Os corantes reativos possuem excelente solubilidade em água. A solubilidade dos corantes reativos depende principalmente do grupo ácido sulfônico presente na molécula do corante. Para corantes reativos de meso-temperatura que contêm grupos vinilsulfona, além do grupo ácido sulfônico, o β-etilsulfonil sulfato também atua como um excelente grupo solubilizante.

Na solução aquosa, os íons de sódio no grupo ácido sulfônico e no grupo sulfato de -etilsulfona sofrem uma reação de hidratação, fazendo com que o corante forme um ânion e se dissolva na água. A tintura do corante reativo depende da ligação do ânion do corante à fibra.

A solubilidade dos corantes reativos é superior a 100 g/L, a maioria dos corantes apresenta solubilidade entre 200 e 400 g/L, e alguns podem atingir até 450 g/L. No entanto, durante o processo de tingimento, a solubilidade do corante diminui por diversos motivos (ou pode até mesmo tornar-se completamente insolúvel). Quando a solubilidade do corante diminui, parte dele se transforma de um único ânion livre em partículas, devido à forte repulsão de cargas entre as partículas. Com a diminuição da repulsão, as partículas se atraem, formando aglomerados. Esse tipo de aglomeração inicialmente reúne as partículas de corante em aglomerados menores, que por sua vez se transformam em aglomerados menores e, finalmente, em flocos. Embora os flocos sejam uma espécie de aglomerado solto, devido à dupla camada elétrica circundante formada por cargas positivas e negativas, geralmente é difícil decompô-los pela força de cisalhamento quando o licor de tingimento circula, e os flocos tendem a precipitar-se facilmente no tecido, resultando em tingimento ou manchas superficiais.

Uma vez que o corante apresente aglomeração, a solidez da cor será significativamente reduzida, causando também manchas e descolorações em diferentes graus. Para alguns corantes, a floculação acelera ainda mais a aglomeração sob a força de cisalhamento da solução corante, causando desidratação e precipitação salina. Quando ocorre a precipitação salina, a cor tingida fica extremamente clara, ou até mesmo desaparece, e mesmo que seja tingida, apresenta manchas e descolorações graves.

Causas da agregação de corantes

O principal motivo é o eletrólito. No processo de tingimento, o principal eletrólito é o acelerador de cor (sal de sódio e sal). O acelerador de cor contém íons de sódio, e o equivalente de íons de sódio na molécula do corante é muito menor do que o do acelerador. Assim, a concentração normal do acelerador de cor em um processo de tingimento comum não influencia significativamente a solubilidade do corante no banho de tingimento.

No entanto, quando a quantidade de acelerador de corante aumenta, a concentração de íons de sódio na solução aumenta correspondentemente. O excesso de íons de sódio inibe a ionização dos íons de sódio no grupo solúvel da molécula do corante, reduzindo assim a sua solubilidade. Acima de 200 g/L, a maioria dos corantes apresenta diferentes graus de agregação. Quando a concentração do acelerador de corante ultrapassa 250 g/L, o grau de agregação intensifica-se, formando primeiro aglomerados e, posteriormente, aglomerados e flocos na solução do corante. Alguns corantes com baixa solubilidade sofrem precipitação parcial ou mesmo desidratação. Corantes com diferentes estruturas moleculares apresentam diferentes propriedades de resistência à agregação e à precipitação. Quanto menor a solubilidade, menores as propriedades de resistência à agregação e à precipitação, e pior o desempenho analítico.

A solubilidade do corante é determinada principalmente pelo número de grupos de ácido sulfônico na molécula do corante e pelo número de sulfatos de β-etilsulfona. Ao mesmo tempo, quanto maior a hidrofilicidade da molécula do corante, maior a solubilidade, e quanto menor a hidrofilicidade, menor a solubilidade. (Por exemplo, corantes com estrutura azo são mais hidrofílicos do que corantes com estrutura heterocíclica.) Além disso, quanto maior a estrutura molecular do corante, menor a solubilidade, e quanto menor a estrutura molecular, maior a solubilidade.

Solubilidade de corantes reativos
Pode ser dividido em quatro categorias principais:

Os corantes da Classe A, que contêm sulfato de dietilsulfona (ou seja, vinilsulfona) e três grupos reativos (monocloros-triazina + divinilsulfona), apresentam a maior solubilidade, como o Yuan Qing B, Navy GG, Navy RGB, Golden: RNL e todos os pretos reativos produzidos pela mistura do Yuanqing B com corantes de três grupos reativos, como os do tipo ED, Ciba tipo S, etc. A solubilidade desses corantes geralmente gira em torno de 400 g/L.

Corantes da classe B contendo grupos heterobireativos (monocloros-triazina + vinilsulfona), como o amarelo 3RS, o vermelho 3BS, o vermelho 6B, o vermelho GWF, as três cores primárias RR, as três cores primárias RGB, etc. Sua solubilidade é baseada em 200 a 300 gramas. A solubilidade do metaéster é maior que a do paraéster.

Tipo C: Azul marinho que também é um grupo heterobireativo: BF, Azul marinho 3GF, azul escuro 2GFN, vermelho RBN, vermelho F2B, etc. Devido ao menor número de grupos de ácido sulfônico ou ao maior peso molecular, sua solubilidade também é baixa, apenas 100-200 g/L. Classe D: Corantes com grupo monovinilsulfona e estrutura heterocíclica, com a menor solubilidade, como Azul Brilhante KN-R, Azul Turquesa G, Amarelo Brilhante 4GL, Violeta 5R, Azul BRF, Laranja Brilhante F2R, Vermelho Brilhante F2G, etc. A solubilidade desse tipo de corante é de apenas cerca de 100 g/L. Esse tipo de corante é particularmente sensível a eletrólitos. Uma vez que esse tipo de corante se aglomera, ele nem precisa passar pelo processo de floculação, precipitando diretamente por sal.

No processo normal de tingimento, a quantidade máxima de acelerador de corante é de 80 g/L. Somente cores escuras requerem uma concentração tão alta de acelerador. Quando a concentração de corante no banho de tingimento é inferior a 10 g/L, a maioria dos corantes reativos ainda apresenta boa solubilidade e não se aglomera. O problema reside, porém, no tanque de tingimento. De acordo com o processo normal de tingimento, o corante é adicionado primeiro e, após a completa diluição e homogeneização do corante no banho, o acelerador de corante é adicionado. O acelerador de corante basicamente completa o processo de dissolução no tanque.

Operar de acordo com o seguinte processo

Suposição: concentração de tingimento de 5%, relação de banho de 1:10, peso do tecido de 350 kg (fluxo de líquido em tubo duplo), nível de água de 3,5 toneladas, sulfato de sódio a 60 g/litro, quantidade total de sulfato de sódio de 200 kg (50 kg/pacote, totalizando 4 pacotes) (a capacidade do tanque de material é geralmente de cerca de 450 litros). No processo de dissolução do sulfato de sódio, o líquido de refluxo do tanque de tingimento é frequentemente utilizado. O líquido de refluxo contém o corante previamente adicionado. Geralmente, 300 L de líquido de refluxo são colocados primeiro no tanque de material e, em seguida, dois pacotes de sulfato de sódio (100 kg) são adicionados.

O problema é que a maioria dos corantes se aglomera em diferentes graus nessa concentração de sulfato de sódio. Entre eles, o corante do tipo C apresenta aglomeração significativa, e o corante do tipo D não só se aglomera, como também sofre precipitação salina. Embora o operador geralmente siga o procedimento de repor lentamente a solução de sulfato de sódio do tanque de matéria-prima para o tanque de corante através da bomba de circulação principal, o corante presente nos 300 litros de solução de sulfato de sódio forma flocos e até mesmo sofre precipitação salina.

Quando toda a solução do tanque de matéria-prima é transferida para o tanque de tingimento, torna-se bastante visível a presença de uma camada de partículas oleosas de corante nas paredes e no fundo do tanque. Mesmo raspando essas partículas e colocando-as em água limpa, elas geralmente se dissolvem com dificuldade. De fato, os 300 litros de solução que entram no tanque de tingimento apresentam essa condição.

Lembre-se de que também existem dois pacotes de Pó Yuanming que serão dissolvidos e adicionados ao tanque de tingimento dessa maneira. Após esse processo, manchas, sujeira e mais sujeira certamente ocorrerão, e a solidez da cor será seriamente reduzida devido à coloração superficial, mesmo que não haja floculação ou precipitação salina evidentes. Para as classes A e B, com maior solubilidade, também ocorrerá agregação do corante. Embora esses corantes ainda não tenham formado flocos, pelo menos parte deles já terá formado aglomerados.

Esses agregados são difíceis de penetrar na fibra. Isso ocorre porque a área amorfa da fibra de algodão permite apenas a penetração e difusão de corantes mono-iônicos. Nenhum agregado consegue entrar na zona amorfa da fibra, sendo adsorvido apenas na superfície. A solidez da cor também será significativamente reduzida, podendo ocorrer manchas e descoloração em casos graves.

O grau de solubilidade dos corantes reativos está relacionado aos agentes alcalinos.

Quando o agente alcalino é adicionado, o sulfato de β-etilsulfona do corante reativo sofre uma reação de eliminação para formar sua verdadeira vinilsulfona, que é muito solúvel em genes. Como a reação de eliminação requer muito pouco agente alcalino (frequentemente representando menos de 1/10 da dosagem do processo), quanto maior a dosagem de álcali, mais corantes sofrem a reação de eliminação. Uma vez ocorrida a reação de eliminação, a solubilidade do corante também diminui.

O mesmo agente alcalino também é um eletrólito forte e contém íons de sódio. Portanto, uma concentração excessiva de agente alcalino também causará a aglomeração ou até mesmo a precipitação do corante vinil sulfona formado. O mesmo problema ocorre no tanque de material. Quando o agente alcalino é dissolvido (tomando o carbonato de sódio como exemplo), se for utilizada uma solução de refluxo, o líquido de refluxo já conterá o acelerador de corante e o corante na concentração normal do processo. Embora parte do corante possa ter sido absorvida pela fibra, pelo menos mais de 40% do corante restante estará no licor de corante. Suponha que um pacote de carbonato de sódio seja adicionado durante a operação e a concentração de carbonato de sódio no tanque exceda 80 g/L. Mesmo que o acelerador de corante no líquido de refluxo esteja a 80 g/L neste momento, o corante no tanque também se condensará. Os corantes C e D podem até mesmo sofrer precipitação, especialmente os corantes D, que mesmo se a concentração de carbonato de sódio cair para 20 g/L, ocorrerá precipitação localizada. Dentre eles, o Azul Brilhante KN.R, o Azul Turquesa G e o Supervisor BRF são os mais sensíveis.

A aglomeração do corante ou mesmo a precipitação por sal não significa que o corante tenha sido completamente hidrolisado. Se a aglomeração ou precipitação por sal for causada por um acelerador de corante, ainda é possível tingir o material, desde que ele possa ser redissolvido. No entanto, para que isso aconteça, é necessário adicionar uma quantidade suficiente de auxiliar de tingimento (como ureia a 20 g/L ou mais) e elevar a temperatura para 90 °C ou mais, com agitação constante. Obviamente, isso é muito difícil na prática.
Para evitar que os corantes se aglomerem ou precipitem no tanque, o processo de tingimento por transferência deve ser utilizado na produção de cores intensas e concentradas para os corantes C e D, que possuem baixa solubilidade, assim como para os corantes A e B.

Operação e análise de processos

1. Utilize o tanque de tingimento para adicionar o acelerador de tingimento e aqueça-o no tanque para dissolvê-lo (60 a 80 °C). Como não há corante na água fresca, o acelerador de tingimento não terá afinidade com o tecido. O acelerador de tingimento dissolvido pode ser adicionado ao tanque de tingimento o mais rápido possível.

2. Após a circulação da solução salina por 5 minutos, o acelerador de tingimento estará basicamente homogêneo. Em seguida, adiciona-se a solução de corante previamente dissolvida. A solução de corante precisa ser diluída com a solução de refluxo, pois a concentração do acelerador de tingimento nesta última é de apenas 80 g/L, o que impede a aglomeração do corante. Ao mesmo tempo, como o corante não será afetado pela baixa concentração do acelerador, não ocorrerão problemas de tingimento. Nesse momento, não é necessário controlar o tempo de enchimento do tanque de tingimento com a solução de corante, sendo o processo geralmente concluído em 10 a 15 minutos.

3. Os agentes alcalinos devem ser hidratados o máximo possível, especialmente para corantes C e D. Como esse tipo de corante é muito sensível a agentes alcalinos na presença de agentes promotores de tingimento, a solubilidade dos agentes alcalinos é relativamente alta (a solubilidade do carbonato de sódio a 60 °C é de 450 g/L). A quantidade de água limpa necessária para dissolver o agente alcalino não precisa ser excessiva, mas a velocidade de adição da solução alcalina deve estar de acordo com as exigências do processo, sendo geralmente preferível adicioná-la de forma incremental.

4. Para os corantes de divinilsulfona da categoria A, a taxa de reação é relativamente alta, pois são particularmente sensíveis a agentes alcalinos a 60 °C. Para evitar a fixação instantânea da cor e a coloração irregular, pode-se adicionar previamente 1/4 do agente alcalino em baixa temperatura.

No processo de tingimento por transferência, apenas o agente alcalino precisa ser controlado pela taxa de alimentação. O processo de tingimento por transferência não é aplicável apenas ao método de aquecimento, mas também ao método de temperatura constante. O método de temperatura constante pode aumentar a solubilidade do corante e acelerar sua difusão e penetração. A taxa de intumescimento da área amorfa da fibra a 60 °C é cerca de duas vezes maior do que a 30 °C. Portanto, o processo de temperatura constante é mais adequado para tecidos de trama fina e urdidura fina, incluindo métodos de tingimento com baixa relação de banho, como o tingimento em jig, que requerem alta penetração e difusão ou concentração de corante relativamente alta.

Note que o sulfato de sódio atualmente disponível no mercado é, por vezes, relativamente alcalino, podendo atingir um valor de pH de 9 a 10. Isso é muito perigoso. Se compararmos o sulfato de sódio puro com o sal puro, o sal tem um efeito maior na agregação do corante do que o sulfato de sódio. Isso ocorre porque a quantidade equivalente de íons de sódio no sal de cozinha é maior do que a encontrada no sulfato de sódio, na mesma massa.

A agregação de corantes está bastante relacionada à qualidade da água. Geralmente, íons de cálcio e magnésio abaixo de 150 ppm não têm grande impacto na agregação de corantes. No entanto, íons de metais pesados ​​na água, como íons férricos e íons de alumínio, incluindo alguns microrganismos presentes em algas, aceleram a agregação de corantes. Por exemplo, se a concentração de íons férricos na água exceder 20 ppm, a capacidade antiaderente do corante pode ser significativamente reduzida, e a influência das algas é mais acentuada.

Em anexo, teste de resistência à aglomeração e à precipitação de corantes:

Determinação 1: Pese 0,5 g de corante, 25 g de sulfato de sódio ou sal e dissolva em 100 ml de água purificada a 25 °C por cerca de 5 minutos. Use um tubo de gotejamento para aspirar a solução e goteje 2 gotas continuamente no mesmo local sobre o papel de filtro.

Determinação 2: Pese 0,5 g de corante, 8 g de sulfato de sódio ou sal e 8 g de carbonato de sódio e dissolva em 100 ml de água purificada a cerca de 25 °C durante cerca de 5 minutos. Use um conta-gotas para sugar a solução continuamente sobre o papel de filtro. Adicione 2 gotas.

O método acima pode ser usado para avaliar de forma simples a capacidade antiaglomerante e de precipitação salina do corante, e basicamente pode determinar qual processo de tingimento deve ser utilizado.