Reaktiiviset väriaineet liukenevat veteen erittäin hyvin. Ne liukenevat veteen pääasiassa väriainemolekyylin sulfonihapporyhmän avulla. Mesolämpötilan reaktiivisissa väriaineissa, jotka sisältävät vinyylisulfoniryhmiä, sulfonihapporyhmän lisäksi myös β-etyylisulfonyylisulfaatti on erittäin hyvin liukeneva ryhmä.

Vesiliuoksessa sulfonihapporyhmän ja etyylisulfonisulfaattiryhmän natriumionit hydratoituvat, jolloin väriaine muodostaa anionin ja liukenee veteen. Reaktiivisen väriaineen värjäytyminen riippuu kuidulle värjättävän väriaineen anionista.

Reaktiivisten väriaineiden liukoisuus on yli 100 g/l, useimpien väriaineiden liukoisuus on 200–400 g/l, ja joidenkin väriaineiden liukoisuus voi olla jopa 450 g/l. Värjäysprosessin aikana väriaineen liukoisuus kuitenkin heikkenee useista syistä (tai voi jopa muuttua täysin liukenemattomaksi). Kun väriaineen liukoisuus heikkenee, osa väriaineesta muuttuu yksittäisestä vapaasta anionista hiukkasiksi hiukkasten välisen suuren varauksen hylkimisen vuoksi. Kun liukoisuus heikkenee, hiukkaset ja hiukkaset vetävät toisiaan puoleensa ja muodostavat agglomeraation. Tällaisessa agglomeraatiossa väriainehiukkaset ensin kerääntyvät agglomeraateiksi, sitten agglomeraateiksi ja lopulta flokeiksi. Vaikka flokit ovat eräänlainen irtonainen kokonaisuus, ympäröivää sähköistä kaksoiskerrosta on yleensä vaikea hajottaa leikkausvoiman vaikutuksesta väriaineen kiertäessä, ja flokit saostuvat helposti kankaalle, mikä johtaa pinnan värjäytymiseen tai tahriintumiseen.

Kun väriaine on näin agglomeroitunut, värinkesto heikkenee merkittävästi ja samalla se aiheuttaa eriasteisia tahroja, läiskiä ja jälkiä. Joillakin väriaineilla flokkulaatio kiihdyttää entisestään kokoonpanoa väriliuoksen leikkausvoiman alaisena, mikä aiheuttaa kuivumista ja suolautumista. Kun suolautuminen tapahtuu, värjätty väri muuttuu erittäin vaaleaksi tai jopa värjäämättömäksi, vaikka se olisi värjätty, se aiheuttaa vakavia väriläiskiä ja jälkiä.

Väriaineen aggregaation syyt

Tärkein syy on elektrolyytti. Värjäysprosessissa tärkein elektrolyytti on värjäyskiihdytin (natriumsuola ja suola). Värjäyskiihdytin sisältää natriumioneja, ja värimolekyylissä olevien natriumionien määrä on paljon pienempi kuin värjäyskiihdyttimen. Natriumionien määrä, joka vastaa normaalia värjäysprosessissa käytettävän värjäyskiihdyttimen pitoisuutta, ei juurikaan vaikuta väriaineen liukoisuuteen värjäysliuokseen.

Kuitenkin, kun värikiihdyttimen määrä kasvaa, natriumionien pitoisuus liuoksessa kasvaa vastaavasti. Liikaa natriumioneja estää natriumionien ionisaation värimolekyylin liuenneessa ryhmässä, mikä vähentää väriaineen liukoisuutta. Yli 200 g/l:n pitoisuuden jälkeen useimmilla väriaineilla on eriasteisia agglomeraatioita. Kun värikiihdyttimen pitoisuus ylittää 250 g/l, agglomeraatioaste voimistuu, ensin muodostuen agglomeraatteja ja sitten väriaineliuoksessa. Agglomeraatit ja flokkulat muodostuvat nopeasti, ja jotkut heikosti liukenevat väriaineet suolautuvat osittain pois tai jopa dehydratoituvat. Eri molekyylirakenteisilla väriaineilla on erilaiset agglomeraationesto- ja suolautumisenesto-ominaisuudet. Mitä alhaisempi liukoisuus, sitä paremmat agglomeraationesto- ja suolansieto-ominaisuudet. Sitä huonompi on analyyttinen suorituskyky.

Väriaineen liukoisuus määräytyy pääasiassa väriainemolekyylin sulfonihapporyhmien lukumäärän ja β-etyylisulfonisulfaattien lukumäärän perusteella. Samalla, mitä suurempi väriainemolekyylin hydrofiilisyys on, sitä suurempi on liukoisuus ja sitä pienempi on hydrofiilisyys. Mitä pienempi on liukoisuus. (Esimerkiksi atsorakenteen omaavat väriaineet ovat hydrofiilisempiä kuin heterosyklisen rakenteen omaavat väriaineet.) Lisäksi, mitä suurempi väriaineen molekyylirakenne on, sitä pienempi on liukoisuus, ja mitä pienempi molekyylirakenne on, sitä suurempi on liukoisuus.

Reaktiivisten väriaineiden liukoisuus
Se voidaan karkeasti jakaa neljään luokkaan:

Luokan A väriaineet, jotka sisältävät dietyylisulfonisulfaattia (eli vinyylisulfonia) ja kolmea reaktiivista ryhmää (monoklooritriatsiini + divinyylisulfoni), liukenevat parhaiten. Tällaisia ​​väriaineita ovat esimerkiksi Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB ja Golden: RNL. Lisäksi kaikki reaktiiviset mustat, jotka on valmistettu sekoittamalla Yuanqing B -värejä, jotka sisältävät kolme reaktiivista ryhmää, kuten ED- ja Ciba S -tyyppiset väriaineet. Näiden väriaineiden liukoisuus on enimmäkseen noin 400 g/l.

Luokka B, väriaineet, jotka sisältävät heterobireaktiivisia ryhmiä (monoklooritriatsiini + vinyylisulfoni), kuten keltainen 3RS, punainen 3BS, punainen 6B, punainen GWF, RR kolme pääväriä, RGB kolme pääväriä jne. Niiden liukoisuus perustuu 200–300 grammaan. Meta-esterin liukoisuus on suurempi kuin para-esterin.

Tyyppi C: Tummansininen, joka on myös heterobireaktiivinen ryhmä: BF, tummansininen 3GF, tummansininen 2GFN, punainen RBN, punainen F2B jne. Vähemmän sulfonihapporyhmien tai suuremman molekyylipainon vuoksi sen liukoisuus on myös alhainen, vain 100–200 g/l. Luokka D: Monovinyylisulfoniryhmällä ja heterosyklisellä rakenteella varustetut väriaineet, joilla on alhaisin liukoisuus, kuten Brilliant Blue KN-R, Turquoise Blue G, Bright Yellow 4GL, Violet 5R, Blue BRF, Brilliant Orange F2R, Brilliant Red F2G jne. Tämän tyyppisen väriaineen liukoisuus on vain noin 100 g/l. Tämän tyyppinen väriaine on erityisen herkkä elektrolyyteille. Kun tämäntyyppinen väriaine on agglomeroitunut, sen ei tarvitse edes käydä läpi flokkulaatioprosessia eli suoraa suolautumista.

Normaalissa värjäysprosessissa värikiihdyttimen enimmäismäärä on 80 g/l. Vain tummat värit vaativat näin suuren värikiihdyttimen pitoisuuden. Kun väriaineen pitoisuus värjäyskylvyssä on alle 10 g/l, useimmat reaktiiviset väriaineet liukenevat silti hyvin tässä pitoisuudessa eivätkä kasaannu. Ongelma on kuitenkin astiassa. Normaalissa värjäysprosessissa väriaine lisätään ensin, ja kun se on täysin laimennettu kylvyssä tasaiseksi, lisätään värikiihdytin. Värjäyskiihdytin viimeistelee liukenemisprosessin astiassa.

Toimi seuraavan prosessin mukaisesti

Oletus: värjäyspitoisuus on 5 %, liuossuhde on 1:10, kankaan paino on 350 kg (kaksoisputkinen nestevirtaus), vedenpinta on 3,5 T, natriumsulfaattia on 60 g/litra, natriumsulfaatin kokonaismäärä on 200 kg (50 kg/pakkaus, yhteensä 4 pakkausta) (Materiaalisäiliön tilavuus on yleensä noin 450 litraa). Natriumsulfaatin liuottamisessa käytetään usein väriainesäiliön palautusjäähdytysnestettä. Palautusneste sisältää aiemmin lisätyn väriaineen. Yleensä materiaalisäiliöön laitetaan ensin 300 litran palautusjäähdytysnestettä ja sitten kaadetaan kaksi pakettia natriumsulfaattia (100 kg).

Ongelmana on, että useimmat väriaineet agglomeroituvat vaihtelevassa määrin tässä natriumsulfaattipitoisuudessa. Näistä C-tyypin väriaine agglomeroituu voimakkaasti, ja D-väriaine ei ainoastaan ​​agglomeroidu, vaan jopa suolautuu. Vaikka yleinen käyttäjä noudattaa menettelyä ja lisää natriumsulfaattiliuosta hitaasti materiaalisäiliöstä värisäiliöön pääkiertopumpun kautta, 300 litran natriumsulfaattiliuoksessa oleva väriaine on kuitenkin muodostanut flokkeja ja jopa suolautunut.

Kun kaikki materiaalisäiliön liuos on täytetty värjäyssäiliöön, on selvästi havaittavissa, että säiliön seinämällä ja pohjalla on kerros rasvaisia ​​väriainehiukkasia. Jos nämä väriainehiukkaset kaavitaan pois ja laitetaan puhtaaseen veteen, niiden liukeneminen uudelleen on yleensä vaikeaa. Itse asiassa värjäyssäiliöön tulevat 300 litraa liuosta ovat kaikki tällaisia.

Muista, että Yuanming-jauhetta on myös kaksi pakkausta, jotka liuotetaan ja täytetään uudelleen väriainesäiliöön tällä tavalla. Tämän jälkeen tahroja, jälkiä ja jälkiä syntyy väistämättä, ja värinkesto heikkenee merkittävästi pinnan värjäytymisen vuoksi, vaikka selvää flokkulaatiota tai suolautumista ei olisikaan. A- ja B-luokan väreissä, joilla on korkeampi liukoisuus, esiintyy myös väriaineen agglomeraatiota. Vaikka nämä väriaineet eivät ole vielä muodostaneet flokkulaatiota, ainakin osa väriaineista on jo muodostanut agglomeraatteja.

Näitä aggregaatteja on vaikea tunkeutua kuituun. Koska puuvillakuidun amorfinen alue sallii vain monoioniväriaineiden tunkeutumisen ja diffuusion, aggregaatit eivät pääse kuidun amorfiseen vyöhykkeeseen. Ne voivat adsorboitua vain kuidun pintaan. Myös värinkesto heikkenee merkittävästi, ja vakavissa tapauksissa esiintyy myös väritahroja ja tahroja.

Reaktiivisten väriaineiden liukenemisaste liittyy emäksisiin aineisiin

Kun emäksinen aine lisätään, reaktiivisen väriaineen β-etyylisulfonisulfaatti käy läpi eliminaatioreaktion muodostaen varsinaista vinyylisulfonia, joka liukenee erittäin hyvin geeneihin. Koska eliminaatioreaktio vaatii hyvin vähän emäksisiä aineita (usein vain alle 1/10 prosessiannoksesta), mitä enemmän emäksistä annosta lisätään, sitä enemmän väriaineita eliminoi reaktion. Kun eliminaatioreaktio tapahtuu, myös väriaineen liukoisuus vähenee.

Sama alkaliaine on myös vahva elektrolyytti ja sisältää natriumioneja. Siksi liiallinen alkaliaineen pitoisuus aiheuttaa myös vinyylisulfonia muodostaneen väriaineen agglomeroitumisen tai jopa suolautumisen. Sama ongelma esiintyy materiaalisäiliössä. Kun alkaliaine liukenee (esimerkiksi sooda), jos käytetään refluksointiliuosta. Tällöin refluksointineste sisältää jo väriaineen kiihdytintä ja väriainetta normaalissa prosessipitoisuudessa. Vaikka osa väriaineesta on saattanut kulua kuituun, ainakin yli 40 % jäljellä olevasta väriaineesta on väriliuoksessa. Oletetaan, että soodaa kaadetaan käytön aikana ja soodan pitoisuus säiliössä ylittää 80 g/l. Vaikka refluksointinesteen väriaineen kiihdytintä olisi tällä hetkellä 80 g/l, säiliössä oleva väriaine tiivistyy myös. C- ja D-väriaineet voivat jopa suolautua, erityisesti D-väriaineet, vaikka soodan pitoisuus laskisi 20 g/l:aan, paikallista suolautumista tapahtuu. Niistä herkimpiä ovat Brilliant Blue KN.R, Turquoise Blue G ja Supervisor BRF.

Väriaineen agglomeroituminen tai edes suolautuminen ei tarkoita, että väriaine olisi täysin hydrolysoitunut. Jos agglomeroituminen tai suolautuminen johtuu väriaineen kiihdyttimestä, sitä voidaan silti värjätä, kunhan se voidaan liuottaa uudelleen. Mutta jotta se liukenee uudelleen, on tarpeen lisätä riittävä määrä väriaineen apuainetta (kuten ureaa 20 g/l tai enemmän) ja lämpötila on nostettava 90 °C:seen tai korkeampaan sekoittaen riittävästi. Tämä on luonnollisesti erittäin vaikeaa varsinaisessa prosessissa.
Väriaineiden agglomeroitumisen tai suolautumisen estämiseksi astiassa on käytettävä siirtovärjäysprosessia valmistettaessa syviä ja väkeviä värejä heikosti liukeneville C- ja D-väriaineille sekä A- ja B-väriaineille.

Prosessien toiminta ja analysointi

1. Palauta värjäyskiihdytin värjäysastiaan ja kuumenna sitä astiassa, kunnes se liukenee (60–80 ℃). Koska makeassa vedessä ei ole väriainetta, värjäyskiihdyttimellä ei ole affiniteettia kankaaseen. Liuotettu värjäyskiihdytin voidaan täyttää värjäysastiaan mahdollisimman nopeasti.

2. Kun suolaliuosta on kierrätetty 5 minuuttia, värjäyskiihdytin on periaatteessa täysin tasainen, ja sitten lisätään etukäteen liuotettu värjäysliuos. Värjäysliuos on laimennettava refluksointiliuoksella, koska värjäyskiihdyttimen pitoisuus refluksointiliuoksessa on vain 80 grammaa/l, eikä väriaine paakkuunnu. Samalla, koska (suhteellisen alhainen pitoisuus) värjäyskiihdytin ei vaikuta väriaineeseen, värjäysongelma ilmenee. Tällä hetkellä värjäysliuoksen täyttämistä ei tarvitse kontrolloida ajan suhteen, ja se valmistuu yleensä 10–15 minuutissa.

3. Emäksiset aineet tulisi hydratoida mahdollisimman paljon, erityisesti C- ja D-väriaineet. Koska tämäntyyppinen väriaine on erittäin herkkä emäksisille aineille väriä edistävien aineiden läsnä ollessa, emäksisten aineiden liukoisuus on suhteellisen korkea (soodan liukoisuus 60 °C:ssa on 450 g/l). Emäsaineen liuottamiseen tarvittavan puhtaan veden määrän ei tarvitse olla liikaa, mutta emäsliuoksen lisäysnopeuden on oltava prosessin vaatimusten mukainen, ja yleensä on parempi lisätä se vähitellen.

4. A-luokan divinyylisulfoniväriaineiden reaktionopeus on suhteellisen korkea, koska ne ovat erityisen herkkiä emäksisille aineille 60 °C:ssa. Välittömän värin kiinnittymisen ja epätasaisen värin estämiseksi voit lisätä 1/4 emäksisestä aineesta etukäteen alhaisessa lämpötilassa.

Siirtovärjäysprosessissa ainoastaan ​​alkalivärjäysaineen tarvitsee säätää syöttönopeutta. Siirtovärjäysprosessia voidaan soveltaa paitsi lämmitysmenetelmään, myös vakiolämpötilamenetelmään. Vakiolämpötilamenetelmä voi lisätä väriaineen liukoisuutta ja kiihdyttää sen diffuusiota ja tunkeutumista. Kuidun amorfisen alueen turpoamisnopeus 60 °C:ssa on noin kaksi kertaa suurempi kuin 30 °C:ssa. Siksi vakiolämpötilamenetelmä sopii paremmin juustolle ja vyyhdelle. Loimivärjäysmenetelmiin kuuluvat matalan liuossuhteen värjäysmenetelmät, kuten jigivärjäys, jotka vaativat korkeaa tunkeutumista ja diffuusiota tai suhteellisen korkeaa väriainepitoisuutta.

Huomaa, että markkinoilla tällä hetkellä saatavilla oleva natriumsulfaatti on joskus suhteellisen emäksistä ja sen pH-arvo voi nousta 9–10:een. Tämä on erittäin vaarallista. Jos vertaat puhdasta natriumsulfaattia puhtaaseen suolaan, suolalla on suurempi vaikutus väriaineen aggregaatioon kuin natriumsulfaatilla. Tämä johtuu siitä, että ruokasuolan natriumionien ekvivalentti on suurempi kuin samanpainoisen natriumsulfaatin.

Väriaineiden aggregaatio liittyy melkoisesti veden laatuun. Yleensä alle 150 ppm:n kalsium- ja magnesiumionipitoisuuksilla ei ole paljon vaikutusta väriaineiden aggregaatioon. Vedessä olevat raskasmetalli-ionit, kuten rauta- ja alumiini-ionit, mukaan lukien jotkut levämikrobi-organismit, kiihdyttävät kuitenkin väriaineiden aggregaatiota. Esimerkiksi jos rauta-ionien pitoisuus vedessä ylittää 20 ppm, väriaineen koheesionestokyky voi heikentyä merkittävästi ja levien vaikutus on vakavampi.

Kiinnitettynä väriaineen agglomeroitumisen ja suolautumisen kestävyystestillä:

Määritys 1: Punnitse 0,5 g väriainetta ja 25 g natriumsulfaattia tai suolaa ja liuota se 100 ml:aan puhdistettua vettä 25 °C:ssa noin 5 minuutin ajan. Ime liuos tiputusputkella ja tiputa 2 tippaa jatkuvasti samaan kohtaan suodatinpaperille.

Määritys 2: Punnitse 0,5 g väriainetta, 8 g natriumsulfaattia tai suolaa ja 8 g soodaa ja liuota ne 100 ml:aan puhdistettua vettä noin 25 °C:ssa noin 5 minuutin ajan. Imeytä liuosta pipetillä jatkuvasti suodatinpaperille. 2 tippaa.

Yllä olevaa menetelmää voidaan käyttää yksinkertaisesti arvioimaan väriaineen agglomeroitumisenesto- ja suolautumiskykyä, ja periaatteessa voidaan arvioida, mitä värjäysprosessia tulisi käyttää.