Verfahren zur Verbesserung der Löslichkeit von Säurefarbstoffen

Säurefarbstoffe, Direktfarbstoffe und Reaktivfarbstoffe sind allesamt wasserlösliche Farbstoffe, und die Produktion im Jahr 2001 betrug 30.000 Tonnen, 20.000 Tonnen bzw. 45.000 Tonnen. Allerdings widmen die Farbstoffunternehmen meines Landes seit langem der Entwicklung und Erforschung neuer Strukturfarbstoffe mehr Aufmerksamkeit, während die Forschung zur Nachbearbeitung von Farbstoffen relativ schwach ist. Zu den Standardisierungsreagenzien, die üblicherweise für wasserlösliche Farbstoffe verwendet werden, gehören Natriumsulfat (Yuanming-Pulver), Dextrin, Stärkederivate, Saccharose, Harnstoff, Naphthalinformaldehydsulfonat usw. Diese Standardisierungsreagenzien werden im Verhältnis zum Originalfarbstoff gemischt, um die erforderliche Stärke zu erhalten. Rohstoffe, aber sie können die Anforderungen verschiedener Druck- und Färbeprozesse in der Druck- und Färbeindustrie nicht erfüllen. Obwohl die Kosten für die oben genannten Farbstoffverdünner relativ niedrig sind, sind die Benetzbarkeit und Wasserlöslichkeit relativ schlecht, so dass es schwierig ist, den Bedarf des internationalen Marktes zu decken und nur als Originalfarbstoffe exportiert werden kann. Daher sind bei der Kommerzialisierung wasserlöslicher Farbstoffe die Benetzbarkeit und Wasserlöslichkeit der Farbstoffe dringende Probleme und es muss auf entsprechende Hilfsmittel zurückgegriffen werden.

Benetzungsbehandlung von Farbstoffen

Im weitesten Sinne ist Benetzung der Ersatz einer Flüssigkeit (sollte ein Gas sein) auf einer Oberfläche durch eine andere. Insbesondere sollte es sich bei der Pulver- oder Granulat-Grenzfläche um eine Gas/Feststoff-Grenzfläche handeln, und der Benetzungsprozess findet statt, wenn die Flüssigkeit (Wasser) das Gas auf der Partikeloberfläche ersetzt. Man erkennt, dass es sich bei der Benetzung um einen oberflächenphysikalischen Vorgang zwischen Stoffen handelt. Bei der Nachbearbeitung von Farbstoffen spielt die Benetzung oft eine wichtige Rolle. Im Allgemeinen werden Farbstoffe zu festen Formen wie Pulver oder Granulat verarbeitet, die bei der Verwendung angefeuchtet werden müssen. Daher hat die Benetzbarkeit des Farbstoffs direkten Einfluss auf den Anwendungseffekt. Beispielsweise ist es während des Auflösungsprozesses unerwünscht, dass der Farbstoff schwer zu benetzen ist und auf der Wasseroberfläche schwimmt. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Qualitätsanforderungen an Farbstoffe wird heute die Benetzungsleistung als einer der Indikatoren zur Messung der Qualität von Farbstoffen verwendet. Die Oberflächenenergie von Wasser beträgt 72,75 mN/m bei 20 °C und nimmt mit zunehmender Temperatur ab, während die Oberflächenenergie von Feststoffen grundsätzlich unverändert bleibt und im Allgemeinen unter 100 mN/m liegt. Normalerweise sind Metalle und deren Oxide, anorganische Salze usw. leicht zu benetzen. nass, bekannt als hohe Oberflächenenergie. Die Oberflächenenergie fester organischer Stoffe und Polymere ist vergleichbar mit der allgemeiner Flüssigkeiten, die als niedrige Oberflächenenergie bezeichnet wird, variiert jedoch mit der Partikelgröße des Feststoffs und dem Grad der Porosität. Je höher die Energie, desto größer ist sie abhängig vom Substrat. Daher muss die Partikelgröße des Farbstoffs klein sein. Nachdem der Farbstoff durch Aussalzen und Mahlen in verschiedenen Medien kommerzialisiert wurde, wird die Partikelgröße des Farbstoffs feiner, die Kristallinität nimmt ab und die Kristallphase verändert sich, was die Oberflächenenergie des Farbstoffs erhöht und die Benetzung erleichtert.

Löslichkeitsbehandlung von Säurefarbstoffen

Durch den Einsatz kleiner Flottenverhältnisse und kontinuierlicher Färbeverfahren wurde der Automatisierungsgrad des Druckens und Färbens kontinuierlich verbessert, das Aufkommen automatischer Füllstoffe und Pasten sowie die Einführung flüssiger Farbstoffe erfordern die Herstellung hochkonzentrierter und hochstabiler Färbeflotten und Druckpasten. Derzeit beträgt die Löslichkeit von Säure-, Reaktiv- und Direktfarbstoffen in Haushaltsfarbstoffen jedoch nur etwa 100 g/L, insbesondere von Säurefarbstoffen, und bei einigen Sorten sogar nur etwa 20 g/L. Die Löslichkeit von Farbstoffen hängt mit der molekularen Struktur der Farbstoffe zusammen. Je größer das Molekulargewicht und je weniger Sulfonsäuregruppen, desto geringer ist die Löslichkeit; andernfalls ist die Löslichkeit umso höher. Darüber hinaus ist die kommerzielle Verarbeitung von Farbstoffen äußerst wichtig, einschließlich der Kristallisationsart, des Mahlgrades, der Partikelgröße und der Zugabe von Farbstoffzusätzen, die die Löslichkeit der Farbstoffe beeinflussen. Je leichter sich der Farbstoff ionisieren lässt, desto höher ist seine Wasserlöslichkeit. Die Kommerzialisierung und Standardisierung traditioneller Farbstoffe besteht jedoch darin, eine große Menge an Elektrolyten wie Yuanming-Pulver und Speisesalz aufzutragen. Eine große Menge Na+ im Wasser verringert die Löslichkeit von Farbstoffen in Wasser. Um die Löslichkeit wasserlöslicher Farbstoffe zu verbessern, wird daher zunächst kein Elektrolyt zu handelsüblichen Farbstoffen hinzugefügt.

Zusatzstoffe und Löslichkeit

(1) Alkoholverbindungen und Harnstoff-Colösungsmittel

Da wasserlösliche Farbstoffe eine bestimmte Anzahl an Sulfonsäuregruppen und Carbonsäuregruppen enthalten, dissoziieren die Farbstoffpartikel in wässriger Lösung leicht und weisen eine bestimmte Menge negativer Ladungen auf. Wenn ein Colösungsmittel hinzugefügt wird, das eine wasserstoffbrückenbildende Gruppe enthält, bildet sich auf der Oberfläche des Farbstoffions eine hydratisierte Ionenschutzschicht, die die Ionisierung und Auflösung des Farbstoffmoleküls fördert und so die Löslichkeit verbessert. Als Colösungsmittel für wasserlösliche Farbstoffe werden üblicherweise Polyole wie Diethylenglykolether, Thiodiethanol, Polyethylenglykol usw. verwendet. Da sie Wasserstoffbrückenbindungen mit Farbstoffen bilden können, bildet die Oberfläche der Farbstoffionen eine Schutzschicht aus hydratisierten Ionen, die die molekulare Agglomeration des Farbstoffs und intermolekulare Wechselwirkungen verhindert und die Ionisierung und Dissoziation des Farbstoffs fördert.

(2) Nichtionische Tenside

Die Zugabe eines bestimmten nichtionischen Tensids zum Farbstoff kann die Bindungskraft zwischen den Farbstoffmolekülen und -molekülen schwächen, die Ionisierung beschleunigen und dazu führen, dass die Farbstoffmoleküle in Wasser Mizellen mit guter Dispergierbarkeit bilden. Polare Farbstoffe bilden Mizellen. Die lösungsvermittelnden Moleküle bilden Netzwerkkompatibilitäten zur Verbesserung der Löslichkeit, beispielsweise Polyoxyethylenether oder -ester. Fehlen jedoch starke hydrophobe Gruppen im Cosolvensmolekül, sind die dispergierenden und solubilisierenden Wirkungen auf die durch den Farbstoff gebildeten Mizellen schwach und die Löslichkeitsverbesserung ist nicht signifikant. Versuchen Sie daher, ein Lösungsmittel mit einem aromatischen Ring zu wählen, das eine hydrophobe Bindung mit dem Farbstoff eingehen kann. Zum Beispiel Alkylphenolpolyoxyethylenether, Polyoxyethylensorbitanester-Emulgator und andere wie Polyalkylphenylphenolpolyoxyethylenether.

⑶ Ligninsulfonat-Dispergiermittel

Das Dispergiermittel hat großen Einfluss auf die Löslichkeit des Farbstoffs. Die Wahl eines guten Dispergiermittels entsprechend der Struktur des Farbstoffs ist eine große Hilfe bei der Verbesserung der Löslichkeit des Farbstoffs. In wasserlöslichen Farbstoffen hat es eine bestimmte Wirkung, um die gegenseitige Adsorption (Van-der-Waals-Kraft) und Agglomeration zwischen Farbstoffmolekülen zu verhindern. Unter den Dispergiermitteln ist Ligninsulfonat das wirksamste, und es gibt hierzu inländische Studien.

Die Molekülstruktur von Dispersionsfarbstoffen enthält keine starken hydrophilen Gruppen, sondern nur schwache polare Gruppen, weist also nur eine schwache Hydrophilie auf und die tatsächliche Löslichkeit ist sehr gering. Die meisten Dispersionsfarbstoffe können nur 0,1 bis 10 mg/L lösen.

Die Löslichkeit von Dispersionsfarbstoffen hängt von folgenden Faktoren ab:

Molekulare Struktur

Die Löslichkeit von Dispersionsfarbstoffen in Wasser steigt mit der Abnahme des hydrophoben Anteils und der Zunahme des hydrophilen Anteils (Masse und Menge polarer Gruppen) im Farbstoffmolekül. Das heißt, Farbstoffe mit relativ geringem Molekulargewicht und schwächeren polaren Gruppen wie -OH und -NH2 weisen eine höhere Löslichkeit auf. Die relative Molekülmasse ist größer und die Farbstoffe mit weniger schwachen polaren Gruppen weisen eine relativ geringe Löslichkeit auf. Wie zum Beispiel Dispersionsrot (I), sein M=321, die Löslichkeit bei 25 °C beträgt weniger als 0,1 mg/L und die Löslichkeit bei 80 °C beträgt 1,2 mg/L. Dispergiertes Rot (Ⅱ), sein M=352, die Löslichkeit bei 25℃ beträgt 7,1 mg/L und die Löslichkeit bei 80℃ beträgt 240 mg/L.

Dispergiermittel

Bei pulverförmigen Dispersionsfarbstoffen beträgt der Anteil an reinen Farbstoffen im Allgemeinen 40 bis 60 %, der Rest ist Dispergiermittel, Staubschutzmittel, Schutzmittel, Yuanming-Pulver usw. Unter ihnen ist der Anteil an Dispergiermitteln größer.

Das Dispergiermittel (Diffusionsmittel) kann nicht nur die feinen Farbstoffkörner in hydrophile Mizellen umhüllen und diese stabil in Wasser dispergieren, sondern nach Überschreiten der kritischen Mizellenkonzentration auch Mizellen bilden, die einige der winzigen Farbstoffkörner dispergieren. In Mizellen gelöst kommt es zum sogenannten „Solubilisierungs“-Phänomen, wodurch die Löslichkeit von Farbstoffen erhöht wird. Darüber hinaus gilt: Je besser die Qualität des Dispergiermittels ist, desto höher ist die Konzentration, desto größer ist der Solubilisierungs- und Solubilisierungseffekt.

Es ist zu beachten, dass die Solubilisierungswirkung des Dispergiermittels auf Dispersionsfarbstoffe mit unterschiedlichen Strukturen unterschiedlich ist und der Unterschied sehr groß ist; Die Solubilisierungswirkung des Dispergiermittels auf Dispersionsfarbstoffe nimmt mit steigender Wassertemperatur ab, was genau der gleichen Wirkung entspricht wie die Wassertemperatur auf Dispersionsfarbstoffe selbst. Löslichkeit hat den gegenteiligen Effekt.

Nachdem die hydrophoben Kristallkörner des Dispersionsfarbstoffs und des Dispergiermittels hydrophile kolloidale Partikel bilden, wird die Dispersionsstabilität deutlich verbessert. Darüber hinaus „liefern“ diese Farbstoffmizellen auch den Farbstoff während des Färbevorgangs. Denn nachdem die Farbstoffmoleküle im gelösten Zustand von den Fasern adsorbiert wurden, werden die in den kolloidalen Partikeln „gespeicherten“ Farbstoffe rechtzeitig freigesetzt, um das Auflösungsgleichgewicht der Farbstoffe aufrechtzuerhalten.

Der Existenzzustand von Dispersionsfarbstoffen in einer Dispersionsflüssigkeit

1 – Dispergiermittelmolekül

2- Farbstoffkristallite (solubilisiert)

3-dispergierende Mizellen

4-Farbstoff-Monomoleküle (gelöst)

5- Farbstoffkörner

6-dispergierende lipophile Gruppe

7-dispergierende hydrophile Gruppe

8-Natriumion (Na+)

9 – Aggregate von Farbstoffkristalliten

Wenn jedoch die „Kohäsionskraft“ zwischen dem Farbstoff und dem Dispergiermittel zu groß ist, verzögert sich die „Versorgung“ des einzelnen Farbstoffmoleküls oder es tritt das Phänomen der „knappen Versorgung“ auf. Daher werden die Färberate und der Gleichgewichtsfärbeprozentsatz direkt reduziert, was zu einer langsamen Färbung und einer hellen Farbe führt.

Es zeigt sich, dass bei der Auswahl und Verwendung von Dispergiermitteln nicht nur die Dispersionsstabilität der Farbstoffe, sondern auch der Einfluss auf die Farbgebung der Farbstoffe berücksichtigt werden sollte.

(3) Temperatur der Farbstofflösung

Die Löslichkeit von Dispersionsfarbstoffen in Wasser nimmt mit steigender Wassertemperatur zu. Beispielsweise ist die Löslichkeit von dispersem Gelb in Wasser bei 80 °C 18-mal höher als bei 25 °C. Die Löslichkeit von Dispersionsrot in Wasser beträgt bei 80 °C das 33-fache der Löslichkeit bei 25 °C. Die Löslichkeit von Dispersionsblau in Wasser bei 80 °C ist 37-mal so hoch wie bei 25 °C. Wenn die Wassertemperatur 100 °C übersteigt, erhöht sich die Löslichkeit der Dispersionsfarbstoffe stärker.

Eine besondere Erinnerung hier: Diese Auflösungseigenschaft von Dispersionsfarbstoffen birgt versteckte Gefahren für praktische Anwendungen. Wenn beispielsweise die Färbeflotte ungleichmäßig erhitzt wird, fließt die Färbeflotte mit hoher Temperatur an die Stelle mit niedriger Temperatur. Aufgrund der sinkenden Wassertemperatur gelangt die Färbeflotte in einen übersättigten Zustand und die gelösten Farbstoffe werden ausgefällt, was zum Wachstum von Farbstoffkristallen und einer Abnahme der Löslichkeit führt. , was zu einer Verringerung der Aufnahmerate führt.

(4) Farbstoffkristallform

Einige Dispersionsfarbstoffe weisen das Phänomen des „Isomorphismus“ auf. Das heißt, derselbe Dispersionsfarbstoff bildet mehrere Kristallformen, wie z. B. nadelförmig, stäbchenförmig, flockenförmig, körnig, blockförmig usw. Während des Auftragungsprozesses, insbesondere beim Färben bei 130 °C, wandeln sich diese weniger stabilen Kristallformen in stabilere Kristallformen um.

Es ist erwähnenswert, dass die stabileren Kristallformen eine größere Löslichkeit aufweisen und die weniger stabilen Kristallformen eine relativ geringere Löslichkeit aufweisen. Dies wirkt sich direkt auf die Farbstoffaufnahmerate und die prozentuale Aufnahme aus.

(5) Partikelgröße

Im Allgemeinen weisen Farbstoffe mit kleinen Partikeln eine hohe Löslichkeit und gute Dispersionsstabilität auf. Die Farbstoffe mit großen Partikeln weisen eine geringe Löslichkeit und eine relativ schlechte Dispersionsstabilität auf.

Derzeit beträgt die Partikelgröße von inländischen Dispersionsfarbstoffen im Allgemeinen 0,5 bis 2,0 μm (Hinweis: Für die Dispersionsfärbung ist eine Partikelgröße von 0,5 bis 1,0 μm erforderlich).

abschließend

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in meinem Land und in den Industrieländern immer noch eine gewisse Lücke zwischen dem technischen Niveau und der Anwendungsforschung der Farbstoffproduktion besteht. Daher müssen wir bei der Erforschung der neuen Struktur von Farbstoffen auch auf die Forschung zur Nachbearbeitung der Farbstoffkommerzialisierung achten und kontinuierlich Produkte mit hervorragender Anwendungsleistung entwickeln. Aufgelöste Produkte und Nachbehandlungsprozesse fördern so die kontinuierliche Entwicklung der Farbstoffindustrie meines Landes.