Reactieve kleurstoffen hebben een zeer goede oplosbaarheid in water. Het oplossen in water is voornamelijk te danken aan de sulfonzuurgroep op het kleurstofmolecuul. Bij reactieve kleurstoffen die bij mesotemperaturen reageren en vinylsulfongroepen bevatten, is naast de sulfonzuurgroep ook de β-ethylsulfonylsulfaatgroep een zeer goede oplosbaarheidsfactor.

In de waterige oplossing ondergaan de natriumionen op de sulfonzuurgroep en de ethylsulfonsulfaatgroep een hydratatiereactie, waardoor de kleurstof een anion vormt en in het water oplost. Het verven van de reactieve kleurstof is afhankelijk van het anion van de kleurstof dat op de vezel wordt aangebracht.

De oplosbaarheid van reactieve kleurstoffen is meer dan 100 g/L, de meeste kleurstoffen hebben een oplosbaarheid van 200-400 g/L, en sommige kleurstoffen kunnen zelfs 450 g/L bereiken. Tijdens het verfproces neemt de oplosbaarheid van de kleurstof echter af door verschillende oorzaken (of wordt de kleurstof zelfs volledig onoplosbaar). Wanneer de oplosbaarheid van de kleurstof afneemt, verandert een deel van de kleurstof van een enkel vrij anion in deeltjes, als gevolg van de sterke ladingsafstoting tussen de deeltjes. Door deze afname trekken de deeltjes elkaar aan en ontstaan ​​agglomeraten. Dit soort agglomeratie zorgt er eerst voor dat kleurstofdeeltjes zich samenvoegen tot agglomeraten, die vervolgens weer samenklonteren en uiteindelijk vlokken vormen. Hoewel de vlokken een soort losse structuur hebben, is de omringende elektrische dubbellaag, gevormd door positieve en negatieve ladingen, over het algemeen moeilijk te ontbinden door de schuifkracht wanneer de verfvloeistof circuleert. Hierdoor hebben de vlokken de neiging om op de stof neer te slaan, wat resulteert in oppervlakkige kleuring of vlekken.

Als de kleurstof eenmaal is samengeklonterd, zal de kleurechtheid aanzienlijk afnemen en tegelijkertijd zullen er vlekken van verschillende ernst ontstaan. Bij sommige kleurstoffen zal de flocculatie onder invloed van de schuifkracht van de kleurstofoplossing de samenklontering verder versnellen, wat leidt tot uitdroging en uitzouting. Zodra uitzouting optreedt, zal de geverfde kleur extreem licht worden, of zelfs helemaal niet meer verven. Zelfs als er wel geverfd wordt, zullen er ernstige kleurvlekken ontstaan.

Oorzaken van kleurstofaggregatie

De voornaamste reden is het elektrolyt. Tijdens het verfproces is het belangrijkste elektrolyt de verfversneller (natriumzout en zouten). De verfversneller bevat natriumionen, en het equivalent van natriumionen in het verfmolecuul is veel lager dan dat van de verfversneller. Door dit equivalente aantal natriumionen zal de normale concentratie van de verfversneller tijdens een normaal verfproces weinig invloed hebben op de oplosbaarheid van de verf in het verfbad.

Naarmate de hoeveelheid kleurstofversneller toeneemt, stijgt ook de concentratie natriumionen in de oplossing. Een teveel aan natriumionen remt de ionisatie van natriumionen op de oplossende groep van het kleurstofmolecuul, waardoor de oplosbaarheid van de kleurstof afneemt. Bij concentraties van meer dan 200 g/L vertonen de meeste kleurstoffen in meer of mindere mate aggregatie. Wanneer de concentratie van de kleurstofversneller meer dan 250 g/L bedraagt, neemt de aggregatie toe. Eerst vormen zich agglomeraten, en vervolgens ook vlokken in de kleurstofoplossing. Sommige kleurstoffen met een lage oplosbaarheid worden gedeeltelijk uitgezout of zelfs gedehydrateerd. Kleurstoffen met verschillende moleculaire structuren hebben verschillende anti-agglomeratie- en uitzoutbestendigheidseigenschappen. Hoe lager de oplosbaarheid, hoe slechter de anti-agglomeratie- en zouttolerantie. Dit resulteert in slechtere analytische prestaties.

De oplosbaarheid van de kleurstof wordt voornamelijk bepaald door het aantal sulfonzuurgroepen in het kleurstofmolecuul en het aantal β-ethylsulfonsulfaten. Tegelijkertijd geldt dat hoe groter de hydrofiliteit van het kleurstofmolecuul, hoe hoger de oplosbaarheid en hoe lager de hydrofiliteit, hoe lager de oplosbaarheid. (Bijvoorbeeld, kleurstoffen met een azostructuur zijn hydrofieler dan kleurstoffen met een heterocyclische structuur.) Bovendien geldt dat hoe groter de moleculaire structuur van de kleurstof, hoe lager de oplosbaarheid en hoe kleiner de moleculaire structuur, hoe hoger de oplosbaarheid.

Oplosbaarheid van reactieve kleurstoffen
Het kan grofweg in vier categorieën worden verdeeld:

Klasse A, kleurstoffen die diethylsulfonsulfaat (oftewel vinylsulfon) en drie reactieve groepen (monochloortriazine + divinylsulfon) bevatten, hebben de hoogste oplosbaarheid, zoals Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL en alle reactieve zwarte kleurstoffen die gemaakt worden door Yuanqing B te mengen met kleurstoffen met drie reactieve groepen, zoals het ED-type, het Ciba S-type, enz. De oplosbaarheid van deze kleurstoffen ligt meestal rond de 400 g/L.

Klasse B omvat kleurstoffen die heterobireactieve groepen bevatten (monochloortriazine + vinylsulfon), zoals geel 3RS, rood 3BS, rood 6B, rood GWF, de drie primaire kleuren RR, de drie primaire kleuren RGB, enz. Hun oplosbaarheid is gebaseerd op 200-300 gram. De oplosbaarheid van meta-esters is hoger dan die van para-esters.

Type C: Marineblauw met een heterobireactieve groep: BF, marineblauw 3GF, donkerblauw 2GFN, rood RBN, rood F2B, enz. Door het kleinere aantal sulfonzuurgroepen of het hogere molecuulgewicht is de oplosbaarheid laag, slechts 100-200 g/l. Klasse D: Kleurstoffen met een monovinylsulfongroep en een heterocyclische structuur, met de laagste oplosbaarheid, zoals briljantblauw KN-R, turkooisblauw G, heldergeel 4GL, violet 5R, blauw BRF, briljantoranje F2R, briljantrood F2G, enz. De oplosbaarheid van dit type kleurstof is slechts ongeveer 100 g/l. Dit type kleurstof is bijzonder gevoelig voor elektrolyten. Zodra dit type kleurstof is geagglomereerd, hoeft het flocculatieproces niet eens meer te worden doorlopen; het kan direct worden uitgezouten.

Bij het normale verfproces is de maximale hoeveelheid verfversneller 80 g/L. Alleen donkere kleuren vereisen zo'n hoge concentratie verfversneller. Wanneer de verfconcentratie in het verfbad minder dan 10 g/L is, hebben de meeste reactieve kleurstoffen bij deze concentratie nog steeds een goede oplosbaarheid en zullen ze niet klonteren. Het probleem zit hem echter in de verfkuip. Volgens het normale verfproces wordt eerst de kleurstof toegevoegd en nadat de kleurstof volledig is verdund in het verfbad tot een uniforme consistentie, wordt de verfversneller toegevoegd. De verfversneller lost in principe volledig op in de verfkuip.

Ga te werk volgens het volgende proces.

Aanname: verfconcentratie is 5%, vloeistofverhouding is 1:10, stofgewicht is 350 kg (dubbele pijpvloeistofstroom), waterniveau is 3,5 ton, natriumsulfaat is 60 g/liter, totale hoeveelheid natriumsulfaat is 200 kg (50 kg/verpakking, totaal 4 verpakkingen) (De inhoud van de materiaaltank is doorgaans ongeveer 450 liter). Bij het oplossen van natriumsulfaat wordt vaak de refluxvloeistof van de verfkuip gebruikt. Deze refluxvloeistof bevat de eerder toegevoegde verf. Doorgaans wordt eerst 300 liter refluxvloeistof in de materiaalkuip gedaan, waarna twee verpakkingen natriumsulfaat (100 kg) worden toegevoegd.

Het probleem is dat de meeste kleurstoffen bij deze concentratie natriumsulfaat in meer of mindere mate agglomereren. Kleurstof type C zal ernstig agglomereren, en kleurstof type D zal niet alleen agglomereren, maar zelfs uitzouten. Hoewel de operator doorgaans de procedure volgt om de natriumsulfaatoplossing in de materiaaltank langzaam via de circulatiepomp in de verftank te pompen, heeft de kleurstof in de 300 liter natriumsulfaatoplossing vlokken gevormd en is zelfs uitgezout.

Wanneer alle oplossing uit de materiaaltank in de verftank is gegoten, is duidelijk te zien dat er een laag vettige verfdeeltjes op de tankwand en de bodem van de tank zit. Als deze verfdeeltjes worden afgeschraapt en in schoon water worden gedaan, lossen ze over het algemeen moeilijk weer op. Sterker nog, de 300 liter oplossing die in de verftank terechtkomt, is volledig zo.

Houd er rekening mee dat er ook twee pakjes Yuanming-poeder zijn die op deze manier opgelost en opnieuw in het verfbad gedaan zullen worden. Hierna zullen er ongetwijfeld vlekken en verkleuringen ontstaan, en de kleurechtheid zal door oppervlakteverkleuring sterk afnemen, zelfs als er geen duidelijke flocculatie of uitzouting optreedt. Bij klasse A en klasse B met een hogere oplosbaarheid zal er ook aggregatie van de verfstof optreden. Hoewel deze verfstoffen nog geen flocculatie hebben gevormd, is er bij ten minste een deel van de verfstof al wel sprake van agglomeraten.

Deze aggregaten dringen moeilijk door in de vezel. Omdat het amorfe gedeelte van de katoenvezel alleen de penetratie en diffusie van mono-ionkleurstoffen toelaat, kunnen de aggregaten de amorfe zone van de vezel niet binnendringen. Ze kunnen alleen aan het oppervlak van de vezel adsorberen. De kleurechtheid zal hierdoor ook aanzienlijk afnemen en in ernstige gevallen kunnen er kleurvlekken ontstaan.

De oplosbaarheid van reactieve kleurstoffen hangt samen met alkalische stoffen.

Wanneer het alkalische middel wordt toegevoegd, ondergaat het β-ethylsulfonsulfaat van de reactieve kleurstof een eliminatiereactie waarbij het vinylsulfon wordt gevormd, dat zeer goed oplosbaar is in genen. Omdat de eliminatiereactie slechts een kleine hoeveelheid alkalische stof vereist (vaak minder dan 1/10 van de procesdosering), geldt dat hoe meer alkalische stof wordt toegevoegd, hoe meer kleurstoffen de reactie ondergaan. Zodra de eliminatiereactie heeft plaatsgevonden, neemt ook de oplosbaarheid van de kleurstof af.

Hetzelfde alkalische middel is tevens een sterke elektrolyt en bevat natriumionen. Een te hoge concentratie alkalisch middel kan er daarom voor zorgen dat de gevormde vinylsulfonkleurstof samenklontert of zelfs uitzout. Hetzelfde probleem doet zich voor in de materiaaltank. Wanneer het alkalische middel wordt opgelost (neem bijvoorbeeld soda), en er gebruik wordt gemaakt van een refluxoplossing, dan bevat deze vloeistof al de kleurstofversneller en kleurstof in de normale procesconcentratie. Hoewel een deel van de kleurstof mogelijk al door de vezels is verbruikt, bevindt zich ten minste meer dan 40% van de resterende kleurstof in de verfvloeistof. Stel dat er tijdens het proces een hoeveelheid soda wordt toegevoegd en de sodaconcentratie in de tank hoger is dan 80 g/L. Zelfs als de kleurstofversneller in de refluxvloeistof op dat moment 80 g/L is, zal de kleurstof in de tank condenseren. Kleurstoffen C en D kunnen zelfs uitzouten, vooral bij kleurstof D, zelfs als de sodaconcentratie daalt tot 20 g/L, zal er plaatselijk uitzouten optreden. Onder deze kleuren zijn Brilliant Blue KN.R, Turquoise Blue G en Supervisor BRF het meest gevoelig.

Agglomeratie of zelfs uitzouting van de kleurstof betekent niet dat de kleurstof volledig is gehydrolyseerd. Als de agglomeratie of uitzouting wordt veroorzaakt door een kleurstofversneller, kan er nog steeds geverfd worden zolang de kleurstof opnieuw oplosbaar is. Om de kleurstof opnieuw oplosbaar te maken, is het echter noodzakelijk om een ​​voldoende hoeveelheid kleurstofhulpstof toe te voegen (zoals ureum 20 g/l of meer), en de temperatuur te verhogen tot 90 °C of hoger onder voldoende roeren. Dit is uiteraard zeer lastig in de praktijk.
Om te voorkomen dat de kleurstoffen samenklonteren of uitzouten in het verfbad, moet het transferverfproces worden gebruikt bij het maken van diepe en geconcentreerde kleuren voor de C- en D-kleurstoffen met een lage oplosbaarheid, evenals voor de A- en B-kleurstoffen.

Proceswerking en -analyse

1. Gebruik het verfbad om de verfversneller terug te voeren en verwarm deze in het bad om hem op te lossen (60-80 °C). Omdat er geen verfstof in het verse water zit, hecht de verfversneller zich niet aan de stof. De opgeloste verfversneller kan zo snel mogelijk in het verfbad worden gedaan.

2. Nadat de pekeloplossing 5 minuten heeft gecirculeerd en de verfversneller in principe volledig homogeen is, wordt de vooraf opgeloste verfoplossing toegevoegd. De verfoplossing moet worden verdund met de refluxoplossing, omdat de concentratie van de verfversneller in de refluxoplossing slechts 80 gram/L bedraagt, waardoor de verf niet zal samenklonteren. Tegelijkertijd zal er, doordat de verf niet wordt beïnvloed door de (relatief lage concentratie) verfversneller, een verfprobleem optreden. Op dit moment hoeft de verfoplossing niet in de gaten te worden gehouden tijdens het vullen van de verfkuip; dit is doorgaans binnen 10-15 minuten voltooid.

3. Alkalische middelen moeten zoveel mogelijk gehydrateerd worden, vooral voor C- en D-kleurstoffen. Omdat dit type kleurstof zeer gevoelig is voor alkalische middelen in aanwezigheid van kleurstofbevorderende stoffen, is de oplosbaarheid van alkalische middelen relatief hoog (de oplosbaarheid van natriumcarbonaat bij 60 °C is 450 g/L). De hoeveelheid schoon water die nodig is om het alkalische middel op te lossen hoeft niet groot te zijn, maar de snelheid waarmee de alkalische oplossing wordt toegevoegd, moet in overeenstemming zijn met de procesvereisten. Over het algemeen is het beter om dit stapsgewijs te doen.

4. Voor de divinylsulfonkleurstoffen in categorie A is de reactiesnelheid relatief hoog, omdat ze bijzonder gevoelig zijn voor alkalische stoffen bij 60 °C. Om snelle kleurfixatie en een ongelijkmatige kleur te voorkomen, kunt u 1/4 van de alkalische stof vooraf bij lage temperatuur toevoegen.

Bij het transferverfproces hoeft alleen de toevoersnelheid van het alkalische middel te worden geregeld. Het transferverfproces is niet alleen toepasbaar met verwarming, maar ook met een constante temperatuur. De methode met constante temperatuur verhoogt de oplosbaarheid van de kleurstof en versnelt de diffusie en penetratie ervan. De zwelsnelheid van het amorfe gedeelte van de vezel is bij 60 °C ongeveer twee keer zo hoog als bij 30 °C. Daarom is het proces met constante temperatuur geschikter voor kaas- en strenggaren. Bij kettinggaren worden verfmethoden met een lage vloeistofverhouding gebruikt, zoals jiggeverven, waarbij een hoge penetratie en diffusie of een relatief hoge kleurstofconcentratie vereist is.

Houd er rekening mee dat het natriumsulfaat dat momenteel op de markt verkrijgbaar is, soms relatief alkalisch is en een pH-waarde van 9-10 kan bereiken. Dit is zeer gevaarlijk. Als je puur natriumsulfaat vergelijkt met puur zout, heeft zout een groter effect op de aggregatie van kleurstoffen dan natriumsulfaat. Dit komt doordat het equivalent van natriumionen in keukenzout hoger is dan dat in natriumsulfaat bij hetzelfde gewicht.

De aggregatie van kleurstoffen is sterk afhankelijk van de waterkwaliteit. Over het algemeen hebben calcium- en magnesiumionen onder de 150 ppm weinig invloed op de aggregatie van kleurstoffen. Zware metaalionen in het water, zoals ijzerionen en aluminiumionen, en sommige algen, versnellen echter de aggregatie van kleurstoffen. Als de concentratie ijzerionen in het water bijvoorbeeld hoger is dan 20 ppm, kan het anti-cohesievermogen van de kleurstof aanzienlijk afnemen en is de invloed van algen nog ernstiger.

Bijgevoegd: test op klontervorming en zoutprecipitatie.

Bepaling 1: Weeg 0,5 g kleurstof en 25 g natriumsulfaat of zout af en los dit op in 100 ml gezuiverd water van 25 °C gedurende ongeveer 5 minuten. Gebruik een druppelbuisje om de oplossing op te zuigen en breng 2 druppels achter elkaar op dezelfde plaats aan op het filtreerpapier.

Bepaling 2: Weeg 0,5 g kleurstof, 8 g natriumsulfaat of zout en 8 g soda af en los dit op in 100 ml gezuiverd water van ongeveer 25 °C gedurende ongeveer 5 minuten. Gebruik een druppelaar om de oplossing continu op het filtreerpapier te zuigen. 2 druppels.

Met bovenstaande methode kan eenvoudig het vermogen van de kleurstof om agglomeratie en uitzouten tegen te gaan worden beoordeeld, en kan in principe worden bepaald welk verfproces moet worden gebruikt.