Säurefarbstoffe, Direktfarbstoffe und Reaktivfarbstoffe sind alle wasserlösliche Farbstoffe. Die Produktion im Jahr 2001 betrug 30.000 Tonnen, 20.000 Tonnen bzw. 45.000 Tonnen. Allerdings widmen die Farbstoffunternehmen meines Landes seit langem der Entwicklung und Erforschung neuer Strukturfarbstoffe mehr Aufmerksamkeit, während die Forschung zur Nachbearbeitung von Farbstoffen relativ schwach ist. Zu den häufig verwendeten Standardisierungsreagenzien für wasserlösliche Farbstoffe gehören Natriumsulfat (Natriumsulfat), Dextrin, Stärkederivate, Saccharose, Harnstoff, Naphthalinformaldehydsulfonat usw. Diese Standardisierungsreagenzien werden im Verhältnis zum Originalfarbstoff gemischt, um die erforderliche Stärke zu erhalten. Sie können jedoch die Anforderungen verschiedener Druck- und Färbeprozesse in der Druck- und Färbeindustrie nicht erfüllen. Obwohl die oben genannten Farbstoffverdünnungsmittel relativ kostengünstig sind, weisen sie eine schlechte Benetzbarkeit und Wasserlöslichkeit auf, was eine Anpassung an die Bedürfnisse des internationalen Marktes erschwert und nur als Originalfarbstoffe exportiert werden kann. Daher sind bei der Kommerzialisierung wasserlöslicher Farbstoffe die Benetzbarkeit und Wasserlöslichkeit der Farbstoffe Probleme, die dringend gelöst werden müssen, und es muss auf die entsprechenden Zusatzstoffe zurückgegriffen werden.

Behandlung der Farbstoffbenetzbarkeit
Im Großen und Ganzen ist Benetzung der Ersatz einer Flüssigkeit (sollte ein Gas sein) an der Oberfläche durch eine andere Flüssigkeit. Insbesondere sollte die Pulver- oder Granulat-Grenzfläche eine Gas/Feststoff-Grenzfläche sein, und der Benetzungsprozess erfolgt, wenn Flüssigkeit (Wasser) das Gas auf der Oberfläche der Partikel ersetzt. Man erkennt, dass es sich bei der Benetzung um einen physikalischen Vorgang zwischen Stoffen auf der Oberfläche handelt. Bei der Farbstoffnachbehandlung spielt die Benetzung oft eine wichtige Rolle. Im Allgemeinen wird der Farbstoff zu einem festen Zustand verarbeitet, z. B. zu einem Pulver oder Granulat, das während der Verwendung benetzt werden muss. Daher hat die Benetzbarkeit des Farbstoffs direkten Einfluss auf den Anwendungseffekt. Während des Auflösungsprozesses lässt sich der Farbstoff beispielsweise nur schwer benetzen und ein Aufschwimmen auf dem Wasser ist unerwünscht. Da sich die Anforderungen an die Farbstoffqualität heute kontinuierlich verbessern, ist die Benetzungsleistung zu einem der Indikatoren zur Messung der Qualität von Farbstoffen geworden. Die Oberflächenenergie von Wasser beträgt 72,75 mN/m bei 20 °C und nimmt mit zunehmender Temperatur ab, während die Oberflächenenergie von Feststoffen im Wesentlichen unverändert bleibt und im Allgemeinen unter 100 mN/m liegt. Normalerweise sind Metalle und ihre Oxide, anorganischen Salze usw. leicht zu benetzen, was als hohe Oberflächenenergie bezeichnet wird. Die Oberflächenenergie fester organischer Stoffe und Polymere ist mit der allgemeiner Flüssigkeiten vergleichbar, was als niedrige Oberflächenenergie bezeichnet wird, sie ändert sich jedoch mit der Partikelgröße und dem Porositätsgrad des Feststoffs. Je kleiner die Partikelgröße, desto größer der Grad der Porenbildung und je höher die Energie, desto größer die Oberfläche des Substrats. Daher muss die Partikelgröße des Farbstoffs klein sein. Nachdem der Farbstoff durch kommerzielle Verarbeitung wie Aussalzen und Mahlen in verschiedenen Medien verarbeitet wurde, wird die Partikelgröße des Farbstoffs feiner, die Kristallinität verringert sich und die Kristallphase ändert sich, was die Oberflächenenergie des Farbstoffs verbessert und die Benetzung erleichtert.

Löslichkeitsbehandlung von Säurefarbstoffen
Durch den Einsatz kleiner Badverhältnisse und kontinuierlicher Färbetechnik wurde der Automatisierungsgrad beim Drucken und Färben kontinuierlich verbessert. Das Aufkommen automatischer Füllstoffe und Pasten sowie die Einführung flüssiger Farbstoffe erfordern die Herstellung hochkonzentrierter und hochstabiler Färbeflotten und Druckpasten. Allerdings beträgt die Löslichkeit von Säure-, Reaktiv- und Direktfarbstoffen in Haushaltsfarbstoffen nur etwa 100 g/L, insbesondere bei Säurefarbstoffen. Einige Sorten haben sogar nur etwa 20g/L. Die Löslichkeit des Farbstoffs hängt von der Molekülstruktur des Farbstoffs ab. Je höher das Molekulargewicht und je weniger Sulfonsäuregruppen, desto geringer ist die Löslichkeit; andernfalls desto höher. Darüber hinaus ist die kommerzielle Verarbeitung von Farbstoffen äußerst wichtig, einschließlich der Kristallisationsmethode des Farbstoffs, des Mahlgrads, der Partikelgröße, der Zugabe von Zusatzstoffen usw., die die Löslichkeit des Farbstoffs beeinflussen. Je leichter sich der Farbstoff ionisieren lässt, desto höher ist seine Wasserlöslichkeit. Die Kommerzialisierung und Standardisierung traditioneller Farbstoffe basiert jedoch auf einer großen Menge an Elektrolyten wie Natriumsulfat und Salz. Eine große Menge Na+ im Wasser verringert die Löslichkeit des Farbstoffs in Wasser. Um die Löslichkeit wasserlöslicher Farbstoffe zu verbessern, fügen Sie daher zunächst keinen Elektrolyten zu handelsüblichen Farbstoffen hinzu.

Zusatzstoffe und Löslichkeit
⑴ Alkoholverbindung und Harnstoff-Colösungsmittel
Da wasserlösliche Farbstoffe eine bestimmte Anzahl an Sulfonsäuregruppen und Carbonsäuregruppen enthalten, dissoziieren die Farbstoffpartikel in wässriger Lösung leicht und tragen eine bestimmte Menge an negativer Ladung. Wenn das Co-Lösungsmittel mit der wasserstoffbrückenbildenden Gruppe hinzugefügt wird, bildet sich auf der Oberfläche der Farbstoffionen eine Schutzschicht aus hydratisierten Ionen, die die Ionisierung und Auflösung der Farbstoffmoleküle fördert und so die Löslichkeit verbessert. Als Hilfslösungsmittel für wasserlösliche Farbstoffe werden üblicherweise Polyole wie Diethylenglykolether, Thiodiethanol, Polyethylenglykol usw. verwendet. Da sie eine Wasserstoffbindung mit dem Farbstoff bilden können, bildet die Oberfläche des Farbstoffions eine Schutzschicht aus hydratisierten Ionen, die die Aggregation und intermolekulare Wechselwirkung der Farbstoffmoleküle verhindert und die Ionisierung und Dissoziation des Farbstoffs fördert.
⑵Nichtionisches Tensid
Die Zugabe eines bestimmten nichtionischen Tensids zum Farbstoff kann die Bindungskraft zwischen den Farbstoffmolekülen und zwischen den Molekülen schwächen, die Ionisierung beschleunigen und dazu führen, dass die Farbstoffmoleküle in Wasser Mizellen bilden, die eine gute Dispergierbarkeit aufweisen. Polare Farbstoffe bilden Mizellen. Die solubilisierenden Moleküle bilden ein Netzwerk zur Kompatibilisierung zwischen den Molekülen, um die Löslichkeit zu verbessern, beispielsweise Polyoxyethylenether oder -ester. Wenn dem Co-Lösungsmittelmolekül jedoch eine starke hydrophobe Gruppe fehlt, ist der Dispersions- und Solubilisierungseffekt auf die durch den Farbstoff gebildete Mizelle schwach und die Löslichkeit erhöht sich nicht wesentlich. Versuchen Sie daher, Lösungsmittel zu wählen, die aromatische Ringe enthalten, die mit Farbstoffen hydrophobe Bindungen eingehen können. Zum Beispiel Alkylphenolpolyoxyethylenether, Polyoxyethylensorbitanester-Emulgator und andere wie Polyalkylphenylphenolpolyoxyethylenether.
⑶ Ligninsulfonat-Dispergiermittel
Dispergiermittel haben einen großen Einfluss auf die Löslichkeit des Farbstoffs. Die Auswahl eines guten Dispergiermittels entsprechend der Struktur des Farbstoffs trägt wesentlich dazu bei, die Löslichkeit des Farbstoffs zu verbessern. In wasserlöslichen Farbstoffen spielt es eine gewisse Rolle bei der Verhinderung der gegenseitigen Adsorption (Van-der-Waals-Kraft) und der Aggregation zwischen Farbstoffmolekülen. Ligninsulfonat ist das wirksamste Dispergiermittel und es gibt diesbezügliche Untersuchungen in China.
Die Molekülstruktur von Dispersionsfarbstoffen enthält keine starken hydrophilen Gruppen, sondern nur schwach polare Gruppen, weist daher nur eine schwache Hydrophilie auf und die tatsächliche Löslichkeit ist sehr gering. Die meisten Dispersionsfarbstoffe können sich nur bei 25℃ in Wasser lösen. 1–10 mg/l.
Die Löslichkeit von Dispersionsfarbstoffen hängt von folgenden Faktoren ab:
Molekulare Struktur
„Die Löslichkeit von Dispersionsfarbstoffen in Wasser nimmt zu, wenn der hydrophobe Teil des Farbstoffmoleküls abnimmt und der hydrophile Teil (die Qualität und Quantität der polaren Gruppen) zunimmt. Das heißt, die Löslichkeit von Farbstoffen mit relativ kleiner relativer Molekularmasse und schwächeren polaren Gruppen wie -OH und -NH2 ist höher. Farbstoffe mit größerer relativer Molekülmasse und weniger schwach polaren Gruppen weisen eine relativ geringe Löslichkeit auf. Beispielsweise beträgt die Löslichkeit von Disperse Red (I) mit M = 321 weniger als 0,1 mg/L bei 25 °C und die Löslichkeit 1,2 mg/L bei 80 °C. Disperse Red (II), M=352, Löslichkeit bei 25℃ beträgt 7,1 mg/L und Löslichkeit bei 80℃ beträgt 240 mg/L.
Dispergiermittel
Bei pulverförmigen Dispersionsfarbstoffen beträgt der Anteil an reinen Farbstoffen im Allgemeinen 40 bis 60 %, der Rest sind Dispergiermittel, Staubschutzmittel, Schutzmittel, Natriumsulfat usw. Unter ihnen macht das Dispergiermittel einen größeren Anteil aus.
Das Dispergiermittel (Diffusionsmittel) kann die feinen Kristallkörner des Farbstoffs in hydrophile kolloidale Partikel umhüllen und ihn stabil in Wasser dispergieren. Nach Überschreiten der kritischen Mizellenkonzentration bilden sich ebenfalls Mizellen, die einen Teil der winzigen Farbstoffkristallkörner verkleinern. In Mizellen gelöst kommt es zum sogenannten „Solubilisierungsphänomen“, wodurch die Löslichkeit des Farbstoffs erhöht wird. Darüber hinaus gilt: Je besser die Qualität des Dispergiermittels und je höher die Konzentration, desto größer ist der Solubilisierungs- und Solubilisierungseffekt.
Es ist zu beachten, dass die Solubilisierungswirkung des Dispergiermittels auf Dispersionsfarbstoffe unterschiedlicher Struktur unterschiedlich ist und der Unterschied sehr groß ist; Der Solubilisierungseffekt des Dispergiermittels auf Dispersionsfarbstoffe nimmt mit steigender Wassertemperatur ab, was genau dem Effekt der Wassertemperatur auf Dispersionsfarbstoffe entspricht. Der Effekt der Löslichkeit ist entgegengesetzt.
Nachdem die hydrophoben Kristallpartikel des Dispersionsfarbstoffs und das Dispergiermittel hydrophile kolloidale Partikel bilden, wird ihre Dispersionsstabilität deutlich verbessert. Darüber hinaus spielen diese kolloidalen Farbstoffpartikel die Rolle der „Versorgung“ von Farbstoffen während des Färbeprozesses. Denn nachdem die Farbstoffmoleküle im gelösten Zustand von der Faser absorbiert wurden, wird der in den kolloidalen Partikeln „gespeicherte“ Farbstoff rechtzeitig freigesetzt, um das Auflösungsgleichgewicht des Farbstoffs aufrechtzuerhalten.
Der Zustand des Dispersionsfarbstoffs in der Dispersion
1-Dispergiermittelmolekül
2-Farbstoff-Kristallit (Solubilisierung)
3-dispergierende Mizelle
4-Farbstoff-Einzelmolekül (gelöst)
5-Dye-Korn
6-dispergierende lipophile Basis
7-dispergierende hydrophile Basis
8-Natriumion (Na+)
9-Aggregate von Farbstoffkristalliten
Wenn jedoch die „Kohäsion“ zwischen Farbstoff und Dispergiermittel zu groß ist, bleibt das „Angebot“ des einzelnen Farbstoffmoleküls zurück oder es entsteht das Phänomen „Das Angebot übersteigt die Nachfrage“. Daher wird die Färberate direkt reduziert und der Färbeprozentsatz ausgeglichen, was zu einer langsamen Färbung und einer hellen Farbe führt.
Es ist ersichtlich, dass bei der Auswahl und Verwendung von Dispergiermitteln nicht nur die Dispersionsstabilität des Farbstoffs berücksichtigt werden sollte, sondern auch der Einfluss auf die Farbe des Farbstoffs.
(3) Temperatur der Färbelösung
Die Löslichkeit von Dispersionsfarbstoffen in Wasser nimmt mit steigender Wassertemperatur zu. Beispielsweise ist die Löslichkeit von Disperse Yellow in 80 °C warmem Wasser 18-mal so hoch wie bei 25 °C. Die Löslichkeit von Disperse Red in 80 °C warmem Wasser ist 33-mal so hoch wie bei 25 °C. Die Löslichkeit von Disperse Blue in 80 °C warmem Wasser ist 37-mal so hoch wie bei 25 °C. Wenn die Wassertemperatur 100 °C übersteigt, erhöht sich die Löslichkeit der Dispersionsfarbstoffe noch weiter.
Hier ist eine besondere Erinnerung: Diese Auflösungseigenschaft von Dispersionsfarbstoffen birgt versteckte Gefahren für praktische Anwendungen. Wenn beispielsweise die Färbeflotte ungleichmäßig erhitzt wird, fließt die Färbeflotte mit hoher Temperatur zu der Stelle, an der die Temperatur niedrig ist. Wenn die Wassertemperatur sinkt, wird die Farbstoffflotte übersättigt und der gelöste Farbstoff fällt aus, was zum Wachstum von Farbstoffkristallkörnern und einer Verringerung der Löslichkeit führt. , was zu einer verringerten Farbstoffaufnahme führt.
(vier) Farbstoffkristallform
Einige Dispersionsfarbstoffe weisen das Phänomen des „Isomorphismus“ auf. Das heißt, derselbe Dispersionsfarbstoff bildet aufgrund der unterschiedlichen Dispersionstechnologie im Herstellungsprozess mehrere Kristallformen, wie Nadeln, Stäbchen, Flocken, Granulat und Blöcke. Beim Auftragen, insbesondere beim Färben bei 130°C, wandelt sich die instabilere Kristallform in die stabilere Kristallform um.
Es ist erwähnenswert, dass die stabilere Kristallform eine größere Löslichkeit aufweist und die weniger stabile Kristallform eine relativ geringere Löslichkeit aufweist. Dies wirkt sich direkt auf die Farbstoffaufnahmerate und den Farbstoffaufnahmeprozentsatz aus.
(5) Partikelgröße
Im Allgemeinen weisen Farbstoffe mit kleinen Partikeln eine hohe Löslichkeit und gute Dispersionsstabilität auf. Farbstoffe mit großen Partikeln weisen eine geringere Löslichkeit und eine relativ schlechte Dispersionsstabilität auf.
Gegenwärtig beträgt die Partikelgröße von inländischen Dispersionsfarbstoffen im Allgemeinen 0,5 bis 2,0 μm (Hinweis: Die Partikelgröße beim Tauchfärben erfordert 0,5 bis 1,0 μm).