Rozpuszczalność w wodzie czerni siarkowej

Na rozpuszczalność sadzy siarkowej w wodzie wpływają głównie cztery podstawowe czynniki: jej własna struktura chemiczna, proces przygotowania, metody modyfikacji zewnętrznej i warunki środowiskowe zastosowania. Jako rodzaj barwnika siarkowego ma słabą naturalną rozpuszczalność w wodzie i wymaga szczególnej obróbki w celu poprawy rozpuszczalności w wodzie do praktycznego zastosowania.

Pod względem struktury chemicznej szkielet molekularny sadzy siarkowej skupia się na pierścieniach aromatycznych połączonych wiązaniami siarkowymi, tworząc struktury makromolekularne, którym z natury brakuje silnych grup hydrofilowych, co prowadzi do słabej zasadowej rozpuszczalności w wodzie. Im wyższy stopień usieciowania łańcuchów molekularnych i im większa masa cząsteczkowa, tym gorsza będzie rozpuszczalność w wodzie. Niewielka ilość pozostałości półproduktów z grupami hydrofilowymi podczas wytwarzania może nieznacznie zwiększyć ich rozpuszczalność w wodzie, ale ogólny wpływ jest ograniczony.

Proces przygotowania jest kluczowym czynnikiem decydującym o rozpuszczalności sadzy siarkowej w wodzie, a rdzeń kontroluje reakcję wulkanizacji. Dozowanie siarki, temperatura reakcji i czas wulkanizacji bezpośrednio wpływają na ilość i stopień usieciowania wiązań siarkowych. Nadmiar siarki, zbyt wysoka temperatura reakcji lub wydłużony czas reakcji spowodują silniejsze usieciowanie molekularne i znaczny spadek rozpuszczalności w wodzie. Tymczasem proces suszenia po-przygotowaniu również ma wpływ: suszenie-w wysokiej temperaturze ma tendencję do powodowania aglomeracji molekularnej, co zmniejsza zdolność do dyspergowania podczas późniejszego rozpuszczania i pośrednio wpływa na efekt rozpuszczalności w wodzie.

Modyfikacja zewnętrzna to skuteczny sposób na bezpośrednią zmianę rozpuszczalności sadzy siarkowej w wodzie, co jest również główną metodą przemysłową poprawiającą jej rozpuszczalność w wodzie. Powszechną metodą jest obróbka redukcyjna, polegająca na zastosowaniu środków redukujących, takich jak wodorosiarczyn sodu, w celu redukcji wiązań siarkowych w cząsteczkach sadzy siarkowej do grup hydrofilowych, takich jak grupy merkapto, w celu przekształcenia ich w-rozpuszczalną w wodzie formę leuko, aby spełnić wymagania związane z barwieniem. Ponadto modyfikacja środków powierzchniowo czynnych i modyfikacja sulfonowania mogą wprowadzić składniki hydrofilowe na powierzchnię cząsteczki, aby poprawić jej zdolność do dyspersji i rozpuszczania w wodzie, podczas gdy niezmodyfikowany surowy proszek czerni siarkowej jest prawie nierozpuszczalny w wodzie.

Warunki środowiskowe podczas aplikacji będą miały wpływ na rzeczywistą rozpuszczalność w wodzie. Pierwszą z nich jest wartość pH jakości wody: zredukowana forma leuko sadzy siarkowej jest bardziej stabilna i ma lepszą rozpuszczalność w wodzie w środowisku zasadowym, podczas gdy środowisko kwaśne jest podatne na utlenianie i wytrącanie formy leuco, zmniejszając w ten sposób rozpuszczalność w wodzie. Po drugie, temperatura wody: odpowiednie zwiększenie temperatury wody może przyspieszyć dyspersję cząstek sadzy siarkowej i pomóc w poprawie efektywności rozpuszczania, ale zbyt wysoka temperatura przyspieszy rozkład środków redukujących i zamiast tego wpłynie na stabilność rozpuszczalności w wodzie. Poza tym zawartość elektrolitu w wodzie również ma znaczenie, ponieważ jony wapnia i magnezu w twardej wodzie łączą się z czarną siarką leuco, tworząc osady, jeszcze bardziej zmniejszając jego rozpuszczalność w wodzie i dyspergowalność.

Ponadto wielkość cząstek sadzy siarkowej ma działanie pomocnicze. Im drobniejsze cząstki są zmielone, tym większa będzie powierzchnia właściwa, co zwiększa powierzchnię kontaktu z wodą i przyspiesza szybkość rozpuszczania, ale to tylko wpływa na skuteczność rozpuszczania bez zmiany górnej granicy ich naturalnej rozpuszczalności w wodzie. Zmielone, tym większe będzie pole powierzchni właściwej, co zwiększa powierzchnię kontaktu z wodą i przyspiesza szybkość rozpuszczania, ale to wpływa tylko na skuteczność rozpuszczania bez zmiany górnej granicy jego naturalnej rozpuszczalności w wodzie.