Метод повышения растворимости кислотных красителей

Кислотные красители, прямые красители и реактивные красители являются водорастворимыми красителями, а объем производства в 2001 году составил 30 000 тонн, 20 000 тонн и 45 000 тонн соответственно. Однако в течение длительного времени красильные предприятия моей страны уделяли больше внимания разработке и исследованию новых структурных красителей, в то время как исследования по постобработке красителей относительно слабы. Стандартизирующие реагенты, обычно используемые для водорастворимых красителей, включают сульфат натрия (порошок Юаньмин), декстрин, производные крахмала, сахарозу, мочевину, нафталинформальдегидсульфонат и др. Эти стандартизирующие реагенты смешивают с исходным красителем в пропорциях для получения необходимой прочности. Товары, но они не могут удовлетворить потребности различных процессов печати и крашения в полиграфической и красильной промышленности. Хотя стоимость вышеупомянутых разбавителей красителей относительно низкая, смачиваемость и растворимость в воде относительно плохие, поэтому их трудно удовлетворить потребностям международного рынка, и их можно экспортировать только в виде оригинальных красителей. Поэтому при коммерциализации водорастворимых красителей смачиваемость и растворимость красителей в воде являются актуальными проблемами, и необходимо полагаться на соответствующие вспомогательные вещества.

Смачивающая обработка красителей

В широком смысле смачивание — это замена одной жидкости (должно быть газом) на поверхности другой. В частности, граница раздела порошка или гранул должна представлять собой границу раздела газ/твердое тело, а процесс смачивания происходит, когда жидкость (вода) заменяет газ на поверхности частицы. Видно, что смачивание — это поверхностный физический процесс между веществами. При постобработке красителей смачивание часто играет важную роль. Обычно красители перерабатываются в твердые формы, такие как порошок или гранулы, которые при использовании необходимо смачивать. Следовательно, смачиваемость красителя напрямую влияет на эффект нанесения. Например, в процессе растворения нежелательно, чтобы краситель с трудом смачивался и плавал на поверхности воды. Сегодня, в связи с постоянным улучшением требований к качеству красителей, смачивающая способность используется в качестве одного из показателей качества красителей. Поверхностная энергия воды составляет 72,75 мН/м при 20°C и уменьшается с повышением температуры, в то время как поверхностная энергия твердого тела практически не меняется и обычно ниже 100 мН/м. Обычно металлы и их оксиды, неорганические соли и т. д. легко смачиваются. влажный, известный как высокая поверхностная энергия. Поверхностная энергия твердых органических веществ и полимеров сравнима с энергией обычных жидкостей, что называется низкой поверхностной энергией, но она варьируется в зависимости от размера частиц твердого вещества и степени пористости. Чем выше энергия, тем ее размер зависит от подложки. Поэтому размер частиц красителя должен быть небольшим. После реализации красителя путем высаливания и измельчения в различных средах размер частиц красителя становится мельче, кристалличность уменьшается, изменяется кристаллическая фаза, что увеличивает поверхностную энергию красителя и облегчает смачивание.

Растворимость кислотных красителей

Благодаря использованию малого коэффициента щелока и непрерывному процессу крашения степень автоматизации печати и крашения постоянно совершенствуется, появление автоматических наполнителей и паст, а также введение жидких красителей требуют приготовления высококонцентрированных и высокостабильных красящих растворов и печатных паст. Однако в настоящее время растворимость кислотных, реактивных и прямых красителей в отечественных красителях составляет всего около 100 г/л, особенно в кислотных красителях, а в некоторых сортах даже всего около 20 г/л. Растворимость красителей связана с молекулярной структурой красителей. Чем больше молекулярная масса и меньше групп сульфоновой кислоты, тем ниже растворимость; в противном случае, тем выше растворимость. Кроме того, чрезвычайно важна коммерческая обработка красителей, включая режим кристаллизации, степень измельчения, размер частиц и добавление добавок красителей, которые влияют на растворимость красителей. Чем легче краситель ионизируется, тем выше его растворимость в воде. Однако коммерциализация и стандартизация традиционных красителей предполагает применение большого количества электролитов, таких как порошок Юаньмин и поваренная соль. Большое количество Na+ в воде снижает растворимость красителей в воде. Поэтому, чтобы улучшить растворимость водорастворимых красителей, во-первых, в коммерческие красители не добавляют электролит.

Добавки и растворимость

(1) Спиртовые соединения и сорастворители мочевины

Поскольку водорастворимые красители содержат определенное количество групп сульфоновой кислоты и групп карбоновой кислоты, частицы красителя легко диссоциируют в водном растворе и имеют определенное количество отрицательных зарядов. При добавлении сорастворителя, содержащего группу, образующую водородную связь, на поверхности иона красителя образуется защитный слой гидратированного иона, который способствует ионизации и растворению молекулы красителя для улучшения растворимости. Полиолы, такие как эфир диэтиленгликоля, тиодиэтанол, полиэтиленгликоль и т. д., обычно используются в качестве сорастворителей для водорастворимых красителей. Поскольку они могут образовывать водородные связи с красителями, поверхность ионов красителей образует защитный слой из гидратированных ионов, который предотвращает агломерацию молекул красителя и межмолекулярные взаимодействия, а также способствует ионизации и диссоциации красителя.

(2) Неионогенные поверхностно-активные вещества

Добавление к красителю определенного неионогенного поверхностно-активного вещества может ослабить силу связи между молекулами красителя и молекулами, ускорить ионизацию и заставить молекулы красителя образовывать в воде мицеллы с хорошей диспергируемостью. Полярные красители образуют мицеллы. Солюбилизирующие молекулы образуют сетку совместимости для улучшения растворимости, такую ​​как простой или сложный эфир полиоксиэтилена. Однако если в молекуле сорастворителя отсутствуют сильные гидрофобные группы, диспергирующее и солюбилизирующее воздействие на мицеллы, образованные красителем, являются слабыми, и улучшение растворимости не является значительным. Поэтому постарайтесь выбрать растворитель, содержащий ароматическое кольцо, который может образовывать гидрофобную связь с красителем. Например, простой полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола, эмульгатор на основе сложного эфира полиоксиэтиленсорбитана и другие, такие как простой полиоксиэтиленовый эфир полиалкилфенилфенола.

⑶ лигносульфонатный диспергатор

Диспергатор оказывает большое влияние на растворимость красителя. Выбор хорошего диспергатора в соответствии со структурой красителя очень помогает улучшить растворимость красителя. В водорастворимых красителях определенный эффект оказывает для предотвращения взаимной адсорбции (силы Ван-дер-Ваальса) и агломерации между молекулами красителя. Среди диспергаторов наиболее эффективным является лигносульфонат, по нему имеются отечественные исследования.

Молекулярная структура дисперсных красителей не содержит сильных гидрофильных групп, а содержит только слабые полярные группы, поэтому она обладает лишь слабой гидрофильностью, а фактическая растворимость очень мала. Большинство дисперсных красителей растворяют только 0,1~10 мг/л.

Растворимость дисперсных красителей связана со следующими факторами:

Молекулярная структура

Растворимость дисперсных красителей в воде увеличивается с уменьшением гидрофобной части и увеличением гидрофильной части (массы и количества полярных групп) в молекуле красителя. То есть красители с относительно небольшой молекулярной массой и более слабыми полярными группами, такие как -OH и -NH2, обладают более высокой растворимостью. Относительная молекулярная масса больше, а красители с менее слабыми полярными группами имеют относительно низкую растворимость. Например, дисперсия красного цвета (I), ее M=321, растворимость при 25°C составляет менее 0,1 мг/л, а растворимость при 80°C составляет 1,2 мг/л. Дисперсный красный цвет (Ⅱ), его M=352, растворимость при 25 ℃ составляет 7,1 мг/л, а растворимость при 80 ℃ составляет 240 мг/л.

диспергатор

В порошкообразных дисперсионных красителях содержание чистых красителей обычно составляет от 40% до 60%, а остальное составляют диспергаторы, пылезащитные вещества, защитные вещества, порошок Yuanming и т. д. Среди них доля диспергаторов больше.

Диспергирующий агент (диффузионный агент) может не только покрывать мелкие зерна красителя в гидрофильные мицеллы и стабильно диспергировать их в воде, но и образовывать мицеллы после превышения критической концентрации мицелл, что диспергирует часть мельчайших зерен красителя. При растворении в мицеллах происходит так называемое явление «солюбилизации», за счет чего растворимость красителей увеличивается. Более того, чем лучше качество диспергатора, чем выше его концентрация, тем больше эффект солюбилизации и солюбилизации.

Следует отметить, что солюбилизирующее действие диспергатора на дисперсные красители разной структуры различно, и разница очень велика; солюбилизирующее действие диспергатора на дисперсные красители уменьшается с повышением температуры воды, которая точно такая же, как и температура воды на сами дисперсные красители. Растворимость имеет противоположный эффект.

После того как гидрофобные кристаллические зерна дисперсного красителя и диспергатора образуют гидрофильные коллоидные частицы, стабильность дисперсии значительно улучшится. Более того, эти мицеллы красителя также «поставляют» краситель в процессе окрашивания. Потому что после того, как молекулы красителя в растворенном состоянии адсорбируются волокнами, красители, «хранящиеся» в коллоидных частицах, будут высвобождаться вовремя, чтобы поддерживать баланс растворения красителей.

Состояние существования дисперсных красителей в дисперсионной жидкости

1 - Молекула диспергатора

2- Кристаллиты красителей (растворенные)

3-Диспергирующие мицеллы

Мономолекулы 4-красителей (растворенные)

5- Красящие зерна

6-Диспергаторная липофильная группа

7-Диспергаторная гидрофильная группа

8-Ион натрия (Na+)

9 – Агрегаты кристаллитов красителей

Однако если «сила сцепления» между красителем и диспергатором слишком велика, «запас» отдельной молекулы красителя будет отставать или произойдет явление «недостатка». Таким образом, это напрямую снижает скорость окрашивания и равновесный процент окрашивания, что приводит к медленному окрашиванию и светлому цвету.

Видно, что при выборе и использовании диспергаторов следует учитывать не только стабильность дисперсии красителей, но и влияние на окраску красителей.

(3) Температура раствора красителя

Растворимость дисперсных красителей в воде увеличивается с повышением температуры воды. Например, растворимость дисперсного желтого цвета в воде при 80°С в 18 раз выше, чем при 25°С. Растворимость дисперсного красного в воде при 80°С в 33 раза выше, чем при 25°С. Растворимость дисперсной синьки в воде при 80°С в 37 раз выше, чем при 25°С. Если температура воды превышает 100°С, растворимость дисперсных красителей возрастает еще сильнее.

Особое напоминание: эта растворяющая способность дисперсных красителей таит в себе скрытую опасность для практического применения. Например, когда красильный раствор нагревается неравномерно, красильный раствор с высокой температурой течет в место с низкой температурой. Из-за снижения температуры воды красильный раствор переходит в перенасыщенное состояние, и растворенные красители выпадают в осадок, что приводит к росту кристаллов красителя и снижению растворимости. , что приводит к снижению скорости поглощения.

(4) Кристаллическая форма красителя

Некоторые дисперсные красители обладают явлением «изоморфизма». То есть один и тот же дисперсный краситель образует несколько кристаллических форм, таких как игольчатые, стержнеобразные, чешуйчатые, зернистые, блочные и т. д. В процессе нанесения, особенно при окрашивании при 130 °C, эти менее стабильные кристаллические формы преобразуются в более стабильные кристаллические формы.

Стоит отметить, что более стабильные кристаллические формы обладают большей растворимостью, а менее стабильные кристаллические формы имеют относительно меньшую растворимость. Это напрямую влияет на скорость и процент поглощения красителя.

(5) Размер частиц

Как правило, красители с мелкими частицами обладают высокой растворимостью и хорошей стабильностью дисперсии. Красители с крупными частицами имеют низкую растворимость и относительно плохую дисперсионную стабильность.

В настоящее время размер частиц отечественных дисперсных красителей обычно составляет от 0,5 до 2,0 мкм (Примечание: для дисперсионного крашения требуется размер частиц от 0,5 до 1,0 мкм).

в заключение

Таким образом, все еще существует определенный разрыв между техническим уровнем и прикладными исследованиями производства красителей в моей стране и развитых странах. Поэтому, исследуя новую структуру красителей, мы также должны уделять внимание исследованиям постобработки коммерциализации красителей и постоянно разрабатывать продукты с отличными эксплуатационными характеристиками. Растворенные продукты и процессы последующей обработки, что способствует непрерывному развитию красильной промышленности моей страны.