【纺织知识】酸性染料溶解度提升方法

更新时间:2021-01-12 06:12 作者:微彩票

  都是水溶性染料,2001年的产量分别为3万吨、2万吨和4.5万吨。但长期以来,我国染料企业对开发研究新结构染料比较重视,而对染料的后处理加工的研究较为薄弱。水溶性染料常用的标准化试剂包括硫酸钠(元明粉)、糊精、淀粉衍生物、蔗糖、尿素、萘甲醛磺酸盐等,将这些标准化试剂与原染料按比例拼混获得所需强度的商品,但它们满足不了不同印染工艺的需要。上述染料稀释剂虽然成本比较低,但是润湿性和水溶性比较差,难以适应国际市场的需求,只能以原染料。因此,水溶性染料商品化中,染料的润湿性和水溶性是亟待结局的问题,必须依靠相应的助剂。

  从广义上讲,润湿就是表面上的一种流体(应该是气体)被另一种流体所取代。具体地说,粉状或粒状的界面应该是气/固界面,发生润湿的过程就是液体(水)取代了微粒表面的气体。由此可见,润湿是物质之间表面物理过程。在染料后处理中,润湿常常起着重要的作用,一般把染料加工成固体状,如粉状或颗粒状,使用时均需润湿。所以染料润湿性的优劣会直接影响应用效果。比如在溶解过程中,染料难以润湿而漂浮在水面是不受欢迎的。随着当今对染料质量要求的不断提高,润湿性能已作为衡量染料质量的指标之一。水的表面能在20℃为72.75mN/m,随温度升高而降低,固体的表面能则基本不变,一般都在100mN/m以下,通常金属及其氧化物、无机盐等很易润湿,称为高表面能。固体有机物及高聚物的表面能与一般液体表面能不相上下,称为低表面能,但随固体粒径大小及多孔性程度而改变,粒径越小,多孔形成程度越大,则表面能愈高,其大小取决于基质。因此,染料粒径必须细小,染料经不同介质盐析和研磨等商品化加工后,可是染料粒径变细,结晶度减少,晶相发生变化,使染料表面能提高,便于湿润。

  随着小浴比、连续染色工艺的使用,印染自动化程度不断提高,自动填料、配浆的出现,液体染料的推出,要求配制高浓度和高稳定性的染液和印花色浆。但是目前国内染料商品中的酸性、活性、直接染料的溶解度比较好的也只有100g/L左右,尤其是酸性染料,有些品种甚至只有20g/L左右。染料的溶解度和染料的分子结构有关,分子量越大、磺酸基越少,溶解度就低;反之,则高。除此之外,染料商品化加工极为重要,包括染料的结晶方式、研磨程度、颗粒大小、助剂添加等均会影响染料的溶解度。染料愈易电离则其在水中的溶解度愈高。但传统的染料商品化和标准化都是大量施加电解质,如元明粉和食盐。在水中大量Na+使染料在水中溶解度降低。因此,提高水溶性染料的溶解度,首先不在商品染料中添加电解质。

  由于水溶性染料中含有一定数量的磺酸基、羧酸基,染料粒子在水溶液中易离解,并带有一定数量的阴电荷。当加入含有形成氢键基团的助溶剂后,使染料离子表面形成水合离子保护层,促进染料分子电离和溶解,以提高溶解度。通常用多元醇如二甘醇醚、硫代双乙醇、聚乙二醇等作为水溶性染料的助溶剂。由于他们能与染料形成氢键,使染料离子表面形成水合离子保护层,阻止染料分子凝聚和分子间相互作用,促进了染料电离和离解。

  在染料中加入一定的非离子表面活性剂,可减弱染料分子内和分子间的结合力,加速电离,使染料分子在水中形成胶束,具有较好的分散性,极性染料在构成胶束的助溶分子间形成网状增容,提高溶解性,如聚氧乙烯醚或酯。但若助溶剂分子中缺少较强的疏水性基团,那么对染料形成的胶束其分散、增溶作用较弱,溶解度提高不显著。因此,要尽量选用能与染料形成疏水键的含芳香环的溶剂。例如烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇酯类乳化剂,其他如多烷基苯基酚聚氧乙烯醚。

  分散剂对染料溶解度有较大的影响,根据染料结构选择好分散剂对提高染料溶解度有极大的帮助。在水溶性染料中,为了防止染料分子间相互吸附(范德华力)和凝聚有一定的作用。分散剂中以木质素磺酸盐最为有效,国内为对此都有研究。

  分散染料的分子结构中不含强亲水性基团,仅含弱极性基团,所以它只有微弱的亲水性,实际溶解度很小,大多数分散染料在25℃的水中只能溶解0. 1~10mg/L。

  分散染料在水中的溶解度,是随染料分子中疏水部分的减少和亲水部分(极性基团的质量与数量)的增加而增加的。即凡相对分子质量较小,而含-OH、-NH2等弱极性基团较多的染料,溶解度要高一些。相对分子质量较大,含弱极性基团较少的染料,溶解度相对要低。如分散红(Ⅰ),其M=321,25℃时溶解度小于0.1mg/L,80℃时溶解度为1. 2mg/L。分散红(Ⅱ),其M=352,25℃时溶解度为7.1mg/L,80℃时溶解度为240mg/L。

  粉状分散染料中,纯染料的含量一般为40%~60%,其余为分散剂、防尘剂、保护剂、元明粉等。其中分散剂所占的比例较大。

  分散剂(扩散剂)除了能将染料的微细晶粒包覆成亲水性的胶粒,稳定地分散在水中外,在超过临界胶束浓度后,还会形成胶束,将部分微小的染料晶粒溶解在胶束中,发生所谓“增溶”现象,从而使染料的溶解度增加,而且,分散剂的质量越好,浓度越高,其增溶助溶作用越大。

  需注意的是,分散剂对不同结构的分散染料增溶作用的大小不同,而且差异很大;分散剂对分散染料的增溶作用随水温的升高而降低,这恰恰与水温对分散染料自身溶解度的影响相反。

  分散染料疏水性的大小晶粒与分散剂形成亲水性的胶粒后,其分散稳定性会显著提高。而且,这些染料胶粒在上染过程中又着“供应”染料的作用。因为,溶解状态的染料分子被纤维吸附后,“贮藏”在胶粒中的染料会及时释放出来,以维持染料的溶解平衡。

  然而,如果染料与分散剂之间的“抱合力”过大,会产生染料单分子的“供应”滞后或“供不应求”的现象。因此,会直接降低上染速率以及平衡上染百分率,导致上染慢、得色浅的后果。

  可见,选用分散剂和使用分散剂时,不仅要考虑染料分散稳定性的好坏,还应该考虑对染料上色的影响。

  分散染料在水中的溶解度是随着水温的提高而提高的。例如分散黄在80℃水中的溶解度为25℃时的18倍。分散红在80℃水中的溶解度为25℃时的33倍。分散蓝在80℃水中的溶解度为25℃时的37倍。若水温超过100℃,分散染料的溶解度提高的幅度更大。

  这里要特别提示:分散染料的这一溶解特性会给实际应用带来隐患。比如当染液加热不匀时,温度高的染液流到温度低的地方,由于水温降低,染液变为过饱和状态,已溶解的染料就会析出,造成染料晶粒的增长,溶解度下降,导致上染率降低。

  有些分散染料具有“同质异晶”现象。即同一只分散染料,由于在制造过程中分散技术的不同,会形成几种晶型,如针状、棒状、片状、粒状、块状等。在应用过程中,尤其在130℃染色时,那些较不稳定的晶型会向较稳定的晶型转变。

  值得注意的是,较稳定的晶型溶解度较大,较不稳定的晶型溶解度相对较小。这会直接影响染料的上染速率和上染百分率。

  一般颗粒小的染料,溶解度较大,分散稳定性也好。颗粒大的染料,溶解度较小,分散稳定性也相对较差。

  目前,国产分散染料的粒径一般为0.5~2.0m(注:浸染要求粒径为0.5~1.0m)。

  综上所述,我国染料生产的技术水平及应用研究与发达国家尚有一定差距,因此在研究染料新结构的同时,还要重视染料商品化的后处理的研究,不断开发出应用性能优异,溶解好的产品和后处理工艺,从而促进我国染料行业不断地向前发展。


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