染色基本原理.ppt

1、染色基本原理,第一節(jié) 染色的概念 第二節(jié) 染料在染液中存在的基本形式 第三節(jié) 纖維在染液中的狀態(tài) 第四節(jié) 染色的基本過程 第五節(jié) 染色牢度及其測(cè)定,本章要求掌握的內(nèi)容,1、染色的概念 2、雙電層的概念 3、親和力的概念 4、染色速率的概念 5、上染速率曲線 6、中性電解質(zhì)對(duì)染色的作用 7、勻染的概念,第一節(jié) 染色的概念,染色的概念 上染過程的幾個(gè)階段,染色的概念,染色是指染料從染液中自動(dòng)地轉(zhuǎn)移到纖維上，并在纖維上形成均勻、堅(jiān)牢、鮮艷色澤的過程。 主要指標(biāo) 染色色澤的均勻性 染色牢度 鮮艷度,染色均勻性的概念,即：色澤均勻性 指染料在纖維上的分布的均勻程度 染料在纖維上分布越均勻，染色均勻性越好

2、 否則，將會(huì)出現(xiàn)色差或色花,染色色牢度的概念,即：色澤堅(jiān)牢度 指染料在纖維上固著力和穩(wěn)定性的大小 染料在纖維上固著力和穩(wěn)定性越大，染色色牢度越高 否則，將會(huì)出現(xiàn)褪色或變色,色澤鮮艷度的概念,即：色澤的飽合度或純度 指色澤中染料光譜色含量的大小 色澤中染料光譜色含量越大，色澤越鮮艷 否則，色澤萎暗,第二節(jié) 染料在染液中存在的基本形式,染料的電離 染料的溶解 染料的分散 染料的聚集,概述,染色是以水為介質(zhì)的染液中進(jìn)行的，所以染色前必須先將染料配制成染液。 配制染液的過程較為復(fù)雜，不同結(jié)構(gòu)的染料發(fā)生不同的變化，包括： 染料的電離 染料的溶解 染料的分散 染料的聚集,一、染料的電離,離子型染料在水溶液

3、中會(huì)發(fā)生電離，從而使染料母體帶上電荷 陰離子型染料電離后，母體帶上負(fù)電荷 直接染料、活性染料、酸性染料、可溶性還原染料屬于此類 D上的陰離子基團(tuán)通常為磺酸基（SO3-）、硫酸酯基（OSO3- ）、羧基（ COO- ）等,一、染料的電離,陽離子型染料電離后，母體帶上正電荷 陽離子染料屬于此類 D上的陽離子基團(tuán)通常為季銨離子（N+HR1R2） X一般為氯離子（Cl-）,二、染料的溶解,概念 當(dāng)染料投入水中，染料晶體結(jié)構(gòu)因受水分子的極性作用而遭到破壞，染料能以單分子態(tài)與水化合而均勻地分布在水中，稱為染料的溶解。 該體系稱為染料溶液。一般是澄清、透明的體系。 染料的溶解度一般用每升水中所溶解染料的克數(shù)

4、表示（g/L）。,二、染料的溶解,影響染料溶解度的因素 染料結(jié)構(gòu)：離子型染料溶解度高，分子型染料溶解度低 相對(duì)分子質(zhì)量大?。捍?，溶解度低 PH值：利于電離，則利于溶解 溫度：T提高，利于溶解 加入助劑 尿素、表面活性劑等助溶劑，使溶解度提高 中性電解質(zhì)，使溶解度降低,三、染料的分散,概念 當(dāng)染料投入水中，染料晶體結(jié)構(gòu)不能受水分子的極性作用而遭到破壞，染料只能以晶體態(tài)的形式均勻地分布在水中，稱為染料的分散。 該體系稱為染料分散液或染料懸浮液。一般是混濁、不透明的體系。 染料的分散必須在分散劑的作用下才能進(jìn)行，否則會(huì)因染料的重力而產(chǎn)生染料的沉降，使體系分層。,三、染料的分散,影響分散液（懸浮液）穩(wěn)

5、定性因素 粒子細(xì)化：2m 越小，越穩(wěn)定 分散劑的性質(zhì)及用量：分散作用強(qiáng)，用量大，穩(wěn)定 分散液的溫度：低，穩(wěn)定 要及時(shí)配制,四、染料的聚集,概念 電離后的單離子染料或溶解后的單分子染料又可能聚集在一起，形成染料和聚集態(tài)，這一過程稱為染料的聚集。 染料的聚集是染料溶解的逆過程。 分子型染料 nD Dn 陰離子型染料 nD- Dnn- 陽離子型染料 nD+ Dnn+,四、染料的聚集,影響聚集的因素 凡是不利于染料溶解的就利于染料的聚集 控制染料的聚集對(duì)染料上染極為重要,第三節(jié) 纖維在染液中的狀態(tài),一、纖維的吸濕和溶脹 二、纖維在染液中的電現(xiàn)象及其對(duì)染色的影響,概述,纖維投入染液后，形態(tài)、性質(zhì)發(fā)生變化

6、 對(duì)染色影響最大的是 纖維在染液中的吸濕溶脹 纖維在染液中的電現(xiàn)象,一、纖維的吸濕和溶脹,特點(diǎn): 發(fā)生在無定形區(qū) 溶脹異向性 各種纖維結(jié)構(gòu)不同，吸濕溶脹性不同 吸濕性好，溶脹大，孔隙大，利于染色 染色前通常對(duì)纖維進(jìn)行溫水浸漬或汽蒸處理,一、纖維的吸濕和溶脹,發(fā)生在無定形區(qū),一、纖維的吸濕和溶脹,溶脹異向性,常用纖維在水中的吸濕膨脹率,一、纖維的吸濕和溶脹,纖維結(jié)構(gòu)不同，吸濕溶脹性不同,常用紡織纖維的回潮率,二、纖維在水溶液中的電現(xiàn)象,（一）纖維在染液中帶電的原因 纖維與染液接觸時(shí)，在纖維表面通常會(huì)帶有一定量的電荷。在中性或堿性條件下，纖維表面一般帶負(fù)電荷。 原因： 纖維中羧基、磺酸基等或纖維氧

7、化生成的羧基發(fā)生電離 纖維在染液中吸附帶負(fù)電的粒子，如OH- 纖維的介電常數(shù)染液的介電常數(shù),（一）纖維在染液中帶電的原因,兩性纖維所帶電荷 與當(dāng)液PH值有關(guān) PH等電點(diǎn)，纖維帶負(fù)電荷 PH等電點(diǎn)，纖維帶正電荷 PH=等電點(diǎn)，纖維呈電中性,（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位,1、染液中帶電離子所受的力 纖維表面電荷的靜電作用力 電性相反時(shí)，為引力 電性相同時(shí)，為斥力 自身運(yùn)動(dòng)和染色時(shí)攪拌的作用 使帶電離子均勻分布,（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位,作用結(jié)果： 帶有與纖維表面電荷電性相反的離子，其濃度隨著與纖維表面的距離增加而逐漸降低，直到和染液深處一樣 帶有與纖維表面電荷電性相同的離子，其濃度隨著與纖

8、維表面的距離增加而逐漸提高，直到和染液深處一樣,（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位,2、雙電層 electrical double layer 當(dāng)纖維與溶液接觸時(shí)，纖維表面帶有負(fù)電荷，由于電荷的作用以及為了整個(gè)體系保持中性，在纖維表面附近的溶液內(nèi)聚集著與表面電荷相反的離子（反離子），形成雙電層。,（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位,2、雙電層 electrical double layer 纖維表面能強(qiáng)烈地吸附部分帶有與纖維表面電荷電性相反的離子，形成所謂的吸附層或固定層。當(dāng)在外力作用下，纖維和染液發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸附層一般與纖維表面不發(fā)生相對(duì)位移。 吸附層以外部分稱為擴(kuò)散層。當(dāng)纖維和染液發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)

9、時(shí)，擴(kuò)散層與纖維（或吸附層）發(fā)生相對(duì)位移。 總之，纖維對(duì)外部相反離子的吸附形成了兩層，這就是界面雙電層。,（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位,（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位,3、界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位 在外力作用下，擴(kuò)散層和吸附層之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為界面動(dòng)電現(xiàn)象。 擴(kuò)散層和吸附層之間形成的雙電層又稱為動(dòng)電層。 吸附層表面與染液深處間的電位差稱為動(dòng)電層電位，或稱電位。,常見纖維的動(dòng)電層電位,（三）纖維的電現(xiàn)象對(duì)染料上染的影響,親和力：染料與纖維間存在的吸引力。 親和力=染料與纖維間的分子間力+靜電力 力大小與作用距離有關(guān) 分子間力與分子間距離的六次方成反比 靜電力與分子間距離的平方成反比 親和力

10、越大，表示染料從溶液向纖維移動(dòng)的趨勢(shì)越大，即推動(dòng)力大，故可用來判斷染料的上染能力。,引力或斥力,引力,（三）纖維的電現(xiàn)象對(duì)染料上染的影響,（三）纖維的電現(xiàn)象對(duì)染料上染的影響,結(jié)論: 當(dāng)染料與纖維帶有同號(hào)電荷時(shí)，不利于染料的上染； 當(dāng)染料與纖維帶有異號(hào)電荷時(shí)，有利于染料的上染。,（四）染色體系中的鹽效應(yīng),1、鹽效應(yīng)作用原理 概念 鹽效應(yīng)是指在染色過程中加入中性電解質(zhì)后對(duì)染料上染（上染速率、上染百分率等）的影響 分類 促染效應(yīng)：加速染料上染 緩染效應(yīng)：延緩染料上染,（四）染色體系中的鹽效應(yīng),常用：元明粉（硫酸鈉）或食鹽（氯化鈉） 促染效應(yīng)：染料與纖維帶有同號(hào)電荷，提高上染速率，提高上染率。如：直接

11、染料染棉。 緩染效應(yīng)：染料與纖維帶有異號(hào)電荷，降低染料的上染速率，提高勻染性。如強(qiáng)酸性染料染羊毛，陽離子染料染腈綸等。 影響因素 染料結(jié)構(gòu)：染料所帶電荷與質(zhì)量之比越大，鹽效應(yīng)明顯. 鹽的種類：促染效果Na+K+Mg2+Ni2+Mn2+Zn2+Al3+,（四）染色體系中的鹽效應(yīng),2、鹽效應(yīng)的影響因素 染料結(jié)構(gòu) 染料所帶電荷與質(zhì)量之比越大，鹽效應(yīng)明顯 染料結(jié)構(gòu)中所含電性基團(tuán)的數(shù)目越多，鹽效應(yīng)明顯 鹽的種類 取決于金屬離子的化合價(jià)和離子半徑的大小 促染效果： Na+K+Mg2+Ni2+Mn2+Zn2+Al3+,一、中性電解質(zhì),第四節(jié) 染色的基本過程,上染過程的幾個(gè)階段,1、染料的吸附 染料從染液中轉(zhuǎn)

12、移到纖維表面的過程 2、染料的擴(kuò)散 吸附在纖維表面的染料向纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移，直至染色平衡或基本平衡 3、染料的固色 染料在纖維內(nèi)固著,一、染料的吸附,染料的吸附：染料從染液中轉(zhuǎn)移到纖維表面的過程。 當(dāng)纖維投入染液中后，由于染料與纖維間存在著親合力，所以染料便很快地被吸附到纖維的表面，從而使纖維表面的染料濃度提高。 吸附解吸 當(dāng)染料的吸附與解吸速率相等，染液和纖維上的染料濃度不在發(fā)生變化，即達(dá)到平衡狀態(tài)。,一、染料的吸附,染料的吸附階段是染色過程中的重要階段，它對(duì)染色平衡時(shí)的上染百分率起重要意義。 染色平衡：當(dāng)染色達(dá)到一定程度時(shí)，染料的吸附與解吸速率相等，染液和纖維上的染料濃度不在發(fā)生變化，即達(dá)到上

13、染平衡狀態(tài)。（三個(gè)階段同時(shí)達(dá)到平衡） 染液中的染料與纖維表面染料的平衡 纖維表面與纖維中心部分的平衡,（一）平衡上染百分率和上染百分率,平衡上染百分率A 是指染色達(dá)到平衡時(shí)，纖維上的染料量占投入染浴中染料總量的百分?jǐn)?shù)。 式中：A 染色平衡時(shí)上染百分率 Df染色平衡時(shí)纖維上的染料量 Ds染色平衡時(shí)殘留在染液中的染料量 DT 染色時(shí)投入染浴中的染料總量,（一）平衡上染百分率和上染百分率,平衡上染百分率是染色限度的指標(biāo) 也用直接性來表示染色平衡時(shí)的上染百分率，即直接性越大，表示上染百分率越高 當(dāng)纖維和染料一定時(shí)，平衡上染百分率僅與溫度有關(guān) T，平衡上染百分率 染色是放熱反應(yīng),（一）平衡上染百分率和上

14、染百分率,上染百分率At 是指染色結(jié)束時(shí)，上染到纖維上的染料量占投入染液中染料總量的百分?jǐn)?shù)。 式中：At 染色上染百分率 Dft染色至某一時(shí)間時(shí)纖維上的染料量 Dst染色至某一時(shí)間時(shí)殘留在染液中的染料量 DT 染色時(shí)投入染液中的染料總量,（一）平衡上染百分率和上染百分率,影響上染百分率的因素 染料與纖維的性能、染色溫度 染料相對(duì)分子質(zhì)量小，染色速率大，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能達(dá)到染色平衡，T，上染百分率 染料相對(duì)分子質(zhì)量大，染色速率小，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到染色平衡，T，上染百分率,（一）平衡上染百分率和上染百分率,影響上染百分率的因素 浴比 浴比大，染色殘液中的染料量大，上染百分率 染料濃度 達(dá)一定

15、值時(shí)，C，上染百分率 染液中的助劑種類和用量 加促染劑，上染百分率 加緩染劑，上染百分率,（二）吸附等溫線,吸附等溫線 ：恒定條件下，染色達(dá)到平衡時(shí)，纖維上的染料濃度與染料在染液中濃度的分配關(guān)系曲線。 分類 分配型吸附等溫線 弗萊因德利胥吸附等溫線 郎格謬爾吸附等溫線,1、分配型吸附等溫線,能斯忒(Nernst)型或亨利(Henry)型吸附等溫線 完全符合分配定律 特點(diǎn)：在染色平衡狀態(tài)下，染料在纖維上的濃度與染料在染液中的濃度之比為一常數(shù)，纖維上的染料濃度隨著染液濃度的增加成比例增加，直到飽和為止。,1、分配型吸附等溫線,Df染色平衡時(shí)，纖維上的染料濃度，mol/kg； Ds染色平衡時(shí)，染液中

16、的染料濃度，mol/L； K比例常數(shù)，或稱分配系數(shù) 以 Df為縱坐標(biāo)，以Ds為橫坐標(biāo)作圖，可得到一條斜率為K的直線。如圖中曲線1。,1、分配型吸附等溫線,非離子型染料以范德華力、氫鍵被纖維吸附固著符合這種等溫線 如：分散染料染滌綸、錦綸 合成纖維對(duì)染料的吸附基本上屬于這種吸附,2、弗萊因德利胥(Freundlich)吸附等溫線,Df=KDsn 式中：K常數(shù) n常數(shù) 將Df對(duì)Ds作圖，可得弗 萊因德利胥吸附等溫線， 如圖中曲線2。,2、弗萊因德利胥(Freundlich)吸附等溫線,特點(diǎn)： 纖維上染料度Df隨染液中染料濃度Ds增加而不斷增加，但增加速率越來越慢。 離子型染料以范德華力、氫鍵被纖維

17、吸附固著且染液中有其他電解質(zhì)存在時(shí)符合這種等溫線 如：直接染料、還原染料隱色體染纖維素纖維,3、郎格謬爾(Langmuir)型吸附等溫線,式中：K 常數(shù) Sf染料對(duì)纖維的染色飽合值 將Df對(duì)Ds作圖，可得郎格謬爾 吸附等溫線，如圖中曲線3。,3、郎格謬爾(Langmuir)型吸附等溫線,特點(diǎn)： Ds增加時(shí)， Df隨之緩慢增加，但Ds當(dāng)增大到一定值時(shí)， Df不再隨Ds增加而變化，即達(dá)到染色飽合值。 離子型染料以離子鍵被纖維定位吸附固著時(shí)符合這種等溫線 如：強(qiáng)酸性染料染羊毛、陽離子染料染腈綸,染色飽和值：纖維上的染料濃度不再隨染液中的染料濃度增加而增加，此時(shí)纖維上的染料濃度成為染色飽和值。,二、染

18、料的擴(kuò)散,染料的擴(kuò)散 指染料由纖維表面向纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移的過程。 由于染料在纖維表面的吸附，使纖維表面染料濃度提高，從而造成纖維里表間的染料濃度差。在此濃度差的推動(dòng)下，染料漸漸地向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，最終使染料在纖維上里表分豈有此理均勻，達(dá)到染勻、染透的目的。 染料在纖維上的擴(kuò)散對(duì)染色速率及染色勻染性起著決定性的作用。擴(kuò)散速率高，染透纖維所需時(shí)間短，易獲得均勻效果。,（一）染色速率,染色速率 在染色過程中，通常用上染速率或染色速率來表示上染或染色的快慢。 通常用半染時(shí)間t1/2來衡量。 半染時(shí)間t1/2 染色過程中，染料的上染量達(dá)到平衡上染量一半時(shí)所需的染色時(shí)間稱為半染時(shí)間，以t1/2表示。它標(biāo)志著上染

19、走向平衡的一個(gè)常用速率指標(biāo)。 t1/2越小，則染色速率越大，染色越快。 拼色時(shí)，選用半染時(shí)間相近或上染速率曲線相近的染料容易染得前后一致的顏色。,纖維上的染料濃度對(duì)上染時(shí)間的變化率。,（一）染色速率,上染速率曲線 在恒溫條件下染色，通過測(cè)定不同染色時(shí)間下染料的上染百分率，以上染百分率為縱坐標(biāo)，染色時(shí)間為橫坐標(biāo)作圖，所得曲線稱為上染速率曲線。 它反映了染色趨向平衡的速率和染色平衡上染百分率。,（一）染色速率,上染速率曲線,（一）染色速率,影響染色速率的因素 染料結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)分子質(zhì)量小，染料擴(kuò)散性好，染色速率大 纖維結(jié)構(gòu)疏松，無定形區(qū)大，吸濕膨化性好，利于染料擴(kuò)散，染色速率大 溫度 高，

20、染料動(dòng)能大，纖維膨化度大，利于染料擴(kuò)散，染色速率大,（一）染色速率,影響染色速率的因素（續(xù)） 濃度 大，纖維表里染料濃度差異大，利于染料擴(kuò)散，染色速率大 染液與纖維間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 劇烈，纖維表面吸附層薄，利于染料擴(kuò)散，染色速率大 助劑 促染劑：染色速率大 緩染劑：染色速率小,（二）勻染和移染,初染率：染色初期的百分率（或上染速率） 勻染：是指染料在纖維上均勻分布的過程。包括染料在纖維表面上的均勻分布和染料在纖維內(nèi)部的均勻分布。 染料在纖維內(nèi)的分布 色差或色花：在表面分布不勻 纖維環(huán)染：內(nèi)部分布不勻 白芯：內(nèi)部分布不勻 影響染品的耐摩擦牢度和耐洗牢度,勻染,透染,（二）勻染和移染,染料的勻染性與染

21、料擴(kuò)散性有著密切的關(guān)系 染料擴(kuò)散性越好，染料的勻染性越好 有利于提高染料擴(kuò)散性的因素均有利于染料的勻染。 移染 是指染料從纖維上某處解吸下來到纖維另一處重新上染的過程。 一般需較長時(shí)間，作為勻染的輔助手段 當(dāng)染料分子質(zhì)量較大，染料與纖維間結(jié)合力較大時(shí)，移染效果將大大降低。,造成染色不勻的因素,被染物 本身不均勻 前處理 染料 染料的上染速率 染色方法 浸染：初染速率不能太快，攪拌 軋染：浸軋要均勻，無接觸烘干,三、染料的固著,染料的固著是指擴(kuò)散后均勻分布在纖維上的染料通過染料-纖維間的作用力而固著在纖維上的過程。 染料-纖維間的作用力 化學(xué)力：共價(jià)鍵和離子鍵 物理力：范德華力、氫鍵和聚集性 其

22、類型和大小對(duì)染色的牢度起著決定性作用,第五節(jié) 染色牢度及其測(cè)定,一、染色牢度 二、常見染色牢度及其測(cè)定,一、染色牢度,概念 指染色產(chǎn)品在后加工使用或服用過程中，染料（顏料）在各種外界因素的影響下，能否保持原來色澤狀態(tài)的能力。 是衡量染色產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。 引起褪色或變色的外界因素 后續(xù)加工過程中的酸、堿、氧化劑、還原劑等 服用過程中的日曬、洗滌、摩擦、汗?jié)n、熨燙等 染色牢度主要包括： 耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐日曬牢度、耐汗?jié)n牢度、耐熨燙牢度等,一、染色牢度,對(duì)染色牢度的要求：不同用途的紡織品要求不同 襯里布：耐摩擦牢度 窗簾：耐日曬牢度 服裝：耐日曬牢度、耐洗牢度耐、摩擦牢度,一、染色牢

23、度,影響染色牢度的因素 染料的結(jié)構(gòu) 纖維的性質(zhì) 染料在纖維上的物理狀態(tài)：分散、聚集、結(jié)晶 染料與纖維的結(jié)合情況 染料的濃度 染色方法 染色工藝條件 ISO制定了一套色牢度的測(cè)試方法和染色牢度標(biāo)準(zhǔn)，我國也有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。,二、常見染色牢度及其測(cè)定,種類很多，主要介紹以下幾種： 耐洗牢度 耐摩擦牢度 耐日曬牢度,1、耐洗牢度及其測(cè)定,耐洗牢度指染品在皂洗過程中保持不褪色、不變色的能力 包括原樣褪色及白布沾色兩項(xiàng)指標(biāo) 原樣褪色：指染品在皂洗前后色澤的變化 白布沾色：指與染品同時(shí)皂洗的白布因染品的褪色而沾染的情況。 耐洗牢度的測(cè)定方法 按紡織品耐洗牢度試驗(yàn)方法進(jìn)行 耐洗牢度的評(píng)定 耐洗牢度和沾色等級(jí)，分別按“染色牢度褪色樣卡”及“染色牢度沾色樣卡”的規(guī)