Zat warna asam, zat warna langsung, dan zat warna reaktif semuanya merupakan zat warna yang larut dalam air. Produksi pada tahun 2001 masing-masing mencapai 30.000 ton, 20.000 ton, dan 45.000 ton. Namun, selama ini, perusahaan pewarna di negara kita lebih memperhatikan pengembangan dan penelitian zat warna struktural baru, sementara penelitian tentang pengolahan pasca-pewarnaan relatif lemah. Reagen standarisasi yang umum digunakan untuk zat warna yang larut dalam air meliputi natrium sulfat, dekstrin, turunan pati, sukrosa, urea, naftalena formaldehida sulfonat, dan lain-lain. Reagen standarisasi ini dicampur dengan zat warna asli dalam proporsi tertentu untuk mendapatkan kekuatan yang dibutuhkan, tetapi reagen ini tidak dapat memenuhi kebutuhan berbagai proses pencetakan dan pewarnaan dalam industri pencetakan dan pewarnaan. Meskipun pengencer pewarna yang disebutkan di atas relatif murah, namun memiliki daya basah dan kelarutan air yang buruk, sehingga sulit untuk memenuhi kebutuhan pasar internasional dan hanya dapat diekspor sebagai pewarna asli. Oleh karena itu, dalam komersialisasi pewarna larut air, daya basah dan kelarutan air pewarna merupakan masalah yang perlu segera diatasi, dan aditif yang sesuai harus diandalkan.

Perlakuan kemampuan pembasahan pewarna
Secara umum, pembasahan adalah penggantian cairan (sebaiknya gas) di permukaan oleh cairan lain. Secara spesifik, antarmuka bubuk atau butiran seharusnya merupakan antarmuka gas/padat, dan proses pembasahan terjadi ketika cairan (air) menggantikan gas di permukaan partikel. Dapat dilihat bahwa pembasahan adalah proses fisik antara zat-zat di permukaan. Dalam pengolahan pasca-pewarna, pembasahan seringkali memainkan peran penting. Umumnya, pewarna diproses menjadi keadaan padat, seperti bubuk atau butiran, yang perlu dibasahi selama penggunaan. Oleh karena itu, kemampuan pembasahan pewarna akan secara langsung memengaruhi efek aplikasinya. Misalnya, selama proses pelarutan, pewarna yang sulit dibasahi dan mengapung di air tidak diinginkan. Dengan terus meningkatnya persyaratan kualitas pewarna saat ini, kinerja pembasahan telah menjadi salah satu indikator untuk mengukur kualitas pewarna. Energi permukaan air adalah 72,75 mN/m pada suhu 20℃, yang menurun seiring peningkatan suhu, sedangkan energi permukaan zat padat pada dasarnya tidak berubah, umumnya di bawah 100 mN/m. Biasanya logam dan oksida logam, garam anorganik, dll. mudah dibasahi, disebut energi permukaan tinggi. Energi permukaan zat organik padat dan polimer sebanding dengan energi permukaan cairan pada umumnya, yang disebut energi permukaan rendah, tetapi berubah tergantung pada ukuran partikel padat dan derajat porositasnya. Semakin kecil ukuran partikel, semakin besar derajat pembentukan pori, dan semakin tinggi energi permukaannya, tergantung pada ukuran partikel pada substrat. Oleh karena itu, ukuran partikel zat warna harus kecil. Setelah zat warna diproses secara komersial seperti penggaraman dan penggilingan dalam media yang berbeda, ukuran partikel zat warna menjadi lebih halus, kristalinitas berkurang, dan fase kristal berubah, yang meningkatkan energi permukaan zat warna dan mempermudah pembasahan.

Perlakuan kelarutan pewarna asam
Dengan penggunaan rasio rendaman kecil dan teknologi pewarnaan kontinu, tingkat otomatisasi dalam pencetakan dan pewarnaan terus meningkat. Munculnya pengisi dan pasta otomatis, serta pengenalan pewarna cair membutuhkan persiapan larutan pewarna dan pasta cetak dengan konsentrasi tinggi dan stabilitas tinggi. Namun, kelarutan pewarna asam, reaktif, dan langsung dalam produk pewarna domestik hanya sekitar 100 g/L, terutama untuk pewarna asam. Beberapa varietas bahkan hanya sekitar 20 g/L. Kelarutan pewarna berkaitan dengan struktur molekul pewarna. Semakin tinggi berat molekul dan semakin sedikit gugus asam sulfonat, semakin rendah kelarutannya; sebaliknya, semakin tinggi. Selain itu, pengolahan pewarna secara komersial sangat penting, termasuk metode kristalisasi pewarna, tingkat penggilingan, ukuran partikel, penambahan aditif, dll., yang akan memengaruhi kelarutan pewarna. Semakin mudah pewarna terionisasi, semakin tinggi kelarutannya dalam air. Namun, komersialisasi dan standardisasi pewarna tradisional didasarkan pada sejumlah besar elektrolit, seperti natrium sulfat dan garam. Sejumlah besar Na+ dalam air mengurangi kelarutan pewarna dalam air. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kelarutan pewarna yang larut dalam air, pertama-tama jangan menambahkan elektrolit pada pewarna komersial.

Aditif dan kelarutan
⑴ Senyawa alkohol dan kosolven urea
Karena zat warna yang larut dalam air mengandung sejumlah gugus asam sulfonat dan gugus asam karboksilat, partikel zat warna mudah terdisosiasi dalam larutan berair dan membawa sejumlah muatan negatif. Ketika pelarut tambahan yang mengandung gugus pembentuk ikatan hidrogen ditambahkan, lapisan pelindung ion terhidrasi terbentuk di permukaan ion zat warna, yang mendorong ionisasi dan pelarutan molekul zat warna untuk meningkatkan kelarutan. Poliol seperti dietilen glikol eter, tiodietanol, polietilen glikol, dll. biasanya digunakan sebagai pelarut tambahan untuk zat warna yang larut dalam air. Karena dapat membentuk ikatan hidrogen dengan zat warna, permukaan ion zat warna membentuk lapisan pelindung ion terhidrasi, yang mencegah agregasi dan interaksi antarmolekul molekul zat warna, dan mendorong ionisasi dan disosiasi zat warna.
⑵Surfaktan non-ionik
Penambahan surfaktan non-ionik tertentu pada zat warna dapat melemahkan gaya ikat antar molekul zat warna dan antar molekul lainnya, mempercepat ionisasi, dan membuat molekul zat warna membentuk misel dalam air, yang memiliki dispersibilitas yang baik. Zat warna polar membentuk misel. Molekul pelarut membentuk jaringan kompatibilisasi antar molekul untuk meningkatkan kelarutan, seperti polioksietilen eter atau ester. Namun, jika molekul pelarut tambahan tidak memiliki gugus hidrofobik yang kuat, efek dispersi dan pelarutan pada misel yang dibentuk oleh zat warna akan lemah, dan kelarutan tidak akan meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, cobalah untuk memilih pelarut yang mengandung cincin aromatik yang dapat membentuk ikatan hidrofobik dengan zat warna. Misalnya, alkilfenol polioksietilen eter, pengemulsi polioksietilen sorbitan ester, dan lainnya seperti polialkilfenilfenol polioksietilen eter.
⑶ dispersan lignosulfonat
Dispersan memiliki pengaruh besar terhadap kelarutan zat warna. Memilih dispersan yang baik sesuai dengan struktur zat warna akan sangat membantu meningkatkan kelarutan zat warna. Pada zat warna yang larut dalam air, dispersan berperan dalam mencegah adsorpsi timbal balik (gaya van der Waals) dan agregasi antar molekul zat warna. Lignosulfonat adalah dispersan yang paling efektif, dan terdapat penelitian mengenai hal ini di Tiongkok.
Struktur molekuler pewarna dispersi tidak mengandung gugus hidrofilik yang kuat, tetapi hanya gugus polar yang lemah, sehingga hanya memiliki hidrofilisitas yang lemah, dan kelarutan sebenarnya sangat kecil. Sebagian besar pewarna dispersi hanya dapat larut dalam air pada suhu 25℃ dengan konsentrasi 1～10 mg/L.
Kelarutan zat warna dispersi berkaitan dengan faktor-faktor berikut:
Struktur Molekuler
“Kelarutan zat warna dispersi dalam air meningkat seiring dengan berkurangnya bagian hidrofobik molekul zat warna dan meningkatnya bagian hidrofilik (kualitas dan kuantitas gugus polar). Artinya, kelarutan zat warna dengan massa molekul relatif yang relatif kecil dan lebih banyak gugus polar lemah seperti -OH dan -NH2 akan lebih tinggi. Zat warna dengan massa molekul relatif yang lebih besar dan lebih sedikit gugus polar lemah memiliki kelarutan yang relatif rendah. Misalnya, Disperse Red (I), dengan M=321, kelarutannya kurang dari 0,1 mg/L pada 25℃, dan kelarutannya 1,2 mg/L pada 80℃. Disperse Red (II), dengan M=352, kelarutannya pada 25℃ adalah 7,1 mg/L, dan kelarutannya pada 80℃ adalah 240 mg/L.”
Dispersan
Pada pewarna dispersi bubuk, kandungan pewarna murni umumnya berkisar antara 40% hingga 60%, dan sisanya adalah zat pendispersi, zat anti debu, zat pelindung, natrium sulfat, dan lain-lain. Di antara zat-zat tersebut, zat pendispersi memiliki proporsi yang lebih besar.
Zat pendispersi (agen difusi) dapat melapisi butiran kristal halus zat warna menjadi partikel koloid hidrofilik dan mendispersikannya secara stabil dalam air. Setelah konsentrasi misel kritis terlampaui, misel juga akan terbentuk, yang akan mengurangi sebagian butiran kristal zat warna yang sangat kecil. Terlarut dalam misel, fenomena yang disebut "solubilisasi" terjadi, sehingga meningkatkan kelarutan zat warna. Selain itu, semakin baik kualitas zat pendispersi dan semakin tinggi konsentrasinya, semakin besar efek solubilisasi dan pelarutannya.
Perlu dicatat bahwa efek pelarutan dispersan pada zat warna dispersi dengan struktur berbeda adalah berbeda, dan perbedaannya sangat besar; efek pelarutan dispersan pada zat warna dispersi menurun seiring dengan peningkatan suhu air, yang persis sama dengan efek suhu air pada zat warna dispersi. Efek kelarutannya berlawanan.
Setelah partikel kristal hidrofobik dari zat warna dispersi dan dispersan membentuk partikel koloid hidrofilik, stabilitas dispersinya akan meningkat secara signifikan. Selain itu, partikel koloid zat warna ini berperan sebagai "penyedia" zat warna selama proses pewarnaan. Karena setelah molekul zat warna dalam keadaan terlarut diserap oleh serat, zat warna yang "tersimpan" dalam partikel koloid akan dilepaskan tepat waktu untuk menjaga keseimbangan pelarutan zat warna.
Keadaan zat warna dispersi dalam dispersi
1-molekul pendispersi
Kristal pewarna 2 (solubilisasi)
misel pendispersi 3
4-Molekul tunggal pewarna (terlarut)
5-Biji pewarna
6-basis lipofilik pendispersi
7-basis hidrofilik pendispersi
8-ion natrium (Na+)
9-agregat kristal pewarna
Namun, jika "kohesi" antara zat warna dan zat pendispersi terlalu besar, "pasokan" molekul tunggal zat warna akan tertinggal atau terjadi fenomena "pasokan melebihi permintaan". Oleh karena itu, hal ini akan secara langsung mengurangi laju pewarnaan dan menyeimbangkan persentase pewarnaan, sehingga menghasilkan pewarnaan yang lambat dan warna yang lebih terang.
Dapat dilihat bahwa ketika memilih dan menggunakan zat pendispersi, tidak hanya stabilitas dispersi zat warna yang perlu dipertimbangkan, tetapi juga pengaruhnya terhadap warna zat warna tersebut.
(3) Suhu larutan pewarna
Kelarutan zat warna dispersi dalam air meningkat seiring dengan peningkatan suhu air. Misalnya, kelarutan Disperse Yellow dalam air 80°C adalah 18 kali lipat dibandingkan pada suhu 25°C. Kelarutan Disperse Red dalam air 80°C adalah 33 kali lipat dibandingkan pada suhu 25°C. Kelarutan Disperse Blue dalam air 80°C adalah 37 kali lipat dibandingkan pada suhu 25°C. Jika suhu air melebihi 100°C, kelarutan zat warna dispersi akan meningkat lebih banyak lagi.
Berikut adalah pengingat khusus: sifat pelarutan zat warna dispersi ini akan membawa bahaya tersembunyi bagi aplikasi praktis. Misalnya, ketika larutan pewarna dipanaskan secara tidak merata, larutan pewarna dengan suhu tinggi mengalir ke tempat yang suhunya lebih rendah. Saat suhu air menurun, larutan pewarna menjadi lewat jenuh, dan zat warna yang terlarut akan mengendap, menyebabkan pertumbuhan butiran kristal pewarna dan penurunan kelarutan, sehingga mengakibatkan penurunan penyerapan zat warna.
(empat) bentuk kristal pewarna
Beberapa pewarna dispersi memiliki fenomena "isomorfisme". Artinya, pewarna dispersi yang sama, karena teknologi dispersi yang berbeda dalam proses pembuatannya, akan membentuk beberapa bentuk kristal, seperti jarum, batang, serpihan, butiran, dan balok. Dalam proses aplikasinya, terutama saat pewarnaan pada suhu 130°C, bentuk kristal yang lebih tidak stabil akan berubah menjadi bentuk kristal yang lebih stabil.
Perlu dicatat bahwa bentuk kristal yang lebih stabil memiliki kelarutan yang lebih besar, dan bentuk kristal yang kurang stabil memiliki kelarutan yang relatif lebih kecil. Hal ini akan secara langsung memengaruhi laju penyerapan zat warna dan persentase penyerapan zat warna.
(5) Ukuran partikel
Secara umum, zat warna dengan partikel kecil memiliki kelarutan tinggi dan stabilitas dispersi yang baik. Zat warna dengan partikel besar memiliki kelarutan lebih rendah dan stabilitas dispersi yang relatif buruk.
Saat ini, ukuran partikel pewarna dispersi domestik umumnya berkisar antara 0,5～2,0μm (Catatan: ukuran partikel untuk pewarnaan celup membutuhkan 0,5～1,0μm).