Reaktif boyalar suda çok iyi çözünürlüğe sahiptir. Reaktif boyalar, suda çözünmek için esas olarak boya molekülündeki sülfonik asit grubuna dayanır. Vinilsülfon grupları içeren orta sıcaklık reaktif boyalar için, sülfonik asit grubuna ek olarak, β-etilsülfonil sülfat da çok iyi bir çözünme grubudur.

Sulu çözeltide, sülfonik asit grubu ve -etilsülfon sülfat grubu üzerindeki sodyum iyonları hidrasyon reaksiyonuna girerek boyanın anyon oluşturmasını ve suda çözünmesini sağlar. Reaktif boyanın lif üzerindeki boyama işlemi, boyanın anyon yapısına bağlıdır.

Reaktif boyaların çözünürlüğü 100 g/L'den fazladır, çoğu boyanın çözünürlüğü 200-400 g/L arasındadır ve bazı boyalar 450 g/L'ye kadar ulaşabilir. Ancak boyama işlemi sırasında, çeşitli nedenlerden dolayı boyanın çözünürlüğü azalır (hatta tamamen çözünmez hale gelir). Boyanın çözünürlüğü azaldığında, parçacıklar arasındaki büyük yük itmesi nedeniyle boyanın bir kısmı tek bir serbest anyondan parçacıklara dönüşür. Azalan çözünürlükte, parçacıklar birbirini çekerek kümelenme oluşturur. Bu tür kümelenme önce boya parçacıklarını toplar, sonra daha da kümelenir ve sonunda topaklara dönüşür. Topaklar gevşek bir yapıda olmalarına rağmen, pozitif ve negatif yüklerden oluşan çevresel elektriksel çift katman nedeniyle boya sıvısının dolaşımı sırasında oluşan kesme kuvvetiyle genellikle parçalanmaları zordur ve topaklar kumaş üzerinde kolayca çökelerek yüzey boyamasına veya lekelenmesine neden olur.

Boyanın bu şekilde topaklanması durumunda, renk haslığı önemli ölçüde azalır ve aynı zamanda farklı derecelerde lekelenmelere, izlere ve lekelere neden olur. Bazı boyalar için, topaklanma, boya çözeltisinin kesme kuvveti altında birleşmeyi daha da hızlandırarak dehidrasyona ve tuzlanmaya neden olur. Tuzlanma meydana geldiğinde, boyanmış renk son derece soluklaşır veya hiç boyanmaz; boyanmış olsa bile, ciddi renk lekeleri ve izler oluşur.

Boya agregasyonunun nedenleri

Bunun temel nedeni elektrolittir. Boyama işleminde ana elektrolit boya hızlandırıcıdır (sodyum tuzu ve tuz). Boya hızlandırıcı sodyum iyonları içerir ve boya molekülündeki sodyum iyonlarının eşdeğeri, boya hızlandırıcınınkinden çok daha düşüktür. Normal boyama işleminde boya hızlandırıcının normal konsantrasyonu, boyanın boya banyosundaki çözünürlüğünü fazla etkilemez.

Ancak, boya hızlandırıcı miktarı arttıkça, çözeltideki sodyum iyonu konsantrasyonu da buna bağlı olarak artar. Fazla sodyum iyonu, boya molekülünün çözünen grubundaki sodyum iyonlarının iyonlaşmasını engelleyerek boyanın çözünürlüğünü azaltır. 200 g/L'nin üzerinde, boyaların çoğu farklı derecelerde agregasyona uğrar. Boya hızlandırıcı konsantrasyonu 250 g/L'yi aştığında, agregasyon derecesi yoğunlaşır, önce topaklar oluşur ve ardından boya çözeltisinde hızla topaklar ve floküller oluşur ve düşük çözünürlüğe sahip bazı boyalar kısmen tuzdan arındırılır veya hatta susuzlaştırılır. Farklı moleküler yapıya sahip boyaların farklı agregasyon önleyici ve tuzdan arındırma direnci özellikleri vardır. Çözünürlük ne kadar düşükse, agregasyon önleyici ve tuz toleransı özellikleri o kadar kötü olur.

Boyanın çözünürlüğü esas olarak boya molekülündeki sülfonik asit gruplarının sayısı ve β-etilsülfon sülfatların sayısı tarafından belirlenir. Aynı zamanda, boya molekülünün hidrofilikliği ne kadar yüksekse, çözünürlük o kadar yüksek olur ve hidrofilikliği ne kadar düşükse, çözünürlük o kadar düşük olur. (Örneğin, azo yapılı boyalar, heterosiklik yapılı boyalardan daha hidrofiliktir.) Ek olarak, boyanın moleküler yapısı ne kadar büyükse, çözünürlük o kadar düşük olur ve moleküler yapı ne kadar küçükse, çözünürlük o kadar yüksek olur.

Reaktif boyaların çözünürlüğü
Kabaca dört kategoriye ayrılabilir:

A sınıfı boyalar, dietilsülfon sülfat (yani vinil sülfon) ve üç reaktif grup (monokloro-triazin + divinil sülfon) içeren boyalardır ve Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL gibi en yüksek çözünürlüğe sahiptirler. Ayrıca Yuanqing B ile üç reaktif grup boyalarının karıştırılmasıyla elde edilen ED tipi, Ciba tipi vb. tüm reaktif siyahlar da bu kategoriye girer. Bu boyaların çözünürlüğü çoğunlukla 400 g/L civarındadır.

B sınıfı boyalar, sarı 3RS, kırmızı 3BS, kırmızı 6B, kırmızı GWF, RR üç ana renk, RGB üç ana renk vb. gibi heterobireaktif gruplar (monokloro-triazin+vinilsülfon) içerir. Çözünürlükleri 200-300 gram baz alınarak hesaplanır. Meta-esterlerin çözünürlüğü para-esterlerden daha yüksektir.

C Tipi: Heterobireaktif grup içeren lacivert boyalar: BF, Lacivert 3GF, Koyu Mavi 2GFN, Kırmızı RBN, Kırmızı F2B, vb. Daha az sülfonik asit grubu veya daha büyük molekül ağırlığı nedeniyle çözünürlükleri de düşüktür, sadece 100-200 g/L'dir. D Sınıfı: Monovinilsülfon grubu ve heterosiklik yapıya sahip, en düşük çözünürlüğe sahip boyalar: Parlak Mavi KN-R, Turkuaz Mavi G, Parlak Sarı 4GL, Mor 5R, Mavi BRF, Parlak Turuncu F2R, Parlak Kırmızı F2G, vb. Bu tip boyaların çözünürlüğü sadece yaklaşık 100 g/L'dir. Bu tip boyalar elektrolitlere karşı özellikle hassastır. Bu tip boyalar bir kez topaklaştığında, flokülasyon işleminden bile geçmesine gerek kalmaz, doğrudan tuzlama yoluyla çökelir.

Normal boyama işleminde, boya hızlandırıcısının maksimum miktarı 80 g/L'dir. Sadece koyu renkler bu kadar yüksek konsantrasyonda boya hızlandırıcısı gerektirir. Boyama banyosundaki boya konsantrasyonu 10 g/L'den az olduğunda, çoğu reaktif boya bu konsantrasyonda hala iyi çözünürlüğe sahiptir ve topaklanmaz. Ancak sorun boya kazanında yatmaktadır. Normal boyama işlemine göre, önce boya eklenir ve boya banyosunda boya tamamen homojen bir şekilde seyreltildikten sonra boya hızlandırıcısı eklenir. Boya hızlandırıcısı temelde boya kazanındaki çözünme sürecini tamamlar.

Aşağıdaki sürece göre hareket edin.

Varsayımlar: Boyama konsantrasyonu %5, sıvı oranı 1:10, kumaş ağırlığı 350 kg (çift borulu sıvı akışı), su seviyesi 3,5 ton, sodyum sülfat 60 g/litre, toplam sodyum sülfat miktarı 200 kg (50 kg/paket, toplam 4 paket) (Malzeme tankının kapasitesi genellikle yaklaşık 450 litredir). Sodyum sülfatın çözünmesi işleminde, genellikle boya kazanının geri akış sıvısı kullanılır. Geri akış sıvısı, önceden eklenen boyayı içerir. Genellikle, önce malzeme kazanına 300 litre geri akış sıvısı konulur ve ardından iki paket sodyum sülfat (100 kg) dökülür.

Sorun şu ki, çoğu boya bu sodyum sülfat konsantrasyonunda çeşitli derecelerde topaklanma gösterir. Bunlardan C tipi boya ciddi şekilde topaklanırken, D tipi boya sadece topaklanmakla kalmaz, aynı zamanda tuzlanarak çökelir. Genel operatör, ana sirkülasyon pompası aracılığıyla malzeme tankındaki sodyum sülfat çözeltisini boya tankına yavaşça ekleme prosedürünü izlese de, 300 litre sodyum sülfat çözeltisindeki boya topaklanmış ve hatta tuzlanarak çökelmiştir.

Malzeme tankındaki tüm çözelti boyama tankına doldurulduğunda, tankın duvarında ve dibinde yağlı boya parçacıklarından oluşan bir tabaka olduğu açıkça görülmektedir. Bu boya parçacıkları kazınarak temiz suya konulduğunda genellikle tekrar çözünmesi zordur. Aslında, boyama tankına giren 300 litre çözeltinin tamamı böyledir.

Unutmayın ki, bu şekilde boya kazanına tekrar doldurulacak iki paket Yuanming Tozu da çözülecektir. Bu işlemden sonra, belirgin bir topaklanma veya tuzlama olmasa bile, yüzey boyaması nedeniyle lekeler, izler ve lekeler oluşması kaçınılmazdır ve renk haslığı ciddi şekilde azalır. Daha yüksek çözünürlüğe sahip A ve B sınıfı boyalar için boya agregasyonu da meydana gelecektir. Bu boyalar henüz topaklanma oluşturmamış olsa da, boyaların en az bir kısmı zaten kümelenmiş durumdadır.

Bu agregatların lifin içine nüfuz etmesi zordur. Çünkü pamuk lifinin amorf bölgesi yalnızca mono-iyon boyaların nüfuz etmesine ve yayılmasına izin verir. Agregatlar lifin amorf bölgesine giremez. Sadece lifin yüzeyine adsorbe olabilirler. Renk haslığı da önemli ölçüde azalacak ve ciddi durumlarda renk lekeleri ve izler oluşacaktır.

Reaktif boyaların çözünme derecesi alkali maddelerle ilişkilidir.

Alkali madde eklendiğinde, reaktif boyanın β-etilsülfon sülfatı, genlerde çok çözünür olan gerçek vinil sülfonunu oluşturmak üzere bir eliminasyon reaksiyonuna girer. Eliminasyon reaksiyonu çok az alkali madde gerektirdiğinden (genellikle işlem dozunun 1/10'undan daha azını oluşturur), ne kadar çok alkali madde eklenirse, o kadar çok boya reaksiyona girerek eliminasyona uğrar. Eliminasyon reaksiyonu gerçekleştiğinde, boyanın çözünürlüğü de azalacaktır.

Aynı alkali madde aynı zamanda güçlü bir elektrolittir ve sodyum iyonları içerir. Bu nedenle, aşırı alkali madde konsantrasyonu, vinil sülfon oluşturan boyanın topaklanmasına veya hatta tuzlanmasına neden olur. Aynı sorun malzeme tankında da meydana gelir. Alkali madde çözündüğünde (örneğin soda külü), geri akış çözeltisi kullanılırsa, bu sırada geri akış sıvısı zaten normal işlem konsantrasyonunda boya hızlandırıcı madde ve boya içerir. Boyanın bir kısmı lif tarafından tüketilmiş olsa bile, kalan boyanın en az %40'ından fazlası boya sıvısında bulunur. Diyelim ki işlem sırasında bir paket soda külü dökülüyor ve tanktaki soda külü konsantrasyonu 80 g/L'yi aşıyor. Bu sırada geri akış sıvısındaki boya hızlandırıcı 80 g/L olsa bile, tanktaki boya da yoğunlaşacaktır. C ve D boyaları, özellikle D boyaları için, soda külü konsantrasyonu 20 g/l'ye düşse bile yerel tuzlanma nedeniyle çökelme gösterebilir. Bunlar arasında Brilliant Blue KN.R, Turquoise Blue G ve Supervisor BRF en hassas olanlardır.

Boyanın topaklanması veya tuzlanması, boyanın tamamen hidrolize olduğu anlamına gelmez. Eğer topaklanma veya tuzlanma boya hızlandırıcıdan kaynaklanıyorsa, yeniden çözünebildiği sürece boyama işlemi devam edebilir. Ancak yeniden çözünmesini sağlamak için yeterli miktarda boya yardımcı maddesi (örneğin 20 g/l veya daha fazla üre) eklenmesi ve yeterli karıştırma ile sıcaklığın 90°C veya daha yüksek bir değere çıkarılması gerekir. Elbette bu, gerçek işlem operasyonunda oldukça zordur.
Boyaların boya kazanında topaklanmasını veya tuzlanmasını önlemek için, düşük çözünürlüğe sahip C ve D boyaları ile A ve B boyaları için koyu ve yoğun renkler elde edilirken transfer boyama işlemi kullanılmalıdır.

Proses işletimi ve analizi

1. Boya hızlandırıcıyı boya kazanına geri koyun ve çözünmesi için kazanda ısıtın (60-80℃). Taze suda boya bulunmadığı için boya hızlandırıcının kumaşa karşı bir afinitesi yoktur. Çözülmüş boya hızlandırıcıyı mümkün olan en kısa sürede boya kazanına doldurun.

2. Tuzlu su çözeltisi 5 dakika boyunca dolaştırıldıktan sonra, boya hızlandırıcı esasen tamamen homojen hale gelir ve daha sonra önceden çözülmüş olan boya çözeltisi eklenir. Boya çözeltisinin geri akış çözeltisiyle seyreltilmesi gerekir, çünkü geri akış çözeltisindeki boya hızlandırıcının konsantrasyonu sadece 80 gram/L'dir, bu nedenle boya topaklanmaz. Aynı zamanda, boya (nispeten düşük konsantrasyonlu) boya hızlandırıcıdan etkilenmeyeceği için boyama problemi ortaya çıkmaz. Bu aşamada, boya çözeltisinin boyama kazanına doldurulma süresini kontrol etmeye gerek yoktur ve genellikle 10-15 dakika içinde tamamlanır.

3. Alkali maddeler, özellikle C ve D boyaları için mümkün olduğunca hidratlanmalıdır. Bu tip boyalar, boya oluşumunu hızlandıran maddelerin varlığında alkali maddelere karşı çok hassas olduğundan, alkali maddelerin çözünürlüğü nispeten yüksektir (soda külünün 60°C'deki çözünürlüğü 450 g/L'dir). Alkali maddeyi çözmek için gereken temiz su miktarı çok fazla olmamalıdır, ancak alkali çözeltinin eklenme hızı işlem gereksinimlerine uygun olmalı ve genellikle kademeli olarak eklenmesi daha iyidir.

4. A kategorisindeki divinil sülfon boyaları için reaksiyon hızı nispeten yüksektir çünkü 60°C'de alkali maddelere karşı özellikle hassastırlar. Anında renk sabitlemesini ve düzensiz rengi önlemek için, alkali maddenin 1/4'ünü düşük sıcaklıkta önceden ekleyebilirsiniz.

Transfer boyama işleminde, yalnızca alkali ajanın besleme hızının kontrol edilmesi gerekir. Transfer boyama işlemi sadece ısıtma yöntemine değil, sabit sıcaklık yöntemine de uygulanabilir. Sabit sıcaklık yöntemi, boyanın çözünürlüğünü artırabilir ve boyanın difüzyonunu ve nüfuzunu hızlandırabilir. Elyafın amorf bölgesinin 60°C'deki şişme oranı, 30°C'deki oranın yaklaşık iki katıdır. Bu nedenle, sabit sıcaklık işlemi, yüksek nüfuz ve difüzyon veya nispeten yüksek boya konsantrasyonu gerektiren, düşük sıvı oranlı boyama yöntemlerini içeren çözgü ve tel örgüler için daha uygundur.

Piyasada bulunan sodyum sülfatın bazen nispeten alkali olduğunu ve pH değerinin 9-10'a kadar çıkabileceğini unutmayın. Bu çok tehlikelidir. Saf sodyum sülfatı saf tuzla karşılaştırırsanız, tuzun boya agregasyonuna etkisi sodyum sülfattan daha fazladır. Bunun nedeni, sofra tuzundaki sodyum iyonlarının eşdeğer miktarının aynı ağırlıkta sodyum sülfattakinden daha yüksek olmasıdır.

Boyaların agregasyonu su kalitesiyle oldukça ilişkilidir. Genel olarak, 150 ppm'nin altındaki kalsiyum ve magnezyum iyonları boyaların agregasyonunu fazla etkilemez. Bununla birlikte, sudaki demir iyonları ve alüminyum iyonları gibi ağır metal iyonları, bazı alg mikroorganizmaları da dahil olmak üzere, boya agregasyonunu hızlandırır. Örneğin, sudaki demir iyonlarının konsantrasyonu 20 ppm'yi aşarsa, boyanın yapışmayı önleme yeteneği önemli ölçüde azalabilir ve alglerin etkisi daha ciddi hale gelir.

Boya topaklanmasını önleme ve tuzlama direnci testleriyle birlikte eklenmiştir:

Deney 1: 0,5 g boya ve 25 g sodyum sülfat veya tuzu tartın ve 25°C'de yaklaşık 5 dakika boyunca 100 ml saf suda çözün. Bir damlama tüpü kullanarak çözeltiyi çekin ve filtre kağıdının aynı noktasına sürekli olarak 2 damla damlatın.

Belirleme 2: 0,5 g boya, 8 g sodyum sülfat veya tuz ve 8 g soda külünü tartın ve yaklaşık 25°C'de 100 ml saf suda yaklaşık 5 dakika boyunca çözün. Damlalık kullanarak çözeltiyi filtre kağıdına sürekli olarak damlatın. 2 damla.

Yukarıdaki yöntem, boyanın topaklanmayı önleme ve tuzlama özelliğini basitçe değerlendirmek ve temelde hangi boyama işleminin kullanılacağına karar vermek için kullanılabilir.