Méthode d'amélioration de la solubilité des colorants acides

Les colorants acides, les colorants directs et les colorants réactifs sont tous des colorants solubles dans l'eau, et la production en 2001 était respectivement de 30 000 tonnes, 20 000 tonnes et 45 000 tonnes. Cependant, depuis longtemps, les entreprises de teinture chinoises accordent davantage d'attention au développement et à la recherche de nouveaux colorants structurels, tandis que la recherche sur le post-traitement des colorants est relativement faible. Les réactifs standardisants couramment utilisés pour les colorants hydrosolubles comprennent le sulfate de sodium (poudre de yuanming), la dextrine, les dérivés d'amidon, le saccharose, l'urée, le sulfonate de naphtalène formaldéhyde, etc. Ces réactifs standardisants sont mélangés au colorant d'origine en proportion pour obtenir la force requise. Produits de base, mais ils ne peuvent pas répondre aux besoins des différents processus d'impression et de teinture dans l'industrie de l'impression et de la teinture. Bien que le coût des diluants pour colorants mentionnés ci-dessus soit relativement faible, la mouillabilité et la solubilité dans l'eau sont relativement faibles, il est donc difficile de répondre aux besoins du marché international et ne peuvent être exportés que sous forme de colorants originaux. Par conséquent, lors de la commercialisation de colorants hydrosolubles, la mouillabilité et la solubilité dans l’eau des colorants constituent des problèmes urgents et il faut compter sur les auxiliaires correspondants.

Traitement mouillant des colorants

Au sens large, le mouillage est le remplacement d'un fluide (qui devrait être un gaz) sur une surface par un autre. Plus précisément, l'interface poudre ou granulaire doit être une interface gaz/solide, et le processus de mouillage se produit lorsque le liquide (eau) remplace le gaz à la surface des particules. On peut voir que le mouillage est un processus physique de surface entre des substances. Lors du post-traitement des colorants, le mouillage joue souvent un rôle important. Généralement, les colorants sont transformés sous des formes solides, telles que de la poudre ou des granulés, qui doivent être humidifiés lors de leur utilisation. Par conséquent, la mouillabilité du colorant affectera directement l’effet d’application. Par exemple, pendant le processus de dissolution, il n'est pas souhaitable que le colorant soit difficile à mouiller et flotte à la surface de l'eau. Avec l'amélioration continue des exigences de qualité des colorants aujourd'hui, les performances de mouillage ont été utilisées comme l'un des indicateurs pour mesurer la qualité des colorants. L'énergie de surface de l'eau est de 72,75 mN/m à 20°C, ce qui diminue avec l'augmentation de la température, tandis que l'énergie de surface du solide est fondamentalement inchangée, généralement inférieure à 100 mN/m. Habituellement, les métaux et leurs oxydes, sels inorganiques, etc. sont faciles à mouiller. humide, connue sous le nom d’énergie de surface élevée. L'énergie de surface des matières organiques solides et des polymères est comparable à celle des liquides en général, appelée faible énergie de surface, mais elle varie en fonction de la taille des particules du solide et du degré de porosité. Plus l'énergie est élevée, plus sa taille dépend du substrat. Par conséquent, la taille des particules du colorant doit être petite. Une fois le colorant commercialisé par relargage et broyage dans différents milieux, la taille des particules du colorant devient plus fine, la cristallinité diminue et la phase cristalline change, ce qui augmente l'énergie de surface du colorant et facilite le mouillage.

Traitement de solubilité des colorants acides

Grâce à l'utilisation d'un faible rapport de liqueur et d'un processus de teinture continue, le degré d'automatisation de l'impression et de la teinture a été continuellement amélioré, l'émergence de charges et de pâtes automatiques et l'introduction de colorants liquides nécessitent la préparation de liqueurs de teinture et de pâtes d'impression à haute concentration et haute stabilité. Cependant, à l'heure actuelle, la solubilité des colorants acides, réactifs et directs dans les produits de teinture domestiques n'est qu'environ 100 g/L, en particulier les colorants acides, et certaines variétés n'atteignent même qu'environ 20 g/L. La solubilité des colorants est liée à la structure moléculaire des colorants. Plus le poids moléculaire est élevé et moins il y a de groupes acide sulfonique, plus la solubilité est faible ; sinon, plus la solubilité est élevée. De plus, le traitement commercial des colorants est extrêmement important, notamment le mode de cristallisation, le degré de broyage, la taille des particules et l'ajout d'additifs des colorants, qui affecteront la solubilité des colorants. Plus le colorant s’ionise facilement, plus sa solubilité dans l’eau est élevée. Cependant, la commercialisation et la normalisation des colorants traditionnels consistent à appliquer une grande quantité d'électrolytes, tels que la poudre de yuanming et le sel de table. Une grande quantité de Na+ dans l’eau réduit la solubilité des colorants dans l’eau. Par conséquent, pour améliorer la solubilité des colorants solubles dans l’eau, aucun électrolyte n’est ajouté aux colorants commerciaux.

Additifs et solubilité

(1) Composés d'alcool et cosolvants d'urée

Étant donné que les colorants hydrosolubles contiennent un certain nombre de groupes acide sulfonique et de groupes acide carboxylique, les particules de colorant se dissocient facilement en solution aqueuse et possèdent une certaine quantité de charges négatives. Lorsqu'un cosolvant contenant un groupe formant une liaison hydrogène est ajouté, une couche protectrice d'ion hydraté se forme à la surface de l'ion colorant, ce qui favorise l'ionisation et la dissolution de la molécule de colorant pour améliorer la solubilité. Les polyols tels que l'éther de diéthylèneglycol, le thiodiéthanol, le polyéthylèneglycol, etc. sont généralement utilisés comme cosolvants pour les colorants hydrosolubles. Parce qu'ils peuvent former des liaisons hydrogène avec les colorants, la surface des ions de colorant forme une couche protectrice d'ions hydratés, qui empêche l'agglomération moléculaire des colorants et les interactions intermoléculaires, et favorise l'ionisation et la dissociation des colorants.

(2) Tensioactifs non ioniques

L'ajout d'un certain tensioactif non ionique au colorant peut affaiblir la force de liaison entre les molécules de colorant et les molécules, accélérer l'ionisation et amener les molécules de colorant à former des micelles dans l'eau avec une bonne dispersibilité. Les colorants polaires forment des micelles. Les molécules solubilisantes forment une compatibilité de réseau pour améliorer la solubilité, comme l'éther ou l'ester de polyoxyéthylène. Cependant, s'il y a un manque de groupes hydrophobes forts dans la molécule de cosolvant, les effets dispersants et solubilisants sur les micelles formées par le colorant sont faibles et l'amélioration de la solubilité n'est pas significative. Par conséquent, essayez de choisir un solvant contenant un cycle aromatique capable de former une liaison hydrophobe avec le colorant. Par exemple, l'éther d'alkylphénol polyoxyéthylène, l'émulsifiant ester de polyoxyéthylène sorbitan et d'autres tels que l'éther de polyalkylphénylphénol polyoxyéthylène.

⑶ dispersant lignosulfonate

Le dispersant a une grande influence sur la solubilité du colorant. Choisir un bon dispersant en fonction de la structure du colorant est d'une grande aide pour améliorer la solubilité du colorant. Dans les colorants solubles dans l'eau, afin d'éviter l'adsorption mutuelle (force de Van der Waals) et l'agglomération entre les molécules de colorant, il a un certain effet. Parmi les dispersants, le lignosulfonate est le plus efficace et il existe des études nationales à son sujet.

La structure moléculaire des colorants dispersés ne contient pas de groupes hydrophiles forts, mais seulement des groupes polaires faibles, elle n'a donc qu'une faible hydrophilie et la solubilité réelle est très faible. La plupart des colorants dispersés ne peuvent dissoudre que 0, 1 à 10 mg/L.

La solubilité des colorants dispersés est liée aux facteurs suivants :

Structure moléculaire

La solubilité des colorants dispersés dans l'eau augmente avec la diminution de la partie hydrophobe et l'augmentation de la partie hydrophile (masse et quantité de groupes polaires) dans la molécule colorante. Autrement dit, les colorants ayant un poids moléculaire relativement faible et des groupes polaires plus faibles tels que -OH et -NH2 ont une solubilité plus élevée. La masse moléculaire relative est plus grande et les colorants comportant des groupes polaires moins faibles ont une solubilité relativement faible. Tel que le rouge dispersé (I), son M=321, la solubilité à 25°C est inférieure à 0,1 mg/L et la solubilité à 80°C est de 1,2 mg/L. Dispersez le rouge (Ⅱ), son M=352, la solubilité à 25℃ est de 7,1 mg/L et la solubilité à 80℃ est de 240 mg/L.

Dispersant

Dans les colorants dispersés en poudre, la teneur en colorants purs est généralement de 40 % à 60 %, le reste étant constitué de dispersants, d'agents anti-poussière, d'agents protecteurs, de poudre de Yuanming, etc. Parmi eux, la proportion de dispersants est plus grande.

L'agent dispersant (agent diffusant) peut non seulement enrober les grains fins du colorant en micelles hydrophiles et les disperser de manière stable dans l'eau, mais également former des micelles après que la concentration critique de micelles soit dépassée, ce qui dispersera certains des minuscules grains de colorant. Dissous dans les micelles, le phénomène dit de « solubilisation » se produit, augmentant ainsi la solubilité des colorants. De plus, plus la qualité du dispersant est bonne, plus la concentration est élevée, plus l'effet de solubilisation et de solubilisation est important.

Il convient de noter que l’effet de solubilisation du dispersant sur les colorants dispersés de structures différentes est différent et que la différence est très grande ; l'effet de solubilisation du dispersant sur les colorants dispersés diminue avec l'augmentation de la température de l'eau, ce qui est exactement le même que celui de la température de l'eau sur les colorants dispersés eux-mêmes. La solubilité a l'effet inverse.

Une fois que les grains de cristaux hydrophobes du colorant dispersé et du dispersant forment des particules colloïdales hydrophiles, la stabilité de la dispersion sera considérablement améliorée. De plus, ces micelles de colorant « fournissent » également le colorant pendant le processus de teinture. Parce que, une fois les molécules de colorant à l'état dissous adsorbées par les fibres, les colorants « stockés » dans les particules colloïdales seront libérés à temps pour maintenir l'équilibre de dissolution des colorants.

L'état d'existence des colorants dispersés dans le liquide de dispersion

1 - Molécule dispersante

2- Cristallites de colorant (solubilisées)

3-micelles dispersantes

Monomolécules à 4 colorants (dissoutes)

5- Grains de teinture

6-Groupe lipophile dispersant

7-Groupe hydrophile dispersant

Ion 8-Sodium (Na+)

9 - Agrégats de cristallites colorantes

Cependant, si la « force de cohésion » entre le colorant et le dispersant est trop grande, « l'approvisionnement » de la molécule unique du colorant sera en retard ou le phénomène de « pénurie » se produira. Par conséquent, cela réduira directement le taux de teinture et le pourcentage de teinture d’équilibre, ce qui entraînera une teinture lente et une couleur claire.

On peut constater que lors de la sélection et de l'utilisation de dispersants, il convient de prendre en compte non seulement la stabilité de la dispersion des colorants, mais également leur influence sur la coloration des colorants.

(3) Température de la solution de colorant

La solubilité des colorants dispersés dans l’eau augmente avec l’augmentation de la température de l’eau. Par exemple, la solubilité du jaune dispersé dans l’eau à 80°C est 18 fois supérieure à celle à 25°C. La solubilité du rouge dispersé dans l’eau à 80°C est 33 fois supérieure à celle à 25°C. La solubilité du bleu dispersé dans l’eau à 80°C est 37 fois supérieure à celle à 25°C. Si la température de l’eau dépasse 100°C, la solubilité des colorants dispersés augmentera davantage.

Un rappel spécial ici : cette caractéristique de dissolution des colorants dispersés entraînera des dangers cachés pour les applications pratiques. Par exemple, lorsque la liqueur de teinture est chauffée de manière inégale, la liqueur de teinture à haute température s'écoule vers l'endroit à basse température. En raison de la diminution de la température de l'eau, la liqueur de colorant devient sursaturée et les colorants dissous seront précipités, entraînant la croissance de cristaux de colorant et une diminution de la solubilité. , ce qui entraîne une diminution du taux d’absorption.

(4) Forme cristalline du colorant

Certains colorants dispersés présentent le phénomène « d'isomorphisme ». C'est-à-dire que le même colorant dispersé formera plusieurs formes cristallines, telles que des aiguilles, des bâtonnets, des flocons, des granulés, des blocs, etc. Au cours du processus d'application, en particulier lors de la teinture à 130 °C, ces formes cristallines les moins stables se transformeront en formes cristallines plus stables.

Il convient de noter que les formes cristallines les plus stables ont une plus grande solubilité et que les formes cristallines les moins stables ont relativement moins de solubilité. Cela affecte directement le taux d’absorption du colorant et le pourcentage d’absorption.

(5) Taille des particules

Généralement, les colorants contenant de petites particules ont une solubilité élevée et une bonne stabilité de dispersion. Les colorants à grosses particules ont une faible solubilité et une stabilité de dispersion relativement médiocre.

À l'heure actuelle, la taille des particules des colorants dispersés domestiques est généralement de 0,5 à 2,0 μm (Remarque : la teinture par dispersion nécessite une taille de particules de 0,5 à 1,0 μm).

en conclusion

En résumé, il existe encore un certain écart entre le niveau technique et la recherche appliquée dans la production de colorants en Chine et dans les pays développés. Par conséquent, tout en recherchant la nouvelle structure des colorants, nous devons également prêter attention à la recherche sur le post-traitement de la commercialisation des colorants et développer continuellement des produits offrant d'excellentes performances d'application. Produits dissous et processus de post-traitement, favorisant ainsi le développement continu de l'industrie des teintures de mon pays.