紡織品染印原理第二章染色基本理論

紡織品染印原理鞏繼賢：42073862：gongjixian@126天津工業(yè)大學紡織學院輕化工程系第二章染色根本實際染料從染液向纖維轉移的趨勢和程度染料上染纖維的速度及閱歷的過程染料對纖維的上染過程染料對纖維的上染過程染色本質上是染料和纖維在特定介質環(huán)境中的的相互作用介質中染料的形狀介質中纖維的形狀介質環(huán)境的要素溫度pH助劑：鹽、外表活性劑溶解或分散—上染—固著纖維染液染色根本實際染料在水溶液中的形狀纖維在水溶液中的形狀染料在纖維上的吸附染料在纖維中的分散上染過程的幾個階段染色根本實際染料在水溶液中的形狀纖維在水溶液中的形狀染料在纖維上的吸附染料在纖維中的分散染料在水溶液中的形狀染料上染纖維要經過一定的染色介質來完成，染料在介質中的存在形狀直接影響染色的速度和程度。纖維中的微隙很小，只需單分子或離子形狀的染料才干順利進入纖維內部。染料分子的尺寸與其在纖維上的可及度有很大關系。染料在水溶液中的形狀染料在水溶液中的存在形狀溶于水與水構成水合離子或水合分子，構成染料水溶液。直接染料活性染料酸性染料陽離子染料復原染料隱色體硫化染料隱色體染料在水溶液中的形狀染料在水溶液中的存在形狀不溶于水不溶于水，以顆粒形狀分散在水中，構成染料的水分散液，即懸浮液。不含離子基團或極性基的染料：復原染料、硫化染料含非離子極性基的染料：分散染料染料晶體溶解的染料分散于膠束中的染料染料在水溶液中的形狀染料的溶解緣由染料溶于水是由于染料遭到極性水分子的作用，使得染料分子間作用力減弱或拆散。結果離子型染料溶解后構成水合離子，非離子型染料溶解后構成水合分子。離子基非離子極性基陰離子極性基陽離子極性基磺酸基、羧基、硫酸酯基、硫代硫酸酯基季銨鹽基羥基、氨基、酰胺基染料在水溶液中的形狀染料的溶解染料的電離離子基普通都是強的電離基，習慣上稱之為水溶性基團，其中以磺酸基運用最廣。染料的水溶性基團在水中發(fā)生電離，生成染料陰離子和金屬陽離子。染料在水溶液中的形狀染料的溶解染料溶解的影響要素染料本身的構造含離子型極性基團的染料能溶于水溫度染料的溶解度普通隨溫度的升高而升高。電解質溶液中中性電解質的存在常使染料溶解度降低。助溶劑尿素外表活性劑染料在水溶液中的形狀染料的聚集緣由染料分子間的疏水部分的氫鍵和范德華力作用結果染料在溶液中發(fā)生片狀或球狀聚集影響要素染料構造與濃度溫度電解質助劑染色根本實際染料在水溶液中的形狀纖維在水溶液中的形狀染料在纖維上的吸附染料在纖維中的分散纖維在水溶液中的形狀纖維在水溶液中的雙電層纖維在水溶液中會獲得負電荷纖維分子中基團的電離纖維選擇吸收溶液中的氫氧根離子纖維定向吸收水分子纖維外表的雙電層構造纖維外表所吸附正離子在纖維周圍的分布吸附層：被纖維劇烈吸引，纖維與液相相對運動時，不隨液相運動分散層：受纖維的引力較小，易隨液相運動纖維在水溶液中的形狀Zeta電位〔ξ電位〕概念吸附層和分散層相對運動而產生的電位差影響要素纖維的種類溶液pH溶液中電解質ξ電位與染色染料與纖維間的作用力：靜電引力，分子間力，氫鍵染料離子被纖維吸附過程中作用力的變化情況纖維在水溶液中的形狀纖維的溶脹紡織纖維都是由線型大分子組成的。大分子陳列整齊，定向度高的部分，構成結晶區(qū)。大分子陳列不整齊，定向度較低的部分稱為無定形區(qū)。在無定形區(qū)分子陳列較松弛，有無數(shù)空隙分布其中。纖維分子中含有極性基團(親水基團)，當纖維與水或水蒸氣接觸時，纖維就吸收水分，使纖維發(fā)生潤濕和溶脹。染色根本實際染料在水溶液中的形狀纖維在水溶液中的形狀染料在纖維上的吸附染料在纖維中的分散染料在纖維上的吸附動力/緣由評價目的吸附模型影響要素運用染料在纖維上的吸附染料上染纖維的緣由/動力物質由一種相或一種形狀轉移到另外一種相或一種形狀時，必然伴隨著化學位的變化。一個過程可以自動地由高化學位的形狀向低化學位的形狀轉移。兩種形狀的化學位差值越大，轉移的傾向越大。染料在纖維上的吸附染料上染纖維的緣由/動力染料在染液中的化學位〔μs〕和纖維上的化學位〔μf〕：比較染料在染液和纖維上的化學位，可以判別染料能否可以有染液向纖維上轉移〔方向〕及轉移量的多少〔程度〕。染料在溶液中的化學位高，而在纖維上的化學位低，所以染料可以自動地從溶液轉移到纖維上，直至上染平衡。染料在纖維上的吸附染料上染纖維的緣由/動力上染平衡染色初期，染液中染料濃度高，染料在染液中的化學位最大，上染的傾向最大；隨著纖維上染料濃度的不斷添加，染液中染料濃度的不斷降低，染料在染液中的化學位不斷降低，染料在纖維中的化學位不斷添加；最后染料在纖維上和染液中的化學位相等時，染色到達平衡，纖維上和染液中的染料濃度不再變化。上染過程是可逆的，從染料個體來看，吸附與解吸是同時存在的。染色到達平衡時，吸附與解吸的速率相等，到達一種動態(tài)的平衡。由化學位要素引起的染料從染液向纖維轉移的過程，是大量染料分子運動的結果，是宏觀的，統(tǒng)計數(shù)據(jù)。染料在纖維上的吸附染料對纖維上染的評價目的平衡吸附量染色平衡時纖維上染料濃度。平衡上染百分率染色平衡時纖維上染料量占投入染料總量的百分率。表示一定條件下染色時所能到達的最高上染百分率上染百分率纖維上染料量占投入染料總量的百分率。半染時間纖維上染料濃度到平衡吸附量一半所需求的時間表示染色到達平衡的快慢染料在纖維上的吸附染料對纖維上染的評價目的上染速率纖維上染料濃度對時間的變化率。上染速率曲線恒溫條件下染色，以纖維上染料濃度或上染百分率為縱坐標，以時間為橫坐標做圖，所得曲線為上染速率曲線。染料在纖維上的吸附評價目的——親和力染色過程中，染液中染料濃度不斷降低，纖維上染料濃度不斷添加；染料在溶液中的化學位不斷降低，而在纖維上的化學位不斷添加，到二者相等時，到達染色平衡。

μf=μf°+RTlnaf;μs=μs°+RTlnas

初始染色μs＞μf;平衡時μs=μf

那么有:μf°+RTlnaf=μs°+RTlnas

移項得：-Δμ°=-(μf°-μs°)=RTln(af/as)染料在纖維上的吸附評價目的——親和力親和力〔Affinity〕親和力是纖維上染料規(guī)范化學位與染液中染料規(guī)范化學位差值的負值，即染液中染料規(guī)范化學位與纖維上染料規(guī)范化學位差值。-Δμ°=-(μf°-μs°)=RTln(af/as)親和力是染料從溶液向纖維轉移的趨勢和量度。親和力代表纖維對染料的吸附才干親和力對特定纖維而言是染料的屬性，是溫度和壓力的函數(shù)，不受其他條件〔如濃度要素〕影響。染料在纖維上的吸附評價目的——親和力直接性(Substantivity)染料分開染液上染纖維的性能普通用染色平衡時染料上染纖維的百分率大小表示直接性與染色工藝有關，親和力對特定纖維而言是染料的屬性。染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附模型研討染色系統(tǒng)到達平衡時染料的分配情況隨染液中的染料濃度添加，纖維上的染料濃度的添加情況類型：能斯特〔Nersnt〕型弗萊因德利胥(Freundlich)型朗謬爾(Langmuir)型染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附模型吸附等溫線在恒定溫度下，上染到達平衡時，纖維上的染料濃度和染液中的染料濃度的關系曲線。意義：表示染色系統(tǒng)到達平衡時染料的分配情況，由此可判別染料對纖維的上染才干和分配特征，并可推測染料-纖維結合情況。以染料吸附等溫線為根據(jù)，對纖維上染料形狀做一定假設以處理活度處置問題，從而進展親和力計算。類型：能斯特〔Nersnt〕型弗萊因德利胥(Freundlich)型朗謬爾(Langmuir)型染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附模型能斯特〔Nersnt〕型吸附等溫線特征：纖維上染料濃度和染液中染料濃度呈直線關系數(shù)學表達式：[D]f=K[D]s〔K:亨利分配系數(shù))

單位：[D]f:mol/kg纖維[D]s:mol/l

特點視染料為溶質,纖維為溶劑,并假設活度系數(shù)為1；染色時纖維上染料量隨[D]s添加而添加,其上染量受纖維可及度制約；適用于分散染料染滌、錦、醋酯纖維染色系統(tǒng)。染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附模型能斯特〔Nersnt〕型親和力計算公式：

-Δμ°=RTln[D]f/[D]s

物理意義屬于分配型吸附等溫線，完全符合分配定律，即溶質在兩種互不相溶的溶劑中的濃度之比為一常數(shù)。在染色平衡情況下，染料在纖維上的濃度與在染液中的濃度之比為一常數(shù)，纖維上的染料濃度與染液中的染料濃度成正比關系，隨著染液濃度的增高而增高，直到飽和為止。染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附形狀弗萊因德利胥(Freundlich)型吸附等溫線特征：纖維上染料度[D]f隨染液中染料濃度[D]s添加而不斷添加，但添加速率越來越慢；無明顯吸附飽和值數(shù)學表達式：閱歷式：[D]f=K[D]ns〔0<n<1〕對數(shù)方式：lg[D]f=lgK+nlg[D]s特點非定位系統(tǒng)吸附,染-纖作用力以范氏力、氫鍵為主的染色體系;染液中有電解質存在的情況直接、復原染料隱色體—纖維素纖維；活性染料在纖維素纖維上的吸附上染屬于此類染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附形狀弗萊因德利胥(Freundlich)型親和力計算公式：

物理意義屬于物理吸附，即非定位吸附，纖維上染料濃度隨染液中染料濃度添加而不斷添加，但添加速率越來越慢，沒有明顯的極限。染料吸附在纖維上是以分散吸附層存在。染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附形狀朗謬爾(Langmuir)型吸附等溫線特征：斜率隨纖維上染料濃度的添加而不斷減小，到達一定值后不再添加〔纖維上染料濃度不再隨染液中的染料濃度添加而添加，此時纖維上的染料濃度稱為染色飽和值〕數(shù)學表達式：特點離子型染料主要以靜電引力上染纖維以離子鍵在纖維中固著時，符合朗繆爾吸附。如酸性染料在強酸性浴上染羊毛，陽離子染料上染聚丙烯腈纖維。染料在纖維上的吸附染料在纖維上的吸附形狀朗謬爾(Langmuir)型親和力計算公式：物理意義屬于化學吸附，即定位吸附。假定在纖維上有一定數(shù)量的吸附染料的位置，這些位置稱為染座，染料的吸附就發(fā)生在纖維的這些染座上。一切染座都能同樣的吸附染料而不發(fā)生相互關擾。一個染座上吸附了一個染料分子后便飽和而不能再發(fā)生進一步的吸附，即吸附是單分子層的。一切染座都被染料占據(jù)時，吸附到達了飽和。染料在纖維上的吸附染料與纖維間的作用力庫侖力范德華力氫鍵共價鍵配價鍵電荷轉移分子間作用力染料在纖維上的吸附染料與纖維間的作用力庫侖力纖維由于可電離基團的電離而帶電，與帶有相反電荷的染料離子接近時，產生靜電引力，即庫侖力。染料因庫侖力作用而被纖維吸附，發(fā)生離子鍵方式的結合，也叫鹽式鍵。蛋白質纖維、聚酰胺纖維在酸性染液中帶正電荷，對染料陰離子產生庫侖力。聚丙烯腈纖維在染液中帶負電荷，對染料陽離子產生庫侖力。纖維素纖維在中性和堿性染液中帶有負電荷，對染料陰離子產生斥力，要減少或消除這種斥力。染料在纖維上的吸附染料與纖維間的作用力范德華力范德華力是分子間力，比較弱。染料和纖維間的范德華力取決于分子構造與形狀及其接觸面積和分子間間隔。范德華力存在于各類染料上染纖維時，但作用的重要性不同。染料在纖維上的吸附染料與纖維間的作用力氫鍵氫鍵是兩個電負性較強的原子經過氫原子而構成的取向結合，是一種定向的、較強的分子間引力。各類染料對纖維的染色過程中，都有氫鍵的存在。氫鍵和范德華力的結合能量比較低，但在染色中起重要作用，是染料對纖維具有直接性的重要要素。氫鍵和范德華力所引起吸附屬于物理吸附，是非定位吸附。染料在纖維上的吸附染料與纖維間的作用力共價鍵含反響性基團的染料和具有可反響基團的纖維之間發(fā)生共價結合?；钚匀玖虾屠w維素纖維染料在纖維上的吸附染料與纖維間的作用力配價鍵酸性媒介染料或酸性含媒染料染色時，和纖維間發(fā)生的。配價鍵的鍵能高，作用間隔短。離子鍵、共價鍵和配價鍵的鍵能均較高，在纖維中有固定的吸附位置，由這些鍵引起的吸附屬于定位吸附或化學吸附。染料在纖維上的吸附染料與纖維間的作用力電荷轉移分子間作用力具有供電子體的分子與具有受體性質的分子因電子轉移而產生的分子間結合。分散染色染聚酯染料在纖維上的吸附染料上染纖維的影響要素染色熱染色熱〔ΔH°〕是指無限少的染料從規(guī)范形狀的溶液中轉移到規(guī)范標態(tài)的纖維上時，每摩爾染料染料轉移所發(fā)生的熱量〔KJ/mol〕。染色熱是染料與纖維的反響熱，它定量地闡明了溫度對染色平衡的影響。絕大多數(shù)情況而下,ΔH°<0，即染色熱是負值大多數(shù)染色體系中，染料的上染是放熱反響提高染色溫度，染色平衡向吸熱方向即解吸方向挪動，平衡吸附量降低。染料在纖維上的吸附染料上染纖維的影響要素染色熵(Entropyofdyeing)染色熵〔ΔS°〕是無限小量的染料從規(guī)范形狀的染液中轉移到規(guī)范形狀的纖維上,每摩爾染料轉移所引起的物系熵變;單位為KJ/〔℃·mol〕。熵是體系混亂程度的形狀函數(shù)，染色熵反響的是上染過程中染料分子〔染色體系〕混亂程度變化。絕大多數(shù)情況而下,ΔS°<0，即染色熵是負值通常染色熵可以說是染料在纖維上的取向程度；負值絕對值越大，表示染料在纖維上的取向度越高，被纖維吸附的能夠性越小，親和力越小。染料在纖維上的吸附染料上染纖維的影響要素親和力和染色熱、染色熵的關系染色根本實際染料在水溶液中的形狀纖維在水溶液中的形狀染料在纖維上的吸附染料在纖維中的分散染料在纖維中的分散動力/緣由評價目的吸附模型影響要素運用染料在纖維中的分散染料在纖維中分散的緣由纖維外表和內部之間存在的濃度梯度分散的種類按照分散過程中分散介質中的濃度梯度變化分類:穩(wěn)態(tài)分散〔Steady-statediffusion〕分散過程中，介質中各處的濃度梯度一直維持不變的分散過程非穩(wěn)態(tài)分散〔Non-Steadystatediffusion〕分散過程中，介質中各處的濃度梯度不斷變化的分散過程染料在纖維中的分散分散的規(guī)律—菲克〔Fick〕定律菲克第一定律描畫穩(wěn)態(tài)分散分散通量Fx(分散速率〕:單位時間內經過單位面積的染料數(shù)量〔g/cm2·s〕分散系數(shù)D:在單位時間內，濃度梯度為1g/cm4時分散經過單位面積的染料量〔cm2/s〕；用以衡量染料在纖維中的分散性能，分散系數(shù)在一定條件下是常數(shù)，決議于染料和纖維的化學構造及纖維的微構造。濃度梯度:分散方向單位間隔內的濃度變化(g/cm4)。染料在纖維中的分散分散的規(guī)律—菲克〔Fick〕定律菲克第二定律描畫非穩(wěn)態(tài)分散實踐上染色時是非穩(wěn)態(tài)分散徑向分散染料在纖維中的分散染料在纖維中分散的特點—分散模型孔道分散模型-適用于親水性纖維模型描畫在溶脹的纖維里存在許多曲折而相互連通的小孔道。染色時,這些孔道里都充溢著水,染料分子(或離子)經過這些曲折、貫穿的孔道分散進入纖維內部。在分散過程中,染料分子(或離子)會不斷發(fā)生吸附和解吸。孔道里游離形狀的染料和吸附形狀的染料成動平衡形狀。染料在纖維中的分散染料在纖維中分散的特點—分散模型孔道分散模型-適用于親水性纖維分散系數(shù)關系式CP為孔道內可以分散的游離染料的濃度;Cf為吸附在孔道壁上的染料濃度;DP為染料在孔道染液中的分散系數(shù)；α為孔道在纖維內所占的比率;τ為孔隙的曲繞度。染料在纖維中的分散染料在纖維中分散的特點—分散模型自在體積模型-適用于疏水性纖維(合成纖維)模型描畫纖維的自在體積指其總體積中沒有被分子鏈占據(jù)的那部分空間,它以微小的空穴方式分布在纖維中。聚酯、聚丙烯腈等合成纖維染色時,染料分子吸附在纖維大分子鏈上,當溫度大于Tg以后大分子的鏈段發(fā)生繞動,原來微小的空穴合并成較大的空穴,染料分子沿這些不斷變化的空穴,逐個“騰躍〞分散。染料在纖維中的分散染料在纖維中分散的特點—分散模型自在體積模型-適用于疏水性纖維(合成纖維)WFL方程A、B為高分子物特性常數(shù)lgαT為溫度T時的挪動因子分散系數(shù)與T的關系

染料在纖維中的分散染料在纖維中分散的影響要素染料分子構造的大小染料濃度影響這種影響與染料和纖維的種類有關。在用非離子型染料染非離子纖維時,染料濃度對分散系數(shù)的影響較小；離子型染料上染具有相反電荷的纖維時，染料濃度對分散系數(shù)的影響較大，分散速率隨染料濃度的提高而添加。纖維的微隙大小和纖維結晶度染料與纖維分子間的作用力染色溫度染料在纖維中的分散勻染概念染料在被染物外表以及纖維內部均勻分布的程度。習慣上所說的勻染是指染料在被染物外表各部分分布均勻。習慣上將染料纖維內部均勻分布稱為透染。影響要素纖維本身的均勻性前處置的均勻性浸染過程中初染速率太高或上染速率太快

染料在纖維中的分散勻染浸染過程中控制勻染的途徑緩染控制溫度參與緩染劑移染保溫一定時間加快染液循環(huán)軋染過程中控制勻染的途徑保證浸軋均勻前后色差的控制防止烘干時染料的泳移

染色根本實際染料在水溶液中的形狀纖維在水溶液中的形狀染料在纖維上的吸附染料在纖維中的分散上染過程的幾個階段染料對纖維的上染過程