Asit boya çözünürlüğünü arttırma yöntemi

Asit boyalar, direkt boyalar ve reaktif boyaların tümü suda çözünür boyalardır ve 2001 yılındaki üretim sırasıyla 30.000 ton, 20.000 ton ve 45.000 tondur. Ancak uzun süredir ülkemdeki boya işletmeleri yeni yapısal boyaların geliştirilmesine ve araştırılmasına daha fazla önem verirken, boyaların sonradan işlenmesine ilişkin araştırmalar nispeten zayıftır. Suda çözünür boyalar için yaygın olarak kullanılan standartlaştırma reaktifleri arasında sodyum sülfat (yuanming tozu), dekstrin, nişasta türevleri, sakaroz, üre, naftalin formaldehit sülfonat vb. yer alır. Bu standartlaştırma reaktifleri, gerekli gücü elde etmek için orijinal boyayla orantılı olarak karıştırılır. Emtialar, ancak baskı ve boyama endüstrisindeki farklı baskı ve boyama işlemlerinin ihtiyaçlarını karşılayamazlar. Yukarıda bahsedilen boya incelticilerin maliyeti nispeten düşük olmasına rağmen, ıslanabilirlik ve suda çözünürlükleri nispeten zayıf olduğundan, uluslararası pazarın ihtiyaçlarını karşılamak zordur ve yalnızca orijinal boya olarak ihraç edilebilir. Bu nedenle, suda çözünür boyaların ticarileştirilmesinde, boyaların ıslanabilirliği ve suda çözünürlüğü acil sorunlardır ve ilgili yardımcı maddelere güvenmek gerekir.

Boyaların ıslatılması işlemi

Geniş anlamda ıslanma, bir yüzeydeki bir akışkanın (gaz olması gerekir) bir başkasıyla değiştirilmesidir. Spesifik olarak, toz veya granüler arayüz, bir gaz/katı arayüzey olmalıdır ve ıslanma işlemi, partikül yüzeyindeki gazın yerini sıvı (su) aldığında meydana gelir. Islanmanın maddeler arasında yüzeysel bir fiziksel süreç olduğu görülebilir. Boyaların sonradan işlenmesinde ıslatma genellikle önemli bir rol oynar. Genellikle boyalar, kullanıldığında ıslatılması gereken toz veya granül gibi katı formlara işlenir. Bu nedenle boyanın ıslanabilirliği uygulama etkisini doğrudan etkileyecektir. Örneğin çözünme işlemi sırasında boyanın ıslanmasının zor olması ve su yüzeyinde yüzmesi istenmeyen bir durumdur. Günümüzde boyaların kalite gereksinimlerinin sürekli iyileştirilmesiyle birlikte ıslatma performansı, boyaların kalitesini ölçen göstergelerden biri olarak kullanılmaya başlanmıştır. Suyun yüzey enerjisi 20°C'de 72,75 mN/m'dir ve sıcaklığın artmasıyla azalır, katının yüzey enerjisi ise temelde değişmez, genellikle 100 mN/m'nin altındadır. Genellikle metallerin ve bunların oksitlerinin, inorganik tuzlarının vb. ıslanması kolaydır. ıslak, yüksek yüzey enerjisi olarak bilinir. Katı organiklerin ve polimerlerin yüzey enerjisi, düşük yüzey enerjisi olarak adlandırılan genel sıvılarınkiyle karşılaştırılabilir ancak katının parçacık boyutuna ve gözeneklilik derecesine göre değişir. Enerji ne kadar yüksek olursa, boyutu alt tabakaya bağlıdır. Bu nedenle boyanın parçacık boyutunun küçük olması gerekir. Boya tuzlanarak ve farklı ortamlarda öğütülerek ticarileştirildikten sonra boyanın parçacık boyutu incelir, kristalliği azalır ve kristal fazı değişir, bu da boyanın yüzey enerjisini arttırır ve ıslanmayı kolaylaştırır.

Asit Boyaların Çözünürlük İşlemi

Küçük flotte oranının ve sürekli boyama prosesinin kullanılmasıyla, baskı ve boyamanın otomasyon derecesi sürekli olarak iyileştirilmiş, otomatik dolgu ve macunların ortaya çıkışı ve sıvı boyaların kullanıma sunulması, yüksek konsantrasyonlu ve yüksek stabiliteye sahip boya flottelerinin ve baskı patlarının hazırlanmasını gerektirmektedir. Ancak günümüzde asit, reaktif ve direkt boyaların evsel boya ürünlerindeki çözünürlüğü, özellikle asit boyaların çözünürlüğü sadece 100g/L civarındadır ve hatta bazı çeşitlerin çözünürlüğü sadece 20g/L civarındadır. Boyaların çözünürlüğü boyaların moleküler yapısıyla ilgilidir. Molekül ağırlığı ne kadar büyükse ve sülfonik asit grupları ne kadar azsa çözünürlük de o kadar düşük olur; aksi takdirde çözünürlük o kadar yüksek olur. Ayrıca boyaların çözünürlüğünü etkileyecek kristalizasyon modu, öğütme derecesi, parçacık boyutu ve boyaların katkı maddelerinin eklenmesi dahil olmak üzere boyaların ticari işlenmesi son derece önemlidir. Boya ne kadar kolay iyonize olursa, sudaki çözünürlüğü de o kadar yüksek olur. Bununla birlikte, geleneksel boyaların ticarileştirilmesi ve standardizasyonu, yuanming tozu ve sofra tuzu gibi büyük miktarda elektrolitin uygulanmasından kaynaklanmaktadır. Sudaki büyük miktarda Na+, boyaların sudaki çözünürlüğünü azaltır. Bu nedenle suda çözünen boyaların çözünürlüğünü arttırmak için öncelikle ticari boyalara elektrolit eklenmez.

Katkı Maddeleri ve Çözünürlük

(1) Alkol bileşikleri ve üre yardımcı çözücüleri

Suda çözünür boyalar belirli sayıda sülfonik asit grubu ve karboksilik asit grubu içerdiğinden, boya parçacıkları sulu çözeltide kolaylıkla ayrışır ve belirli miktarda negatif yüke sahiptir. Hidrojen bağı oluşturucu grup içeren bir yardımcı çözücü eklendiğinde, boya iyonunun yüzeyinde çözünürlüğü artırmak için boya molekülünün iyonizasyonunu ve çözünmesini destekleyen bir hidratlı iyon koruyucu katman oluşturulur. Dietilen glikol eter, tiyodietanol, polietilen glikol vb. gibi polioller genellikle suda çözünür boyalar için yardımcı çözücüler olarak kullanılır. Boyalarla hidrojen bağları oluşturabildikleri için boya iyonlarının yüzeyi, boya moleküler topaklanmasını ve moleküller arası etkileşimleri önleyen ve boya iyonizasyonunu ve ayrışmasını destekleyen koruyucu bir hidratlı iyon tabakası oluşturur.

(2) İyonik olmayan yüzey aktif maddeler

Boyaya belirli bir iyonik olmayan yüzey aktif maddenin eklenmesi, boya molekülleri ve molekülleri arasındaki bağlanma kuvvetini zayıflatabilir, iyonizasyonu hızlandırabilir ve boya moleküllerinin suda iyi dağılabilirliğe sahip miseller oluşturmasını sağlayabilir. Polar boyalar miseller oluşturur. Çözündürücü moleküller, polioksietilen eter veya ester gibi çözünürlüğü geliştirmek için ağ uyumluluğunu oluşturur. Bununla birlikte, birlikte çözücü molekülünde güçlü hidrofobik grupların bulunmaması durumunda, boyanın oluşturduğu miseller üzerindeki dağıtıcı ve çözündürücü etkiler zayıftır ve çözünürlük artışı anlamlı değildir. Bu nedenle boyayla hidrofobik bağ oluşturabilecek aromatik halka içeren bir solvent seçmeye çalışın. Örneğin alkilfenol polioksietilen eter, polioksietilen sorbitan ester emülgatör ve polialkilfenilfenol polioksietilen eter gibi diğerleri.

⑶ lignosülfonat dağıtıcı

Dağıtıcının boyanın çözünürlüğü üzerinde büyük etkisi vardır. Boyanın yapısına göre iyi bir dispersan seçilmesi, boyanın çözünürlüğünün arttırılmasına büyük katkı sağlar. Suda çözünen boyalarda, boya molekülleri arasındaki karşılıklı adsorpsiyonu (van der Waals kuvveti) ve aglomerasyonu önlemek amacıyla belli bir etkiye sahiptir. Dispersantlar arasında lignosülfonat en etkili olanıdır ve bununla ilgili yerli çalışmalar bulunmaktadır.

Dispers boyaların moleküler yapısı güçlü hidrofilik gruplar içermez, yalnızca zayıf polar gruplar içerir, bu nedenle yalnızca zayıf hidrofilikliğe sahiptir ve gerçek çözünürlük çok küçüktür. Çoğu dispers boya yalnızca 0,1~10 mg/L'yi çözebilir.

Dispers boyaların çözünürlüğü aşağıdaki faktörlerle ilgilidir:

Moleküler Yapı

Dispers boyaların sudaki çözünürlüğü, boya molekülündeki hidrofobik kısmın azalması ve hidrofilik kısmın (polar grupların kütlesi ve miktarı) artmasıyla artar. Yani, nispeten küçük moleküler ağırlığa ve -OH ve -NH2 gibi daha zayıf polar gruplara sahip olan boyaların çözünürlüğü daha yüksektir. Bağıl molekül kütlesi daha büyüktür ve daha az zayıf polar gruba sahip boyaların çözünürlüğü nispeten düşüktür. Dispers kırmızı (I) gibi, M=321'dir, 25°C'deki çözünürlük 0,1 mg/L'den azdır ve 80°C'deki çözünürlük 1,2 mg/L'dir. Kırmızıyı dağıtın (Ⅱ), M=352, 25°C'de çözünürlük 7,1 mg/L ve 80°C'de çözünürlük 240 mg/L'dir.

Dağıtıcı

Toz halindeki dispers boyalarda, saf boyaların içeriği genellikle %40 ila %60 arasındadır ve geri kalanı dispersan, toz geçirmez madde, koruyucu madde, Yuanming tozu vb.'dir. Bunlar arasında dispersanların oranı daha büyüktür.

Dispersiyon maddesi (yayma maddesi) sadece boyanın ince tanelerini hidrofilik misellere kaplamakla ve bunları suda stabil bir şekilde dağıtmakla kalmaz, aynı zamanda kritik misel konsantrasyonu aşıldıktan sonra küçük boya taneciklerinin bir kısmını dağıtacak olan miseller de oluşturur. Misellerde çözündüğünde, 'çözünürleşme' adı verilen olay meydana gelir ve böylece boyaların çözünürlüğü artar. Ayrıca, dağıtıcının kalitesi ne kadar iyi olursa, konsantrasyon ne kadar yüksek olursa, çözünme ve çözündürme etkisi de o kadar büyük olur.

Dispersantın farklı yapılara sahip dispers boyalar üzerindeki çözündürme etkisinin farklı olduğu ve farkın çok büyük olduğu belirtilmelidir; Dispersantın dispers boyalar üzerindeki çözündürme etkisi, su sıcaklığının artmasıyla azalır; bu, su sıcaklığının dispers boyalar üzerindeki etkisi ile tamamen aynıdır. Çözünürlük ise tam tersi bir etkiye sahiptir.

Dispers boyanın hidrofobik kristal taneleri ve dispersan hidrofilik koloidal parçacıklar oluşturduktan sonra dispersiyon stabilitesi önemli ölçüde artacaktır. Üstelik bu boya miselleri aynı zamanda boyama işlemi sırasında boyayı da 'besler'. Çünkü çözünmüş haldeki boya molekülleri lifler tarafından adsorbe edildikten sonra, koloidal parçacıklarda 'depolanan' boyalar, boyaların çözünme dengesini korumak için zamanla salınacaktır.

Dispersiyon sıvısında dispers boyaların bulunma durumu

1 - Dağıtıcı molekül

2- Boya kristalitleri (çözünmüş)

3-Dispersant miseller

4-Boya Monomolekülleri (Çözünmüş)

5- Boya Taneleri

6-Dispersant lipofilik grup

7-Dispersant hidrofilik grup

8-Sodyum iyonu (Na+)

9 - Boya kristalitlerinin agregaları

Bununla birlikte, boya ve dispersan arasındaki 'bağlantı kuvveti' çok büyükse, boya tek molekülünün 'tedarik'i gecikecek veya 'yetersiz arz' olgusu ortaya çıkacaktır. Bu nedenle boyama hızını ve denge boyama yüzdesini doğrudan düşürerek yavaş boyama ve açık renk elde edilmesini sağlayacaktır.

Dispersanları seçerken ve kullanırken sadece boyaların dispersiyon stabilitesinin değil, aynı zamanda boyaların rengi üzerindeki etkisinin de dikkate alınması gerektiği görülebilir.

(3) Boya çözeltisinin sıcaklığı

Dispers boyaların sudaki çözünürlüğü su sıcaklığının artmasıyla artar. Örneğin, dispers sarının 80°C'deki sudaki çözünürlüğü 25°C'dekinin 18 katıdır. Dispers kırmızının 80°C'deki suda çözünürlüğü 25°C'dekinin 33 katıdır. Dispers mavinin 80°C'deki suda çözünürlüğü 25°C'dekinin 37 katıdır. Su sıcaklığı 100°C'yi aşarsa dispers boyaların çözünürlüğü daha da artacaktır.

Burada özel bir hatırlatma: Dispers boyaların bu çözünme özelliği, pratik uygulamalara gizli tehlikeler getirecektir. Örneğin boya flottesi eşit olmayan şekilde ısıtıldığında yüksek sıcaklıktaki boya flottesi düşük sıcaklıktaki yere akar. Su sıcaklığının düşmesi nedeniyle, boya banyosu aşırı doygun hale gelir ve çözünmüş boyalar çökelir, bu da boya kristallerinin büyümesine ve çözünürlüğün azalmasına neden olur. bu da alım oranının azalmasına neden olur.

(4) Boya kristal formu

Bazı dispers boyalar 'izomorfizm' olgusuna sahiptir. Yani aynı dispers boya iğne benzeri, çubuk benzeri, pul benzeri, granüler, blok benzeri vb. çeşitli kristal formlar oluşturacaktır. Uygulama işlemi sırasında, özellikle 130 °C'de boyama sırasında, daha az stabil olan kristal formlar daha stabil kristal formlara dönüşecektir.

Daha kararlı kristal formlarının daha yüksek çözünürlüğe sahip olduğunu ve daha az kararlı kristal formlarının nispeten daha az çözünürlüğe sahip olduğunu belirtmekte fayda var. Bu doğrudan boya alım oranını ve alım yüzdesini etkiler.

(5) Parçacık boyutu

Genel olarak küçük partiküllü boyalar yüksek çözünürlüğe ve iyi dispersiyon stabilitesine sahiptir. Büyük parçacıklara sahip boyalar düşük çözünürlüğe ve nispeten zayıf dispersiyon stabilitesine sahiptir.

Şu anda, ev tipi dispers boyaların parçacık boyutu genellikle 0,5 ila 2,0 μm arasındadır (Not: Dispersiyon boyama, 0,5 ila 1,0 μm parçacık boyutu gerektirir).

Sonuç olarak

Özetle, ülkemde ve gelişmiş ülkelerde boya üretiminin teknik düzeyi ve uygulama araştırmaları arasında hâlâ belli bir uçurum var. Bu nedenle, boyaların yeni yapısını araştırırken, boyanın ticarileştirilmesinin son işlemlerine ilişkin araştırmalara da dikkat etmeli ve mükemmel uygulama performansına sahip ürünleri sürekli olarak geliştirmeliyiz. Çözünmüş ürünler ve işlem sonrası süreçler, böylece ülkemin boya endüstrisinin sürekli gelişimini teşvik ediyor.