染色物理化學動畫課件

論文的結構和主要內容第一部分：棉纖維的結構和性能第二部分：還原染料的主要性能第三部分：還原染料染棉的染色熱力學第四部分：還原染料染棉的染色動力學

論文的結構和主要內容第一部分：棉纖維的結構和性能結構組成：由β-d-葡萄糖殘基彼此以1,4-甙鍵聯(lián)結而成特點：

A、C1、C4間形成的甙鍵對酸比較敏感，所以，棉纖維耐堿不耐酸。

B、羥基多，C2、C3上為仲羥基，C6上為伯羥基。羥基的性能：

A、羥基為親水性極性基團能形成氫鍵，能發(fā)生醚化和接枝等反應。

B、具有還原性（一端是醇羥基，另一端是醛羥基），易被氧化。

羥基的作用：

賦予棉纖維具有較強的吸濕性和優(yōu)良的染色性。1.1棉纖維的結構和性能1.1棉纖維的結構和性能1.2棉纖維的形態(tài)結構棉纖維結構為：

縱向為天然扭曲狀；橫向為：扁平的腰子狀雙邊結構：造成棉纖維不同部位的性能不同，染色性能差異較大。

A區(qū)的曲率最大密度最高，試劑最難滲入，

B處的結構與壓扁前相近，試劑進入比較容易，

C區(qū)因受壓而成內凹狀，試劑最容易進入，因此反應最為活潑。1.2棉纖維的形態(tài)結構棉纖維結構為：2還原染料的還原性能和染色性能還原染料的還原性能主要包括：還原的難易和還原速率還原難易表示方法：1）標準還原電位2）隱色體電位 前者測定的條件是染料及其隱色體必須始終處于可溶狀態(tài)。其還原一氧化體系沒有可逆性，缺乏熱力學意義。故而常用隱色體電位表示。2還原染料的還原性能和染色性能還原染料的還原性能主要包括：2.1隱色體電位定義：隱色體電位是先將一定濃度的染料用保險粉、燒堿溶液還原成隱色體，在一定條件下，用氧化劑赤血鹽滴定，染料被氧化開始析出時所測得的鉑電極與飽和甘汞參比電極間的電動勢。還原染料的隱色體電位為負值。其意義：一是：表示染料還原的難易程度。其絕對值越小，染料越易被還原；反之，則越難被還原。二是：作為選擇適當還原劑的重要依據(jù)。只有當還原劑的還原電位絕對值大于該染料隱色體電位時，才能使染料還原溶解。注：不同條件下測得的隱色體電位其數(shù)值也不相同。2.1隱色體電位定義：注：不同條件下測得的隱色體電位其數(shù)值2.2還原速率表示方法:

半還原時間影響因素：染料方面：1）染料的分子結構（主要因素）2）染料晶型（影響較大）3）顆粒大小及其分布：a、接觸面積大?。ū砻娣e）b、反應的幾率還原條件：1）還原溫度（主要因素）2）還原劑（主要因素）和堿的性質及濃度3）還原時間4）還原方式：干缸還原全浴還原2.2還原速率表示方法:半還原時間2.3還原反應在染色工藝中，最常用的還原劑是保險粉。在印花工藝中，色漿中常用的還原劑是雕白粉。還原機理：親核加成反應保險粉的還原機理二氧化硫脲的還原機理雕白粉還的還原機理2.3還原反應在染色工藝中，最常用的還原劑是保險粉。2.3.1保險粉的還原機理連二亞硫酸鈉俗稱保險粉，分子式為Na2S2O4

。還原機理：在堿性條件下，電離生成的連二亞硫酸根離子與染料羰基發(fā)生親核加成反應，生成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，其在堿溶液中和堿作用，迅速分解成隱色體和亞硫酸鹽。反應歷程為：2.3.1保險粉的還原機理連二亞硫酸鈉俗稱保險粉，分子式為2.3.2二氧化硫脲的還原機理二氧化硫脲分子式為：NH2－C(SO2)－NH2性能：還原能力較保險粉強，還原電位絕對值高，穩(wěn)定性好。缺點：易造成過度還原。還原機理：它在汽蒸受熱或者堿性溶液中產(chǎn)生具有還原作用的亞磺酸，而將染料還原。反應歷程：

NH2C(SO2)NH2→NH2CONH2+H2SO2H2SO2+3OH-→HSO3-+2H2O+2eHSO3-+3OH-→SO42-+2H2O+2e2.3.2二氧化硫脲的還原機理二氧化硫脲分子式為：NH2.3.3雕白粉的還原機理羥甲基亞磺酸鈉俗稱雕白粉，分子式為HOCH2SO2Na·H2O。還原機理：在濕熱的環(huán)境下速度分解加快，分解產(chǎn)物隨條件不同，其組成不同，反應比較復雜。它在蒸化時具有較強的還原能力。與還原染料發(fā)生親核加成，在堿中分解成隱色體。

反應歷程如下：2.3.3雕白粉的還原機理羥甲基亞磺酸鈉俗稱雕白粉，分子2.3.4不正常的還原現(xiàn)象過度還原現(xiàn)象脫鹵現(xiàn)象分子重排現(xiàn)象（異構化）水解現(xiàn)象2.3.4不正常的還原現(xiàn)象過度還原現(xiàn)象2.4還原染料的溶解與聚集溶解過程:

1.破壞染料晶體結構。2.拆散染料分子間的作用力。3.水化作用：在染料分子拆散的同時，染料分子和水分子結合。染料溶解示意圖：染料——染料水——水染料——水助劑——助劑染料——助劑助劑——水2.4還原染料的溶解與聚集溶解過程:2.4影響溶解度的因素1)染料本身A、染料分子中被還原的羰基數(shù)目B、染料分子的大小、形狀、親水性和疏水性組分比C、取代基的性質、數(shù)量以及在分子結構中的位置D、染料分子的同平面性和共軛體系2)外界因素A、染料濃度B、溫度C、電解質種類和濃度D、助劑性質及用量E、水質此外，還和溶劑性質，pH值等因素有關。2.4影響溶解度的因素1)染料本身3.染色熱力學吸附等溫線染料與纖維間的親和力染料與纖維間的作用力3.染色熱力學吸附等溫線染料與纖維間的親和力染料與纖維間的3.1Freundilich型吸附等溫線還原染料隱色體上染棉符合Freundilich型吸附等溫線。Freundilich型吸附等溫線1）其特征：

纖維上的染料的濃度隨著染液中染料濃度的增加速率越來越慢，沒有明顯的極限。2）其經(jīng)驗方程式：

[D]f=K[D]ns(1)

式中K為數(shù),0<n<1。又可寫成

lg[D]f=lg[K]+nlg[D]s(2)

lg[D]f和lg[D]s成直線關系，其斜率為n；lg[K]為截距。

[S]fFreundilich型吸附等溫線

Freundilich[D]f3.1Freundilich型吸附等溫線還原染料隱色體上染3.2

染料與纖維間的親和力染料隱色體的親和力根據(jù)唐能膜平衡原理：染液中：纖維上：

得出：由此可求得[Na+]fv[Dz-]fv，[Na+]s[Dz-]s則由下式可以求得其親和力：

3.2染料與纖維間的親和力染料隱色體的親和力3.3染料與纖維之間的作用力范德華力偶極間引力偶極誘導偶極引力非極性組分間的色散力氫鍵p型氫鍵：通過孤對電子與供氫基形成氫鍵結合型氫鍵：通過孤立雙鍵或芳香環(huán)上共軛雙鍵上電子與供氫基形成的氫鍵庫侖斥力鹽效應

加入電解質鈉離子被纖維表面吸附并成擴散雙電層分布，而陰離子則受到斥力遠離纖維表面分布，因而可降低纖維表面的負電荷對染料陰離子的斥力，降低吸附能阻。從而使得還原染料具有較高的初染率。

3.3染料與纖維之間的作用力范德華力4染色動力學

擴散模型

擴散系數(shù)及其測定方法

半染時間和擴散速率的關系

染料在纖維內的擴散性能及影響因素4染色動力學擴散模型4.1擴散模型

孔道擴散模型

人們認為經(jīng)過練漂前處理的棉等親水性纖維浸在水里，幾秒鐘后水就會透入纖維內部，使它發(fā)生溶脹。這些溶脹的纖維里存在著許許多多曲折而互相連通的小孔道。在染色時，這些纖維孔道里都充滿著水，染料分子（或離子）通過這些曲折、互相連通的孔道擴散進入纖維內部。4.1擴散模型孔道擴散模型4.2

擴散系數(shù)及其測定方法擴散系數(shù)

擴散系數(shù)的測定方法

法一：

從纖維上染料濃度分布情況求擴散系數(shù)將纖維視為無限長的圓柱體

，則解菲克非穩(wěn)態(tài)擴散方程式

可以從C、r、t關系式求出擴散系數(shù)D。

法二：從上染速率求擴散系數(shù)

式中：a=（100-E）/E,E為平衡上染百分率;q1和q2也是E的函數(shù)。4.2擴散系數(shù)及其測定方法擴散系數(shù)4.2

擴散系數(shù)及其測定方法上述方法的缺陷：

假定擴散系數(shù)恒定且不隨纖維上的染料濃度而變化。從染料濃度分布曲線求擴散系數(shù)染液濃度恒定，擴散系數(shù)可從菲克擴散第二定律通式解出，得：式中：x和c的關系可從染料在試樣中擴散的斷面濃度分布曲線求得。由此公式可求的纖維上染料濃度為C時的擴散系數(shù)Dc。半染時間和擴散速率的關系

式中：Es為平衡上染百分率分數(shù)。

其他條件相同，平衡上染百分率越高，半染時間越短，擴散系數(shù)越大。4.2擴散系數(shù)及其測定方法上述方法的缺陷：4.3染料在纖維內的擴散性能及影響因素染料在纖維內的擴散性能一般用擴散系數(shù)來表示。對恒定的染料，其擴散系數(shù)可用上述方法求的；擴散系數(shù)除了與染料本身密切相關外，外界環(huán)境對其的影響較大

。

影響染料擴散性能因素：

1）染料方面

A、染料結構、分子量大小及其聚集傾向

B、取代基的性質、種類和數(shù)量

C、同平面性、共軛體系和空間位阻效應

D、染料與纖維間的作用力

2）纖維方面

A、纖維的超分子結構：

B、纖維的空隙：

C、纖維的前處理（退漿、漂白、絲光對其染色性能的影響）

D、纖維在溶液中的狀態(tài)：帶電性、溶脹性及電解質和助劑的影響

3）外界因素

A、染色溫度

B、電解質的性質和用量

C、助劑的性質及濃度

D、PH值

E、染色介質

F、染液流速4.3染料在纖維內的擴散性能及影響因素染料在纖維內的擴散性能5綜述本文從染色熱力學和動力學的角度闡述了還原染料染棉的機理。主要有：1）隱色體的親和力2）還原染料染棉的上染特征及作用力（吸附等溫線）3）分析了還原染料染棉時的擴散系數(shù)的測定及其影響因素聯(lián)系實際染整加工過程，分析了實際生產(chǎn)中的各種因素對其上染主要因素的影響。主要有：

1）還原染料的還原機理2）影響還原染料的還原速率的因素因與直接染料染色機理相似，在此也將其用于分析還原染料染色中的一些現(xiàn)象。如：還原染料初染率高，易產(chǎn)生“白芯”現(xiàn)象。5綜述本文從染色熱力學和動力學的角度闡述了還原因時間有限，不足之處，還望老師和同學們指正！因時間有限，不足之處，還望老師和同學們指正！論文的結構和主要內容第一部分：棉纖維的結構和性能第二部分：還原染料的主要性能第三部分：還原染料染棉的染色熱力學第四部分：還原染料染棉的染色動力學

論文的結構和主要內容第一部分：棉纖維的結構和性能結構組成：由β-d-葡萄糖殘基彼此以1,4-甙鍵聯(lián)結而成特點：

A、C1、C4間形成的甙鍵對酸比較敏感，所以，棉纖維耐堿不耐酸。

B、羥基多，C2、C3上為仲羥基，C6上為伯羥基。羥基的性能：

A、羥基為親水性極性基團能形成氫鍵，能發(fā)生醚化和接枝等反應。

B、具有還原性（一端是醇羥基，另一端是醛羥基），易被氧化。

羥基的作用：

賦予棉纖維具有較強的吸濕性和優(yōu)良的染色性。1.1棉纖維的結構和性能1.1棉纖維的結構和性能1.2棉纖維的形態(tài)結構棉纖維結構為：

縱向為天然扭曲狀；橫向為：扁平的腰子狀雙邊結構：造成棉纖維不同部位的性能不同，染色性能差異較大。

A區(qū)的曲率最大密度最高，試劑最難滲入，

B處的結構與壓扁前相近，試劑進入比較容易，

C區(qū)因受壓而成內凹狀，試劑最容易進入，因此反應最為活潑。1.2棉纖維的形態(tài)結構棉纖維結構為：2還原染料的還原性能和染色性能還原染料的還原性能主要包括：還原的難易和還原速率還原難易表示方法：1）標準還原電位2）隱色體電位 前者測定的條件是染料及其隱色體必須始終處于可溶狀態(tài)。其還原一氧化體系沒有可逆性，缺乏熱力學意義。故而常用隱色體電位表示。2還原染料的還原性能和染色性能還原染料的還原性能主要包括：2.1隱色體電位定義：隱色體電位是先將一定濃度的染料用保險粉、燒堿溶液還原成隱色體，在一定條件下，用氧化劑赤血鹽滴定，染料被氧化開始析出時所測得的鉑電極與飽和甘汞參比電極間的電動勢。還原染料的隱色體電位為負值。其意義：一是：表示染料還原的難易程度。其絕對值越小，染料越易被還原；反之，則越難被還原。二是：作為選擇適當還原劑的重要依據(jù)。只有當還原劑的還原電位絕對值大于該染料隱色體電位時，才能使染料還原溶解。注：不同條件下測得的隱色體電位其數(shù)值也不相同。2.1隱色體電位定義：注：不同條件下測得的隱色體電位其數(shù)值2.2還原速率表示方法:

半還原時間影響因素：染料方面：1）染料的分子結構（主要因素）2）染料晶型（影響較大）3）顆粒大小及其分布：a、接觸面積大?。ū砻娣e）b、反應的幾率還原條件：1）還原溫度（主要因素）2）還原劑（主要因素）和堿的性質及濃度3）還原時間4）還原方式：干缸還原全浴還原2.2還原速率表示方法:半還原時間2.3還原反應在染色工藝中，最常用的還原劑是保險粉。在印花工藝中，色漿中常用的還原劑是雕白粉。還原機理：親核加成反應保險粉的還原機理二氧化硫脲的還原機理雕白粉還的還原機理2.3還原反應在染色工藝中，最常用的還原劑是保險粉。2.3.1保險粉的還原機理連二亞硫酸鈉俗稱保險粉，分子式為Na2S2O4

。還原機理：在堿性條件下，電離生成的連二亞硫酸根離子與染料羰基發(fā)生親核加成反應，生成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，其在堿溶液中和堿作用，迅速分解成隱色體和亞硫酸鹽。反應歷程為：2.3.1保險粉的還原機理連二亞硫酸鈉俗稱保險粉，分子式為2.3.2二氧化硫脲的還原機理二氧化硫脲分子式為：NH2－C(SO2)－NH2性能：還原能力較保險粉強，還原電位絕對值高，穩(wěn)定性好。缺點：易造成過度還原。還原機理：它在汽蒸受熱或者堿性溶液中產(chǎn)生具有還原作用的亞磺酸，而將染料還原。反應歷程：

NH2C(SO2)NH2→NH2CONH2+H2SO2H2SO2+3OH-→HSO3-+2H2O+2eHSO3-+3OH-→SO42-+2H2O+2e2.3.2二氧化硫脲的還原機理二氧化硫脲分子式為：NH2.3.3雕白粉的還原機理羥甲基亞磺酸鈉俗稱雕白粉，分子式為HOCH2SO2Na·H2O。還原機理：在濕熱的環(huán)境下速度分解加快，分解產(chǎn)物隨條件不同，其組成不同，反應比較復雜。它在蒸化時具有較強的還原能力。與還原染料發(fā)生親核加成，在堿中分解成隱色體。

反應歷程如下：2.3.3雕白粉的還原機理羥甲基亞磺酸鈉俗稱雕白粉，分子2.3.4不正常的還原現(xiàn)象過度還原現(xiàn)象脫鹵現(xiàn)象分子重排現(xiàn)象（異構化）水解現(xiàn)象2.3.4不正常的還原現(xiàn)象過度還原現(xiàn)象2.4還原染料的溶解與聚集溶解過程:

1.破壞染料晶體結構。2.拆散染料分子間的作用力。3.水化作用：在染料分子拆散的同時，染料分子和水分子結合。染料溶解示意圖：染料——染料水——水染料——水助劑——助劑染料——助劑助劑——水2.4還原染料的溶解與聚集溶解過程:2.4影響溶解度的因素1)染料本身A、染料分子中被還原的羰基數(shù)目B、染料分子的大小、形狀、親水性和疏水性組分比C、取代基的性質、數(shù)量以及在分子結構中的位置D、染料分子的同平面性和共軛體系2)外界因素A、染料濃度B、溫度C、電解質種類和濃度D、助劑性質及用量E、水質此外，還和溶劑性質，pH值等因素有關。2.4影響溶解度的因素1)染料本身3.染色熱力學吸附等溫線染料與纖維間的親和力染料與纖維間的作用力3.染色熱力學吸附等溫線染料與纖維間的親和力染料與纖維間的3.1Freundilich型吸附等溫線還原染料隱色體上染棉符合Freundilich型吸附等溫線。Freundilich型吸附等溫線1）其特征：

纖維上的染料的濃度隨著染液中染料濃度的增加速率越來越慢，沒有明顯的極限。2）其經(jīng)驗方程式：

[D]f=K[D]ns(1)

式中K為數(shù),0<n<1。又可寫成

lg[D]f=lg[K]+nlg[D]s(2)

lg[D]f和lg[D]s成直線關系，其斜率為n；lg[K]為截距。

[S]fFreundilich型吸附等溫線

Freundilich[D]f3.1Freundilich型吸附等溫線還原染料隱色體上染3.2

染料與纖維間的親和力染料隱色體的親和力根據(jù)唐能膜平衡原理：染液中：纖維上：

得出：由此可求得[Na+]fv[Dz-]fv，[Na+]s[Dz-]s則由下式可以求得其親和力：

3.2染料與纖維間的親和力染料隱色體的親和力3.3染料與纖維之間的作用力范德華力偶極間引力偶極誘導偶極引力非極性組分間的色散力氫鍵p型氫鍵：通過孤對電子與供氫基形成氫鍵結合型氫鍵：通過孤立雙鍵或芳香環(huán)上共軛雙鍵上電子與供氫基形成的氫鍵庫侖斥力鹽效應

加入電解質鈉離子被纖維表面吸附并成擴散雙電層分布，而陰離子則受到斥力遠離纖維表面分布，因而可降低纖維表面的負電荷對染料陰離子的斥力，降低吸附能阻。從而使得還原染料具有較高的初染率。

3.3染料與纖維之間的作用力范德華力4染色動力學

擴散模型

擴散系數(shù)及其測定方法

半染時間和擴散速率的關系

染料在纖維內的擴散性能及影響因素4染色動力學擴散模型4.1擴散模型

孔道擴散模型

人們認為經(jīng)過練漂前處理的棉等親水性纖維浸在水里，幾秒鐘后水就會透入纖維內部，使它發(fā)生溶脹。這些溶脹的纖維里存在著許許多多曲折而互相連通的小孔道。在染色時，這些纖維孔道里都充滿著水，染料分子（或離子）通過這些曲折、互相連通的孔道擴散進入纖維內部。4.1擴散模型孔道擴散模型4.2

擴散系數(shù)及其測定方法擴散系數(shù)

擴散系數(shù)的測定方法

法一：

從纖維上染料濃度分布情況求擴散系數(shù)將纖維視為無限長的圓柱體

，則解菲克非穩(wěn)態(tài)擴散方程式

可以從C、r、t關系式求出擴散系數(shù)D。

法二：從上染速率求擴散系數(shù)

式中：a=（100-E）/E,E為平衡上染百分率;q1和q2也是E的函數(shù)。4.2擴散系數(shù)及其測定方法擴散系數(shù)4.2

擴散系數(shù)及其測定方法上述方法的缺陷：

假定擴散系數(shù)恒定且不隨纖維上的染料濃度而變化。從染料濃度分布曲線求擴散系數(shù)染液濃度恒定，擴散系數(shù)可從菲克擴散第二定律通式解出，