Kyselá barviva, přímá barviva a reaktivní barviva jsou ve vodě rozpustná barviva. Produkce v roce 2001 činila 30 000 tun, 20 000 tun a 45 000 tun. Barvivářské podniky v mé zemi však dlouhodobě věnovaly větší pozornost vývoji a výzkumu nových strukturních barviv, zatímco výzkum následného zpracování barviv byl relativně slabý. Mezi běžně používaná standardizační činidla pro ve vodě rozpustná barviva patří síran sodný, dextrin, deriváty škrobu, sacharóza, močovina, naftalenformaldehydsulfonát atd. Tato standardizační činidla se mísí s původním barvivem v poměru, aby se dosáhlo požadované síly. Komodit, ale nemohou splňovat potřeby různých tiskařských a barvicích procesů v tiskařském a barvicím průmyslu. Přestože jsou výše uvedená ředidla barviv relativně levná, mají špatnou smáčivost a rozpustnost ve vodě, což ztěžuje přizpůsobení se potřebám mezinárodního trhu a lze je vyvážet pouze jako originální barviva. Proto je při komercializaci ve vodě rozpustných barviv nutné naléhavě vyřešit smáčivost a rozpustnost barviv ve vodě a spolehnout se na odpovídající přísady.

Úprava smáčivosti barviva
Obecně řečeno, smáčení je nahrazení kapaliny (mělo by to být plyn) na povrchu jinou kapalinou. Konkrétně by rozhraní prášku nebo granulí mělo být rozhraním plyn/pevná látka a proces smáčení spočívá v nahrazení plynu kapalinou (vodou) na povrchu částic. Je zřejmé, že smáčení je fyzikální proces mezi látkami na povrchu. Při následném ošetření barvivem hraje smáčení často důležitou roli. Barvivo se obecně zpracovává do pevného stavu, jako je prášek nebo granule, které je třeba během použití smáčet. Smáčivost barviva proto přímo ovlivňuje účinek aplikace. Například během procesu rozpouštění je barvivo obtížné smáčit a plavání na vodě je nežádoucí. S neustálým zlepšováním požadavků na kvalitu barviv se dnes smáčivost stala jedním z ukazatelů pro měření kvality barviv. Povrchová energie vody je při 20 °C 72,75 mN/m a s rostoucí teplotou klesá, zatímco povrchová energie pevných látek se v podstatě nemění, obvykle pod 100 mN/m. Kovy a jejich oxidy, anorganické soli atd. se obvykle snadno smáčí v mokrém stavu, což se nazývá vysoká povrchová energie. Povrchová energie pevných organických látek a polymerů je srovnatelná s běžnými kapalinami, což se nazývá nízká povrchová energie, ale mění se s velikostí pevných částic a stupněm poréznosti. Čím menší je velikost částic, tím větší je stupeň tvorby poréznosti a povrch. Čím vyšší je energie, tím větší je velikost substrátu. Proto musí být velikost částic barviva malá. Po komerčním zpracování barviva, jako je vysolování a mletí v různých médiích, se velikost částic barviva zjemní, krystalinita se sníží a krystalická fáze se změní, což zlepšuje povrchovou energii barviva a usnadňuje smáčení.

Úprava rozpustnosti kyselých barviv
Díky použití malého poměru lázní a technologie kontinuálního barvení se stupeň automatizace v tisku a barvení neustále zlepšuje. Vznik automatických plniv a past a zavedení kapalných barviv vyžaduje přípravu vysoce koncentrovaných a vysoce stabilních barvicích louhů a tiskových past. Rozpustnost kyselých, reaktivních a přímých barviv v domácích barvicích produktech je však pouze asi 100 g/l, zejména u kyselých barviv. Některé odrůdy dosahují dokonce pouze asi 20 g/l. Rozpustnost barviva souvisí s jeho molekulární strukturou. Čím vyšší je molekulová hmotnost a méně skupin sulfonových kyselin, tím nižší je rozpustnost; v opačném případě je rozpustnost vyšší. Kromě toho je nesmírně důležité komerční zpracování barviv, včetně metody krystalizace barviva, stupně mletí, velikosti částic, přidávání přísad atd., které ovlivňují rozpustnost barviva. Čím snadněji se barvivo ionizuje, tím vyšší je jeho rozpustnost ve vodě. Komercializace a standardizace tradičních barviv jsou však založeny na velkém množství elektrolytů, jako je síran sodný a sůl. Velké množství Na+ ve vodě snižuje rozpustnost barviva ve vodě. Proto pro zlepšení rozpustnosti barviv rozpustných ve vodě nejprve nepřidávejte do komerčních barviv elektrolyt.

Přísady a rozpustnost
⑴ Alkoholová sloučenina a kosolvent močoviny
Protože barviva rozpustná ve vodě obsahují určitý počet skupin sulfonových kyselin a karboxylových kyselin, částice barviva se ve vodném roztoku snadno disociují a nesou určité množství záporného náboje. Po přidání kosolventu obsahujícího skupinu tvořící vodíkovou vazbu se na povrchu iontů barviva vytvoří ochranná vrstva hydratovaných iontů, která podporuje ionizaci a rozpouštění molekul barviva a zlepšuje tak rozpustnost. Polyoly, jako je diethylenglykolether, thiodiethanol, polyethylenglykol atd., se obvykle používají jako pomocná rozpouštědla pro barviva rozpustná ve vodě. Protože mohou s barvivem tvořit vodíkovou vazbu, povrch iontů barviva vytváří ochrannou vrstvu hydratovaných iontů, která zabraňuje agregaci a intermolekulární interakci molekul barviva a podporuje ionizaci a disociaci barviva.
⑵Neiontová povrchově aktivní látka
Přidání určitého neiontového povrchově aktivního činidla do barviva může oslabit vazebnou sílu mezi molekulami barviva a mezi molekulami, urychlit ionizaci a způsobit, že molekuly barviva ve vodě vytvoří micely, které mají dobrou dispergovatelnost. Polární barviva tvoří micely. Solubilizační molekuly vytvářejí síť kompatibilizačních struktur mezi molekulami, což zlepšuje rozpustnost, například polyoxyethylenether nebo ester. Pokud však molekula kosolventu postrádá silnou hydrofobní skupinu, disperzní a solubilizační účinek na micely vytvořené barvivem bude slabý a rozpustnost se významně nezvýší. Proto se snažte zvolit rozpouštědla obsahující aromatické kruhy, které mohou s barvivy tvořit hydrofobní vazby. Například alkylfenolpolyoxyethylenether, emulgátor polyoxyethylensorbitanester a další, jako je polyalkylfenylfenolpolyoxyethylenether.
⑶ dispergační činidlo lignosulfonátu
Dispergační činidlo má velký vliv na rozpustnost barviva. Výběr dobrého dispergačního činidla podle struktury barviva výrazně pomůže zlepšit rozpustnost barviva. U barviv rozpustných ve vodě hraje určitou roli v prevenci vzájemné adsorpce (van der Waalsova síla) a agregace mezi molekulami barviva. Lignosulfonát je nejúčinnějším dispergačním činidlem a v Číně probíhají výzkumy v této oblasti.
Molekulární struktura disperzních barviv neobsahuje silné hydrofilní skupiny, ale pouze slabě polární skupiny, takže má pouze slabou hydrofilnost a skutečná rozpustnost je velmi malá. Většina disperzních barviv se rozpouští pouze ve vodě při 25 °C. 1 až 10 mg/l.
Rozpustnost disperzních barviv souvisí s následujícími faktory:
Molekulární struktura
„Rozpustnost disperzních barviv ve vodě se zvyšuje s klesající hydrofobní částí molekuly barviva a rostoucí hydrofilní částí (kvalita a množství polárních skupin). To znamená, že rozpustnost barviv s relativně malou relativní molekulovou hmotností a slabšími polárními skupinami, jako jsou -OH a -NH2, bude vyšší. Barviva s větší relativní molekulovou hmotností a menším počtem slabě polárních skupin mají relativně nízkou rozpustnost. Například disperzní červeň (I), jejíž M=321, má rozpustnost menší než 0,1 mg/l při 25 °C a rozpustnost 1,2 mg/l při 80 °C. Disperzní červeň (II), M=352, má rozpustnost při 25 °C 7,1 mg/l a rozpustnost při 80 °C je 240 mg/l.“
Dispergační činidlo
V práškových disperzních barvivech je obsah čistých barviv obvykle 40 % až 60 % a zbytek tvoří dispergační činidla, prachotěsná činidla, ochranná činidla, síran sodný atd. Mezi nimi dispergační činidlo tvoří větší podíl.
Dispergační činidlo (difuzní činidlo) může pokrýt jemná krystalická zrna barviva do hydrofilních koloidních částic a stabilně je dispergovat ve vodě. Po překročení kritické micelární koncentrace se také vytvoří micely, které zredukují část drobných krystalických zrn barviva. Rozpuštěním v micelách dochází k tzv. „solubilizaci“, čímž se zvyšuje rozpustnost barviva. Navíc čím lepší je kvalita dispergačního činidla a čím vyšší je jeho koncentrace, tím větší je solubilizační a solubilizační účinek.
Je třeba poznamenat, že solubilizační účinek dispergačního činidla na disperzní barviva různých struktur je odlišný a tento rozdíl je velmi velký; solubilizační účinek dispergačního činidla na disperzní barviva klesá se zvyšující se teplotou vody, což je přesně stejné jako vliv teploty vody na disperzní barviva. Vliv rozpustnosti je opačný.
Poté, co hydrofobní krystalické částice disperzního barviva a dispergačního činidla vytvoří hydrofilní koloidní částice, se výrazně zlepší stabilita disperze. Tyto koloidní částice barviva navíc hrají roli „dodavatele“ barviv během procesu barvení. Protože poté, co jsou molekuly barviva v rozpuštěném stavu absorbovány vláknem, se barvivo „uložené“ v koloidních částicích včas uvolní, aby se udržela disoluční rovnováha barviva.
Stav disperzního barviva v disperzi
1-disperzní molekula
2-krystalit barviva (solubilizace)
3-disperzní micela
4-molekula barviva (rozpuštěná)
5-barvivé zrno
6-disperzní lipofilní báze
7-disperzní hydrofilní báze
8-sodíkový ion (Na+)
9-agregáty krystalitů barviva
Pokud je však „soudržnost“ mezi barvivem a dispergačním činidlem příliš velká, „nabídka“ jednotlivé molekuly barviva bude zaostávat nebo dojde k jevu „nabídka převyšuje poptávku“. To přímo sníží rychlost barvení a vyrovná procento barvení, což má za následek pomalé barvení a světlou barvu.
Je vidět, že při výběru a použití dispergačních činidel je třeba zvážit nejen disperzní stabilitu barviva, ale také vliv na barvu barviva.
(3) Teplota barvicího roztoku
Rozpustnost disperzních barviv ve vodě se zvyšuje se zvyšující se teplotou vody. Například rozpustnost disperzní žluté ve vodě o teplotě 80 °C je 18krát vyšší než při 25 °C. Rozpustnost disperzní červené ve vodě o teplotě 80 °C je 33krát vyšší než při 25 °C. Rozpustnost disperzní modré ve vodě o teplotě 80 °C je 37krát vyšší než při 25 °C. Pokud teplota vody překročí 100 °C, rozpustnost disperzních barviv se ještě více zvýší.
Zde je zvláštní připomínka: tato rozpouštěcí vlastnost disperzních barviv s sebou nese skrytá nebezpečí pro praktické aplikace. Například když se barvicí roztok zahřívá nerovnoměrně, barvicí roztok s vysokou teplotou stéká na místo s nízkou teplotou. S klesající teplotou vody se barvicí roztok přesycuje a rozpuštěné barvivo se sráží, což způsobuje růst krystalických zrn barviva a snižuje jeho rozpustnost. Výsledkem je snížená absorpce barviva.
(čtyři) krystalické formy barviva
Některá disperzní barviva vykazují jev „izomorfismu“. To znamená, že stejné disperzní barvivo v důsledku odlišné disperzní technologie ve výrobním procesu vytvoří několik krystalických forem, jako jsou jehly, tyčinky, vločky, granule a bloky. Během procesu aplikace, zejména při barvení při 130 °C, se nestabilnější krystalická forma změní na stabilnější.
Za zmínku stojí, že stabilnější krystalická forma má větší rozpustnost a méně stabilní krystalická forma má relativně menší rozpustnost. To přímo ovlivní rychlost absorpce barviva a procento absorpce barviva.
(5) Velikost částic
Barviva s malými částicemi mají obecně vysokou rozpustnost a dobrou disperzní stabilitu. Barviva s velkými částicemi mají nižší rozpustnost a relativně špatnou disperzní stabilitu.
V současné době je velikost částic disperzních barviv pro domácnosti obecně 0,5～2,0 μm (Poznámka: velikost částic pro barvení ponorem vyžaduje 0,5～1,0 μm).