Asit boyalar, direkt boyalar ve reaktif boyalar, suda çözünebilen boyalardır. 2001 yılındaki üretimleri sırasıyla 30.000 ton, 20.000 ton ve 45.000 ton olmuştur. Ancak, ülkemizdeki boya işletmeleri uzun zamandır yeni yapısal boyaların geliştirilmesi ve araştırılmasına daha fazla önem verirken, boyaların son işlemesi üzerine yapılan araştırmalar nispeten zayıf kalmıştır. Suda çözünebilen boyalar için yaygın olarak kullanılan standardizasyon reaktifleri arasında sodyum sülfat, dekstrin, nişasta türevleri, sükroz, üre, naftalin formaldehit sülfonat vb. bulunur. Bu standardizasyon reaktifleri, gerekli mukavemeti elde etmek için orijinal boya ile orantılı olarak karıştırılır, ancak baskı ve boyama endüstrisindeki farklı baskı ve boyama işlemlerinin ihtiyaçlarını karşılayamazlar. Yukarıda bahsedilen boya seyrelticileri nispeten düşük maliyetli olsalar da, zayıf ıslatılabilirlik ve suda çözünürlük özelliklerine sahip olduklarından, uluslararası pazarın ihtiyaçlarına uyum sağlamaları zordur ve yalnızca orijinal boyalar olarak ihraç edilebilirler. Bu nedenle, suda çözünebilen boyaların ticarileştirilmesinde, boyaların ıslatılabilirliği ve suda çözünürlüğü acilen çözülmesi gereken sorunlardır ve ilgili katkı maddelerine güvenilmelidir.

Boya ıslatılabilirlik işlemi
Genel olarak, ıslatma, yüzeydeki bir sıvının (gaz olması gerekir) başka bir sıvı ile değiştirilmesidir. Özellikle, toz veya granül arayüzü bir gaz/katı arayüzü olmalıdır ve ıslatma işlemi, parçacıkların yüzeyindeki gazın yerini sıvının (suyun) almasıdır. Islatmanın, yüzeydeki maddeler arasında gerçekleşen fiziksel bir süreç olduğu görülebilir. Boya son işleminde, ıslatma genellikle önemli bir rol oynar. Genellikle boya, kullanım sırasında ıslatılması gereken toz veya granül gibi katı bir hale işlenir. Bu nedenle, boyanın ıslatılabilirliği, uygulama etkisini doğrudan etkileyecektir. Örneğin, çözünme işlemi sırasında boyanın ıslatılması zorlaşır ve suda yüzmesi istenmeyen bir durumdur. Günümüzde boya kalitesi gereksinimlerinin sürekli iyileştirilmesiyle birlikte, ıslatma performansı, boyaların kalitesini ölçmek için kullanılan göstergelerden biri haline gelmiştir. Suyun yüzey enerjisi 20℃'de 72,75 mN/m'dir ve sıcaklık artışıyla azalır; katıların yüzey enerjisi ise temelde değişmez, genellikle 100 mN/m'nin altındadır. Genellikle metaller ve oksitleri, inorganik tuzlar vb. kolayca ıslanır, bu da yüksek yüzey enerjisi olarak adlandırılır. Katı organik maddelerin ve polimerlerin yüzey enerjisi genel sıvılarınkine benzerdir, bu da düşük yüzey enerjisi olarak adlandırılır, ancak katı parçacık boyutu ve gözeneklilik derecesine bağlı olarak değişir. Parçacık boyutu ne kadar küçükse, gözenek oluşumu derecesi o kadar büyük olur ve yüzey enerjisi o kadar yüksek olur; boyut, alt tabakaya bağlıdır. Bu nedenle, boyanın parçacık boyutu küçük olmalıdır. Boya, tuzlama ve farklı ortamlarda öğütme gibi ticari işlemlerden geçirildikten sonra, boyanın parçacık boyutu incelir, kristalliği azalır ve kristal fazı değişir; bu da boyanın yüzey enerjisini artırır ve ıslanmayı kolaylaştırır.

Asit boyaların çözünürlük işlemi
Küçük banyo oranı ve sürekli boyama teknolojisinin kullanımıyla, baskı ve boyamada otomasyon derecesi sürekli olarak iyileştirilmiştir. Otomatik dolgu ve macunların ortaya çıkması ve sıvı boyaların kullanıma girmesi, yüksek konsantrasyonlu ve yüksek stabiliteli boya çözeltileri ve baskı macunlarının hazırlanmasını gerektirmektedir. Bununla birlikte, yerli boya ürünlerinde asidik, reaktif ve direkt boyaların çözünürlüğü, özellikle asit boyalar için, sadece yaklaşık 100 g/L'dir. Bazı çeşitlerde bu değer yaklaşık 20 g/L'ye kadar düşmektedir. Boyanın çözünürlüğü, boyanın moleküler yapısıyla ilişkilidir. Molekül ağırlığı ne kadar yüksek ve sülfonik asit grubu sayısı ne kadar az ise, çözünürlük o kadar düşük olur; aksi takdirde çözünürlük o kadar yüksek olur. Ayrıca, boyaların ticari işlenmesi de son derece önemlidir; boyanın kristalleştirme yöntemi, öğütme derecesi, partikül boyutu, katkı maddelerinin eklenmesi vb. gibi faktörler boyanın çözünürlüğünü etkiler. Boyanın iyonlaşması ne kadar kolay olursa, suda çözünürlüğü o kadar yüksek olur. Ancak, geleneksel boyaların ticarileştirilmesi ve standardizasyonu, sodyum sülfat ve tuz gibi büyük miktarda elektrolitlere dayanmaktadır. Suda yüksek miktarda Na+ bulunması, boyanın suda çözünürlüğünü azaltır. Bu nedenle, suda çözünebilen boyaların çözünürlüğünü artırmak için öncelikle ticari boyalara elektrolit eklenmemelidir.

Katkı maddeleri ve çözünürlük
⑴ Alkol bileşiği ve üre yardımcı çözücüsü
Suda çözünen boyalar belirli sayıda sülfonik asit grubu ve karboksilik asit grubu içerdiğinden, boya parçacıkları sulu çözeltide kolayca ayrışır ve belirli bir miktarda negatif yüke sahiptir. Hidrojen bağı oluşturan grup içeren yardımcı çözücü eklendiğinde, boya iyonlarının yüzeyinde hidratlanmış iyonlardan oluşan koruyucu bir tabaka oluşur; bu da boya moleküllerinin iyonlaşmasını ve çözünmesini teşvik ederek çözünürlüğü artırır. Dietilen glikol eter, tiyodietanol, polietilen glikol vb. gibi polioller genellikle suda çözünen boyalar için yardımcı çözücü olarak kullanılır. Boya ile hidrojen bağı oluşturabildikleri için, boya iyonunun yüzeyinde hidratlanmış iyonlardan oluşan koruyucu bir tabaka oluşur; bu da boya moleküllerinin kümelenmesini ve moleküller arası etkileşimini önler ve boyanın iyonlaşmasını ve ayrışmasını teşvik eder.
⑵İyonik olmayan yüzey aktif madde
Boyaya belirli bir iyonik olmayan yüzey aktif madde eklemek, boya molekülleri arasındaki ve moleküller arasındaki bağ kuvvetini zayıflatabilir, iyonlaşmayı hızlandırabilir ve boya moleküllerinin suda iyi dağılabilirlik sağlayan miseller oluşturmasını sağlayabilir. Polar boyalar miseller oluşturur. Çözünürleştirici moleküller, polioksietilen eter veya ester gibi moleküller arasında bir uyumluluk ağı oluşturarak çözünürlüğü artırır. Bununla birlikte, yardımcı çözücü molekülünde güçlü bir hidrofobik grup yoksa, boya tarafından oluşturulan misel üzerindeki dağılım ve çözünürlük etkisi zayıf olur ve çözünürlük önemli ölçüde artmaz. Bu nedenle, boyalarla hidrofobik bağlar oluşturabilen aromatik halkalar içeren çözücüler seçmeye çalışın. Örneğin, alkilfenol polioksietilen eter, polioksietilen sorbitan ester emülgatör ve polialkilfenilfenol polioksietilen eter gibi diğerleri.
⑶ lignosülfonat dağıtıcı
Dağıtıcı madde, boyanın çözünürlüğü üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Boyanın yapısına uygun iyi bir dağıtıcı madde seçmek, boyanın çözünürlüğünü önemli ölçüde artırmaya yardımcı olacaktır. Suda çözünen boyalarda, boya molekülleri arasındaki karşılıklı adsorpsiyonu (van der Waals kuvveti) ve kümelenmeyi önlemede belirli bir rol oynar. Lignosülfonat en etkili dağıtıcı maddedir ve Çin'de bu konuda araştırmalar yapılmaktadır.
Dispersiyon boyalarının moleküler yapısı güçlü hidrofilik gruplar içermez, yalnızca zayıf polar gruplar içerir; bu nedenle hidrofiliklikleri zayıftır ve gerçek çözünürlükleri çok düşüktür. Çoğu dispersiyon boyası yalnızca 25℃'de suda 1～10 mg/L çözünebilir.
Dispersiyon boyalarının çözünürlüğü aşağıdaki faktörlerle ilişkilidir:
Moleküler Yapı
“Disperse boyaların suda çözünürlüğü, boya molekülünün hidrofobik kısmı azaldıkça ve hidrofilik kısmı (polar grupların kalitesi ve miktarı) arttıkça artar. Yani, nispeten küçük bağıl moleküler kütleye ve -OH ve -NH2 gibi daha fazla zayıf polar gruba sahip boyaların çözünürlüğü daha yüksek olacaktır. Daha büyük bağıl moleküler kütleye ve daha az zayıf polar gruba sahip boyaların çözünürlüğü nispeten düşüktür. Örneğin, M=321 olan Disperse Red (I)'in çözünürlüğü 25℃'de 0,1 mg/L'den az, 80℃'de ise 1,2 mg/L'dir. M=352 olan Disperse Red (II)'nin çözünürlüğü 25℃'de 7,1 mg/L, 80℃'de ise 240 mg/L'dir.”
Dağıtıcı
Toz halindeki dispers boyalarda, saf boya içeriği genellikle %40 ila %60 arasındadır ve geri kalanı dağıtıcılar, toz önleyiciler, koruyucu maddeler, sodyum sülfat vb. maddelerden oluşur. Bunlar arasında dağıtıcıların oranı daha yüksektir.
Dağıtıcı madde (difüzyon ajanı), boyanın ince kristal tanelerini hidrofilik koloidal parçacıklara kaplayarak suda stabil bir şekilde dağıtabilir. Kritik misel konsantrasyonu aşıldıktan sonra, miseller de oluşacak ve bu da küçük boya kristal tanelerinin bir kısmını azaltacaktır. Miseller içinde çözünme sonucu, "çözünme" adı verilen bir olay meydana gelir ve böylece boyanın çözünürlüğü artar. Dahası, dağıtıcı maddenin kalitesi ne kadar iyi ve konsantrasyonu ne kadar yüksekse, çözünme ve çözünme etkisi de o kadar büyük olur.
Şunu belirtmek gerekir ki, dağıtıcı maddenin farklı yapıdaki dispers boyalar üzerindeki çözünme etkisi farklıdır ve bu fark oldukça büyüktür; dağıtıcı maddenin dispers boyalar üzerindeki çözünme etkisi, su sıcaklığının artmasıyla azalır; bu durum, su sıcaklığının dispers boyalar üzerindeki çözünme etkisiyle tamamen aynıdır. Çözünürlük üzerindeki etki ise tam tersidir.
Dağıtıcı boyanın hidrofobik kristal parçacıkları ve dağıtıcı madde birleşerek hidrofilik koloidal parçacıklar oluşturduktan sonra, dağılım stabilitesi önemli ölçüde iyileşir. Dahası, bu boya koloidal parçacıkları boyama işlemi sırasında boya "tedarik etme" rolünü oynar. Çünkü çözünmüş haldeki boya molekülleri lif tarafından emildikten sonra, koloidal parçacıklarda "depolanan" boya, boyanın çözünme dengesini korumak için zamanında salınır.
Dağılımdaki dağılmış boyanın durumu
1-dağıtıcı molekül
2-Boya kristali (çözünürleştirme)
3-dağıtıcı misel
4-Tek boya molekülü (çözünmüş)
5-Boyalı tahıl
6-dağıtıcı lipofilik baz
7-dağıtıcı hidrofilik baz
8-sodyum iyonu (Na+)
9-boya kristalitlerinin agregatları
Ancak, boya ile dağıtıcı madde arasındaki "bağlantı" çok büyük olursa, boya molekülünün "arzı" yetersiz kalır veya "arz talebi aşar" fenomeni ortaya çıkar. Bu nedenle, boyama hızını doğrudan azaltır ve boyama yüzdesini dengeleyerek yavaş boyamaya ve açık renge neden olur.
Görüldüğü üzere, dağıtıcı maddelerin seçimi ve kullanımı yapılırken sadece boyanın dağılım stabilitesi değil, boyanın rengi üzerindeki etkisi de dikkate alınmalıdır.
(3) Boyama çözeltisi sıcaklığı
Dispersiyon boyalarının suda çözünürlüğü, su sıcaklığının artmasıyla artar. Örneğin, Dispersiyon Sarısı'nın 80°C'deki suda çözünürlüğü, 25°C'deki çözünürlüğünün 18 katıdır. Dispersiyon Kırmızısı'nın 80°C'deki suda çözünürlüğü, 25°C'deki çözünürlüğünün 33 katıdır. Dispersiyon Mavisi'nin 80°C'deki suda çözünürlüğü, 25°C'deki çözünürlüğünün 37 katıdır. Su sıcaklığı 100°C'yi aşarsa, dispersiyon boyalarının çözünürlüğü daha da artacaktır.
Burada önemli bir hatırlatma yapalım: Dispers boyaların bu çözünme özelliği, pratik uygulamalarda gizli tehlikeler doğuracaktır. Örneğin, boya çözeltisi eşit olmayan bir şekilde ısıtıldığında, yüksek sıcaklıktaki boya çözeltisi düşük sıcaklıktaki yere doğru akar. Su sıcaklığı düştükçe, boya çözeltisi aşırı doygun hale gelir ve çözünmüş boya çökelerek boya kristal tanelerinin büyümesine ve çözünürlüğün azalmasına neden olur. Sonuç olarak, boya emilimi azalır.
(dört) boya kristali formu
Bazı dispers boyalar "izomorfizm" fenomenine sahiptir. Yani, aynı dispers boya, üretim sürecindeki farklı dispersiyon teknolojisi nedeniyle iğne, çubuk, pul, granül ve blok gibi çeşitli kristal formları oluşturabilir. Uygulama sürecinde, özellikle 130°C'de boyama yapıldığında, daha kararsız kristal form daha kararlı kristal forma dönüşür.
Şunu belirtmekte fayda var ki, daha kararlı kristal formu daha yüksek çözünürlüğe, daha az kararlı kristal formu ise nispeten daha düşük çözünürlüğe sahiptir. Bu durum, boya emilim hızını ve boya emilim yüzdesini doğrudan etkileyecektir.
(5) Parçacık boyutu
Genel olarak, küçük parçacıklı boyalar yüksek çözünürlüğe ve iyi dağılım stabilitesine sahiptir. Büyük parçacıklı boyalar ise daha düşük çözünürlüğe ve nispeten zayıf dağılım stabilitesine sahiptir.
Şu anda yerli dispers boyaların partikül boyutu genellikle 0,5～2,0 μm'dir (Not: Daldırma boyama için partikül boyutunun 0,5～1,0 μm olması gerekir).