Thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm hoạt tính đều là thuốc nhuộm 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. Các thuốc thử tiêu chuẩn hóa thường được sử dụng cho thuốc nhuộm hòa tan trong nước bao gồm natri sunfat (natri sunfat), 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. nhưng chúng không thể đáp ứng nhu cầu của các quy trình in và nhuộm khác nhau trong ngành in và nhuộm. Mặc dù các chất pha loãng thuốc nhuộm nêu trên có giá thành tương đối thấp nhưng chúng có khả năng thấm ướt và hòa tan trong nước kém, khó đáp ứng nhu cầu của thị trường quốc tế và chỉ có thể xuất khẩu dưới dạng thuốc nhuộm nguyên bản. 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 cần được giải quyết khẩn cấp và phải dựa vào các chất phụ gia tương ứng.

Xử lý độ ẩm của thuốc nhuộm
Nói rộng ra, làm ướt là sự thay thế một chất lỏng (phải là chất khí) trên bề mặt bằng một chất lỏng khác. Cụ thể, giao diện bột hoặc dạng hạt phải là giao diện khí/rắn và quá trình làm ướt là khi chất lỏng (nước) thay thế khí trên bề mặt hạt. Có thể thấy, làm ướt là một quá trình vật lý giữa các chất trên bề mặt. Trong quá trình xử lý sau nhuộm, việc làm ướt thường đóng một vai trò quan trọng. Thông thường, thuốc nhuộm được xử lý ở trạng thái rắn, chẳng hạn như bột hoặc hạt, cần được làm ướt trong quá trình 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 của yêu cầu chất lượng thuốc nhuộm ngày nay, hiệu suất làm ướt đã trở thành một trong những chỉ số để đo lường chất lượng thuốc nhuộm. Năng lượng bề mặt của nước là 72,75mN/m ở 20oC, 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, 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 rắn và mức độ xốp. Kích thước hạt càng nhỏ thì mức độ hình thành xốp càng lớn và bề mặt có năng lượng càng cao thì kích thước phụ thuộc vào chất nền. Vì vậy, kích thước hạt của thuốc nhuộm phải nhỏ. Sau khi thuốc nhuộm được xử lý bằng quy trình thương mại như 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, giúp cải thiện 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 bể nhỏ và công nghệ nhuộm liên tục, mức độ tự động hóa trong in và nhuộm không ngừng được cải thiện. Sự xuất hiện của chất độn và bột nhão tự động, cũng như sự ra đời của thuốc nhuộm lỏng đòi hỏi phải chuẩn bị các loại thuốc nhuộm và bột nhão in có nồng độ cao và độ ổn định cao. Tuy nhiên, độ hòa tan của thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính và thuốc nhuộm trực tiếp trong các sản phẩm thuốc nhuộm nội địa chỉ khoảng 100g/L, đặc biệt đối với thuốc nhuộm axit. 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 cao và càng ít nhóm axit sulfonic thì độ hòa tan càng thấp; nếu không thì càng cao. Ngoài ra, quá trình xử lý thuốc nhuộm thương mại là cực kỳ quan trọng, bao gồm phương pháp kết tinh của thuốc nhuộm, mức độ nghiền, kích thước hạt, việc bổ sung chất phụ gia, v.v., 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 dựa trên một lượng lớn chất điện giải, chẳng hạn như natri sunfat và muối. 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 không nên thêm chất điện phân vào thuốc nhuộm thương mại.

Phụ gia và độ hòa tan
⑴ Hợp chất rượu và dung môi urê
Do 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 mang một lượng điện tích âm nhất định. Khi đồng dung môi chứa nhóm hình thành liên kết hydro được thêm vào, một lớp ion hydrat hóa bảo vệ được hình thành trên bề mặt của các ion thuốc nhuộm, giúp thúc đẩy quá trình ion hóa và hòa tan các phân tử thuốc nhuộm để cải thiện khả năng hòa tan. Các polyol như diethylene glycol ether, thiodietanol, polyethylen glycol, v.v. thường được sử dụng làm dung môi phụ cho thuốc nhuộm tan trong nước. Bởi vì chúng có thể hình thành liên kết hydro với thuốc nhuộm, bề mặt của ion thuốc nhuộm tạo thành một lớp ion hydrat hóa bảo vệ, ngăn chặn sự kết tụ và tương tác giữa các phân tử của các phân tử thuốc nhuộm, đồng thời thúc đẩy quá trình ion hóa và phân ly của thuốc nhuộm.
⑵Chất 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 giữa các 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 tạo thành một mạng lưới tương thích giữa các phân tử để cải thiện khả năng hòa tan, chẳng hạn như polyoxyetylen ete hoặc este. Tuy nhiên, nếu phân tử đồng dung môi thiếu nhóm kỵ nước mạnh thì hiệu ứng phân tán và hòa tan trên các mixen do thuốc nhuộm hình thành sẽ yếu và độ hòa tan sẽ không tăng đáng kể. Vì vậy, hãy cố gắng chọn dung môi chứa vòng thơm có thể tạo 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 cải thiện đáng kể khả năng hòa tan của thuốc nhuộm. Trong thuốc nhuộm hòa tan trong nước, nó đóng một vai trò nhất định trong việc ngăn chặn sự hấp phụ lẫn nhau (lực van der Waals) và sự kết tụ giữa các phân tử thuốc nhuộm. Lignosulfonate là chất phân tán hiệu quả nhất và đã có nghiên cứu về vấn đề này ở Trung Quốc.
Cấu trúc phân tử của thuốc nhuộm phân tán không chứa các nhóm ưa nước mạnh mà chỉ chứa các nhóm phân 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 trong nước ở 25oC. 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 phần kỵ nước của phân tử thuốc nhuộm giảm và phần ưa nước (chất lượng và số lượng của các nhóm cực) tăng lên. Điều đó có nghĩa là độ hòa tan của thuốc nhuộm có khối lượng phân tử tương đối nhỏ và các nhóm phân cực yếu hơn như -OH và -NH2 sẽ cao hơn. Thuốc nhuộm có khối lượng phân tử tương đối lớn hơn và ít nhóm phân cực yếu hơn có độ hòa tan tương đối thấp. Ví dụ: Disperse Red (I), M = 321, độ hòa tan nhỏ hơn 0,1mg/L ở 25oC và độ hòa tan là 1,2mg/L ở 80oC. 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, natri sunfat, v.v. Trong số đó, chất phân tán chiếm tỷ lệ lớn hơn.
Chất phân tán (chất khuếch tán) có thể phủ các hạt tinh thể mịn của thuốc nhuộm thành các hạt keo ưa nước và phân tán ổn định trong nước. Sau khi vượt quá nồng độ mixen tới hạn, các mixen cũng sẽ được hình thành, điều này sẽ làm giảm một phần các hạt tinh thể thuốc nhuộm cực 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 và 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 tác động của nhiệt độ nước lên thuốc nhuộm phân tán. Hiệu ứng hòa tan là 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 của nó sẽ được cải thiện đáng kể. Hơn nữa, các hạt keo thuốc nhuộm này còn có vai trò “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 thụ, 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.
Trạng thái thuốc nhuộm phân tán trong môi trường phân tán
phân tử 1-phân tán
Tinh thể 2-thuốc nhuộm (hòa tan)
Micelle 3 phân tán
Phân tử đơn 4-thuốc nhuộm (hòa tan)
Hạt 5-thuốc nhuộm
Bazơ ưa mỡ 6 phân tán
Bazơ ưa nước 7 phân tán
Ion 8-natri (Na+)
9-cụm tinh thể thuốc nhuộm
Tuy nhiên, nếu “sự gắn kết” giữa thuốc nhuộm và chất phân tán quá lớn thì “cung” của phân tử thuốc nhuộm đơn lẻ sẽ tụt hậu hoặc có hiện tượng “cung vượt cầu”. Do đó, nó sẽ trực tiếp làm giảm tốc độ nhuộm và cân bằng tỷ lệ nhuộm, 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 của thuốc nhuộm.
(3) Nhiệt độ dung dịch nhuộm
Độ hòa tan của thuốc nhuộm phân tán trong nước tăng khi nhiệt độ nước tăng. Ví dụ, độ hòa tan của Disperse Yellow trong nước ở 80°C gấp 18 lần ở 25°C. Độ hòa tan của Disperse Red trong nước ở 80°C gấp 33 lần ở 25°C. Độ hòa tan của Disperse Blue 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 còn tăng hơn nữa.
Đây là một lời nhắc nhở đặc biệt: 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. Khi nhiệt độ nước giảm, dung dịch thuốc nhuộm trở nên bão hòa và thuốc nhuộm hòa tan sẽ kết tủa, gây ra sự phát triển của các hạt tinh thể thuốc nhuộm và độ hòa tan giảm. , Dẫn đến giảm sự hấp thu thuốc nhuộm.
(bốn) dạng tinh thể thuốc nhuộm
Một số thuốc nhuộm phân tán có hiện tượng “đẳng cấu”. Nghĩa là, cùng một loại thuốc nhuộm phân tán, do công nghệ phân tán khác nhau trong quá trình sản xuất, sẽ tạo thành một số dạng tinh thể, chẳng hạn như kim, thanh, vảy, hạt và khối. Trong quá trình ứng dụng, đặc biệt là khi nhuộm ở 130°C, dạng tinh thể không ổn định hơn sẽ chuyển sang dạng tinh thể ổn định hơn.
Điều đáng chú ý là dạng tinh thể ổn định hơn có độ hòa tan lớn hơn và dạng tinh thể kém ổn định hơn có độ hòa tan tương đối ít hơn. Điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ hấp thụ thuốc nhuộm và tỷ lệ hấp thụ thuốc nhuộm.
(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 hơn 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 ~ 2,0μm (Lưu ý: kích thước hạt của thuốc nhuộm phân tán yêu cầu 0,5 ~ 1,0μm).