Reaktivní barviva mají velmi dobrou rozpustnost ve vodě. Reaktivní barviva se pro rozpuštění ve vodě spoléhají hlavně na sulfonovou skupinu na molekule barviva. U reaktivních barviv s mezoteplotními teplotami obsahujících vinylsulfonové skupiny je kromě sulfonové skupiny velmi dobrou rozpustnou skupinou také β-ethylsulfonylsulfát.

Ve vodném roztoku podléhají sodné ionty na sulfonové skupině a ethylsulfonsulfátové skupině hydratační reakci, za níž se barvivo rozpouští ve vodě a tvoří aniont. Barvení reaktivního barviva závisí na aniontu barviva, které se má na vlákno nanést.

Rozpustnost reaktivních barviv je vyšší než 100 g/l, většina barviv má rozpustnost 200–400 g/l a některá barviva mohou dosáhnout až 450 g/l. Během procesu barvení se však rozpustnost barviva z různých důvodů snižuje (nebo se dokonce stává zcela nerozpustným). Když se rozpustnost barviva snižuje, část barviva se kvůli velkému odpuzování nábojů mezi částicemi změní z jednoho volného aniontu na částice. Snižováním rozpustnosti se částice a částice vzájemně přitahují a vzniká aglomerace. Tento typ aglomerace nejprve shlukuje částice barviva do aglomerátů, poté se mění na aglomeráty a nakonec se mění na vločky. Ačkoli jsou vločky jakýmsi volným útvarem, kvůli jejich okolní elektrické dvojvrstvě tvořené kladnými a zápornými náboji je obecně obtížné rozložit smykovou silou při cirkulaci barvicí kapaliny a vločky se snadno srážejí na tkanině, což vede k barvení nebo zabarvení povrchu.

Jakmile se barvivo takto shlukuje, stálost barev se výrazně sníží a zároveň to způsobí různé stupně skvrn, skvrn a skvrn. U některých barviv flokulace dále urychlí sestavování vlivem smykové síly barvicího roztoku, což způsobí dehydrataci a vysolení. Jakmile dojde k vysolení, barvená barva se stane extrémně světlou nebo se vůbec nevybarví, a i když je barvená, bude mít vážné barevné skvrny a skvrny.

Příčiny agregace barviv

Hlavním důvodem je elektrolyt. V procesu barvení je hlavním elektrolytem urychlovač barviva (sodná sůl a sůl). Urychlovač barviva obsahuje sodné ionty a ekvivalent sodných iontů v molekule barviva je mnohem nižší než ekvivalent sodných iontů v samotném urychlovači barviva. Ekvivalentní počet sodných iontů a normální koncentrace urychlovače barviva v normálním procesu barvení nemají velký vliv na rozpustnost barviva v barvicí lázni.

Nicméně, když se množství urychlovače barviva zvýší, koncentrace sodných iontů v roztoku se odpovídajícím způsobem zvýší. Nadbytek sodných iontů inhibuje ionizaci sodných iontů na rozpouštěcí skupině molekuly barviva, čímž snižuje rozpustnost barviva. Po koncentraci vyšší než 200 g/l bude mít většina barviv různý stupeň agregace. Když koncentrace urychlovače barviva překročí 250 g/l, stupeň agregace se zintenzivní, nejprve se vytvoří aglomeráty a poté se v roztoku barviva uvolní aglomeráty. Aglomeráty a flokuly se tvoří rychle a některá barviva s nízkou rozpustností se částečně vysolí nebo dokonce dehydratují. Barviva s různými molekulárními strukturami mají různé vlastnosti proti aglomeraci a odolnosti proti vysolení. Čím nižší je rozpustnost, tím horší jsou vlastnosti proti aglomeraci a odolnosti vůči solím. Tím horší je analytický výkon.

Rozpustnost barviva je určena především počtem skupin sulfonových kyselin v molekule barviva a počtem β-ethylsulfonsulfátů. Zároveň platí, že čím větší je hydrofilnost molekuly barviva, tím vyšší je rozpustnost a tím nižší je hydrofilnost. Čím nižší je rozpustnost. (Například barviva s azo strukturou jsou hydrofilnější než barviva s heterocyklickou strukturou.) Kromě toho platí, že čím větší je molekulární struktura barviva, tím nižší je rozpustnost, a čím menší je molekulární struktura, tím vyšší je rozpustnost.

Rozpustnost reaktivních barviv
Lze jej zhruba rozdělit do čtyř kategorií:

Barviva třídy A obsahující diethylsulfonsulfát (tj. vinylsulfon) a tři reaktivní skupiny (monochloros-triazin + divinylsulfon) mají nejvyšší rozpustnost, jako například Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL. A všechny reaktivní černé barvy vyrobené smícháním Yuanqing B, barviv se třemi reaktivními skupinami, jako je typ ED, typ Ciba atd. Rozpustnost těchto barviv je většinou kolem 400 g/l.

Třída B, barviva obsahující heterobireaktivní skupiny (monochlorostriazin + vinylsulfon), jako je žlutá 3RS, červená 3BS, červená 6B, červená GWF, tři základní barvy RR, tři základní barvy RGB atd. Jejich rozpustnost je založena na 200～300 gramech. Rozpustnost meta-esteru je vyšší než u para-esteru.

Typ C: Tmavě modrá, která je také heterobireaktivní skupinou: BF, Tmavě modrá 3GF, Tmavě modrá 2GFN, Červená RBN, Červená F2B atd., kvůli menšímu počtu sulfonových skupin nebo větší molekulové hmotnosti má také nízkou rozpustnost, pouze 100–200 g/l. Třída D: Barviva s monovinylsulfonovou skupinou a heterocyklickou strukturou s nejnižší rozpustností, jako je Brilantní modř KN-R, Tyrkysová modř G, Jasně žlutá 4GL, Violet 5R, Modrá BRF, Brilantní oranžová F2R, Brilantní červená F2G atd. Rozpustnost tohoto typu barviva je pouze asi 100 g/l. Tento typ barviva je obzvláště citlivý na elektrolyty. Jakmile tento typ barviva aglomeruje, nemusí ani procházet procesem flokulace, tj. přímým vysolováním.

V běžném barvicím procesu je maximální množství urychlovače barviva 80 g/l. Pouze tmavé barvy vyžadují tak vysokou koncentraci urychlovače barviva. Pokud je koncentrace barviva v barvicí lázni nižší než 10 g/l, většina reaktivních barviv má při této koncentraci stále dobrou rozpustnost a nebudou se shlukovat. Problém však spočívá v barvící kádi. Při běžném barvicím procesu se nejprve přidá barvivo a poté, co je barvivo v barvicí lázni zcela zředěno do rovnoměrnosti, se přidá urychlovač barviva. Urychlovač barviva v podstatě dokončí proces rozpouštění v barvící kádi.

Postupujte podle následujícího postupu

Předpoklad: koncentrace barviva je 5 %, poměr barvicí kapaliny je 1:10, hmotnost látky je 350 kg (dvojitý průtok kapaliny), hladina vody je 3,5 t, síran sodný je 60 g/litr, celkové množství síranu sodného je 200 kg (50 kg/balení, celkem 4 balení)). (Kapacita nádrže na materiál je obvykle asi 450 litrů). Při rozpouštění síranu sodného se často používá refluxní kapalina z barvicí kádě. Refluxní kapalina obsahuje dříve přidané barvivo. Obvykle se do kádě na materiál nejprve vloží 300 l refluxní kapaliny a poté se nalijí dva balíčky síranu sodného (100 kg).

Problém je v tom, že většina barviv se při této koncentraci síranu sodného v různé míře aglomeruje. Mezi nimi se u barviv typu C projeví silná aglomerace a barvivo D se nejen aglomeruje, ale dokonce se vysolí. Přestože běžný operátor bude postupovat pomalu a doplňovat roztok síranu sodného z materiálové nádrže do barvicí nádrže pomocí hlavního oběhového čerpadla, barvivo ve 300 litrech roztoku síranu sodného se však zhlukuje a dokonce se vysolí.

Když se veškerý roztok z nádoby s materiálem naplní do barvicí nádoby, je na stěnách a dně nádoby silně viditelná vrstva mastných částic barviva. Pokud se tyto částice barviva seškrábnou a vloží do čisté vody, je obvykle obtížné je znovu rozpustit. Ve skutečnosti je všech 300 litrů roztoku vstupujících do barvicí nádoby takto.

Nezapomeňte, že existují také dvě balení prášku Yuanming, která se také rozpustí a znovu naplní do barvicí nádrže tímto způsobem. Poté se nevyhnutelně objeví skvrny, skvrny a skvrny a stálobarevnost se v důsledku povrchového barvení výrazně sníží, a to i v případě, že nedochází k žádné zjevné flokulaci nebo vysolování. U třídy A a třídy B s vyšší rozpustností dochází také k agregaci barviv. I když tato barviva ještě netvořila flokulace, alespoň část barviv již vytvořila aglomeráty.

Tyto agregáty obtížně pronikají do vlákna. Protože amorfní oblast bavlněného vlákna umožňuje pronikání a difuzi pouze monoiontových barviv, žádné agregáty nemohou vstoupit do amorfní zóny vlákna. Mohou se adsorbovat pouze na povrchu vlákna. Stálobarevnost se také výrazně sníží a v závažných případech se mohou vyskytnout i barevné skvrny a skvrny.

Stupeň rozpouštění reaktivních barviv souvisí s alkalickými činidly.

Po přidání alkalického činidla proběhne eliminační reakce β-ethylsulfonsulfátu reaktivního barviva za vzniku jeho skutečného vinylsulfonu, který je v genech velmi dobře rozpustný. Protože eliminační reakce vyžaduje jen velmi málo alkalických činidel (často tvoří méně než 1/10 procesní dávky), čím více alkálie se přidá, tím více barviv eliminuje reakci. Jakmile dojde k eliminační reakci, sníží se i rozpustnost barviva.

Stejné alkalické činidlo je také silným elektrolytem a obsahuje sodné ionty. Nadměrná koncentrace alkalického činidla proto způsobí aglomeraci nebo dokonce vysolení barviva, které vytvořilo vinylsulfon. Stejný problém nastává v nádrži na materiál. Pokud se alkalické činidlo rozpustí (například uhličitan sodný), použije se refluxní roztok. V tomto okamžiku již refluxní kapalina obsahuje urychlovač barviva a barvivo v normální procesní koncentraci. I když část barviva mohla být vyčerpána vláknem, nejméně více než 40 % zbývajícího barviva je v barvicím roztoku. Předpokládejme, že se během provozu nasype balení uhličitanu sodného a koncentrace uhličitanu sodného v nádrži přesáhne 80 g/l. I když je urychlovač barviva v refluxní kapalině v tomto okamžiku 80 g/l, barvivo v nádrži také kondenzuje. Barviva C a D se mohou dokonce vysolit, zejména u barviv D, i když koncentrace uhličitanu klesne na 20 g/l, dojde k lokálnímu vysolení. Mezi nimi jsou nejcitlivější Brilantní modř KN.R, Tyrkysová modř G a Supervisor BRF.

Aglomerace barviva nebo dokonce vysolení neznamená, že bylo barvivo zcela hydrolyzováno. Pokud je aglomerace nebo vysolení způsobeno urychlovačem barviva, lze barvivo stále barvit, pokud je možné jej znovu rozpustit. Aby se však znovu rozpustilo, je nutné přidat dostatečné množství pomocné barvicí látky (například močoviny 20 g/l nebo více) a za dostatečného míchání zvýšit teplotu na 90 °C nebo více. V samotném procesu je to samozřejmě velmi obtížné.
Aby se zabránilo shlukování nebo vysolování barviv v kádi, musí se při výrobě sytých a koncentrovaných barev pro barviva C a D s nízkou rozpustností, stejně jako pro barviva A a B, použít proces transferového barvení.

Provoz a analýza procesů

1. Použijte barvicí káď k vrácení urychlovače barviva a zahřejte ho v kádi, aby se rozpustil (60～80℃). Protože v sladké vodě není žádné barvivo, urychlovač barviva nemá žádnou afinitu k tkanině. Rozpuštěný urychlovač barviva lze co nejrychleji naplnit do barvicí kádě.

2. Po 5 minutách cirkulace solanky je urychlovač barviva v podstatě zcela jednotný a poté se přidá předem rozpuštěný roztok barviva. Roztok barviva je třeba zředit refluxním roztokem, protože koncentrace urychlovače barviva v refluxním roztoku je pouze 80 gramů/l, takže barvivo se neshlukuje. Zároveň, protože barvivo není ovlivněno (relativně nízkou koncentrací) urychlovače barviva, dochází k problémům s barvením. V tomto okamžiku není nutné kontrolovat dobu naplnění barvicí kádě roztokem barviva a obvykle je hotovo za 10–15 minut.

3. Alkalické látky by měly být co nejvíce hydratovány, zejména u barviv C a D. Protože tento typ barviva je velmi citlivý na alkalické látky v přítomnosti barviv podporujících barvivo, je rozpustnost alkalických látek relativně vysoká (rozpustnost sody při 60 °C je 450 g/l). Čistá voda potřebná k rozpuštění alkalického činidla nemusí být příliš velká, ale rychlost přidávání alkalického roztoku musí odpovídat požadavkům procesu a obecně je lepší jej přidávat postupně.

4. U divinylsulfonových barviv kategorie A je reakční rychlost relativně vysoká, protože jsou obzvláště citlivá na alkalická činidla při 60 °C. Abyste zabránili okamžité fixaci barvy a nerovnoměrnému zbarvení, můžete při nízké teplotě předem přidat 1/4 alkalického činidla.

V procesu transferového barvení je nutné regulovat rychlost podávání pouze alkalickým činidlem. Proces transferového barvení není použitelný pouze pro metodu zahřívání, ale také pro metodu konstantní teploty. Metoda konstantní teploty může zvýšit rozpustnost barviva a urychlit jeho difuzi a penetraci. Rychlost bobtnání amorfní oblasti vlákna je při 60 °C přibližně dvakrát vyšší než při 30 °C. Proto je proces konstantní teploty vhodnější pro sýry a pradeno. Osnovní nosníky zahrnují metody barvení s nízkým poměrem alkoholu, jako je jigové barvení, které vyžaduje vysokou penetraci a difuzi nebo relativně vysokou koncentraci barviva.

Upozorňujeme, že síran sodný, který je v současnosti na trhu k dispozici, je někdy relativně zásaditý a jeho hodnota pH může dosáhnout 9-10. To je velmi nebezpečné. Pokud porovnáte čistý síran sodný s čistou solí, sůl má větší vliv na agregaci barviv než síran sodný. Je to proto, že ekvivalent sodných iontů v kuchyňské soli je vyšší než v síranu sodném při stejné hmotnosti.

Agregace barviv je do značné míry spojena s kvalitou vody. Obecně platí, že ionty vápníku a hořčíku pod 150 ppm nemají velký vliv na agregaci barviv. Ionty těžkých kovů ve vodě, jako jsou železité ionty a hliníkové ionty, včetně některých řasových mikroorganismů, však agregaci barviv urychlují. Pokud například koncentrace železitých iontů ve vodě přesáhne 20 ppm, může se výrazně snížit antikohezní schopnost barviva a vliv řas je závažnější.

Přiložena zkouška odolnosti proti aglomeraci barviva a vysolování:

Stanovení 1: Navažte 0,5 g barviva, 25 g síranu sodného nebo soli a rozpusťte je ve 100 ml čištěné vody při 25 °C po dobu asi 5 minut. Pomocí odkapávací trubičky odsávejte roztok a kápejte 2 kapky nepřetržitě na stejné místo na filtračním papíru.

Stanovení 2: Navažte 0,5 g barviva, 8 g síranu sodného nebo soli a 8 g uhličitanu sodného a rozpusťte je ve 100 ml čištěné vody při teplotě asi 25 °C po dobu asi 5 minut. Kapátkem kontinuálně nasávejte roztok na filtrační papír. 2 kapky.

Výše uvedená metoda může být použita k jednoduchému posouzení schopnosti barviva proti shlukování a vysolování a v podstatě umožňuje posoudit, který barvicí proces by měl být použit.