kleurstofmoleculen en tussen de moleculen verzwakken, de ionisatie versnellen en ervoor zorgen dat de kleurstofmoleculen micellen in water vormen, die een goede dispergeerbaarheid hebben. Polaire kleurstoffen vormen micellen. De oplosbaar makende moleculen vormen een netwerk van verenigbaarheid tussen de moleculen om de oplosbaarheid te verbeteren, zoals polyoxyethyleenether of ester. Als het co-oplosmiddelmolecuul echter een sterke hydrofobe groep mist, zal het dispersie- en solubilisatie-effect op de door de kleurstof gevormde micel zwak zijn en zal de oplosbaarheid niet significant toenemen. Probeer daarom oplosmiddelen te kiezen die aromatische ringen bevatten die hydrofobe bindingen met kleurstoffen kunnen vormen. Bijvoorbeeld alkylfenolpolyoxyethyleenether, polyoxyethyleensorbitanester-emulgator en andere zoals polyalkylfenylfenolpolyoxyethyleenether.
⑶ lignosulfonaatdispergeermiddel
dispergeermiddel heeft een grote invloed op de oplosbaarheid van de kleurstof. Het kiezen van een goed dispergeermiddel op basis van de structuur van de kleurstof zal enorm helpen om de oplosbaarheid van de kleurstof te verbeteren. In wateroplosbare kleurstoffen speelt het een bepaalde rol bij het voorkomen van wederzijdse adsorptie (van der Waals-kracht) en aggregatie tussen kleurstofmoleculen. Lignosulfonaat is het meest effectieve dispergeermiddel en er zijn onderzoeken hiernaar in China.
De moleculaire structuur van disperse kleurstoffen bevat geen sterke hydrofiele groepen, maar alleen zwak polaire groepen, dus het heeft slechts een zwakke hydrofiliciteit en de werkelijke oplosbaarheid is erg klein. De meeste dispersiekleurstoffen kunnen alleen in water bij 25℃ oplossen. 1~10 mg/l.
De oplosbaarheid van disperse kleurstoffen houdt verband met de volgende factoren:
Moleculaire structuur
“De oplosbaarheid van disperse kleurstoffen in water neemt toe naarmate het hydrofobe deel van het kleurstofmolecuul afneemt en het hydrofiele deel (de kwaliteit en kwantiteit van polaire groepen) toeneemt. Dat wil zeggen dat de oplosbaarheid van kleurstoffen met een relatief kleine relatieve molecuulmassa en zwakkere polaire groepen zoals -OH en -NH2 hoger zal zijn. Kleurstoffen met een grotere relatieve molecuulmassa en minder zwak polaire groepen hebben een relatief lage oplosbaarheid. Verspreid bijvoorbeeld Rood (I), de M = 321, de oplosbaarheid is minder dan 0,1 mg/l bij 25 ℃ en de oplosbaarheid is 1,2 mg/l bij 80 ℃. Verspreid Rood (II), M=352, de oplosbaarheid bij 25℃ is 7,1 mg/L, en de oplosbaarheid bij 80℃ is 240 mg/L.
Dispergeermiddel
In poedervormige dispersiekleurstoffen bedraagt ​​het gehalte aan zuivere kleurstoffen over het algemeen 40% tot 60%, en de rest bestaat uit dispergeermiddelen, stofdichte middelen, beschermende middelen, natriumsulfaat, enz. Hiervan is het dispergeermiddel verantwoordelijk voor een groter deel.
Het dispergeermiddel (diffusiemiddel) kan de fijne kristalkorrels van de kleurstof omhullen tot hydrofiele colloïdale deeltjes en deze stabiel in water dispergeren. Nadat de kritische micelconcentratie wordt overschreden, zullen er ook micellen worden gevormd, waardoor een deel van de kleine kleurstofkristalkorrels wordt verkleind. Opgelost in micellen treedt het zogenaamde ‘solubilisatie’-fenomeen op, waardoor de oplosbaarheid van de kleurstof toeneemt. Bovendien geldt dat hoe beter de kwaliteit van het dispergeermiddel en hoe hoger de concentratie, hoe groter het solubilisatie- en solubilisatie-effect is.
Opgemerkt moet worden dat het solubilisatie-effect van dispergeermiddel op disperse kleurstoffen met verschillende structuren verschillend is, en het verschil is zeer groot; het solubilisatie-effect van dispergeermiddelen op disperse kleurstoffen neemt af met de toename van de watertemperatuur, wat precies hetzelfde is als het effect van de watertemperatuur op disperse kleurstoffen. Het effect van oplosbaarheid is tegengesteld.
Nadat de hydrofobe kristaldeeltjes van de disperse kleurstof en het dispergeermiddel hydrofiele colloïdale deeltjes vormen, zal de dispersiestabiliteit ervan aanzienlijk worden verbeterd. Bovendien spelen deze colloïdale kleurstofdeeltjes de rol van het “leveren” van kleurstoffen tijdens het verfproces. Omdat nadat de kleurstofmoleculen in opgeloste toestand door de vezel zijn geabsorbeerd, de kleurstof die in de colloïdale deeltjes is ‘opgeslagen’ op tijd zal worden vrijgegeven om de oplossingsbalans van de kleurstof in stand te houden.
De toestand van de gedispergeerde kleurstof in de dispersie
1-dispergerende molecuul
2-kleurstofkristalliet (oplosbaarheid)
3-dispergerende micel
4-kleurstof enkel molecuul (opgelost)
5-kleurstofkorrel
6-dispergerende lipofiele basis
7-dispergerende hydrofiele basis
8-natriumion (Na+)
9-aggregaten van kleurstofkristallieten
Als de “cohesie” tussen de kleurstof en het dispergeermiddel echter te groot is, zal het “aanbod” van het enkele kleurstofmolecuul achterblijven of zal het fenomeen “aanbod de vraag overtreffen”. Daarom zal het de verfsnelheid direct verminderen en het verfpercentage in evenwicht brengen, wat resulteert in langzaam verven en een lichte kleur.
Het is duidelijk dat bij het selecteren en gebruiken van dispergeermiddelen niet alleen rekening moet worden gehouden met de dispersiestabiliteit van de kleurstof, maar ook met de invloed op de kleur van de kleurstof.
(3) Temperatuur van de verfoplossing
De oplosbaarheid van disperse kleurstoffen in water neemt toe met de stijging van de watertemperatuur. De oplosbaarheid van Disperse Yellow in water van 80°C is bijvoorbeeld 18 keer zo hoog als die bij 25°C. De oplosbaarheid van Disperse Red in water van 80°C is 33 keer zo hoog als die bij 25°C. De oplosbaarheid van Disperse Blue in water van 80°C is 37 keer zo hoog als die bij 25°C. Als de watertemperatuur hoger wordt dan 100°C, zal de oplosbaarheid van disperse kleurstoffen nog meer toenemen.
Hier is een speciale herinnering: deze oplossende eigenschap van disperse kleurstoffen brengt verborgen gevaren met zich mee voor praktische toepassingen. Wanneer de kleurstofvloeistof bijvoorbeeld ongelijkmatig wordt verwarmd, stroomt de kleurstofvloeistof met hoge temperatuur naar de plaats waar de temperatuur laag is. Naarmate de watertemperatuur daalt, raakt de kleurstofvloeistof oververzadigd en zal de opgeloste kleurstof neerslaan, waardoor de groei van kleurstofkristalkorrels en de afname van de oplosbaarheid ontstaat. Dit resulteert in een verminderde opname van kleurstoffen.
(vier) kleurstofkristalvorm
Sommige disperse kleurstoffen vertonen het fenomeen ‘isomorfisme’. Dat wil zeggen dat dezelfde disperse kleurstof, als gevolg van de verschillende dispersietechnologie in het productieproces, verschillende kristalvormen zal vormen, zoals naalden, staafjes, vlokken, korrels en blokken. Bij het aanbrengen, vooral bij het verven bij 130°C, zal de meer onstabiele kristalvorm veranderen in de stabielere kristalvorm.
Het is vermeldenswaard dat de stabielere kristalvorm een ​​grotere oplosbaarheid heeft, en de minder stabiele kristalvorm relatief minder oplosbaar is. Dit heeft een directe invloed op de kleurstofopnamesnelheid en het kleurstofopnamepercentage.
(5) Deeltjesgrootte
Over het algemeen hebben kleurstoffen met kleine deeltjes een hoge oplosbaarheid en een goede dispersiestabiliteit. Kleurstoffen met grote deeltjes hebben een lagere oplosbaarheid en een relatief slechte dispersiestabiliteit.
Momenteel is de deeltjesgrootte van huishoudelijke dispersiekleurstoffen over het algemeen 0,5 ~ 2,0 μm (Opmerking: de deeltjesgrootte van dompelverven vereist 0,5 ~ 1,0 μm).