酸性染料溶解度提升方法

    酸性染料、直接染料和活性染料都是水溶性染料，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，但它们满足不了印染行业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，只能以原染料出口。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。

    染料的润湿性处理

    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。

    酸性染料的溶解性处理

    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。

    助剂的添加与溶解性

    ⑴醇类化合物和尿素类助溶剂

    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。

    ⑵非离子表面活性剂

    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。

    ⑶木质素磺酸盐分散剂

    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。

    分散染料溶解度的高低与以下因素有关：

    （一）分子结构

    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。

    （二）分散剂

    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。

    分散染料在分散液中的存在状态

    1-分散剂分子

    2-染料微晶(增溶)

    3-分散剂胶束

    4-染料单分子(溶解)

    5-染料晶粒

    6-分散剂亲油基

    7-分散剂亲水基

    8-钠离子(Na+)

    9-染料微晶的聚集体‍

    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。

    (三)染液温度

    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。

    (四)染料晶型

    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。

    (五)颗粒大小

    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0.5～2.0μm(注：浸染要求粒径为0.5～1.0μm)。