I coloranti acidi, i coloranti diretti e i coloranti reattivi sono tutti coloranti idrosolubili. La produzione nel 2001 è stata rispettivamente di 30.000 tonnellate, 20.000 tonnellate e 45.000 tonnellate. Tuttavia, per lungo tempo, le aziende coloranti del mio Paese hanno prestato maggiore attenzione allo sviluppo e alla ricerca di nuovi coloranti strutturali, mentre la ricerca sulla post-elaborazione dei coloranti è stata relativamente debole. I reagenti di standardizzazione comunemente utilizzati per i coloranti idrosolubili includono solfato di sodio (solfato di sodio), destrina, derivati ​​dell'amido, saccarosio, urea, naftalene formaldeide solfonato, ecc. Questi reagenti di standardizzazione vengono miscelati con il colorante originale in proporzione per ottenere la resistenza richiesta, ma non possono soddisfare le esigenze dei diversi processi di stampa e tintura nell'industria della stampa e della tintura. Sebbene i diluenti per coloranti sopra menzionati siano relativamente economici, presentano scarsa bagnabilità e solubilità in acqua, il che li rende difficili da adattare alle esigenze del mercato internazionale e può essere esportato solo come coloranti originali. Pertanto, nella commercializzazione di coloranti idrosolubili, la bagnabilità e la solubilità in acqua dei coloranti sono problemi che devono essere risolti con urgenza e si deve fare affidamento sugli additivi corrispondenti.

Trattamento di bagnabilità del colorante
In generale, la bagnabilità è la sostituzione di un fluido (dovrebbe essere un gas) sulla superficie con un altro fluido. Nello specifico, l'interfaccia polvere o granulare dovrebbe essere un'interfaccia gas/solido, e il processo di bagnabilità si verifica quando un liquido (acqua) sostituisce il gas sulla superficie delle particelle. Si può osservare che la bagnabilità è un processo fisico tra sostanze sulla superficie. Nel post-trattamento dei coloranti, la bagnabilità gioca spesso un ruolo importante. Generalmente, il colorante viene trasformato in uno stato solido, come polvere o granuli, che deve essere bagnato durante l'uso. Pertanto, la bagnabilità del colorante influirà direttamente sull'effetto dell'applicazione. Ad esempio, durante il processo di dissoluzione, il colorante è difficile da bagnare e il galleggiamento sull'acqua è indesiderato. Con il continuo miglioramento dei requisiti qualitativi dei coloranti, le prestazioni di bagnabilità sono diventate uno degli indicatori per misurare la qualità dei coloranti. L'energia superficiale dell'acqua è di 72,75 mN/m a 20 °C, che diminuisce con l'aumento della temperatura, mentre l'energia superficiale dei solidi rimane sostanzialmente invariata, generalmente inferiore a 100 mN/m. Solitamente i metalli e i loro ossidi, sali inorganici, ecc. sono facilmente bagnabili, ovvero hanno un'elevata energia superficiale. L'energia superficiale dei solidi organici e dei polimeri è paragonabile a quella dei liquidi generici, definita a bassa energia superficiale, ma varia con la dimensione delle particelle solide e il grado di porosità. Minore è la dimensione delle particelle, maggiore è il grado di porosità e la porosità superficiale dipende dal substrato. Maggiore è l'energia, maggiore è la dimensione delle particelle del colorante. Pertanto, la dimensione delle particelle del colorante deve essere piccola. Dopo che il colorante viene elaborato mediante processi industriali come la salatura e la macinazione in diversi mezzi, la dimensione delle particelle del colorante diventa più fine, la cristallinità si riduce e la fase cristallina cambia, il che migliora l'energia superficiale del colorante e facilita la bagnabilità.

Trattamento di solubilità dei coloranti acidi
Con l'impiego di un rapporto di bagno ridotto e della tecnologia di tintura continua, il grado di automazione nella stampa e nella tintura è stato costantemente migliorato. L'avvento di riempitori e paste automatici e l'introduzione di coloranti liquidi richiedono la preparazione di bagni di tintura e paste da stampa ad alta concentrazione e stabilità. Tuttavia, la solubilità dei coloranti acidi, reattivi e diretti nei prodotti di tintura domestici è di soli 100 g/L circa, soprattutto per i coloranti acidi. Alcune varietà raggiungono addirittura i 20 g/L circa. La solubilità del colorante è correlata alla sua struttura molecolare. Maggiore è il peso molecolare e minore è il numero di gruppi solfonici, minore è la solubilità; in caso contrario, maggiore è la solubilità. Inoltre, la lavorazione commerciale dei coloranti è estremamente importante, inclusi il metodo di cristallizzazione del colorante, il grado di macinazione, la granulometria, l'aggiunta di additivi, ecc., che influiscono sulla solubilità del colorante. Più il colorante è facilmente ionizzabile, maggiore è la sua solubilità in acqua. Tuttavia, la commercializzazione e la standardizzazione dei coloranti tradizionali si basano su un'elevata quantità di elettroliti, come solfato di sodio e sale. Un'elevata quantità di Na+ in acqua riduce la solubilità del colorante in acqua. Pertanto, per migliorare la solubilità dei coloranti idrosolubili, è innanzitutto consigliabile non aggiungere elettroliti ai coloranti commerciali.

Additivi e solubilità
⑴ Composto alcolico e cosolvente ureico
Poiché i coloranti idrosolubili contengono un certo numero di gruppi di acido solfonico e gruppi di acido carbossilico, le particelle di colorante si dissociano facilmente in soluzione acquosa e presentano una certa carica negativa. Quando viene aggiunto il cosolvente contenente il gruppo che forma il legame idrogeno, si forma uno strato protettivo di ioni idratati sulla superficie degli ioni del colorante, che favorisce la ionizzazione e la dissoluzione delle molecole di colorante, migliorandone la solubilità. Polioli come dietilenglicole etere, tiodietanolo, polietilenglicole, ecc. sono solitamente utilizzati come solventi ausiliari per i coloranti idrosolubili. Poiché possono formare un legame idrogeno con il colorante, la superficie dello ione del colorante forma uno strato protettivo di ioni idratati, che impedisce l'aggregazione e l'interazione intermolecolare delle molecole di colorante e favorisce la ionizzazione e la dissociazione del colorante.
⑵Tensioattivo non ionico
L'aggiunta di un tensioattivo non ionico al colorante può indebolire la forza di legame tra le molecole del colorante e tra le molecole stesse, accelerare la ionizzazione e far sì che le molecole del colorante formino micelle in acqua, con una buona disperdibilità. I ​​coloranti polari formano micelle. Le molecole solubilizzanti, come il poliossietilene etere o l'estere, formano una rete di compatibilizzazione tra le molecole per migliorarne la solubilità. Tuttavia, se la molecola del cosolvente è priva di un forte gruppo idrofobico, l'effetto di dispersione e solubilizzazione sulla micella formata dal colorante sarà debole e la solubilità non aumenterà in modo significativo. Pertanto, è consigliabile scegliere solventi contenenti anelli aromatici in grado di formare legami idrofobici con i coloranti. Ad esempio, l'alchilfenolo poliossietilene etere, l'emulsionante estere di poliossietilene sorbitano e altri come il polialchilfenilfenolo poliossietilene etere.
⑶ disperdente ligninsolfonato
Il disperdente ha una grande influenza sulla solubilità del colorante. La scelta di un buon disperdente in base alla struttura del colorante contribuirà notevolmente a migliorarne la solubilità. Nei coloranti idrosolubili, svolge un ruolo importante nel prevenire l'adsorbimento reciproco (forza di van der Waals) e l'aggregazione tra le molecole del colorante. Il ligninsolfonato è il disperdente più efficace, e in Cina sono in corso ricerche su questo argomento.
La struttura molecolare dei coloranti dispersi non contiene gruppi idrofilici forti, ma solo gruppi debolmente polari, quindi hanno solo una debole idrofilia e la solubilità effettiva è molto bassa. La maggior parte dei coloranti dispersi si dissolve in acqua solo a 25 °C. 1-10 mg/L.
La solubilità dei coloranti dispersi è correlata ai seguenti fattori:
Struttura molecolare
La solubilità dei coloranti dispersi in acqua aumenta al diminuire della parte idrofobica della molecola del colorante e all'aumentare della parte idrofila (la qualità e la quantità dei gruppi polari). Vale a dire, la solubilità dei coloranti con massa molecolare relativa relativamente piccola e più gruppi polari deboli come -OH e -NH2 sarà maggiore. I coloranti con massa molecolare relativa maggiore e meno gruppi debolmente polari hanno una solubilità relativamente bassa. Ad esempio, il Rosso Disperso (I), con M=321, ha una solubilità inferiore a 0,1 mg/L a 25°C e una solubilità di 1,2 mg/L a 80°C. Il Rosso Disperso (II), con M=352, ha una solubilità a 25°C di 7,1 mg/L e una solubilità a 80°C di 240 mg/L.
Disperdente
Nei coloranti dispersi in polvere, il contenuto di coloranti puri è generalmente compreso tra il 40% e il 60%, mentre il resto è costituito da disperdenti, agenti antipolvere, agenti protettivi, solfato di sodio, ecc. Tra questi, il disperdente rappresenta una percentuale maggiore.
Il disperdente (agente di diffusione) può rivestire i fini granuli cristallini del colorante in particelle colloidali idrofile e disperderli stabilmente in acqua. Una volta superata la concentrazione critica di micelle, si formeranno anche micelle, che ridurranno parte dei minuscoli granuli cristallini del colorante. Disciolti nelle micelle, si verifica il cosiddetto fenomeno di "solubilizzazione", aumentando così la solubilità del colorante. Inoltre, migliore è la qualità del disperdente e maggiore è la sua concentrazione, maggiore sarà l'effetto di solubilizzazione e di solubilizzazione.
È importante notare che l'effetto di solubilizzazione del disperdente sui coloranti dispersi di diversa struttura è diverso e molto ampio; l'effetto di solubilizzazione del disperdente sui coloranti dispersi diminuisce con l'aumentare della temperatura dell'acqua, che è esattamente lo stesso effetto della temperatura dell'acqua sui coloranti dispersi. L'effetto della solubilità è opposto.
Dopo che le particelle cristalline idrofobiche del colorante disperso e il disperdente formano particelle colloidali idrofile, la stabilità della dispersione sarà significativamente migliorata. Inoltre, queste particelle colloidali svolgono il ruolo di "fornitori" di coloranti durante il processo di tintura. Infatti, dopo che le molecole di colorante allo stato disciolto vengono assorbite dalla fibra, il colorante "immagazzinato" nelle particelle colloidali verrà rilasciato in tempo per mantenere l'equilibrio di dissoluzione del colorante.
Lo stato del colorante disperso nella dispersione
1-molecola disperdente
2-Cristalliti coloranti (solubilizzazione)
micella 3-disperdente
4-Molecola singola di colorante (disciolta)
Grana a 5 coloranti
base lipofila 6-disperdente
base idrofila 7-disperdente
ione 8-sodio (Na+)
9-aggregati di cristalliti coloranti
Tuttavia, se la "coesione" tra il colorante e il disperdente è troppo elevata, la "fornitura" della singola molecola di colorante risulterà in ritardo o si verificherà il fenomeno di "offerta superiore alla domanda". Di conseguenza, la velocità di tintura verrà ridotta e la percentuale di tintura bilanciata, con conseguente tintura lenta e colore chiaro.
Si può notare che quando si selezionano e si utilizzano i disperdenti, non si deve considerare solo la stabilità della dispersione del colorante, ma anche l'influenza sul colore del colorante.
(3) Temperatura della soluzione di tintura
La solubilità dei coloranti dispersi in acqua aumenta con l'aumentare della temperatura. Ad esempio, la solubilità del Giallo Disperso in acqua a 80 °C è 18 volte superiore a quella a 25 °C. La solubilità del Rosso Disperso in acqua a 80 °C è 33 volte superiore a quella a 25 °C. La solubilità del Blu Disperso in acqua a 80 °C è 37 volte superiore a quella a 25 °C. Se la temperatura dell'acqua supera i 100 °C, la solubilità dei coloranti dispersi aumenterà ulteriormente.
Ecco un promemoria speciale: questa proprietà di dissoluzione dei coloranti dispersi può nascondere pericoli nelle applicazioni pratiche. Ad esempio, quando il liquido colorante viene riscaldato in modo non uniforme, il liquido ad alta temperatura fluisce verso il punto in cui la temperatura è più bassa. Con la diminuzione della temperatura dell'acqua, il liquido colorante diventa sovrasaturato e il colorante disciolto precipita, causando la crescita di granuli di cristalli di colorante e la diminuzione della solubilità, con conseguente riduzione dell'assorbimento del colorante.
(quattro) forma cristallina del colorante
Alcuni coloranti dispersi presentano il fenomeno dell'"isomorfismo". Ciò significa che lo stesso colorante disperso, a causa delle diverse tecnologie di dispersione utilizzate nel processo di produzione, formerà diverse forme cristalline, come aghi, bastoncini, scaglie, granuli e blocchi. Durante il processo di applicazione, soprattutto quando si tinge a 130 °C, la forma cristallina più instabile si trasformerà in quella più stabile.
Vale la pena notare che la forma cristallina più stabile ha una maggiore solubilità, mentre la forma cristallina meno stabile ha una solubilità relativamente inferiore. Ciò influirà direttamente sulla velocità e sulla percentuale di assorbimento del colorante.
(5) Dimensione delle particelle
In genere, i coloranti con particelle piccole hanno un'elevata solubilità e una buona stabilità di dispersione. I coloranti con particelle grandi hanno una solubilità inferiore e una stabilità di dispersione relativamente scarsa.
Attualmente, la dimensione delle particelle dei coloranti dispersi domestici è generalmente compresa tra 0,5 e 2,0 μm (Nota: la dimensione delle particelle della tintura per immersione richiede 0,5 e 1,0 μm).