Реактивные красители обладают очень хорошей растворимостью в воде. Растворение реактивных красителей в воде в основном зависит от сульфокислотной группы в молекуле красителя. Для мезотемпературных реактивных красителей, содержащих винилсульфоновые группы, помимо сульфокислотной группы, очень хорошей растворяющей группой является также β-этилсульфонилсульфат.

В водном растворе ионы натрия в сульфокислотной группе и этилсульфоновой сульфатной группе вступают в реакцию гидратации, в результате чего краситель образует анион и растворяется в воде. Окрашивание реактивным красителем зависит от аниона красителя, который необходимо окрасить в волокно.

Растворимость реактивных красителей составляет более 100 г/л, растворимость большинства красителей — 200-400 г/л, а у некоторых она может достигать 450 г/л. Однако в процессе окрашивания растворимость красителя снижается по различным причинам (или становится полностью нерастворимой). При снижении растворимости часть красителя переходит из состояния свободного аниона в частицы из-за сильного отталкивания зарядов между частицами. В результате частицы начинают притягиваться друг к другу, образуя агломераты. В результате такой агломерации частицы красителя сначала собираются в агломераты, затем снова образуют агломераты, и, наконец, превращаются в хлопья. Хотя хлопья представляют собой рыхлую структуру, из-за окружающего их электрического двойного слоя, образованного положительными и отрицательными зарядами, их обычно трудно разложить под действием силы сдвига при циркуляции красящего раствора, и хлопья легко оседают на ткани, вызывая окрашивание или загрязнение поверхности.

Когда краситель начинает агломерироваться, стойкость окраски значительно снижается, и одновременно это приводит к различным степеням пятен. Для некоторых красителей флокуляция дополнительно ускоряет образование уплотнений под действием силы сдвига раствора красителя, вызывая обезвоживание и высаливание. После высаливания окрашенный цвет становится очень светлым, или даже вовсе не окрашивается, а если и окрашивается, то с сильными пятнами.

Причины агрегации красителей

Основная причина – электролит. В процессе крашения основным электролитом является ускоритель красителя (соль и соль натрия). Ускоритель красителя содержит ионы натрия, и эквивалентное количество ионов натрия в молекуле красителя значительно меньше, чем в молекуле ускорителя. При таком эквивалентном количестве ионов натрия обычная концентрация ускорителя красителя в обычном процессе крашения не оказывает существенного влияния на растворимость красителя в красильной ванне.

Однако, при увеличении количества ускорителя красителя концентрация ионов натрия в растворе соответственно возрастает. Избыток ионов натрия будет препятствовать ионизации ионов натрия на растворяющей группе молекулы красителя, тем самым снижая растворимость красителя. При концентрации более 200 г/л большинство красителей будут иметь различную степень агрегации. Когда концентрация ускорителя красителя превышает 250 г/л, степень агрегации будет усиливаться, сначала образуя агломераты, а затем быстро формируя в растворе красителя агломераты и хлопья, и некоторые красители с низкой растворимостью частично высаливаются или даже дегидратируются. Красители с различной молекулярной структурой обладают различными свойствами, препятствующими агломерации и высаливанию. Чем ниже растворимость, тем хуже свойства, препятствующие агломерации и солеустойчивость, и тем хуже аналитические характеристики.

Растворимость красителя в основном определяется количеством сульфокислотных групп в молекуле красителя и количеством β-этилсульфоновых сульфатов. При этом, чем выше гидрофильность молекулы красителя, тем выше растворимость, а чем ниже гидрофильность, тем ниже растворимость. (Например, красители с азоструктурой более гидрофильны, чем красители с гетероциклической структурой.) Кроме того, чем больше молекулярная структура красителя, тем ниже растворимость, а чем меньше молекулярная структура, тем выше растворимость.

Растворимость реактивных красителей
Его можно условно разделить на четыре категории:

Красители класса А, содержащие диэтилсульфонсульфат (т.е. винилсульфон) и три реактивные группы (монохлортриазин + дивинилсульфон), обладают самой высокой растворимостью, например, Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL, а также все реактивные черные красители, полученные путем смешивания Yuanqing B и красителей с тремя реактивными группами, таких как красители типа ED, красители типа Ciba и др. Растворимость этих красителей в основном составляет около 400 г/л.

Красители класса B, содержащие гетеробиреактивные группы (монохлор-триазин + винилсульфон), такие как желтый 3RS, красный 3BS, красный 6B, красный GWF, три основных цвета RR, три основных цвета RGB и др. Их растворимость рассчитана на 200–300 грамм. Растворимость мета-эфира выше, чем пара-эфира.

Тип C: Темно-синий, также являющийся гетеробиреактивной группой: BF, темно-синий 3GF, темно-синий 2GFN, красный RBN, красный F2B и др., из-за меньшего количества сульфокислотных групп или большей молекулярной массы, его растворимость также низка, всего 100-200 г/л. Класс D: Красители с моновинилсульфоновой группой и гетероциклической структурой, с самой низкой растворимостью, такие как бриллиантовый синий KN-R, бирюзовый синий G, ярко-желтый 4GL, фиолетовый 5R, синий BRF, бриллиантовый оранжевый F2R, бриллиантовый красный F2G и др. Растворимость этого типа красителей составляет всего около 100 г/л. Этот тип красителей особенно чувствителен к электролитам. После агломерации этот тип красителя даже не нуждается в процессе флокуляции, а сразу высаливается.

В обычном процессе крашения максимальное количество ускорителя красителя составляет 80 г/л. Только для темных цветов требуется такая высокая концентрация ускорителя красителя. Когда концентрация красителя в красильной ванне составляет менее 10 г/л, большинство реактивных красителей сохраняют хорошую растворимость при этой концентрации и не агрегируют. Но проблема заключается в ванне. Согласно обычному процессу крашения, сначала добавляется краситель, и после того, как краситель полностью разбавляется в красильной ванне до однородной консистенции, добавляется ускоритель красителя. Ускоритель красителя, по сути, завершает процесс растворения в ванне.

Действуйте в соответствии со следующим процессом.

Предположение: концентрация красителя 5%, соотношение раствора 1:10, вес ткани 350 кг (двухтрубный поток жидкости), уровень воды 3,5 т, сульфат натрия 60 г/литр, общее количество сульфата натрия 200 кг (50 кг/упаковка, всего 4 упаковки) (емкость резервуара для материала обычно составляет около 450 литров). В процессе растворения сульфата натрия часто используется рефлюксная жидкость из красильной ванны. Рефлюксная жидкость содержит предварительно добавленный краситель. Обычно сначала в ванну с материалом заливают 300 л рефлюксной жидкости, а затем добавляют два пакета сульфата натрия (100 кг).

Проблема в том, что большинство красителей при такой концентрации сульфата натрия в различной степени агломерируются. Среди них краситель типа С будет сильно агломерироваться, а краситель типа D не только агломерируется, но даже высохнет. Хотя оператор обычно следует процедуре медленного пополнения раствора сульфата натрия из емкости с материалом в красильную ванну с помощью главного циркуляционного насоса, краситель в 300 литрах раствора сульфата натрия образует хлопья и даже высохнет.

Когда весь раствор из емкости с материалом переливается в красильный чан, становится отчетливо видно, что на стенках и дне чана образуется слой жирных частиц красителя. Если эти частицы красителя соскрести и вылить в чистую воду, растворить их обратно довольно сложно. Фактически, все 300 литров раствора, поступивших в красильный чан, имеют именно такую ​​структуру.

Помните, что также есть два пакета порошка Юаньмин, которые будут растворены и снова добавлены в красильную ванну. После этого неизбежно появятся пятна, и стойкость цвета значительно снизится из-за поверхностного окрашивания, даже если не будет явного образования хлопьев или солей. Для красителей классов А и В с более высокой растворимостью также произойдет агрегация красителей. Хотя эти красители еще не образовали хлопьев, по крайней мере часть красителей уже образовала агломераты.

Эти агрегаты с трудом проникают в волокно. Это происходит потому, что аморфная область хлопкового волокна пропускает и диффундирует только моноионные красители. Агрегаты не могут проникнуть в аморфную зону волокна, а могут только адсорбироваться на его поверхности. Стойкость окраски также значительно снижается, и в серьезных случаях могут возникать пятна и разводы.

Степень растворимости реактивных красителей зависит от щелочных агентов.

При добавлении щелочи сульфат β-этилсульфона реактивного красителя подвергается реакции элиминирования с образованием винилсульфона, который обладает высокой растворимостью в красителях. Поскольку для реакции элиминирования требуется очень мало щелочи (часто менее 1/10 от общей дозировки процесса), чем больше щелочи добавляется, тем больше красителей подвергается реакции элиминирования. После завершения реакции элиминирования растворимость красителя также снижается.

Тот же щелочной агент является также сильным электролитом и содержит ионы натрия. Поэтому чрезмерная концентрация щелочного агента также приведет к агломерации или даже высаливанию красителя, образовавшего винилсульфон. Та же проблема возникает в резервуаре с материалом. Когда щелочной агент растворяется (например, кальцинированная сода), если используется раствор для рефлюкса, в это время рефлюксная жидкость уже содержит ускоритель красителя и краситель в нормальной технологической концентрации. Хотя часть красителя может быть выведена волокном, по крайней мере более 40% оставшегося красителя находится в красильном растворе. Предположим, что пакет кальцинированной соды высыпается во время работы, и концентрация кальцинированной соды в резервуаре превышает 80 г/л. Даже если концентрация ускорителя красителя в рефлюксной жидкости в это время составляет 80 г/л, краситель в резервуаре также будет конденсироваться. Красители C и D могут даже высаливаться, особенно красители D, даже если концентрация кальцинированной соды снизится до 20 г/л, произойдет локальное высаливание. Среди них наиболее чувствительными являются бриллиантовый синий KN.R, бирюзовый синий G и Supervisor BRF.

Агломерация красителя или даже его высаливание не означает, что краситель полностью гидролизован. Если агломерация или высаливание вызваны ускорителем красителя, окрашивание все еще возможно, если краситель может быть повторно растворен. Но для повторного растворения необходимо добавить достаточное количество вспомогательного красителя (например, мочевины 20 г/л или более), а также повысить температуру до 90°C или выше при достаточном перемешивании. Очевидно, что на практике это очень сложно.
Для предотвращения агломерации или высаливания красителей в ванне при получении насыщенных и концентрированных цветов для красителей C и D с низкой растворимостью, а также для красителей A и B, необходимо использовать процесс трансферного крашения.

Технологический процесс и анализ

1. Используйте красильный бак для возврата ускорителя окрашивания и нагрейте его в баке до полного растворения (60–80℃). Поскольку в чистой воде нет красителя, ускоритель окрашивания не имеет сродства к ткани. Растворенный ускоритель окрашивания можно как можно быстрее засыпать в красильный бак.

2. После циркуляции рассола в течение 5 минут, когда активатор красителя практически полностью выравнивается, добавляют предварительно растворенный краситель. Краситель необходимо разбавить раствором, полученным методом обратного кипячения, поскольку концентрация активатора красителя в этом растворе составляет всего 80 грамм/л, и краситель не будет агломерироваться. В то же время, поскольку краситель не будет подвержен воздействию (относительно низкой концентрации) активатора, возникнут проблемы с окрашиванием. В этом случае нет необходимости контролировать время заполнения красильной ванны, и обычно процесс завершается за 10-15 минут.

3. Щелочные реагенты следует максимально увлажнять, особенно для красителей C и D. Поскольку этот тип красителей очень чувствителен к щелочным реагентам в присутствии красящих веществ, растворимость щелочных реагентов относительно высока (растворимость кальцинированной соды при 60°C составляет 450 г/л). Необходимого количества чистой воды для растворения щелочного реагента не должно быть слишком много, но скорость добавления щелочного раствора должна соответствовать требованиям процесса, и, как правило, лучше добавлять его постепенно.

4. Для дивинилсульфоновых красителей категории А скорость реакции относительно высока, поскольку они особенно чувствительны к щелочным агентам при 60°C. Чтобы предотвратить мгновенную фиксацию цвета и неравномерность окраски, можно предварительно добавить 1/4 щелочного агента при низкой температуре.

В процессе трансферного крашения необходимо контролировать только скорость подачи щелочи. Процесс трансферного крашения применим не только к методу нагрева, но и к методу постоянной температуры. Метод постоянной температуры позволяет увеличить растворимость красителя и ускорить диффузию и проникновение красителя. Скорость набухания аморфной области волокна при 60 °C примерно в два раза выше, чем при 30 °C. Поэтому процесс постоянной температуры больше подходит для сыра, мотка и пряжи. К методам крашения на основе волокон относятся методы с низким содержанием красящего раствора, такие как джиговое крашение, которые требуют высокой степени проникновения и диффузии или относительно высокой концентрации красителя.

Следует отметить, что сульфат натрия, представленный в настоящее время на рынке, иногда имеет относительно щелочную реакцию, и его значение pH может достигать 9-10. Это очень опасно. Если сравнивать чистый сульфат натрия с чистой солью, то соль оказывает большее влияние на агрегацию красителей, чем сульфат натрия. Это связано с тем, что количество ионов натрия в поваренной соли выше, чем в сульфате натрия при той же массе.

Агрегация красителей в значительной степени зависит от качества воды. Как правило, ионы кальция и магния в концентрации ниже 150 ppm не оказывают существенного влияния на агрегацию красителей. Однако ионы тяжелых металлов в воде, такие как ионы железа и алюминия, а также некоторые водорослевые микроорганизмы, ускоряют агрегацию красителей. Например, если концентрация ионов железа в воде превышает 20 ppm, антикогезионная способность красителя может значительно снизиться, а влияние водорослей становится более серьезным.

Проведены испытания с использованием красителя для предотвращения агломерации и устойчивости к высаливанию:

Определение 1: Взвесьте 0,5 г красителя, 25 г сульфата натрия или соли и растворите их в 100 мл очищенной воды при 25°C в течение примерно 5 минут. Используя капельницу, наберите раствор и непрерывно капайте по 2 капли в одном и том же месте на фильтровальной бумаге.

Определение 2: Взвесьте 0,5 г красителя, 8 г сульфата натрия или соли и 8 г кальцинированной соды и растворите их в 100 мл очищенной воды при температуре около 25°C в течение примерно 5 минут. С помощью пипетки непрерывно набирайте раствор на фильтровальную бумагу. 2 капли.

Описанный выше метод позволяет легко оценить способность красителя предотвращать агломерацию и высаливание, а также определить, какой процесс окрашивания следует использовать.