สีย้อมกรด สีย้อมตรง และสีย้อมรีแอคทีฟ ล้วนเป็นสีย้อมที่ละลายน้ำได้ ผลผลิตในปี 2544 อยู่ที่ 30,000 ตัน 20,000 ตัน และ 45,000 ตัน ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม เป็นเวลานานแล้วที่วิสาหกิจสีย้อมของประเทศเราให้ความสำคัญกับการพัฒนาและวิจัยสีย้อมโครงสร้างใหม่มากกว่า ในขณะที่การวิจัยเกี่ยวกับการปรับปรุงคุณภาพสีย้อมหลังการย้อมยังค่อนข้างอ่อนแอ สารปรับมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปสำหรับสีย้อมที่ละลายน้ำได้ ได้แก่ โซเดียมซัลเฟต เดกซ์ทริน อนุพันธ์ของแป้ง ซูโครส ยูเรีย แนฟทาลีนฟอร์มาลดีไฮด์ซัลโฟเนต เป็นต้น สารปรับมาตรฐานเหล่านี้จะถูกผสมกับสีย้อมดั้งเดิมในสัดส่วนที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ความเข้มข้นที่ต้องการ แต่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของกระบวนการพิมพ์และย้อมที่แตกต่างกันในอุตสาหกรรมการพิมพ์และย้อมได้ แม้ว่าสารเจือจางสีที่กล่าวมาข้างต้นจะมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ แต่ก็มีคุณสมบัติการเปียกและการละลายน้ำที่ไม่ดี ทำให้ยากที่จะปรับให้เข้ากับความต้องการของตลาดต่างประเทศ และสามารถส่งออกได้เฉพาะในรูปของสีย้อมดั้งเดิมเท่านั้น ดังนั้น ในการทำการตลาดสีย้อมที่ละลายน้ำได้ คุณสมบัติการเปียกและการละลายน้ำของสีย้อมจึงเป็นประเด็นที่ต้องได้รับการแก้ไขอย่างเร่งด่วน และจำเป็นต้องพึ่งพาสารเติมแต่งที่เหมาะสม

การบำบัดเพื่อเพิ่มความเปียกของสีย้อม
โดยทั่วไปแล้ว การเปียกหมายถึงการแทนที่ของเหลว (ควรเป็นก๊าซ) บนพื้นผิวด้วยของเหลวอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พื้นผิวของผงหรือเม็ดควรเป็นพื้นผิวระหว่างก๊าซกับของแข็ง และกระบวนการเปียกคือเมื่อของเหลว (น้ำ) เข้ามาแทนที่ก๊าซบนพื้นผิวของอนุภาค จะเห็นได้ว่าการเปียกเป็นกระบวนการทางกายภาพระหว่างสารต่างๆ บนพื้นผิว ในกระบวนการหลังการย้อมสี การเปียกมักมีบทบาทสำคัญ โดยทั่วไป สีย้อมจะถูกแปรรูปเป็นของแข็ง เช่น ผงหรือเม็ด ซึ่งจำเป็นต้องทำให้เปียกในระหว่างการใช้งาน ดังนั้น ความสามารถในการเปียกของสีย้อมจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ในระหว่างกระบวนการละลาย สีย้อมที่เปียกยากและลอยอยู่บนน้ำนั้นไม่เป็นที่ต้องการ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของข้อกำหนดด้านคุณภาพของสีย้อมในปัจจุบัน ประสิทธิภาพการเปียกจึงกลายเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดคุณภาพของสีย้อม พลังงานผิวของน้ำอยู่ที่ 72.75 มิลลินิวตัน/ตารางเมตร ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส ซึ่งจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในขณะที่พลังงานผิวของของแข็งโดยพื้นฐานแล้วไม่เปลี่ยนแปลง โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 100 มิลลินิวตัน/ตารางเมตร โดยปกติแล้วโลหะและออกไซด์ของโลหะ เกลืออนินทรีย์ ฯลฯ จะเปียกง่าย เรียกว่ามีพลังงานผิวสูง พลังงานผิวของสารอินทรีย์และพอลิเมอร์ที่เป็นของแข็งเทียบได้กับของเหลวทั่วไป เรียกว่าพลังงานผิวต่ำ แต่จะเปลี่ยนแปลงไปตามขนาดอนุภาคของของแข็งและระดับความพรุน ยิ่งขนาดอนุภาคเล็กเท่าไร ระดับการเกิดรูพรุนก็จะยิ่งมากขึ้น และพลังงานผิวก็จะยิ่งสูงขึ้น โดยขึ้นอยู่กับขนาดของวัสดุรองรับ ดังนั้นขนาดอนุภาคของสีย้อมจึงต้องเล็ก หลังจากที่สีย้อมผ่านกระบวนการทางอุตสาหกรรม เช่น การตกตะกอนด้วยเกลือและการบดในตัวกลางต่างๆ ขนาดอนุภาคของสีย้อมจะละเอียดขึ้น ความเป็นผลึกจะลดลง และเฟสของผลึกจะเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งจะช่วยเพิ่มพลังงานผิวของสีย้อมและทำให้เปียกได้ง่ายขึ้น

การบำบัดความสามารถในการละลายของสีย้อมกรด
ด้วยการใช้สัดส่วนการแช่สีที่น้อยและเทคโนโลยีการย้อมสีแบบต่อเนื่อง ระดับของระบบอัตโนมัติในการพิมพ์และการย้อมสีจึงได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง การเกิดขึ้นของสารเติมแต่งและสารวางอัตโนมัติ และการนำสีย้อมเหลวมาใช้ ทำให้จำเป็นต้องเตรียมสีย้อมเหลวและสารวางพิมพ์ที่มีความเข้มข้นสูงและมีความเสถียรสูง อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการละลายของสีย้อมกรด สีย้อมรีแอคทีฟ และสีย้อมโดยตรงในผลิตภัณฑ์สีย้อมในประเทศนั้นมีเพียงประมาณ 100 กรัม/ลิตร โดยเฉพาะสีย้อมกรด บางชนิดละลายได้เพียงประมาณ 20 กรัม/ลิตรเท่านั้น ความสามารถในการละลายของสีย้อมนั้นเกี่ยวข้องกับโครงสร้างโมเลกุลของสีย้อม ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลสูงและมีหมู่กรดซัลโฟนิกน้อย ความสามารถในการละลายก็จะยิ่งต่ำ ในทางกลับกัน ความสามารถในการละลายก็จะยิ่งสูง นอกจากนี้ กระบวนการผลิตสีย้อมในเชิงพาณิชย์ก็มีความสำคัญอย่างยิ่ง รวมถึงวิธีการตกผลึกของสีย้อม ระดับการบด ขนาดอนุภาค การเติมสารเติมแต่ง ฯลฯ ซึ่งจะส่งผลต่อความสามารถในการละลายของสีย้อม ยิ่งสีย้อมแตกตัวเป็นไอออนได้ง่าย ความสามารถในการละลายในน้ำก็จะยิ่งสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม การผลิตและการกำหนดมาตรฐานของสีย้อมแบบดั้งเดิมนั้นอาศัยอิเล็กโทรไลต์จำนวนมาก เช่น โซเดียมซัลเฟตและเกลือ ปริมาณ Na+ จำนวนมากในน้ำจะลดความสามารถในการละลายของสีย้อมในน้ำ ดังนั้น เพื่อปรับปรุงความสามารถในการละลายของสีย้อมที่ละลายน้ำได้ จึงควรหลีกเลี่ยงการเติมอิเล็กโทรไลต์ลงในสีย้อมเชิงพาณิชย์ก่อน

สารเติมแต่งและความสามารถในการละลาย
⑴ สารประกอบแอลกอฮอล์และตัวทำละลายร่วมยูเรีย
เนื่องจากสีย้อมที่ละลายน้ำได้มีหมู่กรดซัลโฟนิกและหมู่กรดคาร์บอกซิลิกอยู่จำนวนหนึ่ง อนุภาคของสีย้อมจึงแตกตัวได้ง่ายในสารละลายน้ำและมีประจุลบอยู่จำนวนหนึ่ง เมื่อเติมตัวทำละลายร่วมที่มีหมู่ที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ จะเกิดชั้นป้องกันของไอออนไฮเดรตขึ้นบนพื้นผิวของไอออนสีย้อม ซึ่งช่วยส่งเสริมการแตกตัวเป็นไอออนและการละลายของโมเลกุลสีย้อมเพื่อเพิ่มความสามารถในการละลาย โพลีออล เช่น ไดเอทิลีนไกลคอลอีเทอร์ ไทโอไดเอทานอล โพลีเอทิลีนไกลคอล เป็นต้น มักใช้เป็นตัวทำละลายเสริมสำหรับสีย้อมที่ละลายน้ำได้ เนื่องจากสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับสีย้อมได้ พื้นผิวของไอออนสีย้อมจึงเกิดเป็นชั้นป้องกันของไอออนไฮเดรต ซึ่งป้องกันการรวมตัวและการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของสีย้อม และส่งเสริมการแตกตัวเป็นไอออนและการแยกตัวของสีย้อม
⑵สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ
การเติมสารลดแรงตึงผิวที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนบางชนิดลงในสีย้อมสามารถลดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของสีย้อมและระหว่างโมเลกุลอื่นๆ เร่งการแตกตัวเป็นไอออน และทำให้โมเลกุลของสีย้อมก่อตัวเป็นไมเซลล์ในน้ำ ซึ่งมีการกระจายตัวที่ดี สีย้อมที่มีขั้วจะก่อตัวเป็นไมเซลล์ โมเลกุลที่ช่วยในการละลายจะสร้างเครือข่ายความเข้ากันได้ระหว่างโมเลกุลเพื่อปรับปรุงการละลาย เช่น โพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์หรือเอสเทอร์ อย่างไรก็ตาม หากโมเลกุลของตัวทำละลายร่วมขาดกลุ่มไฮโดรโฟบิกที่แข็งแรง ผลของการกระจายตัวและการละลายต่อไมเซลล์ที่เกิดจากสีย้อมจะอ่อนแอ และการละลายจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น ควรเลือกตัวทำละลายที่มีวงแหวนอะโรมาติกที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรโฟบิกกับสีย้อมได้ ตัวอย่างเช่น อัลคิลฟีนอลโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ อิมัลซิไฟเออร์โพลีออกซีเอทิลีนซอร์บิแทนเอสเทอร์ และอื่นๆ เช่น โพลีอัลคิลฟีนิลฟีนอลโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์
⑶ สารกระจายตัวลิกโนซัลโฟเนต
สารช่วยกระจายตัวมีอิทธิพลอย่างมากต่อความสามารถในการละลายของสีย้อม การเลือกสารช่วยกระจายตัวที่ดีตามโครงสร้างของสีย้อมจะช่วยปรับปรุงความสามารถในการละลายของสีย้อมได้อย่างมาก ในสีย้อมที่ละลายน้ำได้ สารช่วยกระจายตัวมีบทบาทในการป้องกันการดูดซับร่วมกัน (แรงแวนเดอร์วาลส์) และการรวมตัวกันของโมเลกุลสีย้อม ลิกโนซัลโฟเนตเป็นสารช่วยกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด และมีการวิจัยเกี่ยวกับเรื่องนี้ในประเทศจีน
โครงสร้างโมเลกุลของสีย้อมกระจายตัวไม่มีหมู่ไฮโดรฟิลิกที่แข็งแรง แต่มีเพียงหมู่ที่มีขั้วอ่อนๆ ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติชอบน้ำเพียงเล็กน้อย และความสามารถในการละลายจริงจึงน้อยมาก สีย้อมกระจายตัวส่วนใหญ่สามารถละลายในน้ำได้ที่อุณหภูมิ 25℃ เท่านั้น โดยมีความเข้มข้น 1～10 มิลลิกรัม/ลิตร
ความสามารถในการละลายของสีย้อมแบบกระจายตัวนั้นเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่อไปนี้:
โครงสร้างโมเลกุล
“ความสามารถในการละลายของสีย้อมแบบกระจายตัวในน้ำจะเพิ่มขึ้นเมื่อส่วนที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุลสีย้อมลดลง และส่วนที่ชอบน้ำ (คุณภาพและปริมาณของหมู่ขั้ว) เพิ่มขึ้น กล่าวคือ ความสามารถในการละลายของสีย้อมที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ค่อนข้างน้อยและมีหมู่ขั้วอ่อน เช่น -OH และ -NH2 มากกว่า จะสูงกว่า สีย้อมที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์มากกว่าและมีหมู่ขั้วอ่อนน้อยกว่าจะมีความสามารถในการละลายค่อนข้างต่ำ ตัวอย่างเช่น ดิสเพอร์สเรด (I) มี M=321 ความสามารถในการละลายต่ำกว่า 0.1 มก./ลิตร ที่ 25℃ และความสามารถในการละลายอยู่ที่ 1.2 มก./ลิตร ที่ 80℃ ดิสเพอร์สเรด (II) มี M=352 ความสามารถในการละลายที่ 25℃ คือ 7.1 มก./ลิตร และความสามารถในการละลายที่ 80℃ คือ 240 มก./ลิตร”
สารกระจายตัว
ในสีย้อมผงแบบกระจายตัวนั้น โดยทั่วไปจะมีปริมาณสีย้อมบริสุทธิ์อยู่ที่ 40% ถึง 60% ส่วนที่เหลือเป็นสารช่วยกระจายตัว สารป้องกันฝุ่น สารปกป้องสี โซเดียมซัลเฟต เป็นต้น ซึ่งในจำนวนนี้ สารช่วยกระจายตัวมีสัดส่วนมากที่สุด
สารช่วยกระจายตัว (สารช่วยแพร่กระจาย) สามารถเคลือบอนุภาคผลึกละเอียดของสีย้อมให้กลายเป็นอนุภาคคอลลอยด์ที่ชอบน้ำ และกระจายตัวได้อย่างเสถียรในน้ำ เมื่อความเข้มข้นของไมเซลล์เกินระดับวิกฤต ไมเซลล์ก็จะเกิดขึ้น ซึ่งจะช่วยลดขนาดของอนุภาคผลึกสีย้อมขนาดเล็ก เมื่อละลายอยู่ในไมเซลล์ จะเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การละลาย" ขึ้น ทำให้ความสามารถในการละลายของสีย้อมเพิ่มขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น คุณภาพของสารช่วยกระจายตัวที่ดีขึ้นและความเข้มข้นที่สูงขึ้น จะส่งผลให้การละลายมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ควรสังเกตว่า ผลการละลายของสารช่วยกระจายตัวต่อสีย้อมกระจายตัวที่มีโครงสร้างต่างกันนั้นแตกต่างกัน และความแตกต่างนั้นมีมาก ผลการละลายของสารช่วยกระจายตัวต่อสีย้อมกระจายตัวจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของน้ำสูงขึ้น ซึ่งตรงกับผลของอุณหภูมิของน้ำที่มีต่อสีย้อมกระจายตัว กล่าวคือ ผลของความสามารถในการละลายจะตรงกันข้าม
หลังจากที่อนุภาคผลึกที่ไม่ชอบน้ำของสีย้อมและสารช่วยกระจายตัวรวมตัวกันเป็นอนุภาคคอลลอยด์ที่ชอบน้ำแล้ว ความเสถียรในการกระจายตัวของสีย้อมจะดีขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ อนุภาคคอลลอยด์ของสีย้อมเหล่านี้ยังทำหน้าที่เป็น “ผู้จัดหา” สีย้อมในระหว่างกระบวนการย้อม เพราะหลังจากโมเลกุลของสีย้อมในสถานะละลายถูกดูดซึมเข้าสู่เส้นใยแล้ว สีย้อมที่ “เก็บสะสม” อยู่ในอนุภาคคอลลอยด์จะถูกปล่อยออกมาอย่างทันท่วงทีเพื่อรักษาสมดุลการละลายของสีย้อม
สถานะของสีย้อมกระจายตัวในสารละลายแขวนลอย
โมเลกุลสารกระจายตัว 1 ชนิด
2-ผลึกสีย้อม (การละลาย)
ไมเซลล์กระจายตัว 3 ชนิด
โมเลกุลเดี่ยวของสีย้อม 4 ชนิด (ละลายแล้ว)
เมล็ดสีย้อม 5 สี
6-สารกระจายตัวฐานลิโปฟิลิก
7-สารกระจายตัวฐานไฮโดรฟิลิก
8-ไอออนโซเดียม (Na+)
9-กลุ่มผลึกสีย้อม
อย่างไรก็ตาม หาก "การยึดเกาะ" ระหว่างสีย้อมและสารช่วยกระจายตัวมีมากเกินไป "ปริมาณ" ของโมเลกุลสีย้อมจะไม่เพียงพอ หรือเกิดปรากฏการณ์ "ปริมาณเกินความต้องการ" ดังนั้นจึงจะลดอัตราการย้อมสีและทำให้เปอร์เซ็นต์การย้อมสีไม่สมดุล ส่งผลให้การย้อมสีช้าและสีจางลง
จะเห็นได้ว่าในการเลือกและใช้สารช่วยกระจายตัวนั้น ไม่เพียงแต่ต้องพิจารณาถึงความเสถียรในการกระจายตัวของสีย้อมเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาถึงอิทธิพลที่มีต่อสีของสีย้อมด้วย
(3) อุณหภูมิของสารละลายย้อมสี
ความสามารถในการละลายของสีย้อมแบบกระจายตัวในน้ำจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของน้ำที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น ความสามารถในการละลายของสีย้อมกระจายตัวสีเหลืองในน้ำที่อุณหภูมิ 80°C จะมากกว่าในน้ำที่อุณหภูมิ 25°C ถึง 18 เท่า ความสามารถในการละลายของสีย้อมกระจายตัวสีแดงในน้ำที่อุณหภูมิ 80°C จะมากกว่าในน้ำที่อุณหภูมิ 25°C ถึง 33 เท่า และความสามารถในการละลายของสีย้อมกระจายตัวสีน้ำเงินในน้ำที่อุณหภูมิ 80°C จะมากกว่าในน้ำที่อุณหภูมิ 25°C ถึง 37 เท่า หากอุณหภูมิของน้ำสูงกว่า 100°C ความสามารถในการละลายของสีย้อมแบบกระจายตัวก็จะเพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้น
ข้อควรระวังพิเศษคือ คุณสมบัติการละลายของสีย้อมแบบกระจายตัวนี้อาจนำมาซึ่งอันตรายแฝงในการใช้งานจริง ตัวอย่างเช่น เมื่อให้ความร้อนกับน้ำสีย้อมไม่สม่ำเสมอ น้ำสีย้อมที่มีอุณหภูมิสูงจะไหลไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ เมื่ออุณหภูมิของน้ำลดลง น้ำสีย้อมจะกลายเป็นสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด และสีย้อมที่ละลายอยู่จะตกตะกอน ทำให้เกิดการเติบโตของผลึกสีย้อมและลดความสามารถในการละลาย ส่งผลให้การดูดซับสีย้อมลดลง
(สี่) รูปแบบผลึกสีย้อม
สีย้อมกระจายตัวบางชนิดมีปรากฏการณ์ “ไอโซมอร์ฟิซึม” กล่าวคือ สีย้อมกระจายตัวชนิดเดียวกัน แต่เนื่องจากเทคโนโลยีการกระจายตัวที่แตกต่างกันในกระบวนการผลิต จะเกิดเป็นผลึกหลายรูปแบบ เช่น เข็ม แท่ง เกล็ด เม็ด และบล็อก ในกระบวนการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อย้อมที่อุณหภูมิ 130°C รูปแบบผลึกที่ไม่เสถียรจะเปลี่ยนไปเป็นรูปแบบผลึกที่เสถียรกว่า
เป็นที่น่าสังเกตว่า รูปแบบผลึกที่มีเสถียรภาพมากกว่าจะมีคุณสมบัติในการละลายสูงกว่า ในขณะที่รูปแบบผลึกที่มีเสถียรภาพน้อยกว่าจะมีคุณสมบัติในการละลายต่ำกว่า ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่ออัตราการดูดซับสีและเปอร์เซ็นต์การดูดซับสี
(5) ขนาดอนุภาค
โดยทั่วไป สีย้อมที่มีอนุภาคขนาดเล็กจะมีความละลายสูงและมีเสถียรภาพในการกระจายตัวที่ดี สีย้อมที่มีอนุภาคขนาดใหญ่จะมีความละลายต่ำและมีเสถียรภาพในการกระจายตัวค่อนข้างแย่
ปัจจุบัน ขนาดอนุภาคของสีย้อมกระจายตัวที่ผลิตในประเทศโดยทั่วไปอยู่ที่ 0.5～2.0 ไมโครเมตร (หมายเหตุ: ขนาดอนุภาคสำหรับการย้อมแบบจุ่มต้องอยู่ที่ 0.5～1.0 ไมโครเมตร)