Método de mejora de la solubilidad del colorante ácido

Los tintes ácidos, tintes directos y tintes reactivos son todos tintes solubles en agua, y la producción en 2001 fue de 30.000 toneladas, 20.000 toneladas y 45.000 toneladas respectivamente. Sin embargo, durante mucho tiempo, las empresas de tintes de mi país han prestado más atención al desarrollo y la investigación de nuevos tintes estructurales, mientras que la investigación sobre el procesamiento posterior de tintes es relativamente débil. Los reactivos de estandarización comúnmente utilizados para tintes solubles en agua incluyen sulfato de sodio (polvo de yuanming), dextrina, derivados de almidón, sacarosa, urea, sulfonato de formaldehído de naftaleno, etc. Estos reactivos de estandarización se mezclan con el tinte original en proporción para obtener la fuerza requerida. , pero no pueden satisfacer las necesidades de los diferentes procesos de impresión y teñido en la industria de la impresión y el teñido. Aunque el costo de los diluyentes de tinte mencionados anteriormente es relativamente bajo, la humectabilidad y la solubilidad en agua son relativamente bajas, por lo que es difícil satisfacer las necesidades del mercado internacional y solo se pueden exportar como tintes originales. Por lo tanto, en la comercialización de tintes solubles en agua, la humectabilidad y la solubilidad en agua de los tintes son problemas urgentes, y se debe confiar en los auxiliares correspondientes.

Tratamiento humectante de tintes.

En un sentido amplio, la humectación es el reemplazo de un fluido (debería ser un gas) en una superficie por otro. Específicamente, la interfaz de polvo o granular debe ser una interfaz de gas/sólido, y el proceso de humectación ocurre cuando el líquido (agua) reemplaza al gas en la superficie de la partícula. Se puede ver que la humectación es un proceso físico superficial entre sustancias. En el procesamiento posterior de los tintes, la humectación a menudo juega un papel importante. Generalmente, los tintes se procesan en formas sólidas, como polvo o gránulos, que deben humedecerse cuando se usan. Por lo tanto, la humectabilidad del tinte afectará directamente el efecto de la aplicación. Por ejemplo, durante el proceso de disolución, no es deseable que el colorante sea difícil de humedecer y flote en la superficie del agua. Con la mejora continua de los requisitos de calidad de los tintes en la actualidad, el rendimiento de humectación se ha utilizado como uno de los indicadores para medir la calidad de los tintes. La energía superficial del agua es de 72,75 mN/m a 20 °C, que disminuye con el aumento de la temperatura, mientras que la energía superficial de los sólidos permanece básicamente inalterada, generalmente por debajo de 100 mN/m. Por lo general, metales y sus óxidos, sales inorgánicas, etc. son fáciles de humedecer, lo que se conoce como alta energía superficial. La energía superficial de los sólidos orgánicos y polímeros es comparable a la de los líquidos en general, lo que se denomina baja energía superficial, pero varía con el tamaño de partícula del sólido y el grado de porosidad. Cuanto mayor sea la energía, su tamaño depende del sustrato. . Por lo tanto, el tamaño de partícula del tinte debe ser pequeño.Después de que el tinte se comercializa por salificación y molienda en diferentes medios, el tamaño de partícula del tinte se vuelve más fino, la cristalinidad disminuye y la fase cristalina cambia, lo que aumenta la energía superficial. del tinte y facilita la humectación.

Tratamiento de solubilidad de tintes ácidos

Con el uso de una pequeña proporción de licor y un proceso de teñido continuo, el grado de automatización de la impresión y el teñido se ha mejorado continuamente, la aparición de rellenos y pastas automáticos y la introducción de tintes líquidos requieren la preparación de alta concentración y alta estabilidad. licores colorantes y pastas de estampación. Sin embargo, en la actualidad, la solubilidad de los colorantes ácidos, reactivos y directos en los productos colorantes domésticos es de solo unos 100 g/L, especialmente los colorantes ácidos, y algunas variedades son incluso de unos 20 g/L. La solubilidad de los tintes está relacionada con la estructura molecular de los tintes. Cuanto mayor sea el peso molecular y menos grupos de ácido sulfónico, menor será la solubilidad; de lo contrario, mayor será la solubilidad. Además, el procesamiento comercial de los tintes es extremadamente importante, incluido el modo de cristalización, el grado de molienda, el tamaño de las partículas y la adición de aditivos de los tintes, lo que afectará la solubilidad de los tintes. Cuanto más fácilmente se ioniza el tinte, mayor es su solubilidad en agua. Sin embargo, la comercialización y estandarización de los tintes tradicionales consiste en aplicar una gran cantidad de electrolitos, como polvo de yuanming y sal de mesa. Una gran cantidad de Na+ en agua reduce la solubilidad de los tintes en agua. Por lo tanto, para mejorar la solubilidad de los tintes solubles en agua, primero, no se agrega electrolito a los tintes comerciales.

Aditivos y Solubilidad

(1) Compuestos alcohólicos y codisolventes de urea

Dado que los tintes solubles en agua contienen una cierta cantidad de grupos de ácido sulfónico y grupos de ácido carboxílico, las partículas de tinte se disocian fácilmente en solución acuosa y tienen una cierta cantidad de cargas negativas. Cuando se agrega un codisolvente que contiene un grupo formador de enlaces de hidrógeno, se forma una capa protectora de iones hidratados en la superficie del ion colorante, que promueve la ionización y disolución de la molécula colorante para mejorar la solubilidad. Los polioles como el éter de dietilenglicol, el tiodietanol, el polietilenglicol, etc. se utilizan normalmente como codisolventes para tintes solubles en agua. Debido a que pueden formar enlaces de hidrógeno con los tintes, la superficie de los iones del tinte forma una capa protectora de iones hidratados, lo que evita la aglomeración molecular del tinte y las interacciones intermoleculares, y promueve la ionización y disociación del tinte.

(2) Surfactantes no iónicos

Agregar cierto surfactante no iónico al tinte puede debilitar la fuerza de unión entre las moléculas del tinte y las moléculas, acelerar la ionización y hacer que las moléculas del tinte formen micelas en agua con buena dispersabilidad. Los tintes polares forman micelas. Las moléculas solubilizantes forman la compatibilización de la red para mejorar solubilidad, tal como éter o éster de polioxietileno. Sin embargo, si faltan grupos hidrófobos fuertes en la molécula de codisolvente, los efectos de dispersión y solubilización sobre las micelas formadas por el tinte son débiles y la mejora de la solubilidad no es significativa. Por lo tanto, intente elegir un solvente que contenga un anillo aromático que pueda formar un enlace hidrofóbico con el tinte. Por ejemplo, alquilfenol polioxietilen éter, emulsionante de éster de polioxietilen sorbitán y otros como polialquilfenilfenol polioxietilen éter.

⑶ dispersante de lignosulfonato

El dispersante tiene una gran influencia en la solubilidad del colorante, elegir un buen dispersante según la estructura del colorante es de gran ayuda para mejorar la solubilidad del colorante. En tintes solubles en agua, para evitar la adsorción mutua (fuerza de van der Waals) y la aglomeración entre las moléculas de tinte, tiene un cierto efecto. Entre los dispersantes, el lignosulfonato es el más efectivo y existen estudios domésticos al respecto.

La estructura molecular de los colorantes dispersos no contiene grupos hidrofílicos fuertes, sino solo grupos polares débiles, por lo que solo tiene una hidrofilia débil y la solubilidad real es muy pequeña. La mayoría de los tintes dispersos solo pueden disolver 0. 1～10 mg/L.

La solubilidad de los colorantes dispersos está relacionada con los siguientes factores:

Estructura molecular

La solubilidad de los colorantes dispersos en agua aumenta con la disminución de la parte hidrófoba y el aumento de la parte hidrófila (masa y cantidad de grupos polares) en la molécula del colorante. Es decir, los colorantes con peso molecular relativamente pequeño y grupos polares más débiles, como -OH y -NH2, tienen mayor solubilidad. La masa molecular relativa es mayor y los colorantes con grupos polares menos débiles tienen una solubilidad relativamente baja. Como el rojo disperso (I), su M=321, la solubilidad a 25 °C es inferior a 0,1 mg/l y la solubilidad a 80 °C es de 1,2 mg/l. Rojo disperso (Ⅱ), su M=352, la solubilidad a 25 ℃ es de 7,1 mg/l y la solubilidad a 80 ℃ es de 240 mg/l.

dispersante

En los tintes dispersos en polvo, el contenido de tintes puros es generalmente del 40 % al 60 %, y el resto es dispersante, agente a prueba de polvo, agente protector, polvo Yuanming, etc. Entre ellos, la proporción de dispersantes es mayor.

El agente dispersante (agente difusor) no solo puede recubrir los granos finos del tinte en micelas hidrofílicas y dispersarlas de manera estable en agua, sino que también puede formar micelas después de que se exceda la concentración crítica de micelas, lo que dispersará algunos de los diminutos granos de tinte. en las micelas se produce el llamado fenómeno de "solubilización", aumentando así la solubilidad de los colorantes.Además, cuanto mejor sea la calidad del dispersante, cuanto mayor sea la concentración, mayor será la solubilización y el efecto de solubilización.

Cabe señalar que el efecto de solubilización del dispersante en colorantes dispersos con diferentes estructuras es diferente, y la diferencia es muy grande; el efecto de solubilización del dispersante en colorantes dispersos disminuye con el aumento de la temperatura del agua, que es exactamente el mismo que el de la temperatura del agua sobre los colorantes dispersos, la solubilidad tiene el efecto contrario.

Después de que los granos de cristal hidrofóbicos del colorante disperso y el dispersante formen partículas coloidales hidrofílicas, la estabilidad de la dispersión mejorará significativamente. Además, estas micelas de tinte también "suministran" el tinte durante el proceso de teñido. Porque, después de que las moléculas de colorante en estado disuelto sean adsorbidas por las fibras, los colorantes "almacenados" en las partículas coloidales se liberarán a tiempo para mantener el equilibrio de disolución de los colorantes.

El estado de existencia de colorantes dispersos en líquido de dispersión.

1 - Molécula dispersante

2- Cristalitos colorantes (solubilizados)

3-Micelas dispersantes

Monomoléculas de 4 colorantes (disueltas)

5- Granos de tinte

6-Grupo lipofílico dispersante

7-Grupo hidrófilo dispersante

8-Ion de sodio (Na+)

9 - Agregados de cristalitos colorantes

Sin embargo, si la "fuerza de cohesión" entre el tinte y el dispersante es demasiado grande, el "suministro" de la molécula única de tinte se retrasará o se producirá el fenómeno de "escasez de suministro". Por lo tanto, reducirá directamente la tasa de teñido y el porcentaje de teñido de equilibrio, lo que dará como resultado un teñido lento y un color claro.

Se puede ver que al seleccionar y usar dispersantes, no solo se debe considerar la estabilidad de dispersión de los tintes, sino también la influencia en la coloración de los tintes.

(3) Temperatura de la solución de tinte

La solubilidad de los colorantes dispersos en agua aumenta con el aumento de la temperatura del agua. Por ejemplo, la solubilidad del amarillo disperso en agua a 80 °C es 18 veces mayor que a 25 °C. La solubilidad del rojo disperso en agua a 80°C es 33 veces mayor que a 25°C. La solubilidad del azul disperso en agua a 80 °C es 37 veces mayor que a 25 °C. Si la temperatura del agua supera los 100°C, la solubilidad de los colorantes dispersos aumentará mucho más.

Un recordatorio especial aquí: esta característica de disolución de los tintes dispersos traerá peligros ocultos a las aplicaciones prácticas. Por ejemplo, cuando el licor de tinte se calienta de manera desigual, el licor de tinte con alta temperatura fluye hacia el lugar con baja temperatura.Debido a la disminución de la temperatura del agua, el licor de tinte se sobresatura y los tintes disueltos se precipitan, lo que resulta en el crecimiento de cristales de tinte y la disminución de la solubilidad, lo que da como resultado una disminución de la tasa de absorción.

(4) forma de cristal de tinte

Algunos colorantes dispersos tienen el fenómeno de "isomorfismo". Es decir, el mismo colorante disperso formará varias formas cristalinas, como agujas, varillas, escamas, granulares, bloques, etc. Durante el proceso de aplicación, especialmente cuando se tiñe a 130 °C, esas formas cristalinas menos estables se transformarán en formas cristalinas más estables.

Vale la pena señalar que las formas cristalinas más estables tienen una mayor solubilidad y las formas cristalinas menos estables tienen una solubilidad relativamente menor. Esto afecta directamente la tasa de absorción del colorante y el porcentaje de absorción.

(5) tamaño de partícula

Generalmente, los tintes con partículas pequeñas tienen alta solubilidad y buena estabilidad de dispersión. Los tintes con partículas grandes tienen baja solubilidad y estabilidad de dispersión relativamente pobre.

En la actualidad, el tamaño de partícula de los colorantes dispersos domésticos es generalmente de 0,5 a 2,0 μm (Nota: el teñido por dispersión requiere un tamaño de partícula de 0,5 a 1,0 μm).

En conclusión

En resumen, todavía existe una cierta brecha entre el nivel técnico y la investigación de la aplicación de la producción de tintes en mi país y los países desarrollados. Por lo tanto, mientras investigamos la nueva estructura de los tintes, también debemos prestar atención a la investigación sobre el procesamiento posterior de comercialización de tintes, y desarrollar continuamente productos con excelente rendimiento de aplicación, productos disueltos y procesos de post-tratamiento, promoviendo así el desarrollo continuo de la industria de tintes de mi país.