Método de aumento de solubilidade de corante ácido

Corantes ácidos, corantes diretos e corantes reativos são todos corantes solúveis em água, e a produção em 2001 foi de 30.000 toneladas, 20.000 toneladas e 45.000 toneladas, respectivamente. No entanto, durante muito tempo, as empresas de corantes do meu país prestaram mais atenção ao desenvolvimento e investigação de novos corantes estruturais, enquanto a investigação sobre o pós-processamento de corantes é relativamente fraca. Os reagentes de padronização comumente usados ​​​​para corantes solúveis em água incluem sulfato de sódio (pó de yuanming), dextrina, derivados de amido, sacarose, uréia, naftaleno formaldeído sulfonato, etc. Commodities, mas não podem atender às necessidades dos diferentes processos de impressão e tingimento na indústria de impressão e tingimento. Embora o custo dos diluentes de corantes acima mencionados seja relativamente baixo, a molhabilidade e a solubilidade em água são relativamente baixas, por isso é difícil atender às necessidades do mercado internacional e só podem ser exportados como corantes originais. Portanto, na comercialização de corantes solúveis em água, a molhabilidade e a solubilidade em água dos corantes são problemas urgentes, e os auxiliares correspondentes devem ser utilizados.

Tratamento umectante de corantes

Num sentido lato, molhar é a substituição de um fluido (deveria ser um gás) numa superfície por outro. Especificamente, a interface pó ou granular deve ser uma interface gás/sólido, e o processo de umedecimento ocorre quando o líquido (água) substitui o gás na superfície da partícula. Pode-se observar que a umectação é um processo físico superficial entre substâncias. No pós-processamento de corantes, a umectação muitas vezes desempenha um papel importante. Geralmente, os corantes são processados ​​em formas sólidas, como pó ou grânulos, que precisam ser umedecidos durante o uso. Portanto, a molhabilidade do corante afetará diretamente o efeito da aplicação. Por exemplo, durante o processo de dissolução, é indesejável que o corante seja difícil de molhar e flutue na superfície da água. Com a melhoria contínua dos requisitos de qualidade dos corantes atualmente, o desempenho de umedecimento tem sido utilizado como um dos indicadores para medir a qualidade dos corantes. A energia superficial da água é 72,75mN/m a 20°C, que diminui com o aumento da temperatura, enquanto a energia superficial do sólido permanece basicamente inalterada, geralmente abaixo de 100mN/m. Normalmente os metais e seus óxidos, sais inorgânicos, etc. são fáceis de molhar. úmido, conhecido como alta energia superficial. A energia superficial de produtos orgânicos sólidos e polímeros é comparável à de líquidos em geral, que é chamada de baixa energia superficial, mas varia com o tamanho da partícula do sólido e o grau de porosidade. Quanto maior a energia, seu tamanho depende do substrato. Portanto, o tamanho das partículas do corante deve ser pequeno. Depois que o corante é comercializado por salga e moagem em diferentes meios, o tamanho das partículas do corante torna-se mais fino, a cristalinidade diminui e a fase cristalina muda, o que aumenta a energia superficial do corante e facilita a umectação.

Tratamento de Solubilidade de Corantes Ácidos

Com o uso de pequena proporção de licor e processo de tingimento contínuo, o grau de automação de impressão e tingimento tem sido continuamente melhorado, o surgimento de enchimentos e pastas automáticos e a introdução de corantes líquidos exigem a preparação de licores de corantes e pastas de impressão de alta concentração e alta estabilidade. No entanto, actualmente, a solubilidade de corantes ácidos, reactivos e directos em produtos corantes domésticos é de apenas cerca de 100g/L, especialmente corantes ácidos, e algumas variedades são apenas cerca de 20g/L. A solubilidade dos corantes está relacionada à estrutura molecular dos corantes. Quanto maior for o peso molecular e menos grupos de ácido sulfónico, menor será a solubilidade; caso contrário, maior será a solubilidade. Além disso, o processamento comercial dos corantes é extremamente importante, incluindo o modo de cristalização, grau de moagem, tamanho das partículas e adição de aditivos aos corantes, o que afetará a solubilidade dos corantes. Quanto mais facilmente o corante for ionizado, maior será sua solubilidade em água. Porém, a comercialização e padronização dos corantes tradicionais consiste na aplicação de uma grande quantidade de eletrólitos, como pó de yuanming e sal de cozinha. Uma grande quantidade de Na+ na água reduz a solubilidade dos corantes na água. Portanto, para melhorar a solubilidade dos corantes solúveis em água, primeiro, nenhum eletrólito é adicionado aos corantes comerciais.

Aditivos e Solubilidade

(1) Compostos de álcool e co-solventes de ureia

Como os corantes solúveis em água contêm um certo número de grupos de ácido sulfônico e grupos de ácido carboxílico, as partículas do corante são facilmente dissociadas em solução aquosa e possuem uma certa quantidade de cargas negativas. Quando um cosolvente contendo um grupo formador de ligações de hidrogênio é adicionado, uma camada protetora de íons hidratada é formada na superfície do íon corante, que promove a ionização e dissolução da molécula do corante para melhorar a solubilidade. Polióis como éter dietilenoglicol, tiodietanol, polietilenoglicol, etc. são geralmente usados ​​como co-solventes para corantes solúveis em água. Como podem formar ligações de hidrogênio com corantes, a superfície dos íons corantes forma uma camada protetora de íons hidratados, que evita a aglomeração molecular do corante e as interações intermoleculares, e promove a ionização e a dissociação do corante.

(2) Surfactantes não iônicos

Adicionar um certo surfactante não iônico ao corante pode enfraquecer a força de ligação entre as moléculas e moléculas do corante, acelerar a ionização e fazer com que as moléculas do corante formem micelas em água com boa dispersibilidade. Os corantes polares formam micelas. As moléculas solubilizantes formam compatibilização em rede para melhorar a solubilidade, como éter ou éster de polioxietileno. Contudo, se houver falta de grupos hidrofóbicos fortes na molécula do co-solvente, os efeitos de dispersão e solubilização nas micelas formadas pelo corante são fracos e a melhoria da solubilidade não é significativa. Portanto, tente escolher um solvente contendo anel aromático que possa formar uma ligação hidrofóbica com o corante. Por exemplo, éter alquilfenol polioxietileno, emulsionante éster polioxietileno sorbitano e outros, tais como éter polialquilfenol polioxietileno.

⑶ dispersante lignossulfonato

O dispersante tem grande influência na solubilidade do corante. A escolha de um bom dispersante de acordo com a estrutura do corante é de grande ajuda para melhorar a solubilidade do corante. Nos corantes solúveis em água, para evitar a adsorção mútua (força de van der Waals) e a aglomeração entre as moléculas do corante, tem um certo efeito. Dentre os dispersantes, o lignossulfonato é o mais eficaz e existem estudos nacionais sobre ele.

A estrutura molecular dos corantes dispersos não contém grupos hidrofílicos fortes, mas apenas grupos polares fracos, portanto possui apenas hidrofilicidade fraca e a solubilidade real é muito pequena. A maioria dos corantes dispersos só pode dissolver 0,1 ~ 10mg/L.

A solubilidade dos corantes dispersos está relacionada aos seguintes fatores:

Estrutura Molecular

A solubilidade dos corantes dispersos em água aumenta com a diminuição da parte hidrofóbica e o aumento da parte hidrofílica (massa e quantidade de grupos polares) na molécula do corante. Ou seja, corantes com peso molecular relativamente pequeno e grupos polares mais fracos, como -OH e -NH2, apresentam maior solubilidade. A massa molecular relativa é maior e os corantes com grupos polares menos fracos têm solubilidade relativamente baixa. Tal como vermelho disperso (I), seu M = 321, a solubilidade a 25°C é inferior a 0,1mg/L e a solubilidade a 80°C é 1,2mg/L. Vermelho disperso (Ⅱ), seu M = 352, a solubilidade a 25 ℃ é 7,1 mg/L e a solubilidade a 80 ℃ é 240 mg/L.

Dispersante

Em corantes dispersos em pó, o conteúdo de corantes puros é geralmente de 40% a 60%, e o restante é dispersante, agente à prova de poeira, agente protetor, pó Yuanming, etc.

O agente dispersante (agente difusor) pode não apenas revestir os grãos finos do corante em micelas hidrofílicas e dispersá-los de forma estável em água, mas também formar micelas após a concentração crítica de micelas ser excedida, o que dispersará alguns dos minúsculos grãos de corante. Dissolvidos em micelas, ocorre o chamado fenômeno de “solubilização”, aumentando assim a solubilidade dos corantes. Além disso, quanto melhor for a qualidade do dispersante, quanto maior for a concentração, maior será o efeito de solubilização e solubilização.

Deve-se notar que o efeito de solubilização do dispersante em corantes dispersos com diferentes estruturas é diferente, e a diferença é muito grande; o efeito de solubilização do dispersante nos corantes dispersos diminui com o aumento da temperatura da água, que é exatamente igual à temperatura da água nos próprios corantes dispersos. A solubilidade tem o efeito oposto.

Depois que os grãos de cristal hidrofóbicos do corante disperso e do dispersante formarem partículas coloidais hidrofílicas, a estabilidade da dispersão será significativamente melhorada. Além disso, essas micelas de corante também “fornecem” o corante durante o processo de tingimento. Porque, depois que as moléculas de corante no estado dissolvido são adsorvidas pelas fibras, os corantes 'armazenados' nas partículas coloidais serão liberados a tempo de manter o equilíbrio de dissolução dos corantes.

O estado de existência de corantes dispersos em líquido de dispersão

1 – Molécula dispersante

2- Cristalitos corantes (solubilizados)

Micelas 3-dispersantes

Monomoléculas de 4 corantes (dissolvidas)

5- Grãos Corantes

Grupo lipofílico 6-dispersante

Grupo hidrofílico 7-dispersante

Íon 8-sódio (Na+)

9 - Agregados de cristalitos corantes

No entanto, se a 'força de coesão' entre o corante e o dispersante for muito grande, a 'oferta' da molécula única do corante ficará atrasada ou ocorrerá o fenômeno de 'escassez'. Portanto, reduzirá diretamente a taxa de tingimento e a porcentagem de tingimento de equilíbrio, resultando em tingimento lento e cor clara.

Percebe-se que na seleção e utilização de dispersantes, deve-se considerar não apenas a estabilidade de dispersão dos corantes, mas também a influência na coloração dos corantes.

(3) Temperatura da solução corante

A solubilidade dos corantes dispersos em água aumenta com o aumento da temperatura da água. Por exemplo, a solubilidade do amarelo disperso em água a 80°C é 18 vezes maior que a 25°C. A solubilidade do vermelho disperso em água a 80°C é 33 vezes maior que a 25°C. A solubilidade do azul disperso em água a 80°C é 37 vezes maior que a 25°C. Se a temperatura da água exceder 100°C, a solubilidade dos corantes dispersos aumentará ainda mais.

Um lembrete especial aqui: esta característica de dissolução dos corantes dispersos trará perigos ocultos às aplicações práticas. Por exemplo, quando o licor corante é aquecido de forma desigual, o licor corante com alta temperatura flui para o local com baixa temperatura. Devido à diminuição da temperatura da água, o licor corante torna-se supersaturado e os corantes dissolvidos serão precipitados, resultando no crescimento de cristais de corante e na diminuição da solubilidade. , resultando em uma diminuição na taxa de absorção.

(4) Forma de cristal corante

Alguns corantes dispersos apresentam o fenômeno de “isomorfismo”. Ou seja, o mesmo corante disperso formará várias formas cristalinas, como em forma de agulha, em forma de bastão, em forma de floco, granular, em forma de bloco, etc. Durante o processo de aplicação, especialmente ao tingir a 130 °C, essas formas cristalinas menos estáveis ​​se transformarão em formas cristalinas mais estáveis.

Vale a pena notar que as formas cristalinas mais estáveis ​​têm maior solubilidade e as formas cristalinas menos estáveis ​​têm relativamente menos solubilidade. Isto afeta diretamente a taxa de absorção do corante e a porcentagem de absorção.

(5) Tamanho das partículas

Geralmente, os corantes com partículas pequenas apresentam alta solubilidade e boa estabilidade de dispersão. Os corantes com partículas grandes têm baixa solubilidade e estabilidade de dispersão relativamente fraca.

Atualmente, o tamanho das partículas dos corantes dispersos domésticos é geralmente de 0,5 a 2,0 μm (Nota: o tingimento por dispersão requer um tamanho de partícula de 0,5 a 1,0 μm).

para concluir

Em resumo, ainda existe uma certa lacuna entre o nível técnico e a pesquisa de aplicação da produção de corantes no meu país e nos países desenvolvidos. Portanto, ao pesquisar a nova estrutura dos corantes, devemos também estar atentos às pesquisas sobre o pós-processamento da comercialização dos corantes, e desenvolver continuamente produtos com excelente desempenho de aplicação. Produtos dissolvidos e processos de pós-tratamento, promovendo assim o desenvolvimento contínuo da indústria de corantes do meu país.