染色基本原理市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

染色基本原理第一節(jié)染色概念第二節(jié)染料在染液中存在基本形式第三節(jié)纖維在染液中狀態(tài)第四節(jié)染色基本過程第五節(jié)染色牢度及其測定染色基本原理第1頁本章要求掌握內(nèi)容1、染色概念2、雙電層概念3、親和力概念4、染色速率概念5、上染速率曲線6、中性電解質(zhì)對染色作用7、勻染概念染色基本原理第2頁第一節(jié)染色概念染色概念上染過程幾個(gè)階段染色基本原理第3頁染色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、鮮艷色澤過程。主要指標(biāo)染色色澤均勻性染色牢度鮮艷度染色基本原理第4頁染色均勻性概念即：色澤均勻性指染料在纖維上分布均勻程度染料在纖維上分布越均勻，染色均勻性越好不然，將會(huì)出現(xiàn)色差或色花染色基本原理第5頁染色色牢度概念即：色澤堅(jiān)牢度指染料在纖維上固著力和穩(wěn)定性大小染料在纖維上固著力和穩(wěn)定性越大，染色色牢度越高不然，將會(huì)出現(xiàn)褪色或變色染色基本原理第6頁色澤鮮艷度概念即：色澤飽合度或純度指色澤中染料光譜色含量大小色澤中染料光譜色含量越大，色澤越鮮艷不然，色澤萎暗染色基本原理第7頁第二節(jié)染料在染液中存在基本形式染料電離染料溶解染料分散染料聚集染色基本原理第8頁概述染色是以水為介質(zhì)染液中進(jìn)行，所以染色前必須先將染料配制成染液。配制染液過程較為復(fù)雜，不一樣結(jié)構(gòu)染料發(fā)生不一樣改變，包含：染料電離染料溶解染料分散染料聚集染色基本原理第9頁一、染料電離離子型染料在水溶液中會(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這類D上陰離子基團(tuán)通常為磺酸基（—SO3-）、硫酸酯基（—OSO3-）、羧基（—COO-）等染色基本原理第10頁一、染料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這類D上陽離子基團(tuán)通常為季銨離子（—N+HR1R2）X普通為氯離子（Cl-）染色基本原理第11頁二、染料溶解概念當(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，稱為染料溶解。該體系稱為染料溶液。普通是澄清、透明體系。染料溶解度普通用每升水中所溶解染料克數(shù)表示（g/L）。染色基本原理第12頁二、染料溶解影響染料溶解度原因染料結(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提升，利于溶解加入助劑尿素、表面活性劑等助溶劑，使溶解度提升中性電解質(zhì)，使溶解度降低染色基本原理第13頁三、染料分散概念當(dāng)染料投入水中，染料晶體結(jié)構(gòu)不能受水分子極性作用而遭到破壞，染料只能以晶體態(tài)形式均勻地分布在水中，稱為染料分散。該體系稱為染料分散液或染料懸浮液。普通是混濁、不透明體系。染料分散必須在分散劑作用下才能進(jìn)行，不然會(huì)因染料重力而產(chǎn)生染料沉降，使體系分層。染色基本原理第14頁三、染料分散影響分散液（懸浮液）穩(wěn)定性原因粒子細(xì)化：<2μm越小，越穩(wěn)定分散劑性質(zhì)及用量：分散作用強(qiáng)，用量大，穩(wěn)定分散液溫度：低，穩(wěn)定要及時(shí)配制染色基本原理第15頁四、染料聚集概念電離后單離子染料或溶解后單分子染料又可能聚集在一起，形成染料和聚集態(tài)，這一過程稱為染料聚集。染料聚集是染料溶解逆過程。分子型染料nDDn陰離子型染料nD-Dnn-陽離子型染料nD+Dnn+染色基本原理第16頁四、染料聚集影響聚集原因凡是不利于染料溶解就利于染料聚集控制染料聚集對染料上染極為主要染色基本原理第17頁第三節(jié)纖維在染液中狀態(tài)一、纖維吸濕和溶脹二、纖維在染液中電現(xiàn)象及其對染色影響染色基本原理第18頁概述纖維投入染液后，形態(tài)、性質(zhì)發(fā)生改變對染色影響最大是纖維在染液中吸濕溶脹纖維在染液中電現(xiàn)象染色基本原理第19頁一、纖維吸濕和溶脹特點(diǎn):發(fā)生在無定形區(qū)溶脹異向性各種纖維結(jié)構(gòu)不一樣，吸濕溶脹性不一樣吸濕性好，溶脹大，孔隙大，利于染色染色前通常對纖維進(jìn)行溫水浸漬或汽蒸處理染色基本原理第20頁一、纖維吸濕和溶脹發(fā)生在無定形區(qū)染色基本原理第21頁一、纖維吸濕和溶脹溶脹異向性染色基本原理第22頁慣用纖維在水中吸濕膨脹率纖維橫向溶脹（％）縱向溶脹（％）直徑面積棉20~2340~421.1麻20~21400.37粘膠纖維3565~672.7~7羊毛14.825~261.2~2蠶絲16.3~18.7191.3~1.6錦綸1.9~2.61.6~3.22.7~6.9染色基本原理第23頁一、纖維吸濕和溶脹纖維結(jié)構(gòu)不一樣，吸濕溶脹性不一樣染色基本原理第24頁慣用紡織纖維回潮率纖維回潮率(%)20℃,65%RH20℃,95%RH棉7.524~27麻7~1023~31羊毛1622蠶絲9~1036~39粘膠纖維12~1425~30滌綸0.4~0.50.6~0.7腈綸1.2~2.01.5~3.0錦綸3.5~58~9維綸4.5~510~12染色基本原理第25頁二、纖維在水溶液中電現(xiàn)象（一）纖維在染液中帶電原因纖維與染液接觸時(shí)，在纖維表面通常會(huì)帶有一定量電荷。在中性或堿性條件下，纖維表面普通帶負(fù)電荷。原因：纖維中羧基、磺酸基等或纖維氧化生成羧基發(fā)生電離纖維在染液中吸附帶負(fù)電粒子，如OH-纖維介電常數(shù)<染液介電常數(shù)染色基本原理第26頁（一）纖維在染液中帶電原因兩性纖維所帶電荷與當(dāng)液PH值相關(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)，纖維呈電中性染色基本原理第27頁（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力纖維表面電荷靜電作用力電性相反時(shí)，為引力電性相同時(shí)，為斥力本身運(yùn)動(dòng)和染色時(shí)攪拌作用使帶電離子均勻分布染色基本原理第28頁（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離子，其濃度伴隨與纖維表面距離增加而逐步降低，直到和染液深處一樣帶有與纖維表面電荷電性相同離子，其濃度伴隨與纖維表面距離增加而逐步提升，直到和染液深處一樣染色基本原理第29頁（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位2、雙電層electricaldoublelayer當(dāng)纖維與溶液接觸時(shí)，纖維表面帶有負(fù)電荷，因?yàn)殡姾勺饔靡约盀榱苏麄€(gè)體系保持中性，在纖維表面附近溶液內(nèi)聚集著與表面電荷相反離子（反離子），形成雙電層。染色基本原理第30頁（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位2、雙電層electricaldoublelayer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離子，形成所謂吸附層或固定層。當(dāng)在外力作用下，纖維和染液發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸附層普通與纖維表面不發(fā)生相對位移。吸附層以外部分稱為擴(kuò)散層。當(dāng)纖維和染液發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，擴(kuò)散層與纖維（或吸附層）發(fā)生相對位移?？傊w維對外部相反離子吸附形成了兩層，這就是界面雙電層。染色基本原理第31頁（二）界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位染色基本原理第32頁（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運(yùn)動(dòng)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雙電層又稱為動(dòng)電層。吸附層表面與染液深處間電位差稱為動(dòng)電層電位，或稱ξ電位。染色基本原理第33頁常見纖維動(dòng)電層電位纖維動(dòng)電層電位（mV）纖維動(dòng)電層電位（mV）棉-40~-50滌綸-95羊毛-40腈綸-81蠶絲-20維綸-114~-125錦綸6-59~-66丙綸-140~-150染色基本原理第34頁（三）纖維電現(xiàn)象對染料上染影響親和力：染料與纖維間存在吸引力。親和力=染料與纖維間分子間力+靜電力力大小與作用距離相關(guān)分子間力與分子間距離六次方成反比靜電力與分子間距離平方成反比親和力越大，表示染料從溶液向纖維移動(dòng)趨勢越大，即推進(jìn)力大，故可用來判斷染料上染能力。引力或斥力引力染色基本原理第35頁（三）纖維電現(xiàn)象對染料上染影響染色基本原理第36頁（三）纖維電現(xiàn)象對染料上染影響結(jié)論:當(dāng)染料與纖維帶有同號(hào)電荷時(shí)，不利于染料上染；當(dāng)染料與纖維帶有異號(hào)電荷時(shí)，有利于染料上染。染色基本原理第37頁（四）染色體系中鹽效應(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)后對染料上染（上染速率、上染百分率等）影響分類促染效應(yīng)：加速染料上染緩染效應(yīng)：延緩染料上染染色基本原理第38頁（四）染色體系中鹽效應(yīng)慣用：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，提升上染速率，提升上染率。如：直接染料染棉。緩染效應(yīng)：染料與纖維帶有異號(hào)電荷，降低染料上染速率，提升勻染性。如強(qiáng)酸性染料染羊毛，陽離子染料染腈綸等。影響原因染料結(jié)構(gòu)：染料所帶電荷與質(zhì)量之比越大，鹽效應(yīng)顯著.鹽種類：促染效果Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+染色基本原理第39頁（四）染色體系中鹽效應(yīng)2、鹽效應(yīng)影響原因染料結(jié)構(gòu)染料所帶電荷與質(zhì)量之比越大，鹽效應(yīng)顯著染料結(jié)構(gòu)中所含電性基團(tuán)數(shù)目越多，鹽效應(yīng)顯著鹽種類取決于金屬離子化合價(jià)和離子半徑大小促染效果：Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+染色基本原理第40頁一、中性電解質(zhì)染色基本原理第41頁第四節(jié)染色基本過程染色基本原理第42頁上染過程幾個(gè)階段1、染料吸附染料從染液中轉(zhuǎn)移到纖維表面過程2、染料擴(kuò)散吸附在纖維表面染料向纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移，直至染色平衡或基本平衡3、染料固色染料在纖維內(nèi)固著染色基本原理第43頁染色基本原理第44頁一、染料吸附染料吸附：染料從染液中轉(zhuǎn)移到纖維表面過程。當(dāng)纖維投入染液中后，因?yàn)槿玖吓c纖維間存在著親協(xié)力，所以染料便很快地被吸附到纖維表面，從而使纖維表面染料濃度提升。吸附解吸當(dāng)染料吸附與解吸速率相等，染液和纖維上染料濃度不在發(fā)生改變，即到達(dá)平衡狀態(tài)。染色基本原理第45頁一、染料吸附染料吸附階段是染色過程中主要階段，它對染色平衡時(shí)上染百分率起主要意義。染色平衡：當(dāng)染色到達(dá)一定程度時(shí)，染料吸附與解吸速率相等，染液和纖維上染料濃度不在發(fā)生改變，即到達(dá)上染平衡狀態(tài)。（三個(gè)階段同時(shí)到達(dá)平衡）染液中染料與纖維表面染料平衡纖維表面與纖維中心部分平衡染色基本原理第46頁（一）平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率A∞是指染色到達(dá)平衡時(shí)，纖維上染料量占投入染浴中染料總量百分?jǐn)?shù)。式中：A∞——染色平衡時(shí)上染百分率Df∞——染色平衡時(shí)纖維上染料量Ds∞——染色平衡時(shí)殘留在染液中染料量DT——染色時(shí)投入染浴中染料總量染色基本原理第47頁（一）平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率是染色程度指標(biāo)也用直接性來表示染色平衡時(shí)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相關(guān)T↑，平衡上染百分率↓∵染色是放熱反應(yīng)染色基本原理第48頁（一）平衡上染百分率和上染百分率上染百分率At是指染色結(jié)束時(shí)，上染到纖維上染料量占投入染液中染料總量百分?jǐn)?shù)。式中：At——染色上染百分率Dft——染色至某一時(shí)間時(shí)纖維上染料量Dst——染色至某一時(shí)間時(shí)殘留在染液中染料量DT——染色時(shí)投入染液中染料總量染色基本原理第49頁（一）平衡上染百分率和上染百分率影響上染百分率原因染料與纖維性能、染色溫度染料相對分子質(zhì)量小，染色速率大，在要求時(shí)間內(nèi)能到達(dá)染色平衡，T↑，上染百分率↓染料相對分子質(zhì)量大，染色速率小，在要求時(shí)間內(nèi)不能到達(dá)染色平衡，T↑，上染百分率↑染色基本原理第50頁（一）平衡上染百分率和上染百分率影響上染百分率原因浴比浴比大，染色殘液中染料量大，上染百分率↓染料濃度達(dá)一定值時(shí)，C↑，上染百分率↓染液中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↓

染色基本原理第51頁（二）吸附等溫線吸附等溫線：恒定條件下，染色到達(dá)平衡時(shí)，纖維上染料濃度與染料在染液中濃度分配關(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染色基本原理第52頁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，染料在纖維上濃度與染料在染液中濃度之比為一常數(shù)，纖維上染料濃度伴隨染液濃度增加成百分比增加，直到飽和為止。

染色基本原理第53頁1、分配型吸附等溫線[D]f——染色平衡時(shí)，纖維上染料濃度，mol/kg；[D]s——染色平衡時(shí)，染液中染料濃度，mol/L；K——百分比常數(shù)，或稱分配系數(shù)以[D]f為縱坐標(biāo)，以[D]s為橫坐標(biāo)作圖，可得到一條斜率為K直線。如圖中曲線1。染色基本原理第54頁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、錦綸合成纖維對染料吸附基本上屬于這種吸附染色基本原理第55頁2、弗萊因德利胥(Freundlich)吸附等溫線[D]f=K[D]sn式中：K——常數(shù)n——常數(shù)將[D]f對[D]s作圖，可得弗萊因德利胥吸附等溫線，如圖中曲線2。染色基本原理第56頁2、弗萊因德利胥(Freundlich)吸附等溫線特點(diǎn)：纖維上染料度[D]f隨染液中染料濃度[D]s增加而不停增加，但增加速率越來越慢。離子型染料以范德華力、氫鍵被纖維吸附固著且染液中有其它電解質(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染色基本原理第57頁3、郎格謬爾(Langmuir)型吸附等溫線式中：K——常數(shù)[S]f——染料對纖維染色飽合值將[D]f對[D]s作圖，可得郎格謬爾吸附等溫線，如圖中曲線3。染色基本原理第58頁3、郎格謬爾(Langmuir)型吸附等溫線特點(diǎn)：[D]s增加時(shí)，[D]f隨之遲緩增加，但[D]s當(dāng)增大到一定值時(shí)，[D]f不再隨[D]s增加而改變，即到達(dá)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：纖維上染料濃度不再隨染液中染料濃度增加而增加，此時(shí)纖維上染料濃度成為染色飽和值。染色基本原理第59頁二、染料擴(kuò)散染料擴(kuò)散指染料由纖維表面向纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移過程。因?yàn)槿玖显诶w維表面吸附，使纖維表面染料濃度提升，從而造成纖維里表間染料濃度差。在此濃度差推進(jìn)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，到達(dá)染勻、染透目標(biāo)。染料在纖維上擴(kuò)散對染色速率及染色勻染性起著決定性作用。擴(kuò)散速率高，染透纖維所需時(shí)間短，易取得均勻效果。染色基本原理第60頁（一）染色速率染色速率在染色過程中，通慣用上染速率或染色速率來表示上染或染色快慢。通慣用半染時(shí)間t1/2來衡量。半染時(shí)間t1/2染色過程中，染料上染量到達(dá)平衡上染量二分之一時(shí)所需染色時(shí)間稱為半染時(shí)間，以t1/2表示。它標(biāo)志著上染走向平衡一個(gè)慣用速率指標(biāo)。t1/2越小，則染色速率越大，染色越快。拼色時(shí)，選取半染時(shí)間相近或上染速率曲線相近染料輕易染得前后一致顏色。纖維上染料濃度對上染時(shí)間改變率。染色基本原理第61頁（一）染色速率上染速率曲線在恒溫條件下染色，經(jīng)過測定不一樣染色時(shí)間下染料上染百分率，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。它反應(yīng)了染色趨向平衡速率和染色平衡上染百分率。染色基本原理第62頁（一）染色速率上染速率曲線染色基本原理第63頁（一）染色速率影響染色速率原因染料結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，相對分子質(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，染料動(dòng)能大，纖維膨化度大，利于染料擴(kuò)散，染色速率大染色基本原理第64頁（一）染色速率影響染色速率原因（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相對運(yùn)動(dòng)猛烈，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：染色速率小染色基本原理第65頁（二）勻染和移染初染率：染色早期百分率（或上染速率）勻染：是指染料在纖維上均勻分布過程。包含染料在纖維表面上均勻分布和染料在纖維內(nèi)部均勻分布。染料在纖維內(nèi)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耐摩擦牢度和耐洗牢度勻染透染染色基本原理第66頁（二）勻染和移染染料勻染性與染料擴(kuò)散性有著親密關(guān)系染料擴(kuò)散性越好，染料勻染性越好有利于提升染料擴(kuò)散性原因都有利于染料勻染。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過程。普通需較長時(shí)間，作為勻染輔助伎倆當(dāng)染料分子質(zhì)量較大，染料與纖維間結(jié)協(xié)力較大時(shí)，移染效果將大大降低。染色基本原理第67頁造成染色不勻原因被染物本身不均勻前處理染料染料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，無接觸烘干染色基本原理第68頁三、染料固著染料固著是指擴(kuò)散后均勻分布在纖維上染料經(jīng)過染料-纖維間作用力而固著在纖維上過程。染料-纖維間作用力化學(xué)力：共價(jià)鍵和離子鍵物理力：范德華力、氫鍵和聚集性其類型和大小對染色牢度起著決定性作用染色基本原理第69頁第五節(jié)染色牢度及其測定一、染色牢度二、常見染色牢度及其測定染色基本原理第70頁一、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）在各種外界原因影響下，能否保持原來色澤狀態(tài)能力。是衡量染色產(chǎn)品質(zhì)量主要指標(biāo)之一。引發(fā)褪色或變色外界原因后續(xù)加工過程中酸、堿、氧化劑、還原劑等服用過程中日曬、洗滌、摩擦、汗?jié)n、熨燙等染色牢度主要包含：耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐日曬牢度、耐汗?jié)n牢度、耐熨燙牢度等染色基本原理第71頁一、染色牢度對染色牢度要求：不一樣用途紡織品要求不一樣襯里布：耐摩擦牢度窗簾：耐日曬牢度服裝：耐日曬牢度、耐洗牢度耐、摩擦牢度染色基本原理第72頁一、染色牢度影響染色牢度原因染料結(jié)構(gòu)纖維性質(zhì)染料在纖維上物理狀態(tài)：分散、聚集、結(jié)晶染料與纖維結(jié)合情況染料濃度染色方法染色工藝條件ISO制訂了一套色牢度測試方法和染色牢度標(biāo)準(zhǔn)，我國也有對應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)。染色基本原理第73頁二、常見染色牢度及其測定種類很多，主要介紹以下幾個(gè)：耐洗牢度耐摩擦牢度耐日曬牢度染色基本原理第74頁1、耐洗牢度及其測定耐洗牢度指染品在皂洗過程中保持不褪色、不變色能力包含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改變白布沾色：指與染品同時(shí)皂洗白布因染品褪色而沾染情況。耐洗牢度測定方法按《紡織品耐