반응성 염료는 물에 대한 용해도가 매우 높습니다. 반응성 염료는 주로 염료 분자에 있는 설폰산기 덕분에 물에 용해됩니다. 비닐설폰기를 함유하는 메조온도 반응성 염료의 경우, 설폰산기 외에도 β-에틸설포닐황산염 또한 매우 우수한 용해성 작용기입니다.

수용액에서 설폰산기와 에틸설폰 설페이트기의 나트륨 이온은 수화 반응을 일으켜 염료가 음이온을 형성하고 물에 용해됩니다. 반응성 염료의 염색은 염색될 염료의 음이온이 섬유에 결합하는 방식에 따라 달라집니다.

반응성 염료의 용해도는 100g/L 이상이며, 대부분의 염료는 200~400g/L의 용해도를 갖고, 일부 염료는 450g/L에 달하기도 합니다. 그러나 염색 과정 중에는 다양한 이유로 염료의 용해도가 감소하거나 완전히 불용성이 될 수 있습니다. 염료의 용해도가 감소하면, 염료 입자들 사이의 강한 전하 반발력 때문에 염료의 일부가 단일 자유 음이온에서 입자로 변하게 됩니다. 용해도가 감소함에 따라 입자들끼리 서로 끌어당겨 응집체를 형성합니다. 이러한 응집은 처음에는 염료 입자들을 하나의 덩어리로 모으고, 그 다음에는 덩어리들을 더욱 모아 최종적으로는 플록을 형성하게 됩니다. 응집물은 일종의 느슨한 집합체이지만, 양전하와 음전하에 의해 형성된 주변의 전기 이중층 때문에 염색액이 순환할 때 전단력에 의해 분해되기 어렵고, 직물 표면에 침전되어 표면 염색이나 얼룩을 유발하기 쉽습니다.

염료가 이렇게 응집되면 색상 견뢰도가 현저히 떨어지고, 동시에 다양한 정도의 얼룩과 오염이 발생합니다. 일부 염료의 경우, 응집은 염료 용액의 전단력에 의해 더욱 가속화되어 탈수 및 염석 현상을 일으킵니다. 염석이 발생하면 염색된 색상이 매우 옅어지거나 아예 염색되지 않을 수 있으며, 염색이 되더라도 심각한 얼룩과 오염이 발생합니다.

염료 응집의 원인

주된 이유는 전해질 때문입니다. 염색 공정에서 주요 전해질은 염색 촉진제(나트륨염)입니다. 염색 촉진제에는 나트륨 이온이 포함되어 있는데, 염료 분자 내 나트륨 이온의 당량은 염색 촉진제 자체의 당량보다 훨씬 적습니다. 따라서 일반적인 염색 공정에서 정상적인 농도의 염색 촉진제는 염료의 용해도에 큰 영향을 미치지 않습니다.

그러나 염료 촉진제의 양이 증가함에 따라 용액 내 나트륨 이온 농도도 비례적으로 증가합니다. 과량의 나트륨 이온은 염료 분자의 용해성 작용기에서 나트륨 이온의 이온화를 억제하여 염료의 용해도를 감소시킵니다. 200g/L를 초과하면 대부분의 염료는 다양한 정도의 응집 현상을 나타냅니다. 염료 촉진제 농도가 250g/L를 초과하면 응집 정도가 심화되어 먼저 응집체가 형성되고, 이후 염료 용액 내에서 응집체와 응집물이 빠르게 형성됩니다. 용해도가 낮은 일부 염료는 부분적으로 염석되거나 심지어 탈수되기도 합니다. 분자 구조가 다른 염료는 응집 방지 및 염석 저항성이 다릅니다. 용해도가 낮을수록 응집 방지 및 염분 내성이 약해져 분석 성능이 저하됩니다.

염료의 용해도는 주로 염료 분자 내 설폰산기의 수와 β-에틸설폰 설페이트의 수에 의해 결정됩니다. 또한, 염료 분자의 친수성이 클수록 용해도가 높고, 친수성이 낮을수록 용해도가 낮습니다. (예를 들어, 아조 구조의 염료는 헤테로고리 구조의 염료보다 친수성이 높습니다.) 더불어, 염료의 분자 구조가 클수록 용해도가 낮고, 분자 구조가 작을수록 용해도가 높습니다.

반응성 염료의 용해도
크게 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

A급 염료는 디에틸설폰황산염(즉, 비닐설폰)과 세 가지 반응기(모노클로로트리아진 + 디비닐설폰)를 함유하고 있으며, 원청 B, 네이비 GG, 네이비 RGB, 골든 RNL, 그리고 원청 B와 ED형, 시바 S형 등 세 가지 반응기를 가진 염료들을 혼합하여 만든 모든 반응성 흑색 염료를 포함하여 용해도가 가장 높습니다. 이러한 염료들의 용해도는 대부분 약 400g/L입니다.

B급 염료는 황색 3RS, 적색 3BS, 적색 6B, 적색 GWF, RR 삼원색, RGB 삼원색 등과 같이 이종 이반응기(모노클로로트리아진+비닐설폰)를 포함하는 염료입니다. 이들의 용해도는 200~300g을 기준으로 하며, 메타에스테르의 용해도가 파라에스테르보다 높습니다.

C형: BF, 네이비 블루 3GF, 다크 블루 2GFN, 레드 RBN, 레드 F2B 등과 같이 이종 이반응기를 가진 네이비 블루 염료는 설폰산기의 수가 적거나 분자량이 크기 때문에 용해도가 낮아 100~200g/L에 불과합니다. D형: 브릴리언트 블루 KN-R, 터쿼이즈 블루 G, 브라이트 옐로우 4GL, 바이올렛 5R, 블루 BRF, 브릴리언트 오렌지 F2R, 브릴리언트 레드 F2G 등과 같이 모노비닐설폰기와 헤테로고리 구조를 가진 염료는 용해도가 가장 낮습니다. 이 염료의 용해도는 약 100g/L에 그칩니다. D형 염료는 전해질에 특히 민감하며, 일단 응집되면 응집 침전 과정 없이 바로 염석법을 사용하여 제거할 수 있습니다.

일반적인 염색 공정에서 염료 촉진제의 최대 사용량은 80g/L입니다. 이처럼 높은 농도의 염료 촉진제가 필요한 경우는 진한 색상을 염색할 때뿐입니다. 염색액 내 염료 농도가 10g/L 미만일 경우, 대부분의 반응성 염료는 이 농도에서도 용해도가 양호하여 응집되지 않습니다. 하지만 문제는 조(vat)에 있습니다. 일반적인 염색 공정에서는 염료를 먼저 넣고, 염료가 염색액에 균일하게 완전히 희석된 후에 염료 촉진제를 첨가합니다. 이때 염료 촉진제는 조에서 거의 완전히 용해됩니다.

다음 절차에 따라 작업하십시오.

가정: 염색 농도 5%, 액비 1:10, 원단 무게 350kg(이중관 액상 흐름 방식), 수위 3.5톤, 황산나트륨 농도 60g/리터, 총 황산나트륨 사용량 200kg(50kg/팩, 총 4팩) (원료 탱크 용량은 일반적으로 약 450리터). 황산나트륨 용해 과정에서 염색조의 환류액을 사용하는 경우가 많다. 환류액에는 이전에 첨가된 염료가 포함되어 있다. 일반적으로, 먼저 300리터의 환류액을 원료 탱크에 넣은 후, 황산나트륨 2팩(100kg)을 넣는다.

문제는 대부분의 염료가 이 농도의 황산나트륨 용액에서 다양한 정도로 응집된다는 점입니다. 그중에서도 C형 염료는 심각한 응집 현상을 보이고, D형 염료는 응집은 물론 염석까지 일어납니다. 일반적으로 작업자는 원료 탱크의 황산나트륨 용액을 주순환펌프를 통해 염료 탱크로 천천히 보충하는 절차를 따르지만, 300리터의 황산나트륨 용액 속 염료는 이미 응집물을 형성하고 염석까지 발생한 상태입니다.

원액조의 용액을 염색조에 모두 채우고 나면, 염색조 벽과 바닥에 기름진 염료 입자층이 심하게 붙어 있는 것이 눈에 띕니다. 이 염료 입자들을 긁어내어 깨끗한 물에 담가도 잘 녹지 않습니다. 실제로 염색조에 투입되는 300리터의 용액은 모두 이런 상태입니다.

원명분말 2팩도 이와 같은 방식으로 녹여서 염색조에 다시 채워 넣는다는 점을 기억하십시오. 이렇게 되면 얼룩이 생기고, 표면 염색으로 인해 색상 견뢰도가 심각하게 저하됩니다. 눈에 띄는 응집이나 염석 현상이 없더라도 마찬가지입니다. 용해도가 높은 A급 및 B급 염료의 경우 염료 응집 현상도 발생합니다. 이러한 염료들은 아직 응집물을 형성하지 않았더라도, 적어도 일부는 이미 덩어리를 형성했을 가능성이 높습니다.

이러한 응집체는 섬유 내부로 침투하기 어렵습니다. 면섬유의 비정질 영역은 단일 이온 염료만 침투 및 확산할 수 있기 때문입니다. 응집체는 섬유의 비정질 영역으로 들어갈 수 없으며, 섬유 표면에만 흡착될 수 있습니다. 따라서 색상 견뢰도가 크게 저하되고, 심한 경우에는 얼룩이나 오염이 발생할 수 있습니다.

반응성 염료의 용해도는 알칼리제와 관련이 있습니다.

알칼리제를 첨가하면 반응성 염료의 β-에틸설폰황산염이 제거 반응을 일으켜 염료에 매우 잘 용해되는 본래의 비닐설폰을 생성합니다. 이 제거 반응에는 소량의 알칼리제만 필요하므로(종종 전체 투입량의 1/10 미만만 사용), 알칼리 투입량이 많을수록 제거 반응을 일으키는 염료의 양도 많아집니다. 제거 반응이 일어나면 염료의 용해도 또한 감소합니다.

알칼리제는 강한 전해질이며 나트륨 이온을 함유하고 있습니다. 따라서 알칼리제 농도가 과도하면 비닐 설폰을 형성한 염료가 응집되거나 심지어 염석될 수 있습니다. 재료 탱크에서도 동일한 문제가 발생합니다. 알칼리제(예: 소다회)를 용해할 때 환류액을 사용하는 경우, 환류액에는 이미 정상 공정 농도의 염색 촉진제와 염료가 포함되어 있습니다. 섬유에 의해 염료의 일부가 소모되었더라도, 잔류 염료의 40% 이상이 염색액에 남아 있습니다. 만약 작업 중에 소다회 한 포대를 투입하여 탱크 내 소다회 농도가 80g/L를 초과하게 되면, 환류액 내 염색 촉진제 농도가 80g/L이더라도 탱크 내 염료는 응축됩니다. 특히 C 및 D 염료의 경우, 소다회 농도가 20g/L로 낮아지더라도 염석 현상이 발생할 수 있습니다. 그중에서도 브릴리언트 블루 KN.R, 터쿼이즈 블루 G, 슈퍼바이저 BRF가 가장 민감합니다.

염료 응집이나 염석 현상이 발생했다고 해서 염료가 완전히 가수분해된 것은 아닙니다. 염료 촉진제에 의해 응집이나 염석 현상이 발생한 경우, 재용해만 가능하다면 염색이 가능합니다. 다만, 재용해를 위해서는 충분한 양의 염료 보조제(예: 요소 20g/l 이상)를 첨가하고, 온도를 90°C 이상으로 올려 충분히 교반해야 합니다. 이는 실제 공정에서 매우 어려운 조건입니다.
염료가 염색조에서 응집되거나 침전되는 것을 방지하기 위해, 용해도가 낮은 C 및 D 염료뿐만 아니라 A 및 B 염료를 사용하여 진하고 농축된 색상을 만들 때는 전사 염색 공정을 사용해야 합니다.

공정 운영 및 분석

1. 염색조에 염료촉진제를 다시 넣고 60~80℃로 가열하여 녹입니다. 깨끗한 물에는 염료가 없으므로 염료촉진제는 직물에 대한 친화력이 없습니다. 녹인 염료촉진제는 최대한 빨리 염색조에 채워 넣습니다.

2. 염수 용액을 5분간 순환시킨 후, 염색 촉진제가 기본적으로 완전히 균일해지면 미리 용해시켜 둔 염료 용액을 첨가합니다. 염료 용액은 환류 용액으로 희석해야 하는데, 환류 용액의 염색 촉진제 농도가 80g/L에 불과하기 때문에 염료가 응집되지 않습니다. 또한, 염료가 (상대적으로 낮은 농도의) 염색 촉진제의 영향을 받지 않으므로 염색 과정에서 문제가 발생하지 않습니다. 이때, 염료 용액을 염색조에 채우는 속도를 시간 단위로 조절할 필요는 없으며, 보통 10~15분이면 완료됩니다.

3. 알칼리제는 가능한 한 많이 수화시켜야 하며, 특히 C형 및 D형 염료의 경우 더욱 그러합니다. 이러한 종류의 염료는 발색촉진제가 존재하는 환경에서 알칼리제에 매우 민감하기 때문에 알칼리제의 용해도가 비교적 높습니다(60°C에서 탄산나트륨의 용해도는 450g/L입니다). 알칼리제를 용해하는 데 필요한 깨끗한 물의 양은 많지 않아도 되지만, 알칼리 용액의 첨가 속도는 공정 요구 사항에 맞춰야 하며, 일반적으로 점진적으로 첨가하는 것이 좋습니다.

4. A군 디비닐술폰 염료는 60°C에서 알칼리제에 특히 민감하기 때문에 반응 속도가 비교적 빠릅니다. 급격한 색상 고정 및 색상 불균일을 방지하기 위해 알칼리제를 1/4 정도 저온에서 미리 첨가할 수 있습니다.

전사 염색 공정에서는 알칼리제의 공급 속도만 조절하면 됩니다. 전사 염색 공정은 가열 방식뿐만 아니라 항온 방식에도 적용 가능합니다. 항온 방식은 염료의 용해도를 높이고 염료의 확산 및 침투를 촉진합니다. 섬유의 비정질 부분의 팽윤 속도는 60°C에서 30°C보다 약 두 배 높습니다. 따라서 항온 공정은 치즈, 행크, 경사 빔과 같이 높은 침투 및 확산 또는 비교적 높은 염료 농도가 요구되는 저액비 염색 방식 등에 더욱 적합합니다.

시중에 판매되는 황산나트륨은 때때로 상대적으로 알칼리성을 띠며 pH 값이 9~10에 달할 수 있다는 점에 유의하십시오. 이는 매우 위험합니다. 순수한 황산나트륨과 순수한 소금을 비교해 보면, 소금이 황산나트륨보다 염료 응집에 더 큰 영향을 미칩니다. 이는 동일 중량에서 소금에 포함된 나트륨 이온의 양이 황산나트륨에 포함된 나트륨 이온의 양보다 많기 때문입니다.

염료의 응집 현상은 수질과 밀접한 관련이 있습니다. 일반적으로 칼슘 및 마그네슘 이온 농도가 150ppm 미만일 경우 염료 응집에 큰 영향을 미치지 않습니다. 그러나 철 이온, 알루미늄 이온과 같은 중금속 이온과 일부 조류 미생물은 염료 응집을 촉진합니다. 예를 들어, 수중 철 이온 농도가 20ppm을 초과하면 염료의 응집 방지 능력이 크게 저하되며, 조류의 영향 또한 더욱 심각해집니다.

염료 응집 방지 및 염석 저항성 시험 결과가 첨부되어 있습니다.

측정 1: 염료 0.5g과 황산나트륨 또는 소금 25g을 칭량하여 정제수 100ml에 넣고 25°C에서 약 5분간 용해시킨다. 점적관을 이용하여 용액을 흡입한 후, 여과지 위의 같은 위치에 두 방울씩 연속적으로 떨어뜨린다.

측정 2: 염료 0.5g, 황산나트륨 또는 소금 8g, 탄산나트륨 8g을 계량하여 정제수 100ml에 약 25°C에서 약 5분간 용해시킨다. 스포이트를 사용하여 여과지 위의 용액을 지속적으로 흡입한다. 2방울.

위의 방법은 염료의 응집 방지 및 염석 능력을 간단하게 판단하는 데 사용할 수 있으며, 기본적으로 어떤 염색 공정을 사용해야 하는지 판단할 수 있습니다.