Phương pháp tăng cường khả năng hòa tan thuốc nhuộm axit

Thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm hoạt tính đều là thuốc nhuộm hòa tan trong nước, sản lượng năm 2001 lần lượt là 30.000 tấn, 20.000 tấn và 45.000 tấn. Tuy nhiên, từ lâu, các doanh nghiệp thuốc nhuộm nước ta đã chú ý nhiều hơn đến việc phát triển và nghiên cứu thuốc nhuộm cấu trúc mới, trong khi nghiên cứu về hậu xử lý thuốc nhuộm còn tương đối yếu. Thuốc thử tiêu chuẩn hóa thường được sử dụng cho thuốc nhuộm hòa tan trong nước bao gồm natri sunfat (bột Yuanming), dextrin, dẫn xuất tinh bột, sucrose, urê, naphthalene formaldehyde sulfonate, v.v. Các thuốc thử tiêu chuẩn hóa này được trộn với thuốc nhuộm ban đầu theo tỷ lệ để đạt được độ bền cần thiết. Hàng hóa nhưng không thể đáp ứng nhu cầu của các quy trình in và nhuộm khác nhau trong ngành in và nhuộm. Mặc dù giá thành của các chất pha loãng thuốc nhuộm nêu trên tương đối thấp nhưng khả năng thấm ướt và hòa tan trong nước tương đối kém nên khó đáp ứng nhu cầu của thị trường quốc tế và chỉ có thể xuất khẩu dưới dạng thuốc nhuộm nguyên chất. Do đó, trong quá trình thương mại hóa thuốc nhuộm hòa tan trong nước, độ thấm ướt và khả năng hòa tan trong nước của thuốc nhuộm là vấn đề cấp bách và phải dựa vào các chất trợ chất tương ứng.

Xử lý ướt thuốc nhuộm

Theo nghĩa rộng, làm ướt là sự thay thế một chất lỏng (phải là chất khí) trên bề mặt bằng một chất lỏng khác. Cụ thể, bề mặt tiếp xúc bột hoặc dạng hạt phải là bề mặt tiếp xúc khí/rắn và quá trình làm ướt xảy ra khi chất lỏng (nước) thay thế khí trên bề mặt hạt. Có thể thấy, làm ướt là một quá trình vật lý bề mặt giữa các chất. Trong quá trình xử lý sau thuốc nhuộm, việc làm ướt thường đóng một vai trò quan trọng. Thông thường, thuốc nhuộm được xử lý thành dạng rắn, chẳng hạn như bột hoặc hạt, cần được làm ướt khi sử dụng. Do đó, độ ẩm của thuốc nhuộm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sử dụng. Ví dụ, trong quá trình hòa tan, thuốc nhuộm khó bị ướt và nổi trên mặt nước là điều không mong muốn. Với sự cải tiến liên tục về yêu cầu chất lượng của thuốc nhuộm ngày nay, hiệu suất làm ướt đã được sử dụng như một trong những chỉ số để đo lường chất lượng của thuốc nhuộm. Năng lượng bề mặt của nước là 72,75mN/m ở 20°C, giảm khi nhiệt độ tăng, trong khi năng lượng bề mặt của chất rắn về cơ bản không thay đổi, thường dưới 100mN/m. Thông thường kim loại và các oxit, muối vô cơ, v.v. của chúng rất dễ bị ướt. ướt, được gọi là năng lượng bề mặt cao. Năng lượng bề mặt của chất hữu cơ rắn và polyme tương đương với năng lượng bề mặt của chất lỏng thông thường, được gọi là năng lượng bề mặt thấp, nhưng nó thay đổi theo kích thước hạt của chất rắn và mức độ xốp. Năng lượng càng cao thì kích thước của nó phụ thuộc vào chất nền. Vì vậy, kích thước hạt của thuốc nhuộm phải nhỏ. Sau khi thuốc nhuộm được thương mại hóa bằng cách muối và nghiền trong các môi trường khác nhau, kích thước hạt của thuốc nhuộm trở nên mịn hơn, độ kết tinh giảm và pha tinh thể thay đổi, làm tăng năng lượng bề mặt của thuốc nhuộm và tạo điều kiện làm ướt.

Xử lý độ hòa tan của thuốc nhuộm axit

Với việc sử dụng tỷ lệ rượu nhỏ và quy trình nhuộm liên tục, mức độ tự động hóa của in và nhuộm không ngừng được cải thiện, sự xuất hiện của chất độn và bột nhão tự động, và sự ra đời của thuốc nhuộm lỏng đòi hỏi phải chuẩn bị rượu thuốc nhuộm có nồng độ cao và độ ổn định cao và bột nhão in. Tuy nhiên, hiện nay độ hòa tan của thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính và trực tiếp trong các sản phẩm thuốc nhuộm nội địa chỉ khoảng 100g/L, đặc biệt là thuốc nhuộm axit, thậm chí một số loại thậm chí chỉ khoảng 20g/L. Độ hòa tan của thuốc nhuộm có liên quan đến cấu trúc phân tử của thuốc nhuộm. Trọng lượng phân tử càng lớn và càng ít nhóm axit sulfonic thì độ hòa tan càng thấp; nếu không thì độ hòa tan càng cao. Ngoài ra, quá trình xử lý thuốc nhuộm thương mại là cực kỳ quan trọng, bao gồm chế độ kết tinh, mức độ nghiền, kích thước hạt và việc bổ sung các chất phụ gia của thuốc nhuộm, sẽ ảnh hưởng đến độ hòa tan của thuốc nhuộm. Thuốc nhuộm càng dễ bị ion hóa thì độ hòa tan trong nước càng cao. Tuy nhiên, việc thương mại hóa và tiêu chuẩn hóa thuốc nhuộm truyền thống là sử dụng một lượng lớn chất điện giải, chẳng hạn như bột yuanming và muối ăn. Một lượng lớn Na+ trong nước làm giảm khả năng hòa tan của thuốc nhuộm trong nước. Vì vậy, để cải thiện khả năng hòa tan của thuốc nhuộm hòa tan trong nước, trước tiên, thuốc nhuộm thương mại không được thêm chất điện phân.

Phụ gia và độ hòa tan

(1) Hợp chất rượu và dung môi urê

Vì thuốc nhuộm hòa tan trong nước có chứa một số nhóm axit sunfonic và nhóm axit cacboxylic nhất định, nên các hạt thuốc nhuộm dễ dàng phân ly trong dung dịch nước và có một lượng điện tích âm nhất định. Khi thêm một dung môi chứa nhóm hình thành liên kết hydro, một lớp bảo vệ ion ngậm nước được hình thành trên bề mặt của ion thuốc nhuộm, giúp thúc đẩy quá trình ion hóa và hòa tan phân tử thuốc nhuộm để cải thiện khả năng hòa tan. Các polyol như diethylene glycol ether, thiodietanol, polyethylene glycol, v.v. thường được sử dụng làm dung môi cho thuốc nhuộm hòa tan trong nước. Bởi vì chúng có thể hình thành liên kết hydro với thuốc nhuộm, bề mặt của các ion thuốc nhuộm tạo thành một lớp ion hydrat hóa bảo vệ, ngăn chặn sự kết tụ và tương tác giữa các phân tử thuốc nhuộm, đồng thời thúc đẩy quá trình ion hóa và phân ly thuốc nhuộm.

(2) Chất hoạt động bề mặt không ion

Việc thêm một chất hoạt động bề mặt không ion nhất định vào thuốc nhuộm có thể làm suy yếu lực liên kết giữa các phân tử thuốc nhuộm và phân tử, đẩy nhanh quá trình ion hóa và làm cho các phân tử thuốc nhuộm tạo thành các mixen trong nước có khả năng phân tán tốt. Thuốc nhuộm phân cực tạo thành các mixen. Các phân tử hòa tan hình thành khả năng tương thích mạng để cải thiện khả năng hòa tan, chẳng hạn như polyoxyetylen ete hoặc este. Tuy nhiên, nếu thiếu các nhóm kỵ nước mạnh trong phân tử cosolvent thì tác dụng phân tán và hòa tan trên các mixen được hình thành bởi thuốc nhuộm sẽ yếu và khả năng hòa tan được cải thiện không đáng kể. Vì vậy, hãy cố gắng chọn dung môi chứa vòng thơm có thể tạo thành liên kết kỵ nước với thuốc nhuộm. Ví dụ, alkylphenol polyoxyetylen ete, chất nhũ hóa este polyoxyetylen sorbitan và các chất khác như polyalkylphenylphenol polyoxyetylen ete.

⑶ chất phân tán lignosulfonate

Chất phân tán có ảnh hưởng lớn đến độ hòa tan của thuốc nhuộm. Việc chọn chất phân tán tốt theo cấu trúc của thuốc nhuộm sẽ giúp ích rất nhiều cho việc cải thiện khả năng hòa tan của thuốc nhuộm. Trong thuốc nhuộm hòa tan trong nước, để ngăn chặn sự hấp phụ lẫn nhau (lực van der Waals) và sự kết tụ giữa các phân tử thuốc nhuộm, nó có tác dụng nhất định. Trong số các chất phân tán, lignosulfonate là chất hiệu quả nhất và đã có những nghiên cứu trong nước về nó.

Cấu trúc phân tử của thuốc nhuộm phân tán không chứa các nhóm ưa nước mạnh mà chỉ chứa các nhóm cực yếu nên chỉ có tính ưa nước yếu và độ hòa tan thực tế rất nhỏ. Hầu hết thuốc nhuộm phân tán chỉ có thể hòa tan 0,1～10mg/L.

Độ hòa tan của thuốc nhuộm phân tán có liên quan đến các yếu tố sau:

Cấu trúc phân tử

Độ hòa tan của thuốc nhuộm phân tán trong nước tăng lên khi giảm phần kỵ nước và tăng phần ưa nước (khối lượng và số lượng nhóm cực) trong phân tử thuốc nhuộm. Nghĩa là, thuốc nhuộm có trọng lượng phân tử tương đối nhỏ và các nhóm phân cực yếu hơn như -OH và -NH2 có độ hòa tan cao hơn. Khối lượng phân tử tương đối lớn hơn và thuốc nhuộm có nhóm cực yếu hơn có độ hòa tan tương đối thấp. Chẳng hạn như màu đỏ phân tán (I), M = 321, độ hòa tan ở 25°C nhỏ hơn 0,1 mg/L và độ hòa tan ở 80°C là 1,2 mg/L. Màu đỏ phân tán (Ⅱ), M = 352, độ hòa tan ở 25oC là 7,1mg/L và độ hòa tan ở 80oC là 240mg/L.

chất phân tán

Trong thuốc nhuộm phân tán dạng bột, hàm lượng thuốc nhuộm nguyên chất thường từ 40% đến 60%, còn lại là chất phân tán, chất chống bụi, chất bảo vệ, bột Yuanming, v.v. Trong số đó, tỷ lệ chất phân tán lớn hơn.

Chất phân tán (chất khuếch tán) không chỉ có thể phủ các hạt mịn của thuốc nhuộm thành các mixen ưa nước và phân tán chúng ổn định trong nước mà còn tạo thành các mixen sau khi vượt quá nồng độ mixen tới hạn, sẽ phân tán một số hạt thuốc nhuộm nhỏ. Khi hòa tan trong các mixen, xảy ra hiện tượng gọi là 'hòa tan', do đó làm tăng khả năng hòa tan của thuốc nhuộm. Hơn nữa, chất lượng của chất phân tán càng tốt thì nồng độ càng cao thì hiệu quả hòa tan và hòa tan càng lớn.

Cần lưu ý rằng hiệu ứng hòa tan của chất phân tán trên thuốc nhuộm phân tán có cấu trúc khác nhau là khác nhau và sự khác biệt là rất lớn; Hiệu ứng hòa tan của chất phân tán trên thuốc nhuộm phân tán giảm khi nhiệt độ nước tăng, điều này hoàn toàn giống với nhiệt độ nước trên thuốc nhuộm phân tán. Độ hòa tan có tác dụng ngược lại.

Sau khi các hạt tinh thể kỵ nước của thuốc nhuộm phân tán và các hạt keo ưa nước dạng phân tán, độ ổn định phân tán sẽ được cải thiện đáng kể. Hơn nữa, các mixen thuốc nhuộm này còn “cung cấp” thuốc nhuộm trong quá trình nhuộm. Bởi vì, sau khi các phân tử thuốc nhuộm ở trạng thái hòa tan được sợi hấp phụ, thuốc nhuộm “lưu trữ” trong các hạt keo sẽ được giải phóng kịp thời để duy trì sự cân bằng hòa tan của thuốc nhuộm.

Tình trạng tồn tại của thuốc nhuộm phân tán trong chất lỏng phân tán

1 - Phân tử phân tán

2- Tinh thể thuốc nhuộm (hòa tan)

3-Mixen phân tán

Đơn phân tử 4-thuốc nhuộm (Hòa tan)

5- Hạt thuốc nhuộm

6-Nhóm ưa mỡ phân tán

7-Nhóm ưa nước phân tán

8-Ion natri (Na+)

9 - Khối kết tinh thuốc nhuộm

Tuy nhiên, nếu 'lực kết dính' giữa thuốc nhuộm và chất phân tán quá lớn, thì 'nguồn cung' của phân tử thuốc nhuộm đơn lẻ sẽ bị trễ hoặc xảy ra hiện tượng 'thiếu hụt nguồn cung'. Do đó, nó sẽ trực tiếp làm giảm tốc độ nhuộm và tỷ lệ nhuộm cân bằng, dẫn đến nhuộm chậm và màu nhạt.

Có thể thấy rằng khi lựa chọn và sử dụng chất phân tán, không chỉ cần xem xét độ ổn định phân tán của thuốc nhuộm mà còn phải xem xét ảnh hưởng đến màu sắc của thuốc nhuộm.

(3) Nhiệt độ của dung dịch thuốc nhuộm

Độ hòa tan của thuốc nhuộm phân tán trong nước tăng khi nhiệt độ nước tăng. Ví dụ, độ hòa tan của màu vàng phân tán trong nước ở 80°C gấp 18 lần ở 25°C. Độ hòa tan của màu đỏ phân tán trong nước ở 80°C gấp 33 lần ở 25°C. Độ hòa tan của màu xanh phân tán trong nước ở 80°C gấp 37 lần ở 25°C. Nếu nhiệt độ nước vượt quá 100°C, độ hòa tan của thuốc nhuộm phân tán sẽ tăng lên rất nhiều.

Một lời nhắc nhở đặc biệt ở đây: đặc tính hòa tan này của thuốc nhuộm phân tán sẽ mang lại những mối nguy hiểm tiềm ẩn cho các ứng dụng thực tế. Ví dụ, khi dung dịch nhuộm được làm nóng không đều, dung dịch nhuộm có nhiệt độ cao sẽ chảy đến nơi có nhiệt độ thấp. Do nhiệt độ nước giảm, dung dịch thuốc nhuộm trở nên bão hòa và thuốc nhuộm hòa tan sẽ bị kết tủa, dẫn đến sự phát triển của tinh thể thuốc nhuộm và độ hòa tan giảm. , dẫn đến tốc độ hấp thu giảm.

(4) Dạng tinh thể nhuộm

Một số thuốc nhuộm phân tán có hiện tượng 'đẳng cấu'. Điều đó có nghĩa là, cùng một loại thuốc nhuộm phân tán sẽ tạo thành một số dạng tinh thể, chẳng hạn như dạng kim, dạng que, dạng vảy, dạng hạt, dạng khối, v.v. Trong quá trình ứng dụng, đặc biệt là khi nhuộm ở 130 °C, những dạng tinh thể kém ổn định hơn sẽ chuyển thành dạng tinh thể ổn định hơn.

Điều đáng chú ý là các dạng tinh thể ổn định hơn có độ hòa tan lớn hơn và các dạng tinh thể kém ổn định hơn có độ hòa tan tương đối ít hơn. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ hấp thu thuốc nhuộm và tỷ lệ hấp thu.

(5) Kích thước hạt

Nói chung, thuốc nhuộm có hạt nhỏ có độ hòa tan cao và độ ổn định phân tán tốt. Thuốc nhuộm có hạt lớn có độ hòa tan thấp và độ ổn định phân tán tương đối kém.

Hiện nay, kích thước hạt của thuốc nhuộm phân tán trong nước thường là 0,5 đến 2,0 μm (Lưu ý: Nhuộm phân tán yêu cầu kích thước hạt từ 0,5 đến 1,0 μm).

Tóm lại

Tóm lại, giữa trình độ kỹ thuật và nghiên cứu ứng dụng sản xuất thuốc nhuộm ở nước tôi với các nước phát triển vẫn còn khoảng cách nhất định. Vì vậy, khi nghiên cứu cấu trúc mới của thuốc nhuộm, chúng ta cũng phải chú ý nghiên cứu quá trình thương mại hóa thuốc nhuộm sau xử lý và không ngừng phát triển các sản phẩm có hiệu suất ứng dụng xuất sắc. Sản phẩm hòa tan và quá trình xử lý sau, từ đó thúc đẩy ngành công nghiệp nhuộm nước ta không ngừng phát triển.