Kyslé farbivá, priame farbivá a reaktívne farbivá sú vo vode rozpustné farbivá. Produkcia v roku 2001 bola 30 000 ton, 20 000 ton a 45 000 ton. Avšak dlhodobo podniky zaoberajúce sa farbivami v mojej krajine venujú väčšiu pozornosť vývoju a výskumu nových štrukturálnych farbív, zatiaľ čo výskum následného spracovania farbív je relatívne slabý. Medzi bežne používané štandardizačné činidlá pre vo vode rozpustné farbivá patrí síran sodný, dextrín, deriváty škrobu, sacharóza, močovina, naftalénformaldehydsulfonát atď. Tieto štandardizačné činidlá sa miešajú s pôvodným farbivom v pomere, aby sa dosiahla požadovaná sila komodít, ale nedokážu splniť potreby rôznych tlačiarenských a farbiarenských procesov v tlačiarenskom a farbiarskom priemysle. Hoci sú vyššie uvedené riedidlá farbív relatívne lacné, majú zlú zmáčateľnosť a rozpustnosť vo vode, čo sťažuje prispôsobenie sa potrebám medzinárodného trhu a možno ich vyvážať iba ako pôvodné farbivá. Preto pri komercializácii vo vode rozpustných farbív je potrebné urgentne vyriešiť zmáčateľnosť a rozpustnosť farbív vo vode a spoľahnúť sa na zodpovedajúce prísady.

Úprava zmáčateľnosti farbiva
Všeobecne povedané, zmáčanie je nahradenie kvapaliny (mala by to byť plyn) na povrchu inou kvapalinou. Konkrétne, rozhranie prášku alebo granúl by malo byť rozhraním plyn/pevná látka a proces zmáčania je, keď kvapalina (voda) nahrádza plyn na povrchu častíc. Je zrejmé, že zmáčanie je fyzikálny proces medzi látkami na povrchu. Pri následnej úprave farbiva hrá zmáčanie často dôležitú úlohu. Vo všeobecnosti sa farbivo spracováva do pevného stavu, ako je prášok alebo granulát, ktorý je potrebné počas používania zmáčať. Zmáčanie farbiva preto priamo ovplyvňuje účinok aplikácie. Napríklad počas procesu rozpúšťania je farbivo ťažké zmáčať a jeho plávanie na vode je nežiaduce. S neustálym zlepšovaním požiadaviek na kvalitu farbív sa dnes zmáčacia účinnosť stala jedným z ukazovateľov na meranie kvality farbív. Povrchová energia vody je pri 20 °C 72,75 mN/m, ktorá klesá so zvyšujúcou sa teplotou, zatiaľ čo povrchová energia pevných látok sa v podstate nemení, zvyčajne pod 100 mN/m. Kovy a ich oxidy, anorganické soli atď. sa zvyčajne ľahko zmáčajú v mokrom stave, čo sa nazýva vysoká povrchová energia. Povrchová energia pevných organických látok a polymérov je porovnateľná s povrchovou energiou bežných kvapalín, čo sa nazýva nízka povrchová energia, ale mení sa s veľkosťou pevných častíc a stupňom pórovitosti. Čím menšia je veľkosť častíc, tým väčší je stupeň tvorby pórov a povrch. Čím vyššia je energia, tým vyššia je veľkosť povrchu, tým závisí od substrátu. Preto musí byť veľkosť častíc farbiva malá. Po komerčnom spracovaní farbiva, ako je vysolenie a mletie v rôznych médiách, sa veľkosť častíc farbiva zmenší, kryštalinita sa zníži a kryštalická fáza sa zmení, čo zlepšuje povrchovú energiu farbiva a uľahčuje zmáčanie.

Spracovanie rozpustnosti kyslých farbív
Vďaka použitiu malého pomeru kúpeľa a technológie kontinuálneho farbenia sa stupeň automatizácie v tlači a farbení neustále zlepšuje. Vznik automatických plnív a pást a zavedenie tekutých farbív si vyžaduje prípravu vysoko koncentrovaných a vysoko stabilných farbiacich roztokov a tlačiarenských pást. Rozpustnosť kyslých, reaktívnych a priamych farbív v domácich farbiacich produktoch je však len okolo 100 g/l, najmä v prípade kyslých farbív. Niektoré odrody majú dokonca len okolo 20 g/l. Rozpustnosť farbiva súvisí s molekulovou štruktúrou farbiva. Čím vyššia je molekulová hmotnosť a menej skupín sulfónových kyselín, tým nižšia je rozpustnosť; v opačnom prípade je rozpustnosť vyššia. Okrem toho je mimoriadne dôležité komerčné spracovanie farbív vrátane metódy kryštalizácie farbiva, stupňa mletia, veľkosti častíc, pridávania prísad atď., ktoré ovplyvňujú rozpustnosť farbiva. Čím ľahšie sa farbivo ionizuje, tým vyššia je jeho rozpustnosť vo vode. Komercializácia a štandardizácia tradičných farbív sú však založené na veľkom množstve elektrolytov, ako je síran sodný a soľ. Veľké množstvo Na+ vo vode znižuje rozpustnosť farbiva vo vode. Preto, aby sa zlepšila rozpustnosť farbív rozpustných vo vode, najprv nepridávajte do komerčných farbív elektrolyt.

Prísady a rozpustnosť
⑴ Alkoholová zlúčenina a močovinové kosolventy
Pretože vo vode rozpustné farbivá obsahujú určitý počet skupín sulfónových kyselín a karboxylových kyselín, častice farbiva sa vo vodnom roztoku ľahko disociujú a nesú určité množstvo záporného náboja. Po pridaní kosolventu obsahujúceho skupinu tvoriacu vodíkové väzby sa na povrchu iónov farbiva vytvorí ochranná vrstva hydratovaných iónov, ktorá podporuje ionizáciu a rozpúšťanie molekúl farbiva, čím sa zlepšuje rozpustnosť. Polyoly, ako je dietylénglykoléter, tiodietanol, polyetylénglykol atď., sa zvyčajne používajú ako pomocné rozpúšťadlá pre vo vode rozpustné farbivá. Pretože môžu tvoriť vodíkové väzby s farbivom, povrch iónov farbiva vytvára ochrannú vrstvu hydratovaných iónov, ktorá zabraňuje agregácii a intermolekulárnej interakcii molekúl farbiva a podporuje ionizáciu a disociáciu farbiva.
⑵Neiónové povrchovo aktívne látky
Pridanie určitého neiónového povrchovo aktívneho činidla do farbiva môže oslabiť väzbovú silu medzi molekulami farbiva a medzi molekulami, urýchliť ionizáciu a spôsobiť, že molekuly farbiva vo vode tvoria micely, ktoré majú dobrú dispergovateľnosť. Polárne farbivá tvoria micely. Solubilizačné molekuly tvoria sieť kompatibilizácie medzi molekulami, ako je napríklad polyoxyetylénéter alebo ester, aby sa zlepšila rozpustnosť. Ak však molekula kosolventu nemá silnú hydrofóbnu skupinu, disperzný a solubilizačný účinok na micely vytvorené farbivom bude slabý a rozpustnosť sa výrazne nezvýši. Preto sa snažte vybrať rozpúšťadlá obsahujúce aromatické kruhy, ktoré môžu tvoriť hydrofóbne väzby s farbivami. Napríklad alkylfenolpolyoxyetylénéter, emulgátor polyoxyetylénsorbitanester a iné, ako je polyalkylfenylfenolpolyoxyetylénéter.
⑶ dispergačné činidlo lignosulfonátu
Dispergačné činidlo má veľký vplyv na rozpustnosť farbiva. Výber dobrého dispergačného činidla podľa štruktúry farbiva výrazne pomôže zlepšiť rozpustnosť farbiva. Vo vode rozpustných farbivách zohráva určitú úlohu v prevencii vzájomnej adsorpcie (van der Waalsova sila) a agregácie medzi molekulami farbiva. Lignosulfonát je najúčinnejším dispergačným činidlom a v Číne prebiehajú výskumy v tejto oblasti.
Molekulová štruktúra disperzných farbív neobsahuje silné hydrofilné skupiny, ale iba slabo polárne skupiny, takže má iba slabú hydrofilnosť a skutočná rozpustnosť je veľmi malá. Väčšina disperzných farbív sa rozpúšťa vo vode iba pri teplote 25 °C. 1 až 10 mg/l.
Rozpustnosť disperzných farbív súvisí s nasledujúcimi faktormi:
Molekulárna štruktúra
„Rozpustnosť disperzných farbív vo vode sa zvyšuje so znižovaním hydrofóbnej časti molekuly farbiva a zvyšovaním hydrofilnej časti (kvalita a množstvo polárnych skupín). To znamená, že rozpustnosť farbív s relatívne malou relatívnou molekulovou hmotnosťou a slabšími polárnymi skupinami, ako sú -OH a -NH2, bude vyššia. Farbivá s väčšou relatívnou molekulovou hmotnosťou a menším počtom slabo polárnych skupín majú relatívne nízku rozpustnosť. Napríklad disperzná červená (I), jej M = 321, má rozpustnosť menšiu ako 0,1 mg/l pri 25 ℃ a rozpustnosť je 1,2 mg/l pri 80 ℃. Disperzná červená (II), M = 352, má rozpustnosť pri 25 ℃ 7,1 mg/l a rozpustnosť pri 80 ℃ je 240 mg/l.“
Dispergačné činidlo
V práškových disperzných farbivách je obsah čistých farbív zvyčajne 40 % až 60 % a zvyšok tvoria dispergačné činidlá, prachotesné činidlá, ochranné činidlá, síran sodný atď. Medzi nimi dispergačné činidlo tvorí väčší podiel.
Dispergačné činidlo (difúzne činidlo) dokáže potiahnuť jemné kryštalické zrná farbiva do hydrofilných koloidných častíc a stabilne ich dispergovať vo vode. Po prekročení kritickej micelovej koncentrácie sa tiež vytvoria micely, ktoré zredukujú časť drobných kryštalických zŕn farbiva. Rozpustené v micelách dochádza k takzvanému javu „solubilizácie“, čím sa zvyšuje rozpustnosť farbiva. Navyše, čím lepšia je kvalita dispergačného činidla a čím vyššia je jeho koncentrácia, tým väčší je solubilizačný a solubilizačný účinok.
Treba poznamenať, že solubilizačný účinok dispergačného činidla na disperzné farbivá rôznych štruktúr je odlišný a tento rozdiel je veľmi veľký; solubilizačný účinok dispergačného činidla na disperzné farbivá klesá so zvyšujúcou sa teplotou vody, čo je presne to isté ako vplyv teploty vody na disperzné farbivá. Účinok rozpustnosti je opačný.
Keď hydrofóbne kryštalické častice disperzného farbiva a dispergačného činidla vytvoria hydrofilné koloidné častice, jeho disperzná stabilita sa výrazne zlepší. Tieto koloidné častice farbiva navyše zohrávajú úlohu „dodávateľa“ farbív počas procesu farbenia. Pretože po absorpcii molekúl farbiva v rozpustenom stave vláknom sa farbivo „uložené“ v koloidných časticiach včas uvoľní, aby sa udržala disolučná rovnováha farbiva.
Stav disperzného farbiva v disperzii
1-dispergačná molekula
2-kryštalitové farbivo (solubilizácia)
3-disperzná micela
4-molekula farbiva (rozpustená)
5-farbivo
6-disperzná lipofilná báza
7-disperzná hydrofilná báza
8-sodíkový ión (Na+)
9-agregáty kryštalitov farbiva
Ak je však „súdržnosť“ medzi farbivom a dispergačným činidlom príliš veľká, „ponuka“ jednej molekuly farbiva bude zaostávať alebo sa objaví jav, že „ponuka prevyšuje dopyt“. Preto sa priamo zníži rýchlosť farbenia a vyrovná sa percento farbenia, čo vedie k pomalému farbeniu a svetlej farbe.
Je zrejmé, že pri výbere a použití dispergačných činidiel by sa mala zvážiť nielen disperzná stabilita farbiva, ale aj vplyv na farbu farbiva.
(3) Teplota farbiaceho roztoku
Rozpustnosť disperzných farbív vo vode sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou vody. Napríklad rozpustnosť disperznej žltej vo vode s teplotou 80 °C je 18-krát vyššia ako pri teplote 25 °C. Rozpustnosť disperznej červenej vo vode s teplotou 80 °C je 33-krát vyššia ako pri teplote 25 °C. Rozpustnosť disperznej modrej vo vode s teplotou 80 °C je 37-krát vyššia ako pri teplote 25 °C. Ak teplota vody prekročí 100 °C, rozpustnosť disperzných farbív sa ešte viac zvýši.
Tu je špeciálna pripomienka: táto rozpúšťacia vlastnosť disperzných farbív prináša skryté nebezpečenstvo pre praktické aplikácie. Napríklad, keď sa farbiaci roztok zahrieva nerovnomerne, farbiaci roztok s vysokou teplotou steká na miesto s nízkou teplotou. S poklesom teploty vody sa farbiaci roztok presýti a rozpustené farbivo sa vyzráža, čo spôsobuje rast kryštalických zŕn farbiva a zníženie rozpustnosti. Výsledkom je znížená absorpcia farbiva.
(štyri) kryštalická forma farbiva
Niektoré disperzné farbivá majú jav „izomorfizmu“. To znamená, že to isté disperzné farbivo v dôsledku odlišnej disperznej technológie vo výrobnom procese vytvorí niekoľko kryštalických foriem, ako sú ihly, tyčinky, vločky, granule a bloky. Počas procesu aplikácie, najmä pri farbení pri teplote 130 °C, sa nestabilnejšia kryštalická forma zmení na stabilnejšiu.
Stojí za zmienku, že stabilnejšia kryštalická forma má väčšiu rozpustnosť a menej stabilná kryštalická forma má relatívne menšiu rozpustnosť. To priamo ovplyvní rýchlosť absorpcie farbiva a percento absorpcie farbiva.
(5) Veľkosť častíc
Farbivá s malými časticami majú vo všeobecnosti vysokú rozpustnosť a dobrú disperznú stabilitu. Farbivá s veľkými časticami majú nižšiu rozpustnosť a relatívne nízku disperznú stabilitu.
V súčasnosti je veľkosť častíc domácich disperzných farbív zvyčajne 0,5～2,0 μm (Poznámka: veľkosť častíc pri farbení ponorom je 0,5～1,0 μm).