Les colorants acides, les colorants directs et les colorants réactifs sont tous des colorants hydrosolubles. La production en 2001 était respectivement de 30 000 tonnes, 20 000 tonnes et 45 000 tonnes. Toutefois, depuis longtemps, les entreprises de teinture chinoises accordent davantage d'attention au développement et à la recherche de nouveaux colorants structurels, tandis que la recherche sur le post-traitement des colorants est relativement faible. Les réactifs de normalisation couramment utilisés pour les colorants hydrosolubles comprennent le sulfate de sodium (sulfate de sodium), la dextrine, les dérivés d'amidon, le saccharose, l'urée, le sulfonate de naphtalène formaldéhyde, etc. Ces réactifs de normalisation sont mélangés au colorant d'origine en proportion pour obtenir la résistance requise. mais ils ne peuvent pas répondre aux besoins des différents processus d’impression et de teinture dans l’industrie de l’impression et de la teinture. Bien que les diluants de colorant mentionnés ci-dessus soient relativement peu coûteux, ils ont une mouillabilité et une solubilité dans l'eau médiocres, ce qui rend difficile leur adaptation aux besoins du marché international et ne peuvent être exportés que sous forme de colorants originaux. Par conséquent, lors de la commercialisation de colorants hydrosolubles, la mouillabilité et la solubilité dans l’eau des colorants sont des problèmes qui doivent être résolus de toute urgence et il faut compter sur les additifs correspondants.

Traitement de mouillabilité des colorants
D'une manière générale, le mouillage est le remplacement d'un fluide (qui devrait être un gaz) à la surface par un autre fluide. Plus précisément, l'interface poudre ou granulaire doit être une interface gaz/solide, et le processus de mouillage se produit lorsque le liquide (eau) remplace le gaz à la surface des particules. On peut voir que le mouillage est un processus physique entre les substances à la surface. Lors du post-traitement des teintures, le mouillage joue souvent un rôle important. Généralement, le colorant est transformé en un état solide, tel qu'une poudre ou un granulé, qui doit être mouillé pendant l'utilisation. Par conséquent, la mouillabilité du colorant affectera directement l’effet d’application. Par exemple, pendant le processus de dissolution, le colorant est difficile à mouiller et il n'est pas souhaitable de flotter sur l'eau. Avec l’amélioration continue des exigences de qualité des colorants aujourd’hui, les performances de mouillage sont devenues l’un des indicateurs permettant de mesurer la qualité des colorants. L'énergie de surface de l'eau est de 72,75 mN/m à 20 ℃, ce qui diminue avec l'augmentation de la température, tandis que l'énergie de surface des solides est fondamentalement inchangée, généralement inférieure à 100 mN/m. Habituellement, les métaux et leurs oxydes, sels inorganiques, etc. sont faciles à mouiller par voie humide, ce qu'on appelle une énergie de surface élevée. L'énergie de surface des matières organiques solides et des polymères est comparable à celle des liquides en général, appelée faible énergie de surface, mais elle change en fonction de la taille des particules solides et du degré de porosité. Plus la taille des particules est petite, plus le degré de formation poreuse est élevé et la surface. Plus l'énergie est élevée, la taille dépend du substrat. Par conséquent, la taille des particules du colorant doit être petite. Une fois le colorant traité par un traitement commercial tel que le relargage et le broyage dans différents milieux, la taille des particules du colorant devient plus fine, la cristallinité est réduite et la phase cristalline change, ce qui améliore l'énergie de surface du colorant et facilite le mouillage.

Traitement de solubilité des colorants acides
Grâce à l'utilisation d'un faible rapport de bain et d'une technologie de teinture continue, le degré d'automatisation de l'impression et de la teinture a été continuellement amélioré. L’émergence de charges et de pâtes automatiques et l’introduction de colorants liquides nécessitent la préparation de liqueurs colorantes et de pâtes d’impression à haute concentration et de haute stabilité. Cependant, la solubilité des colorants acides, réactifs et directs dans les produits de teinture domestiques n'est qu'environ 100 g/L, en particulier pour les colorants acides. Certaines variétés ne pèsent même que 20 g/L environ. La solubilité du colorant est liée à la structure moléculaire du colorant. Plus le poids moléculaire est élevé et moins il y a de groupes acide sulfonique, plus la solubilité est faible ; sinon, plus il est élevé. De plus, le traitement commercial des colorants est extrêmement important, notamment la méthode de cristallisation du colorant, le degré de broyage, la taille des particules, l'ajout d'additifs, etc., qui affecteront la solubilité du colorant. Plus le colorant s’ionise facilement, plus sa solubilité dans l’eau est élevée. Cependant, la commercialisation et la standardisation des colorants traditionnels reposent sur une grande quantité d’électrolytes, comme le sulfate de sodium et le sel. Une grande quantité de Na+ dans l’eau réduit la solubilité du colorant dans l’eau. Par conséquent, pour améliorer la solubilité des colorants solubles dans l’eau, n’ajoutez pas d’électrolyte aux colorants commerciaux.

Additifs et solubilité
⑴ Composé d'alcool et cosolvant d'urée
Étant donné que les colorants hydrosolubles contiennent un certain nombre de groupes acide sulfonique et de groupes acide carboxylique, les particules de colorant se dissocient facilement en solution aqueuse et portent une certaine quantité de charge négative. Lorsque le co-solvant contenant le groupe formant une liaison hydrogène est ajouté, une couche protectrice d'ions hydratés se forme à la surface des ions du colorant, ce qui favorise l'ionisation et la dissolution des molécules du colorant pour améliorer la solubilité. Les polyols tels que l'éther de diéthylèneglycol, le thiodiéthanol, le polyéthylèneglycol, etc. sont généralement utilisés comme solvants auxiliaires pour les colorants hydrosolubles. Parce qu'ils peuvent former une liaison hydrogène avec le colorant, la surface de l'ion du colorant forme une couche protectrice d'ions hydratés, qui empêche l'agrégation et l'interaction intermoléculaire des molécules du colorant et favorise l'ionisation et la dissociation du colorant.
⑵Surfactant non ionique
L'ajout d'un certain tensioactif non ionique au colorant peut affaiblir la force de liaison entre les molécules de colorant et entre les molécules, accélérer l'ionisation et amener les molécules de colorant à former des micelles dans l'eau, qui ont une bonne dispersibilité. Les colorants polaires forment des micelles. Les molécules solubilisantes forment un réseau de compatibilisation entre les molécules pour améliorer la solubilité, comme l'éther ou l'ester de polyoxyéthylène. Cependant, si la molécule de co-solvant ne possède pas de groupe hydrophobe puissant, l'effet de dispersion et de solubilisation sur la micelle formée par le colorant sera faible et la solubilité n'augmentera pas de manière significative. Par conséquent, essayez de choisir des solvants contenant des cycles aromatiques capables de former des liaisons hydrophobes avec les colorants. Par exemple, l'éther d'alkylphénol polyoxyéthylène, l'émulsifiant ester de polyoxyéthylène sorbitan et d'autres tels que l'éther de polyalkylphénylphénol polyoxyéthylène.
⑶ dispersant lignosulfonate
Le dispersant a une grande influence sur la solubilité du colorant. Choisir un bon dispersant en fonction de la structure du colorant contribuera grandement à améliorer la solubilité du colorant. Dans les colorants hydrosolubles, il joue un certain rôle dans la prévention de l’adsorption mutuelle (force de Van der Waals) et de l’agrégation entre les molécules de colorant. Le lignosulfonate est le dispersant le plus efficace, et des recherches sont en cours à ce sujet en Chine.
La structure moléculaire des colorants dispersés ne contient pas de groupes hydrophiles forts, mais seulement des groupes faiblement polaires, elle n'a donc qu'une faible hydrophilie et la solubilité réelle est très faible. La plupart des colorants dispersés ne peuvent se dissoudre que dans l’eau à 25 ℃. 1 ~ 10 mg/L.
La solubilité des colorants dispersés est liée aux facteurs suivants :
Structure moléculaire
« La solubilité des colorants dispersés dans l’eau augmente à mesure que la partie hydrophobe de la molécule de colorant diminue et que la partie hydrophile (la qualité et la quantité des groupes polaires) augmente. C’est-à-dire que la solubilité des colorants ayant une masse moléculaire relative relativement faible et des groupes polaires plus faibles tels que -OH et -NH2 sera plus élevée. Les colorants ayant une masse moléculaire relative plus grande et moins de groupes faiblement polaires ont une solubilité relativement faible. Par exemple, Disperse Red (I), son M=321, la solubilité est inférieure à 0,1 mg/L à 25 ℃ et la solubilité est de 1,2 mg/L à 80 ℃. Disperse Red (II), M = 352, la solubilité à 25 ℃ est de 7,1 mg/L et la solubilité à 80 ℃ est de 240 mg/L.
Dispersant
Dans les colorants dispersés en poudre, la teneur en colorants purs est généralement de 40 % à 60 %, le reste étant constitué de dispersants, d'agents anti-poussière, d'agents de protection, de sulfate de sodium, etc. Parmi eux, le dispersant représente une proportion plus importante.
Le dispersant (agent de diffusion) peut enrober les fins grains cristallins du colorant en particules colloïdales hydrophiles et les disperser de manière stable dans l'eau. Une fois la concentration critique de micelles dépassée, des micelles se formeront également, ce qui réduira une partie des minuscules grains de cristaux de colorant. Dissous dans les micelles, le phénomène dit de « solubilisation » se produit, augmentant ainsi la solubilité du colorant. De plus, plus la qualité du dispersant est élevée et plus la concentration est élevée, plus l'effet de solubilisation et de solubilisation est important.
Il convient de noter que l’effet de solubilisation du dispersant sur les colorants dispersés de différentes structures est différent et que la différence est très grande ; l'effet de solubilisation du dispersant sur les colorants dispersés diminue avec l'augmentation de la température de l'eau, ce qui est exactement le même que l'effet de la température de l'eau sur les colorants dispersés. L'effet de la solubilité est opposé.
Une fois que les particules cristallines hydrophobes du colorant dispersé et le dispersant forment des particules colloïdales hydrophiles, sa stabilité de dispersion sera considérablement améliorée. De plus, ces particules colloïdales de colorant jouent le rôle de « fourniture » de colorants lors du processus de teinture. Parce qu'une fois que les molécules de colorant à l'état dissous sont absorbées par la fibre, le colorant « stocké » dans les particules colloïdales sera libéré à temps pour maintenir l'équilibre de dissolution du colorant.
L'état du colorant dispersé dans la dispersion
Molécule 1-dispersante
Cristallite à 2 colorants (solubilisation)
micelle à 3 dispersants
Molécule unique à 4 colorants (dissoute)
Grain 5-teinture
Base lipophile 6-dispersante
Base hydrophile à 7 dispersants
Ion 8-sodium (Na+)
9-agrégats de cristallites colorantes
Cependant, si la « cohésion » entre le colorant et le dispersant est trop grande, « l’offre » de la molécule unique du colorant sera à la traîne ou le phénomène « d’offre dépasse la demande ». Par conséquent, cela réduira directement le taux de teinture et équilibrera le pourcentage de teinture, ce qui entraînera une teinture lente et une couleur claire.
On peut constater que lors de la sélection et de l'utilisation de dispersants, il convient de prendre en compte non seulement la stabilité de la dispersion du colorant, mais également son influence sur la couleur du colorant.
(3) Température de la solution de teinture
La solubilité des colorants dispersés dans l’eau augmente avec l’augmentation de la température de l’eau. Par exemple, la solubilité du Disperse Yellow dans l’eau à 80°C est 18 fois supérieure à celle à 25°C. La solubilité du Disperse Red dans l’eau à 80°C est 33 fois supérieure à celle à 25°C. La solubilité du Disperse Blue dans l’eau à 80°C est 37 fois supérieure à celle à 25°C. Si la température de l’eau dépasse 100°C, la solubilité des colorants dispersés augmentera encore plus.
Voici un rappel spécial : cette propriété dissolvante des colorants dispersés entraînera des dangers cachés dans les applications pratiques. Par exemple, lorsque la liqueur de teinture est chauffée de manière inégale, la liqueur de teinture à haute température s'écoule vers l'endroit où la température est basse. À mesure que la température de l'eau diminue, la liqueur de colorant devient sursaturée et le colorant dissous précipitera, provoquant la croissance de grains de cristaux de colorant et une diminution de la solubilité. , ce qui entraîne une absorption réduite du colorant.
(quatre) forme de cristal de colorant
Certains colorants dispersés présentent le phénomène « d’isomorphisme ». Autrement dit, le même colorant dispersé, en raison de la technologie de dispersion différente dans le processus de fabrication, formera plusieurs formes cristallines, telles que des aiguilles, des tiges, des flocons, des granules et des blocs. Lors du processus d'application, en particulier lors de la teinture à 130°C, la forme cristalline la plus instable se transformera en une forme cristalline plus stable.
Il convient de noter que la forme cristalline la plus stable a une plus grande solubilité et que la forme cristalline la moins stable a relativement moins de solubilité. Cela affectera directement le taux d’absorption du colorant et le pourcentage d’absorption du colorant.
(5) Taille des particules
Généralement, les colorants contenant de petites particules ont une solubilité élevée et une bonne stabilité de dispersion. Les colorants contenant de grosses particules ont une solubilité plus faible et une stabilité de dispersion relativement médiocre.
À l'heure actuelle, la taille des particules des colorants dispersés domestiques est généralement de 0,5 à 2,0 μm (Remarque : la taille des particules de la teinture par immersion nécessite 0,5 à 1,0 μm).