Kisla barvila, direktna barvila in reaktivna barvila so vsa vodotopna barvila. Proizvodnja v letu 2001 je bila 30.000 ton, 20.000 ton oziroma 45.000 ton. Vendar pa so podjetja za barvanje v moji državi že dolgo časa posvečala več pozornosti razvoju in raziskavam novih strukturnih barvil, medtem ko so bile raziskave o naknadni obdelavi barvil relativno šibke. Pogosto uporabljeni standardizacijski reagenti za vodotopna barvila vključujejo natrijev sulfat, dekstrin, derivate škroba, saharozo, sečnino, naftalen formaldehid sulfonat itd. Ti standardizacijski reagenti se mešajo z originalnim barvilom v sorazmerju, da se doseže zahtevana jakost surovin, vendar ne morejo zadovoljiti potreb različnih tiskarskih in barvarskih postopkov v tiskarski in barvarski industriji. Čeprav so zgoraj omenjena razredčila za barvila relativno poceni, imajo slabo omočljivost in topnost v vodi, zaradi česar jih je težko prilagoditi potrebam mednarodnega trga in jih je mogoče izvažati le kot originalna barvila. Zato sta pri komercializaciji vodotopnih barvil omočljivost in topnost barvil v vodi vprašanji, ki ju je treba nujno rešiti, in se je treba zanašati na ustrezne dodatke.

Obdelava omočljivosti barvila
Na splošno je omočenje zamenjava tekočine (naj bo to plin) na površini z drugo tekočino. Natančneje, stika med prahom ali granulami mora biti stika med plinom in trdno snovjo, proces omočenja pa je, ko tekočina (voda) nadomesti plin na površini delcev. Vidimo lahko, da je omočenje fizikalni proces med snovmi na površini. Pri naknadni obdelavi z barvilom ima omočenje pogosto pomembno vlogo. Na splošno se barvilo predela v trdno stanje, kot je prah ali granulat, ki ga je treba med uporabo omočiti. Zato bo omočljivost barvila neposredno vplivala na učinek nanašanja. Na primer, med postopkom raztapljanja je barvilo težko omočiti in plavanje na vodi je nezaželeno. Z nenehnim izboljševanjem zahtev glede kakovosti barvil je danes omočljivost postala eden od kazalnikov za merjenje kakovosti barvil. Površinska energija vode je pri 20 ℃ 72,75 mN/m, kar se z naraščanjem temperature zmanjšuje, medtem ko površinska energija trdnih snovi ostane v bistvu nespremenjena, običajno pod 100 mN/m. Kovine in njihovi oksidi, anorganske soli itd. se običajno zlahka zmočijo, kar imenujemo visoka površinska energija. Površinska energija trdnih organskih snovi in ​​polimerov je primerljiva s površinsko energijo splošnih tekočin, kar imenujemo nizka površinska energija, vendar se spreminja glede na velikost trdnih delcev in stopnjo poroznosti. Manjša kot je velikost delcev, večja je stopnja poroznosti, površina pa je odvisna od podlage, višja kot je energija. Zato mora biti velikost delcev barvila majhna. Po komercialni obdelavi barvila, kot je soljenje in mletje v različnih medijih, se velikost delcev barvila zmanjša, kristaliničnost se zmanjša in kristalna faza se spremeni, kar izboljša površinsko energijo barvila in olajša omočenje.

Obdelava topnosti kislih barvil
Z uporabo majhnega razmerja kopeli in tehnologije neprekinjenega barvanja se stopnja avtomatizacije pri tiskanju in barvanju nenehno izboljšuje. Pojav avtomatskih polnil in past ter uvedba tekočih barvil zahtevata pripravo visoko koncentriranih in visoko stabilnih barvnih tekočin in tiskarskih past. Vendar pa je topnost kislih, reaktivnih in direktnih barvil v domačih barvnih izdelkih le približno 100 g/l, zlasti pri kislih barvilih. Nekatere sorte imajo celo le približno 20 g/l. Topnost barvila je povezana z molekularno strukturo barvila. Višja kot je molekulska masa in manj kot je sulfonskih kislinskih skupin, nižja je topnost; sicer višja. Poleg tega je komercialna predelava barvil izjemno pomembna, vključno z metodo kristalizacije barvila, stopnjo mletja, velikostjo delcev, dodajanjem dodatkov itd., ki vplivajo na topnost barvila. Lažje kot je barvilo ionizirano, višja je njegova topnost v vodi. Vendar pa komercializacija in standardizacija tradicionalnih barvil temeljita na veliki količini elektrolitov, kot sta natrijev sulfat in sol. Velika količina Na+ v vodi zmanjša topnost barvila v vodi. Zato za izboljšanje topnosti vodotopnih barvil komercialnim barvilom najprej ne dodajajte elektrolita.

Dodatki in topnost
⑴ Alkoholna spojina in sečnina kot sotopilo
Ker barvila, topna v vodi, vsebujejo določeno število sulfonskih kislinskih skupin in karboksilnih kislinskih skupin, se delci barvila v vodni raztopini zlahka disociirajo in nosijo določeno količino negativnega naboja. Ko se doda sotopilo, ki vsebuje skupino, ki tvori vodikovo vez, se na površini ionov barvila tvori zaščitna plast hidriranih ionov, ki spodbuja ionizacijo in raztapljanje molekul barvila ter s tem izboljša topnost. Polioli, kot so dietilen glikol eter, tiodietanol, polietilen glikol itd., se običajno uporabljajo kot pomožna topila za barvila, topna v vodi. Ker lahko tvorijo vodikovo vez z barvilom, površina ionov barvila tvori zaščitno plast hidriranih ionov, kar preprečuje agregacijo in medmolekularno interakcijo molekul barvila ter spodbuja ionizacijo in disociacijo barvila.
⑵Neionska površinsko aktivna snov
Dodajanje določene neionske površinsko aktivne snovi barvilu lahko oslabi vezavno silo med molekulami barvila in med molekulami, pospeši ionizacijo in povzroči, da molekule barvila v vodi tvorijo micele, ki imajo dobro disperzibilnost. Polarna barvila tvorijo micele. Solubilizacijske molekule tvorijo mrežo združljivosti med molekulami, da izboljšajo topnost. Če pa molekula sotopila nima močne hidrofobne skupine, bo disperzijski in solubilizacijski učinek na micel, ki ga tvori barvilo, šibek in topnost se ne bo bistveno povečala. Zato poskusite izbrati topila, ki vsebujejo aromatske obroče, ki lahko tvorijo hidrofobne vezi z barvili. Na primer alkilfenol polioksietilen eter, emulgator polioksietilen sorbitan ester in drugi, kot je polialkilfenilfenol polioksietilen eter.
⑶ dispergator lignosulfonata
Dispergator ima velik vpliv na topnost barvila. Izbira dobrega dispergatorja glede na strukturo barvila bo močno pripomogla k izboljšanju topnosti barvila. Pri vodotopnih barvilih ima določeno vlogo pri preprečevanju medsebojne adsorpcije (van der Waalsova sila) in agregacije med molekulami barvila. Lignosulfonat je najučinkovitejši dispergator in na Kitajskem potekajo raziskave o tem.
Molekularna struktura disperznih barvil ne vsebuje močnih hidrofilnih skupin, temveč le šibko polarne skupine, zato ima le šibko hidrofilnost, dejanska topnost pa je zelo majhna. Večina disperznih barvil se lahko raztopi v vodi le pri 25 ℃. 1 ~ 10 mg/L.
Topnost disperznih barvil je povezana z naslednjimi dejavniki:
Molekularna struktura
„Topnost disperznih barvil v vodi se povečuje, ko se hidrofobni del molekule barvila zmanjšuje in hidrofilni del (kakovost in količina polarnih skupin) povečuje. To pomeni, da bo topnost barvil z relativno majhno relativno molekulsko maso in šibkejšimi polarnimi skupinami, kot sta -OH in -NH2, višja. Barvila z večjo relativno molekulsko maso in manj šibko polarnimi skupinami imajo relativno nizko topnost. Na primer, disperzno rdeče (I), njegovo M=321, ima topnost manj kot 0,1 mg/L pri 25 ℃ in topnost 1,2 mg/L pri 80 ℃. Disperzno rdeče (II), M=352, ima topnost pri 25 ℃ 7,1 mg/L in topnost pri 80 ℃ 240 mg/L.“
Disperzant
V praškastih disperznih barvilih je vsebnost čistih barvil običajno od 40 % do 60 %, preostanek pa so dispergatorji, sredstva za zaščito pred prahom, zaščitna sredstva, natrijev sulfat itd. Med njimi dispergator predstavlja večji delež.
Dispergator (difuzijsko sredstvo) lahko prekrije drobna kristalna zrna barvila v hidrofilne koloidne delce in jih stabilno dispergira v vodi. Ko je presežena kritična koncentracija micelov, se tvorijo tudi miceli, ki zmanjšajo del drobnih kristalnih zrn barvila. Ko se barvilo raztopi v micelih, pride do tako imenovanega pojava "solubilizacije", s čimer se poveča topnost barvila. Poleg tega velja, da boljša kot je kakovost dispergatorja in višja kot je njegova koncentracija, večji je učinek solubilizacije in solubilizacije.
Treba je opozoriti, da je solubilizacijski učinek dispergatorja na disperzna barvila različnih struktur različen in da je razlika zelo velika; solubilizacijski učinek dispergatorja na disperzna barvila se zmanjšuje z naraščanjem temperature vode, kar je popolnoma enako kot učinek temperature vode na disperzna barvila. Učinek topnosti je nasproten.
Ko hidrofobni kristalni delci disperznega barvila in dispergatorja tvorijo hidrofilne koloidne delce, se bo njegova disperzijska stabilnost znatno izboljšala. Poleg tega ti koloidni delci barvila igrajo vlogo "dovajalca" barvil med postopkom barvanja. Ker se molekule barvila v raztopljenem stanju absorbirajo v vlakna, se barvilo, "shranjeno" v koloidnih delcih, pravočasno sprosti, da se ohrani ravnovesje raztapljanja barvila.
Stanje disperznega barvila v disperziji
1-disperzijska molekula
2-barvilni kristalit (solubilizacija)
3-disperzijski micel
4-molekula barvila (raztopljena)
5-barvilno zrno
6-disperzijska lipofilna baza
7-disperzijska hidrofilna baza
8-natrijev ion (Na+)
9-agregati kristalitov barvil
Če pa je "kohezija" med barvilom in dispergatorjem prevelika, bo "ponudba" posamezne molekule barvila zaostajala oziroma bo prišlo do pojava, da "ponudba presega povpraševanje". Posledično se bo neposredno zmanjšala hitrost barvanja in uravnotežil odstotek barvanja, kar bo povzročilo počasno barvanje in svetlo barvo.
Vidimo lahko, da pri izbiri in uporabi disperzantov ni treba upoštevati le disperzijske stabilnosti barvila, temveč tudi vpliv na barvo barvila.
(3) Temperatura barvne raztopine
Topnost disperznih barvil v vodi se povečuje z naraščanjem temperature vode. Na primer, topnost disperznega rumenega barvila v vodi s temperaturo 80 °C je 18-krat večja kot pri 25 °C. Topnost disperznega rdečega barvila v vodi s temperaturo 80 °C je 33-krat večja kot pri 25 °C. Topnost disperznega modrega barvila v vodi s temperaturo 80 °C je 37-krat večja kot pri 25 °C. Če temperatura vode preseže 100 °C, se bo topnost disperznih barvil še povečala.
Poseben opomnik: ta lastnost disperznih barvil, ki se raztapljajo, prinaša skrite nevarnosti za praktično uporabo. Na primer, ko se barvilna tekočina neenakomerno segreva, se barvilna tekočina z visoko temperaturo steče na mesto, kjer je temperatura nizka. Ko se temperatura vode zniža, barvilna tekočina postane prenasičena in raztopljeno barvilo se obori, kar povzroči rast kristalnih zrn barvila in zmanjšanje topnosti. Posledično se absorpcija barvila zmanjša.
(štiri) kristalne oblike barvila
Nekatera disperzna barvila imajo pojav "izomorfizma". To pomeni, da bo isto disperzno barvilo zaradi različne tehnologije disperzije v proizvodnem procesu tvorilo več kristalnih oblik, kot so iglice, palice, kosmiči, granule in bloki. Med postopkom nanašanja, zlasti pri barvanju pri 130 °C, se bo bolj nestabilna kristalna oblika spremenila v bolj stabilno kristalno obliko.
Treba je omeniti, da ima stabilnejša kristalna oblika večjo topnost, manj stabilna kristalna oblika pa relativno manjšo topnost. To neposredno vpliva na hitrost in odstotek absorpcije barvila.
(5) Velikost delcev
Barvila z majhnimi delci imajo na splošno visoko topnost in dobro disperzijsko stabilnost. Barvila z velikimi delci imajo manjšo topnost in relativno slabo disperzijsko stabilnost.
Trenutno je velikost delcev domačih disperznih barvil običajno 0,5 ~ 2,0 μm (opomba: velikost delcev za barvanje s potapljanjem je 0,5 ~ 1,0 μm).