酸性染料、直接染料和活性染料都是水溶性染料，2001年的產(chǎn)量分別為3萬(wàn)噸、2萬(wàn)噸和4.5萬(wàn)噸。

    但長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)染料企業(yè)對(duì)開(kāi)發(fā)研究新結(jié)構(gòu)染料比較重視，而對(duì)染料的后處理加工的研究較為薄弱。水溶性染料常用的標(biāo)準(zhǔn)化試劑包括硫酸鈉(元明粉)、糊精、淀粉衍生物、蔗糖、尿素、萘甲醛磺酸鹽等，將這些標(biāo)準(zhǔn)化試劑與原染料按比例拼混獲得所需強(qiáng)度的商品，但它們滿足不了印染行業(yè)不同印染工藝的需要。上述染料稀釋劑雖然成本比較低，但是潤(rùn)濕性和水溶性比較差，難以適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的需求，只能以原染料出口。因此，水溶性染料商品化中，染料的潤(rùn)濕性和水溶性是亟待結(jié)局的問(wèn)題，必須依靠相應(yīng)的助劑。

    染料的潤(rùn)濕性處理

    從廣義上講，潤(rùn)濕就是表面上的一種流體(應(yīng)該是氣體)被另一種流體所取代。具體地說(shuō)，粉狀或粒狀的界面應(yīng)該是氣/固界面，發(fā)生潤(rùn)濕的過(guò)程就是液體(水)取代了微粒表面的氣體。由此可見(jiàn)，潤(rùn)濕是物質(zhì)之間表面物理過(guò)程。在染料后處理中，潤(rùn)濕常常起著重要的作用，一般把染料加工成固體狀，如粉狀或顆粒狀，使用時(shí)均需潤(rùn)濕。所以染料潤(rùn)濕性的優(yōu)劣會(huì)直接影響應(yīng)用效果。比如在溶解過(guò)程中，染料難以潤(rùn)濕而漂浮在水面是不受歡迎的。隨著當(dāng)今對(duì)染料質(zhì)量要求的不斷提高，潤(rùn)濕性能已作為衡量染料質(zhì)量的指標(biāo)之一。

    水的表面能在20℃為72.75mN/m，隨溫度升高而降低，固體的表面能則基本不變，一般都在100mN/m以下，通常金屬及其氧化物、無(wú)機(jī)鹽等很易潤(rùn)濕，稱(chēng)為高表面能。固體有機(jī)物及高聚物的表面能與一般液體表面能不相上下，稱(chēng)為低表面能，但隨固體粒徑大小及多孔性程度而改變，粒徑越小，多孔形成程度越大，則表面能愈高，其大小取決于基質(zhì)。因此，染料粒徑必須細(xì)小，染料經(jīng)不同介質(zhì)鹽析和研磨等商品化加工后，可是染料粒徑變細(xì)，結(jié)晶度減少，晶相發(fā)生變化，使染料表面能提高，便于濕潤(rùn)。

    酸性染料的溶解性處理

    隨著小浴比、連續(xù)染色工藝的使用，印染自動(dòng)化程度不斷提高，自動(dòng)填料、配漿的出現(xiàn)，液體染料的推出，要求配制高濃度和高穩(wěn)定性的染液和印花色漿。但是目前國(guó)內(nèi)染料商品中的酸性、活性、直接染料的溶解度比較好的也只有100g/L左右，尤其是酸性染料，有些品種甚至只有20g/L左右。

    染料的溶解度和染料的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，分子量越大、磺酸基越少，溶解度就低；反之，則高。除此之外，染料商品化加工極為重要，包括染料的結(jié)晶方式、研磨程度、顆粒大小、助劑添加等均會(huì)影響染料的溶解度。染料愈易電離則其在水中的溶解度愈高。但傳統(tǒng)的染料商品化和標(biāo)準(zhǔn)化都是大量施加電解質(zhì)，如元明粉和食鹽。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電解質(zhì)。

    助劑的添加與溶解性

    ⑴醇類(lèi)化合物和尿素類(lèi)助溶劑

    由于水溶性染料中含有一定數(shù)量的磺酸基、羧酸基，染料粒子在水溶液中易離解，并帶有一定數(shù)量的陰電荷。當(dāng)加入含有形成氫鍵基團(tuán)的助溶劑后，使染料離子表面形成水合離子保護(hù)層，促進(jìn)染料分子電離和溶解，以提高溶解度。通常用多元醇如二甘醇醚、硫代雙乙醇、聚乙二醇等作為水溶性染料的助溶劑。由于他們能與染料形成氫鍵，使染料離子表面形成水合離子保護(hù)層，阻止染料分子凝聚和分子間相互作用，促進(jìn)了染料電離和離解。

    ⑵非離子表面活性劑

    在染料中加入一定的非離子表面活性劑，可減弱染料分子內(nèi)和分子間的結(jié)合力，加速電離，使染料分子在水中形成膠束，具有較好的分散性，極性染料在構(gòu)成膠束的助溶分子間形成網(wǎng)狀增容，提高溶解性，如聚氧乙烯醚或酯。但若助溶劑分子中缺少較強(qiáng)的疏水性基團(tuán)，那么對(duì)染料形成的膠束其分散、增溶作用較弱，溶解度提高不顯著。因此，要盡量選用能與染料形成疏水鍵的含芳香環(huán)的溶劑。例如烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇酯類(lèi)乳化劑，其他如多烷基苯基酚聚氧乙烯醚。

    ⑶木質(zhì)素磺酸鹽分散劑

    分散劑對(duì)染料溶解度有較大的影響，根據(jù)染料結(jié)構(gòu)選擇好分散劑對(duì)提高染料溶解度有極大的幫助。在水溶性染料中，為了防止染料分子間相互吸附(范德華力)和凝聚有一定的作用。分散劑中以木質(zhì)素磺酸鹽最為有效，國(guó)內(nèi)為對(duì)此都有研究。

    分散染料的分子結(jié)構(gòu)中不含強(qiáng)親水性基團(tuán)，僅含弱極性基團(tuán)，所以它只有微弱的親水性，實(shí)際溶解度很小，大多數(shù)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與以下因素有關(guān)：

    （一）分子結(jié)構(gòu)

    分散染料在水中的溶解度，是隨染料分子中疏水部分的減少和親水部分(極性基團(tuán)的質(zhì)量與數(shù)量)的增加而增加的。即凡相對(duì)分子質(zhì)量較小，而含-OH、-NH2等弱極性基團(tuán)較多的染料，溶解度要高一些。相對(duì)分子質(zhì)量較大，含弱極性基團(tuán)較少的染料，溶解度相對(duì)要低。如分散紅(Ⅰ)，其M=321，25℃時(shí)溶解度小于0.1mg/L，80℃時(shí)溶解度為1.2mg/L。分散紅(Ⅱ)，其M=352，25℃時(shí)溶解度為7.1mg/L，80℃時(shí)溶解度為240mg/L。

    （二）分散劑

    粉狀分散染料中，純?nèi)玖系暮恳话銥?0%～60%，其余為分散劑、防塵劑、保護(hù)劑、元明粉等。其中分散劑所占的比例較大。

    分散劑(擴(kuò)散劑)除了能將染料的微細(xì)晶粒包覆成親水性的膠粒，穩(wěn)定地分散在水中外，在超過(guò)臨界膠束濃度后，還會(huì)形成膠束，將部分微小的染料晶粒溶解在膠束中，發(fā)生所謂“增溶”現(xiàn)象，從而使染料的溶解度增加，而且，分散劑的質(zhì)量越好，濃度越高，其增溶助溶作用越大。

    需注意的是，分散劑對(duì)不同結(jié)構(gòu)的分散染料增溶作用的大小不同，而且差異很大；分散劑對(duì)分散染料的增溶作用隨水溫的升高而降低，這恰恰與水溫對(duì)分散染料自身溶解度的影響相反。

    分散染料疏水性的大小晶粒與分散劑形成親水性的膠粒后，其分散穩(wěn)定性會(huì)顯著提高。而且，這些染料膠粒在上染過(guò)程中又著“供應(yīng)”染料的作用。因?yàn)椋芙鉅顟B(tài)的染料分子被纖維吸附后，“貯藏”在膠粒中的染料會(huì)及時(shí)釋放出來(lái)，以維持染料的溶解平衡。

    分散染料在分散液中的存在狀態(tài)

    1-分散劑分子

    2-染料微晶(增溶)

    3-分散劑膠束

    4-染料單分子(溶解)

    5-染料晶粒

    6-分散劑親油基

    7-分散劑親水基

    8-鈉離子(Na+)

    9-染料微晶的聚集體?

    然而，如果染料與分散劑之間的“抱合力”過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生染料單分子的“供應(yīng)”滯后或“供不應(yīng)求”的現(xiàn)象。因此，會(huì)直接降低上染速率以及平衡上染百分率，導(dǎo)致上染慢、得色淺的后果。

    可見(jiàn)，選用分散劑和使用分散劑時(shí)，不僅要考慮染料分散穩(wěn)定性的好壞，還應(yīng)該考慮對(duì)染料上色的影響。

    (三)染液溫度

    分散染料在水中的溶解度是隨著水溫的提高而提高的。例如分散黃在80℃水中的溶解度為25℃時(shí)的18倍。分散紅在80℃水中的溶解度為25℃時(shí)的33倍。分散藍(lán)在80℃水中的溶解度為25℃時(shí)的37倍。若水溫超過(guò)100℃，分散染料的溶解度提高的幅度更大。

    這里要特別提示：分散染料的這一溶解特性會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)隱患。比如當(dāng)染液加熱不勻時(shí)，溫度高的染液流到溫度低的地方，由于水溫降低，染液變?yōu)檫^(guò)飽和狀態(tài)，已溶解的染料就會(huì)析出，造成染料晶粒的增長(zhǎng)，溶解度下降，導(dǎo)致上染率降低。

    (四)染料晶型

    有些分散染料具有“同質(zhì)異晶”現(xiàn)象。即同一只分散染料，由于在制造過(guò)程中分散技術(shù)的不同，會(huì)形成幾種晶型，如針狀、棒狀、片狀、粒狀、塊狀等。在應(yīng)用過(guò)程中，尤其在130℃染色時(shí)，那些較不穩(wěn)定的晶型會(huì)向較穩(wěn)定的晶型轉(zhuǎn)變。

    值得注意的是，較穩(wěn)定的晶型溶解度較大，較不穩(wěn)定的晶型溶解度相對(duì)較小。這會(huì)直接影響染料的上染速率和上染百分率。

    (五)顆粒大小

    一般顆粒小的染料，溶解度較大，分散穩(wěn)定性也好。顆粒大的染料，溶解度較小，分散穩(wěn)定性也相對(duì)較差。

    目前，國(guó)產(chǎn)分散染料的粒徑一般為0.5～2.0μm(注：浸染要求粒徑為0.5～1.0μm)。

更新日期：2021-01-18

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