Zat warna reaktif memiliki kelarutan yang sangat baik dalam air. Zat warna reaktif terutama bergantung pada gugus asam sulfonat pada molekul zat warna untuk larut dalam air. Untuk zat warna reaktif suhu menengah yang mengandung gugus vinilsulfon, selain gugus asam sulfonat, β-etilsulfonil sulfat juga merupakan gugus pelarut yang sangat baik.

Dalam larutan berair, ion natrium pada gugus asam sulfonat dan gugus etil sulfon sulfat mengalami reaksi hidrasi sehingga zat warna membentuk anion dan larut dalam air. Pewarnaan zat warna reaktif bergantung pada anion zat warna yang akan diwarnai pada serat.

Kelarutan zat warna reaktif lebih dari 100 g/L, sebagian besar zat warna memiliki kelarutan 200-400 g/L, dan beberapa zat warna bahkan dapat mencapai 450 g/L. Namun, selama proses pewarnaan, kelarutan zat warna akan menurun karena berbagai alasan (atau bahkan menjadi tidak larut sama sekali). Ketika kelarutan zat warna menurun, sebagian zat warna akan berubah dari anion bebas tunggal menjadi partikel, karena tolakan muatan yang besar antar partikel. Partikel-partikel tersebut akan saling menarik dan menghasilkan aglomerasi. Aglomerasi semacam ini pertama-tama mengumpulkan partikel zat warna menjadi aglomerat, kemudian berubah menjadi flok, dan akhirnya menjadi flok. Meskipun flok merupakan semacam kumpulan yang longgar, karena lapisan ganda listrik di sekitarnya yang dibentuk oleh muatan positif dan negatif umumnya sulit diuraikan oleh gaya geser ketika larutan pewarna bersirkulasi, dan flok mudah mengendap pada kain, sehingga menyebabkan pewarnaan atau noda pada permukaan kain.

Begitu zat warna mengalami aglomerasi, ketahanan warnanya akan berkurang secara signifikan, dan pada saat yang sama akan menyebabkan berbagai tingkat noda dan bercak. Untuk beberapa zat warna, flokulasi akan semakin mempercepat pembentukan gumpalan di bawah gaya geser larutan zat warna, menyebabkan dehidrasi dan pengendapan garam. Begitu pengendapan garam terjadi, warna yang diwarnai akan menjadi sangat pudar, atau bahkan tidak terwarnai sama sekali, bahkan jika terwarnai, akan terjadi noda dan bercak warna yang serius.

Penyebab agregasi pewarna

Alasan utamanya adalah elektrolit. Dalam proses pewarnaan, elektrolit utama adalah akselerator pewarna (garam natrium dan garam). Akselerator pewarna mengandung ion natrium, dan jumlah ion natrium dalam molekul pewarna jauh lebih rendah daripada jumlah ion natrium dalam akselerator pewarna. Dengan jumlah ion natrium yang setara, konsentrasi normal akselerator pewarna dalam proses pewarnaan normal tidak akan banyak memengaruhi kelarutan pewarna dalam larutan pewarna.

Namun, ketika jumlah akselerator pewarna meningkat, konsentrasi ion natrium dalam larutan juga meningkat. Kelebihan ion natrium akan menghambat ionisasi ion natrium pada gugus terlarut molekul pewarna, sehingga mengurangi kelarutan pewarna. Setelah lebih dari 200 g/L, sebagian besar pewarna akan mengalami agregasi dengan berbagai tingkat. Ketika konsentrasi akselerator pewarna melebihi 250 g/L, tingkat agregasi akan meningkat, pertama-tama membentuk aglomerat, dan kemudian dalam larutan pewarna. Aglomerat dan flokula terbentuk dengan cepat, dan beberapa pewarna dengan kelarutan rendah sebagian mengalami pengendapan garam atau bahkan dehidrasi. Pewarna dengan struktur molekul yang berbeda memiliki sifat anti-aglomerasi dan ketahanan terhadap pengendapan garam yang berbeda. Semakin rendah kelarutannya, semakin rendah sifat anti-aglomerasi dan ketahanan terhadap garam. Semakin buruk kinerja analitiknya.

Kelarutan zat warna terutama ditentukan oleh jumlah gugus asam sulfonat dalam molekul zat warna dan jumlah β-etilsulfon sulfat. Pada saat yang sama, semakin besar hidrofilisitas molekul zat warna, semakin tinggi kelarutannya, dan semakin rendah hidrofilisitasnya, semakin rendah kelarutannya. (Misalnya, zat warna dengan struktur azo lebih hidrofilik daripada zat warna dengan struktur heterosiklik.) Selain itu, semakin besar struktur molekul zat warna, semakin rendah kelarutannya, dan semakin kecil struktur molekulnya, semakin tinggi kelarutannya.

Kelarutan zat warna reaktif
Secara garis besar dapat dibagi menjadi empat kategori:

Kelas A, pewarna yang mengandung dietilsulfon sulfat (yaitu vinil sulfon) dan tiga gugus reaktif (monoklorostriazin + divinil sulfon) memiliki kelarutan tertinggi, seperti Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL dan semua pewarna hitam reaktif yang dibuat dengan mencampur Yuanqing B, pewarna tiga gugus reaktif seperti tipe ED, tipe Ciba s, dll. Kelarutan pewarna ini sebagian besar sekitar 400 g/L.

Kelas B, pewarna yang mengandung gugus heterobireaktif (monokloros-triazin + vinilsulfon), seperti kuning 3RS, merah 3BS, merah 6B, merah GWF, tiga warna primer RR, tiga warna primer RGB, dll. Kelarutannya berdasarkan 200–300 gram. Kelarutan meta-ester lebih tinggi daripada para-ester.

Tipe C: Biru tua yang juga merupakan kelompok heterobireaktif: BF, Biru tua 3GF, biru tua 2GFN, merah RBN, merah F2B, dll., karena gugus asam sulfonat yang lebih sedikit atau berat molekul yang lebih besar, kelarutannya juga rendah, hanya 100-200 g/L. Kelas D: Pewarna dengan gugus monovinilsulfon dan struktur heterosiklik, dengan kelarutan terendah, seperti Biru Cemerlang KN-R, Biru Turquoise G, Kuning Terang 4GL, Ungu 5R, Biru BRF, Oranye Cemerlang F2R, Merah Cemerlang F2G, dll. Kelarutan pewarna jenis ini hanya sekitar 100 g/L. Pewarna jenis ini sangat sensitif terhadap elektrolit. Setelah pewarna jenis ini menggumpal, bahkan tidak perlu melalui proses flokulasi, langsung diendapkan dengan garam.

Dalam proses pewarnaan normal, jumlah maksimum akselerator pewarna adalah 80 g/L. Hanya warna gelap yang membutuhkan konsentrasi akselerator pewarna setinggi itu. Ketika konsentrasi pewarna dalam bak pewarnaan kurang dari 10 g/L, sebagian besar pewarna reaktif masih memiliki kelarutan yang baik pada konsentrasi ini dan tidak akan menggumpal. Tetapi masalahnya terletak pada bak pewarnaan. Menurut proses pewarnaan normal, pewarna ditambahkan terlebih dahulu, dan setelah pewarna sepenuhnya larut dalam bak pewarnaan hingga merata, akselerator pewarna ditambahkan. Akselerator pewarna pada dasarnya menyelesaikan proses pelarutan dalam bak pewarnaan.

Lakukan operasi sesuai dengan proses berikut.

Asumsi: konsentrasi pewarna 5%, rasio cairan 1:10, berat kain 350 Kg (aliran cairan pipa ganda), ketinggian air 3,5T, natrium sulfat 60 g/liter, jumlah total natrium sulfat 200 Kg (50 Kg/paket, total 4 paket) (Kapasitas tangki bahan umumnya sekitar 450 liter). Dalam proses pelarutan natrium sulfat, cairan refluks dari bak pewarna sering digunakan. Cairan refluks mengandung pewarna yang telah ditambahkan sebelumnya. Umumnya, 300 L cairan refluks dimasukkan terlebih dahulu ke dalam bak bahan, kemudian dua paket natrium sulfat (100 kg) dituangkan.

Masalahnya di sini adalah, sebagian besar pewarna akan menggumpal hingga berbagai tingkat pada konsentrasi natrium sulfat ini. Di antaranya, tipe C akan mengalami penggumpalan yang serius, dan pewarna tipe D tidak hanya akan menggumpal, tetapi bahkan mengalami pengendapan garam. Meskipun operator umum akan mengikuti prosedur untuk secara perlahan menambahkan larutan natrium sulfat dari bak bahan ke bak pewarna melalui pompa sirkulasi utama. Namun pewarna dalam 300 liter larutan natrium sulfat telah membentuk flok dan bahkan mengalami pengendapan garam.

Ketika seluruh larutan dalam bak bahan diisikan ke dalam bak pewarnaan, terlihat jelas adanya lapisan partikel pewarna berminyak pada dinding dan dasar bak. Jika partikel pewarna ini dikerok dan dimasukkan ke dalam air bersih, umumnya akan sulit larut kembali. Faktanya, 300 liter larutan yang masuk ke dalam bak pewarnaan semuanya seperti ini.

Ingatlah bahwa ada juga dua kemasan Bubuk Yuanming yang juga akan dilarutkan dan diisi ulang ke dalam bak pewarna dengan cara ini. Setelah ini terjadi, noda, noda, dan noda pasti akan muncul, dan ketahanan warna akan sangat berkurang karena pewarnaan permukaan, meskipun tidak ada flokulasi atau pengendapan garam yang jelas. Untuk Kelas A dan Kelas B dengan kelarutan yang lebih tinggi, agregasi pewarna juga akan terjadi. Meskipun pewarna ini belum membentuk flokulasi, setidaknya sebagian pewarna telah membentuk aglomerat.

Agregat ini sulit menembus serat. Karena area amorf serat kapas hanya memungkinkan penetrasi dan difusi pewarna mono-ion. Tidak ada agregat yang dapat masuk ke zona amorf serat. Agregat hanya dapat terserap di permukaan serat. Ketahanan warna juga akan berkurang secara signifikan, dan noda serta bercak warna juga akan terjadi dalam kasus yang serius.

Derajat kelarutan zat warna reaktif berkaitan dengan zat alkali.

Ketika zat alkali ditambahkan, β-etil sulfon sulfat dari pewarna reaktif akan mengalami reaksi eliminasi untuk membentuk vinil sulfon aslinya, yang sangat larut dalam air. Karena reaksi eliminasi hanya membutuhkan sedikit zat alkali (seringkali kurang dari 1/10 dari dosis proses), semakin banyak dosis alkali yang ditambahkan, semakin banyak pewarna yang mengalami reaksi eliminasi. Setelah reaksi eliminasi terjadi, kelarutan pewarna juga akan menurun.

Zat alkali yang sama juga merupakan elektrolit kuat dan mengandung ion natrium. Oleh karena itu, konsentrasi zat alkali yang berlebihan juga akan menyebabkan zat warna vinil sulfon yang telah terbentuk menggumpal atau bahkan mengendap. Masalah yang sama terjadi di tangki material. Ketika zat alkali dilarutkan (misalnya soda abu), jika larutan refluks digunakan. Pada saat ini, cairan refluks sudah mengandung zat percepatan pewarna dan pewarna dalam konsentrasi proses normal. Meskipun sebagian pewarna mungkin telah diserap oleh serat, setidaknya lebih dari 40% pewarna yang tersisa berada dalam cairan pewarna. Misalkan satu kemasan soda abu dituangkan selama operasi, dan konsentrasi soda abu dalam tangki melebihi 80 g/L. Bahkan jika akselerator pewarna dalam cairan refluks adalah 80 g/L pada saat ini, pewarna dalam tangki juga akan mengembun. Pewarna C dan D bahkan dapat mengendap, terutama untuk pewarna D, bahkan jika konsentrasi soda abu turun menjadi 20 g/l, pengendapan lokal akan terjadi. Di antara warna-warna tersebut, Brilliant Blue KN.R, Turquoise Blue G, dan Supervisor BRF adalah yang paling sensitif.

Penggumpalan zat warna atau bahkan pengendapan garam tidak berarti bahwa zat warna tersebut telah terhidrolisis sepenuhnya. Jika penggumpalan atau pengendapan garam disebabkan oleh akselerator pewarna, pewarna tersebut masih dapat digunakan selama dapat dilarutkan kembali. Namun, untuk melarutkannya kembali, perlu ditambahkan sejumlah zat pembantu pewarna yang cukup (seperti urea 20 g/l atau lebih), dan suhu harus dinaikkan hingga 90°C atau lebih dengan pengadukan yang cukup. Jelas, hal ini sangat sulit dilakukan dalam proses operasional sebenarnya.
Untuk mencegah zat warna menggumpal atau mengendap dalam bak, proses pewarnaan transfer harus digunakan saat membuat warna yang pekat dan terkonsentrasi untuk zat warna C dan D dengan kelarutan rendah, serta zat warna A dan B.

Operasi dan analisis proses

1. Gunakan bak pewarna untuk mengembalikan akselerator pewarna dan panaskan di dalam bak untuk melarutkannya (60～80℃). Karena tidak ada pewarna dalam air bersih, akselerator pewarna tidak memiliki afinitas terhadap kain. Akselerator pewarna yang telah larut dapat diisi ke dalam bak pewarna secepat mungkin.

2. Setelah larutan air garam disirkulasikan selama 5 menit, akselerator pewarna pada dasarnya sudah sepenuhnya seragam, kemudian larutan pewarna yang telah dilarutkan sebelumnya ditambahkan. Larutan pewarna perlu diencerkan dengan larutan refluks, karena konsentrasi akselerator pewarna dalam larutan refluks hanya 80 gram/L, sehingga pewarna tidak akan menggumpal. Pada saat yang sama, karena pewarna tidak akan terpengaruh oleh akselerator pewarna (dengan konsentrasi yang relatif rendah), masalah pewarnaan akan terjadi. Pada saat ini, larutan pewarna tidak perlu dikontrol waktunya untuk mengisi bak pewarnaan, dan biasanya selesai dalam 10-15 menit.

3. Zat alkali harus dihidrasi sebanyak mungkin, terutama untuk zat warna C dan D. Karena jenis zat warna ini sangat sensitif terhadap zat alkali dengan adanya zat pendorong warna, kelarutan zat alkali relatif tinggi (kelarutan soda abu pada 60°C adalah 450 g/L). Air bersih yang dibutuhkan untuk melarutkan zat alkali tidak perlu terlalu banyak, tetapi kecepatan penambahan larutan alkali harus sesuai dengan persyaratan proses, dan umumnya lebih baik ditambahkan secara bertahap.

4. Untuk pewarna divinil sulfon dalam kategori A, laju reaksinya relatif tinggi karena pewarna ini sangat sensitif terhadap zat alkali pada suhu 60°C. Untuk mencegah fiksasi warna instan dan warna yang tidak merata, Anda dapat menambahkan 1/4 zat alkali terlebih dahulu pada suhu rendah.

Dalam proses pewarnaan transfer, hanya agen alkali yang perlu mengontrol laju pemberiannya. Proses pewarnaan transfer tidak hanya berlaku untuk metode pemanasan, tetapi juga berlaku untuk metode suhu konstan. Metode suhu konstan dapat meningkatkan kelarutan zat warna dan mempercepat difusi serta penetrasi zat warna. Laju pembengkakan area amorf serat pada suhu 60°C sekitar dua kali lebih tinggi daripada pada suhu 30°C. Oleh karena itu, proses suhu konstan lebih cocok untuk serat wol, benang lusi, dan benang lungsin. Metode pewarnaan ini mencakup metode pewarnaan dengan rasio larutan rendah, seperti pewarnaan jig, yang membutuhkan penetrasi dan difusi tinggi atau konsentrasi zat warna yang relatif tinggi.

Perlu dicatat bahwa natrium sulfat yang saat ini tersedia di pasaran terkadang relatif basa, dan nilai pH-nya dapat mencapai 9-10. Ini sangat berbahaya. Jika Anda membandingkan natrium sulfat murni dengan garam murni, garam memiliki efek yang lebih besar pada agregasi pewarna daripada natrium sulfat. Hal ini karena jumlah ion natrium dalam garam dapur lebih tinggi daripada dalam natrium sulfat pada berat yang sama.

Penggumpalan zat warna sangat berkaitan dengan kualitas air. Secara umum, ion kalsium dan magnesium di bawah 150 ppm tidak akan banyak berpengaruh pada penggumpalan zat warna. Namun, ion logam berat dalam air, seperti ion besi dan ion aluminium, termasuk beberapa mikroorganisme alga, akan mempercepat penggumpalan zat warna. Misalnya, jika konsentrasi ion besi dalam air melebihi 20 ppm, kemampuan anti-kohesi zat warna dapat berkurang secara signifikan, dan pengaruh alga menjadi lebih serius.

Dilengkapi dengan uji anti-agglomerasi pewarna dan ketahanan terhadap pengendapan garam:

Penentuan 1: Timbang 0,5 g zat warna, 25 g natrium sulfat atau garam, dan larutkan dalam 100 ml air murni pada suhu 25°C selama kurang lebih 5 menit. Gunakan selang tetes untuk menyedot larutan dan teteskan 2 tetes secara terus menerus pada posisi yang sama di kertas saring.

Penentuan 2: Timbang 0,5 g zat warna, 8 g natrium sulfat atau garam, dan 8 g soda abu, lalu larutkan dalam 100 ml air murni pada suhu sekitar 25°C selama kurang lebih 5 menit. Gunakan pipet untuk menyedot larutan pada kertas saring secara terus menerus. 2 tetes.

Metode di atas dapat digunakan untuk menilai secara sederhana kemampuan anti-agglomerasi dan salting-out dari zat warna, dan pada dasarnya dapat menentukan proses pewarnaan mana yang sebaiknya digunakan.