轻化工程毕业设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计（论文）题 目：电化学在染色工艺中的应用研究 学 院：轻工纺织学院 专业班级：轻化工程 班 学生姓名： 指导教师： 成 绩： 201 年6月15日48摘 要 从动力学角度对丝绸织物电化学染色进行了初步探索研究，实验采用石墨电极、新石墨电极，进行了不同电压、不同温度、不同时间下的丝绸织物电化学染色，并从上染百分率、扩散系数等角度对丝绸电化学染色性能进行了探讨，给出了上染百分率随电压变化的经验方程。实验结果表明： 新石墨电极比常规石墨电极上染率高，主要原因是新的石墨电极形成的电场大于石墨电极，说明电极材料的改进可以继续提高染料的上染速率，为电化学染色工艺的研究拓宽了领域。电化学染色工艺比普通染色工艺更能提高上染百分率，其原因是电化学染色达到平衡时，染料在液相中的纯化学位及其活度均低于常规染色平衡时的纯化学位及其活度。增加槽电压和温度时，扩散系数会比常规染色增加。应用电化学染色技术可提高染料对纤维的上染百分率，降低能源耗，在经济上是合理，在技术上是可行，值得进一步深入研究。关键词：丝绸；电化学染色；上染百分率；扩散系数；新石墨电极abstractthe article from the perspective of dynamics research silk fabric electrochemical dying. used graphite electrode and new graphite electrode, at different voltage, different temperature and different time carry out the silk fabric electrochemical dyeing experiment, and from the perspective of dyeing percentage, diffusion coefficient discuss the silk electrochemical dyeing properties, and given the equation of dyeing percentage changes with voltage u. experiment results show that: new graphite electrode dyeing uptake rate better than conventional graphite electrode dyeing, the reason is that the modified graphite electrodes electric voltage is higher than conventional graphite electrode . this suggested that: modify the material of electrode can improving dyeing uptake, which can widen the field for electrochemical dyeing research. compare with the normal dyeing process the electrochemical dyeing process can improve the dyeing percentage, its reason is that the purification degree and its activity in liquid were lower than that of the conventional dyeing balance. compared with the conventional dyeing when increases the bath voltage and temperature the diffusion coefficients increased .the electrochemical dyeing technology can improve the dye exhaustion, reduce the energy consumption and economically reasonable, technically feasible deserves further study.keywords：silk；electrochemical dyeing；dying percentage；diffusion coefficient； new graphite electrode.目录摘 要iabstractii第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 电化学发展概况11.3蚕丝的结构组成及优良性能21.3.1 蚕丝分类及组成21.3.2 丝绸的护肤保健作用41.4 本课题研究内容5第2章 实验部分62.1 实验材料及仪器62.2 实验原理62.2.1蚕丝的酸性染料染色72.2.2染料溶解性能对染色的影响72.2.3 匀染剂82.2.4 平衡上染百分率82.2.5 扩散系数d92.3 试验装置92.4 实验内容92.4.1 工艺处方及流程92.4.2 染色具体步骤10第3章 数据处理123.1 最大吸收波长123.2 吸光度a0、at123.3 上染率ct163.4 平衡上染浓度c183.4.1 60时新石墨电极不同电压及时间的1/ ct及1/ c183.4.2 70时新石墨电极不同电压及时间的1/ ct及1/ c203.4.3 80时新石墨电极在不同电压及时间的1/ ct及1/ c223.4.4 90时新石墨电极在不同电压及时间的1/ ct及1/ c243.4.5 60时石墨电极在不同电压及时间的1/ ct及1/ c263.4.6 90时石墨电极在不同电压及时间的1/ ct及1/ c283.4.7 60、 70、80、90时新石墨电极与60、90石墨电极在不同电压及时间的c303.5 扩散系数d313.5.1 不同温度、电压下的ct/ c313.5.2不同温度、电压、时间下的扩散系数d333.5.3 平均扩散系数363.6 数据处理举例37第4章 结果与讨论384.1 不同电极温度对上染百分率的影响384.2 不同电极温度对扩散系数d的影响404.3 影响电化学染色效果的因素41第5章 电化学染色新研究设想435.1 研究设想435.2 研究方法与技术路线构想435.3 应用前景设想44结论45参考文献46附录1:mt/m与d/ a2 的关系表47谢词48第1章 绪 论1.1 课题背景21世纪是科学技术高速发展的时代，学科之间的相互交叉、相互渗透越来越频繁，单一的发展某种工业技术早已不能满足当今社会在各个方面的要求，特别是在能源、环境方面，我国的传统工业-纺织业面临很大的挑战。在纺织品染色整理工艺中，采用的仍然是比较落后的作坊式加工业，在技术层面仍然是粗犷型加工。为了与国际市场接轨，确保纺织品的整个染整加工环节的“绿色性”，为更好的提高纺织品的质量，增强纺织品的“绿色性”，大量的新技术被应用于染整加工中，生态染整加工技术不断产生。其中，绿色环保，易于自动化控制的电化学技术对纤维进行染色和前处理是生态染整工艺应时代而产生1。绝大多数染料在溶液中可以电离成阴阳离子，将适当的电压施加到染料电解液中，在外电场作用下，染料阴阳离子会向相反电荷的电极方向移动，不需高温条件就能使染料和纤维紧密结合，增加染料向纤维表面的扩散系数2，染料的上染时间缩短，染料用量减少，上染百分率大幅度提高，染色残液排放量降低，环境污染程度变小，工人生产环境得到了改善；同时由于电压控制染料分子的迁移，易于实现染整工艺的智能化、自动化、人性化、生态化，并可以达到国际上绿色染整的标准：“原料经济化”和“污染零排放”。织物的电化学染色具有以下特点：（1）有助于提高上染率，降低染化料用量。（2）简化工艺过程，降低能量消耗。（3）废水废气排放量降低，减少环境污染。1.2 电化学发展概况电化学是一门重要学科, 主要研究电能和化学能之间的相互转化, 以及与这个过程相关的定律和规则。它与电子学、固体物理学、生物学, 以及化学领域相关学科有密切关联。电化学体系主要由电极、隔膜、电解质溶液、电解池构成 ,借助电极实现电能输入、输出。在电极上发生电极反应。隔膜一般采用玻璃滤板隔膜、盐桥和离子交换膜等,导电离子可顺利通过隔膜。电解质溶液是电化学池中电极间电子传递的媒介, 它是由高浓电解质盐、溶剂、电活性物种（也可能含有络合剂、缓冲剂）等组成, 电解质溶液可以分为水溶液体系、有机溶剂体系、熔融盐体系3。电化学染整工艺研究仍然处于起步阶段，研究人员初步探讨了电化学染色的热力学和动力学机理，据统计：直接染料上染亚麻布和酸性染料染丝绸的电化学染色实验，与常规染色温度为90110比较，电化学染色工艺采用60就可以达到相同的染色效果，并且使上染百分率增加156，达到相同染色率的上染时间比常规染色少50min，电压为15v，可降低能耗428462，充分证明了电化学染色的优势；但对制约电化学染整工艺发展的两个关键点未作任何研究，第一：怎样根据纤维性质和染料特性，合理的选择重要的电化学参数(如：电极间电压、极板间距、纤维和电极的位置关系以及包裹方式、电极的材料)；第二：如何将电化学染整工艺应用于工业化连续生产中，并能保证纤维染色质量和工厂设备要求，既实现工业自动控制，又使生产经济趋合理，这些都值得进一步的研究3。1.3 蚕丝的结构组成及优良性能1.3.1 蚕丝分类及组成蚕丝是成熟的蚕结茧时分泌的丝液，凝固后形成的连续长纤维，也称“天然丝”。是人们最早利用的动物纤维之一。根据蚕的食物不同，分为桑蚕丝、柞蚕丝、木薯蚕丝、樟蚕丝、柳蚕丝和天蚕丝等。（一）桑蚕丝 桑蚕丝纤维是由两根呈三角形或半椭圆形的丝素外包丝胶组成的，横截面为呈椭圆形。蚕丝纤维是蛋白质纤维，丝胶和丝素是其主要组成成分，丝素约占3/4，丝胶约占1/4。丝胶和丝素均由18种氨基酸组成，约含97%纯蛋白质。丝胶是水溶性良好的球状蛋白质，将蚕丝溶解于热水脱胶精练，就是利用了这一特性。由于丝胶、丝素氨基酸组成不同，丝素为纤蛋白，丝胶为球蛋白。桑蚕所吐的丝全长可达1000米以上。以桑蚕丝为原料，将若干根茧丝抱合胶着缫制而成的长丝为真丝。机器缫制而成的丝称为厂丝，白茧缫制的丝称为白厂丝。用简易机械和工艺，以次茧为原料缫制而成的丝称为土丝。经精练、脱胶之后的丝称为熟丝。而未精练的丝为作生丝。桑蚕丝可以用于丝绸织造，此外还可用于人造血管的制作。人体角质和蚕丝的胶原本质上都是蛋白质，因此蚕丝与人体的相容性非常好。制造出的人造血管在人体内不会发生过敏、致癌反应。我国在1957年就开始研制这种以蚕丝为原料的人造血管，并用于临床。目前已能生产出各种类型的人造血管。此外桑蚕丝还可被研制成很多高科技产品。如：将桑蚕丝进行脱胶、溶解、透析、提纯等操作，制成纯净的丝素溶液，将丝素溶液置于塑料模具中，经烘干制成薄膜，最后再经辐射消毒形成“丝素膜”。“丝素膜”可用作烧伤创面覆面，有助于创面愈合，也被称作“人工皮肤”。（二）野蚕丝常见的有柞蚕丝，蓖麻蚕丝，樗蚕丝，樟蚕丝，天蚕丝等。柞蚕丝为主要产品，也是在中国利用最早的蚕丝。它的强伸度，耐腐蚀性，耐光性，吸湿性等方面比桑蚕丝好，但它的细度差异大，丝上有天然色，缫丝困难，杂质较多，适用于中厚丝织物，质量好的丝可作薄型丝织物。以柞蚕吐的丝为原料缫制而成的长丝，称为柞蚕丝。按煮漂茧和所使化学药品不同，被分为药水丝和灰丝。药水丝是用过氧化物漂茧的，丝色淡黄；灰丝用碱性物质漂茧，茧色灰褐。按缫丝方式不同，分为水缫丝和干缫丝。水缫丝是在立缫机温汤中进行缫丝的，丝色淡黄；干缫丝是在干缫机台面上进行缫丝的。机制和手工制的各种柞蚕丝，多用于织制绸面粗犷、富丽、挺括、具有自然疙瘩花纹的柞丝绸。柞蚕丝是我国特有的天然纺织原料，其丝有珠宝光泽、天然华贵、滑爽舒适；柞蚕茧丝是由两根平行的扁平单丝并列组成，主要成分为丝素和丝胶。强力、绝缘、伸度、抗脆化、耐酸、耐碱等性能均优于桑蚕丝。丝素呈白色半透明状，丝胶呈淡褐色，耐湿性能强，约占 13；灰分和色素约占2。丝胶附着于丝素的外围，具有保护的作用，能溶解于沸水、碱性溶液、热皂液中；丝素不溶解，其由18种不同的氨基酸组成，主要为甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸；丝胶由15种氨基酸组成，主要为丝氨酸、天冬氨酸、苏氨酸和精氨酸。缫丝时，将柞蚕茧丝抽出来用丝胶粘合而成柞蚕丝。柞蚕丝手感柔软而具弹性、耐热性能良好，丝胶分层附着于丝素外围，温度达140时强力开始减弱。但柞蚕丝织物的缩水率很大，生丝不易于染色。（三）绿色钻石天蚕丝用物以稀为贵来形容天蚕丝是最恰当不过的了。天蚕丝非常珍稀，价格昂贵，国际市场上每公斤售价高达30005000美元，高于桑蚕丝、柞蚕丝近百倍，经济效益令人咋舌。 天蚕丝是不需染色就能保持天然绿色的野蚕丝。具有淡绿色宝石般的光泽和高强度的耐拉性和韧性，被人们誉为纤维钻石、绿色金子和纤维皇后。具有非常高的经济和实用价值。其纤度比桑蚕丝稍粗，和柞蚕丝差不多。由于其产量极低，所以仅在桑蚕丝织品中加入部分作为点缀，来制作服装面料，高雅庄重饰品和绣品，是日本和东南亚市场的紧俏商品。天蚕丝丝胶的含量要比桑蚕丝和柞蚕丝多出30%，丝素含量约为70%。国外采用马赛皂15%、纯碱2%、油剂0.5%,浴比1：45，100下精练2.5小时，可练出闪烁着令人喜爱的果绿色宝石光的天蚕丝织物。染色时，用部分经筛选的金属络合染料、盐基染料和活性染料，长时间染色可使其上染。 天蚕丝纤维纤细（平均细度为5.5-6.6dtex）,但是粗细差异很大。纤维横截面呈扁平多棱三角形，如同钻石的结构具有较强的折光性，其光犹如熠熠的宝石辉光。天蚕一旦成熟，蚕体就会呈现出亮丽的绿光，故被誉为绿色钻石。 天蚕丝长度为90600m，出丝率为5060，1000粒茧的产生丝量大约为250g。强力31.2cn/tex ,伸长率在40%左右，是一种珍贵的蚕丝资源。 1.3.2 丝绸的护肤保健作用 真丝织物素有织物皇后的美称，其主要原因是丝绸制品对人体有独特的护肤保健功能。 蚕丝是一种天然高级蛋白质纤维，含18种与人体皮肤相类似的氨基酸成份，真丝绸附着皮肤上并通过接触磨擦，对人体皮肤有保护滋润、延缓衰老的作用，还有增加上皮细胞活力、防止血管硬化、促进伤口愈合、使白血球下降等特殊功能。真丝绸质地高雅，穿着柔软舒适，其透气、透湿性都很好，具有良好的吸污和杀菌力。据日本美容学家研究分析，其吸湿性为全棉制品的1.5倍，放湿性超过棉制品二成以上。丝绸织物能使皮肤顺利地进行排汗，同时能吸收代谢出的二氧化碳，保持皮肤的清洁，从而减少微生物在皮肤上孳生的机会有益于人体的健康。经专家学者研究，蚕丝中的乙氨酸有防日光辐射能力，利用真丝纤维对紫外线的吸收性，可以防御过剩的紫外线对人体皮肤的危害；蚕丝中所含的氮元素能抑制纤维迅速燃烧，所以遇火不易烫伤人的皮肤。具体作用介绍如下：一：绿色环保：比亚乔蚕丝系列产品采用100纯天然桑蚕丝精制而成，无污染，正真的绿色环保产品。二：美肤养肤：比亚乔蚕丝系列产品中的桑蚕丝由含人体所需的十八种氨基酸组成的天然蛋白纤维，其化学结构与人体皮肤相似，有着很好的相容性。帮助皮肤维持表面脂膜的新陈代谢,防止皮肤的老化，促进血液循环、延缓衰老、使皮肤滋润光滑，对过敏性皮肤和皮肤瘙痒症有明显的功效。三：轻柔滑爽：蚕丝手感天然柔顺滑爽，贴身亲肤是任何纤维无法与其媲美，被称为“纤维皇后”人体的第二肌肤，能真正使人体心身得到最佳的关爱和享受。四：贴身舒适：蚕丝系列产品的表面光滑并且柔顺，其对人体的摩擦刺激系数在所有纤维中最低。其特有的柔顺质感，给我们的肌肤带来舒适感。五：冬暖夏凉：比亚乔蚕丝系列产品中的蚕丝含有纤维中最高的丝容积空隙，能起双向调节作用，天冷时降底热传导，保暖性胜过棉和毛。天热时又能排出多佘的热量，使身体温度保特恒定，起到冬暖夏凉的作用。六：吸湿透气：比亚乔蚕丝系列产品中的丝蛋白纤维里含有一种亲水侧链氨基酸的物质，它能在空气中吸收水分和散发水分，并保特一定的水分。在正常气温下它可以帮助皮肤保持一定的水分，不至于使皮肤过于干燥。天气炎热时又可将人体排出的汗水和热量迅速散发出去，使人感到凉爽舒适。七：安神养颜 促进睡眠：比亚乔蚕丝系列产品中的蚕丝蛋白，其化学构造为18种天然氨基酸，这些氨基酸中含有一种细微分子，叫“睡眠因子”具有安定神经消除疲劳的作用，它可以有效的改善睡眠，提高睡眠深度，消除白天的疲劳。八：抗菌、抗霉、防螨：蚕丝具有极佳的抗菌、抗霉、防螨的天然特性。其蚕丝成份中的sercin，具有防止螨虫和病菌的滋生能力。而比亚乔蚕丝系列产品所采用的是100%的天然特级桑蚕丝，符合严格的卫生和健康要求，在制作过程中不添加任何有损人体健康的化学药剂。九：、抗紫外：丝蛋白中的色氨酸、酪氨酸、能有效吸收和屏幕紫外线，具有较好的抗紫外线功能。能有效的预防紫外线对人体皮肤的伤害，保持皮肤的细嫩、光滑和弹性。 1.4 本课题研究内容本文根据蚕丝纤维的性质，选用弱酸性染料对蚕丝纤维进行电化学染色研究，其中电化学染色通过采用两种电极对比染色，以寻求电化学染色在电极材料选择方面的改进。在外加电场的作用下，染料离子和纤维之间的结合除氢键、离子键、共价键、范德华力、配位键之外，又增加了电场引力，从而增加了染料与纤维之间的结合力和亲和力。具体研究内容如下：设计一个电解池装置并且选择以染液作为电解质溶液，采用两种电极材料，制定出具体的蚕丝纤维电化学染色的最佳工艺条件。研究在不同电极下的电化学染色过程中，电压（v）、时间（t）、温度（t）对染色效果影响的规律。研究上染速率、扩散系数随电压变化的规律。 第2章 实验部分2.1 实验材料及仪器织物：蚕丝织物 药品：依利尼尔黄（弱酸性染料） 无水硫酸钠 天津市耀华化工厂 冰乙酸（99.5%） 天津市科密欧化学试剂开发中心 设备：721 型可见分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司 ss1792 型直流稳定电源 石家庄市无线电四厂 c31-v 电压表 上海良标智能终端股份有限公司 c31-a电流表 上海良标智能终端股份有限公司 bs223s 型电子分析天平 上海上平仪器有限公司石墨电极 4.64.60.4cm 新石墨电极 4.64.60.4cmhh-2s数显恒温水浴锅 金坛市华峰仪器有限公司 器材：250ml烧杯、500ml量筒、2ml移液管、玻璃棒、胶头滴管、温度计、铜导线若干、100ml容量瓶、洗瓶、洗耳球。2.2 实验原理 染料的上染包括三个过程：（1）染料随染液的流动而到达纤维表面的扩散边界层；（2）通过自身的扩散到达纤维的表面，被纤维的表面吸附；（3）从纤维的表面向纤维的内部扩散，其中染料在纤维内部的扩散是决定上染速率的主要步骤。染色过程实质是染料与织物（纤维）之间发生相互作用通常被解释为氢键、范德华力、盐键、共价键及配位键。借助这些作用，染料从染液中转移到纤维上去，最后达到平衡。具体关系可通过化学热力学、化学动力学予以定量描述。除分散染料外，绝大部分染料分子在水中均能电离为正或负离子，当染浴中加以电极通电后，正负离子必将发生定向移动，从而强化了染料离子与织物（纤维）之间的作用力，有利于染料从液相向固相的移动 。从化学热力学角度分析，外加电场的存在有可能导致染料在染液中化学位的提高，打破染色平衡，增加染料从液相向固相转移的趋势，从而达到利用电化学染色的目的4。2.2.1蚕丝的酸性染料染色蚕丝染色中一般以弱酸性染料为主。弱酸性染料对蚕丝纤维有较高的染着能力，能在弱酸浴或中性浴中上染。应用最多的是弱酸浴酸性染料，中性浴酸性染料次之。强酸性染料虽然色泽鲜艳，匀染性良好，但是染色饱和值较低，湿处理牢度较差，而且丝素在强酸性介质中会受到损伤，故不宜采用。也可采用中性、直接或活性等染料进行染色。蚕丝的酸性染料染色机理基本上与羊毛染色相同。在蚕丝的等电点ph值附近染色时，染料与纤维的结合中有离子键结合，氢键和范德华引力起着重要作用。当染浴的ph值大于蚕丝的等电点时，染料主要靠氢键和范德华引力上染纤维。弱酸性染料染丝绸时，必须根据染料的结构和性能来调节染浴的ph值。从蚕丝特性和染料给色量的角度考虑，以弱酸浴染色为好。一般选用醋酸或醋酸铵调节染浴的ph值。对于匀染性较差的染料。则以中性浴染色为好，有的在后阶段逐步加一些酸，以提高上染率。弱酸性染料在高于蚕丝等电点的染浴中染色时，电解质（如食盐、元明粉等）的加入，可以降低染料与纤维之间的电荷斥力，起促染作用。为了防止上染过速而造成染色不匀，宜在中途分次加入。生产中不常使用电解质，因为它对丝绸的光泽和手感可能带来不良影响。为了改善匀染性，可以加入匀染剂。蚕丝的表面没有鳞片层，在水中较易膨化，弱酸性染料在蚕丝纤维上的上染速率比羊毛的快，但它的湿处理牢度比染羊毛的差些，尤其是部分中深色。为了提高湿处理牢度，有必要进行固色处理。为了使染料均匀上染，需要逐步升温。由于丝绸的质地轻薄，长时间沸染会使蚕丝受损伤，影响丝绸的光泽，最高温度宜控制在95左右。2.2.2染料溶解性能对染色的影响弱酸性染料一般是以胶体状态分散在水溶液中。在室温（25）时，弱酸性染料的溶解度一般比较低（除普拉黄gn外），大多在10g/l以下。随着温度的升高，其溶解性能有不同程度的提高。在70时，不同结构染料的溶解性能表现出明显的差异。当温度继续升高到90时，有些染料的溶解度虽有提高，但提高幅度不大。70时，溶解度小于10g/l的染料中大多为三芳甲烷结构的。柴林艳蓝g染液在放置2h后，其溶解度提高，说明它的溶解速率较慢。溶解度在60g/l以上的染料中大多为偶氮结构的。溶解度在1060g/l范围的染料有蒽醌和偶氮结构的。染料的溶解性能不仅与化学结构有关，而且与商品染料的剂型与添加剂等也有很大关系。弱酸性大红gn、色派拉诺大红fgn与尼龙山大红f3gl三只染料的色光相近。其中，大红fgn与大红f3gl的结构是相同的。数据表明，不仅结构不同的染料的溶解性能存在差异，结构相同的两只染料的溶解性能也有一定差异。实践中反映，某些溶解性能差的染料易造成染色中色点、色斑的产生。对于溶解速率慢的染料，可以将所配染液或印花色浆在适当条件下放置一定时间，以提高染料的溶解性能。2.2.3 匀染剂各种纤维在染色时,难免会产生染色色泽的不匀。最常用的解决染色不匀的方法是染色加工过程加人适量的匀染剂。所谓匀染剂就是在染色上染过程中,可以增强移染并且延缓上染速率使染色效果均匀的助剂。染色过程中要根据染料和纤维的种类合理选择匀染剂。酸性染料分子中含有羧基、磺酸基等酸性基团在溶液中以阴离子的形式存在,在酸性、中性环境下可以上染蛋白质纤维以及聚酰胺纤维。根据染色时染浴的ph不同，酸性染料可以分为强酸浴、弱酸浴和中性浴酸性染料。另外根据酸性染料与金属离子的络合方式不同可分为酸性媒染染料和酸性络合染料。由于这类染料对纤维的亲和力比较大, 染色时易染花, 一般情况要加入匀染剂。酸性染料常用的匀染剂分两大类。一类是阴离子亲纤维型匀染剂,它是通过加入相对分子质量小，迁移速度快的阴离子与染料阴离子的发生竞染作用，从而达到匀染效果。另一种为非离子、两性表面活性剂型,此类匀染剂与染料离子有一定的结合力，可以提高染料的溶解度，并有一定缓染性,采用移染、缓染的两方面共同作用达到匀染效果,国外许多公司和研究机构都在开发这一类型的匀染剂。硫酸钠属于亲纤维性匀染剂，当加入染浴中，染浴中同时存在无机酸、匀染剂、酸性染料，它们都能产生阴离子。染色时，首先是相对分子质量小、扩散速度最快的无机酸阴离子与蚕丝纤维中nh3+结合，然后亲纤维性匀染剂阴离子置换无机酸阴离子，先占有纤维上的结合位置，然后酸性染料阴离子缓缓扩散至纤维内部，代替匀染剂阴离子而与纤维结合，从而达到匀染目的。2.2.4 平衡上染百分率染料上到纤维上去的染料量占所投入染料量的百分比ct%。式中：at染后染色残液的吸光度； a0染前染色残液的吸光度；维克斯塔夫双曲线的吸收方程：将1/ct对1/t作图，可得直线关系。其斜率为1/c。从直线斜率可得到染料平衡上染浓度c。织物上染料吸附和解析的速率达到平衡时的上染百分率即平衡上染百分率c。2.2.5 扩散系数d扩散速率是随温度而改变的。扩散是一种分子运动的表现。在气体介质中，分子间的自由程度很大，分子运动比较自由、扩散比较迅速。在溶液里，分子运动的自由程度小的多，分子间的碰撞频繁，扩散速率就低的多。在纤维里扩散障碍更多，情况比较复杂，只有具有足够能量可以克服能阻的分子（活化分子）才可以完成扩散，所以纤维中的扩散很缓慢。活化分子的数量随着温度的提高而增加，和e-e/rt成正比。温度为t的扩散系数d t为：式中：do为常数；e为扩散活化能，它标志着扩散的能阻。2.3 试验装置在常规条件下，施加电化学染色装置。（见图1）1-晶体管直流稳压电源；2-电流表；3-电压表；4-布样；5-电极；6-烧杯；7-染浴；8-恒温水浴锅图1 电化学染色装置图2.4 实验内容2.4.1 工艺处方及流程 工艺处方： 染料 4%（owf） 99.5%的醋酸 1%（owf） 硫酸钠 15g/l 浴比 1:500 ph 45 工艺流程: 蚕丝织物染色水洗烘干 染浴30min升至染色温60min上染温水洗，冷水洗烘干2.4.2 染色具体步骤（1）确定染液的最大吸收波长max 取0.02g依利尼尔黄染料置于烧杯中加入50ml水充分溶解，移取10ml于100ml容量瓶，稀释至刻度。倒入比色皿中，在721型分光光度计下转动波长旋钮，使波长从400nm依次增大，分别测定不同波长下的吸光度a，用电脑作图，取其a最大值所对应的波长为该染料的最大吸收波长max。（2）测定不同电极、不同温度时间下染液的吸光度at 将石墨电极置于配置好的染浴中，蚕丝纤维织物布样放置于阳极，并与阳极有一定的间隙，然后接通直流电源，分别做60、90温度下的常规染色和不同电压下的电化学染色。在60、90温度下，蚕丝纤维织物分别在不同电压（0.0v、0.2v、0.5v、0.8v、1.0v、1.2v、1.5v、1.8、2.0v、2.2v）下分别上染60min，在不同电压下取每组实验染前和不同染色时间（5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、50min、60min）的染色残液，采用721型分光光度计在最大吸收波长下测其吸光度ao和at，并记录数据。将新石墨电极置于配置好的染浴中，蚕丝纤维织物布样放置于阳极，并与阳极有一定的间隙，然后接通直流电源，分别做60、70、80、90温度下的常规染色和不同电压下的电化学染色。在60、70、80、90温度下，新石墨电极电极，蚕丝纤维织物在不同电压（0.0v、0.2v、0.5v、0.8v、1.0v、1.2v、1.5v、1.8、2.0v、2.2v）下分别上染60min，在不同电压下取每组实验染前和不同染色时间（5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、50min、60min）的染色残液，采用721型分光光度计在最大吸收波长下测其吸光度ao和at，并记录数据。（3）求两种电极下不同染液的c 利用公式计算每组染液的ct%，因为,作1/ct1/t102图为一直线，图中截距即为1/c，便可求得c。（4）求两种电极在不同温度下的扩散系数：mt 和m实际上是相同重量纤维上的染着量，所以ct/c mt/m。在无限染浴的条件下（把本实验的染浴近似地看成为无限染浴），根据ct/c与dt/a2(a为纤维的平均半径)之间的关系，利用ct/c mt/m查表（附录1），用内差法求得d/ a2 的值，进而求出不同时间下的染料扩散系数di，将不同时间上的di 作平均值d，近似地把d看作为染料上染速率快慢的衡量指标，已知蚕丝纤维的半径a约为10-5nm。第3章 数据处理3.1 最大吸收波长表3-1 不同波长下的吸光度（nm）400410420430432434436438a0.4250.42804390.4490.45004510.4510.450 （nm）440442444446448a0.4490.4470.4440.4400.436根据表3-1作最大吸收曲线图如下：图3-1 最大吸收波长曲线图3.2 吸光度a0、at用分光光度计测定空白染液的吸光度ao及不同温度、电压、染色时间下染色残液的吸光度at，结果见表3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7表3-2 60时新石墨电极在不同电压及时间的ao 及at数据u(v)0.00.20.50.81.01.21.51.82.02.2ao0.063 0.061 0.0670.0680.072 0.074 0.0780.077 0.0730.070时间（min）u(v) 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 0.0 0.059 0.057 0.056 0.055 0.055 0.053 0.052 0.0510.049 0.049 0.2 0.057 0.055 0.054 0.053 0.052 0.052 0.050 0.049 0.047 0.047 0.5 0.062 0.060 0.059 0.057 0.056 0.054 0.053 0.052 0.051 0.051 0.8 0.062 0.061 0.059 0.058 0.056 0.055 0.054 0.052 0.052 0.051 1.0 0.065 0.063 0.061 0.060 0.058 0.056 0.055 0.053 0.051 0.051 1.2 0.066 0.063 0.061 0.059 0.057 0.055 0.053 0.051 0.048 0.047 1.5 0.069 0.066 0.062 0.059 0.056 0.053 0.050 0.047 0.045 0.045 1.8 0.068 0.065 0.062 0.059 0.057 0.053 0.049 0.046 0.044 0.043 2.0 0.065 0.062 0.058 0.055 0.052 0.049 0.046 0.044 0.042 0.040 2.2 0.062 0.059 0.056 0.053 0.051 0.048 0.045 0.042 0.040 0.039 表3-3 70时新石墨电极在不同电压及时间的ao 及at数据u(v)0.00.20.50.81.01.21.51.82.02.2ao0.074 0.072 0.076 0.071 0.078 0.079 0.0760.078 0.071 0.072 时间（min）u(v) 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 0.0 0.068 0.065 0.063 0.060 0.058 0.055 0.054 0.053 0.052 0.0520.2 0.066 0.064 0.062 0.060 0.058 0.056 0.055 0.053 0.051 0.050 0.5 0.069 0.067 0.065 0.063 0.060 0.058 0.056 0.054 0.052 0.051 0.8 0.064 0.061 0.059 0.057 0.056 0.055 0.054 0.052 0.050 0.049 1.0 0.070 0.067 0.065 0.063 0.060 0.058 0.055 0.053 0.051 0.050 1.2 0.071 0.068 0.065 0.063 0.060 0.058 0.055 0.052 0.049 0.049 1.5 0.068 0.065 0.062 0.059 0.056 0.053 0.050 0.048 0.046 0.045 1.8 0.070 0.066 0.063 0.059 0.056 0.054 0.051 0.048 0.046 0.044 2.0 0.063 0.060 0.057 0.054 0.050 0.048 0.045 0.042 0.039 0.038 2.2 0.064 0.061 0.057 0.055 0.053 0.051 0.047 0.043 0.040 0.039表3-4 80时新石墨电极在不同电压及时间的ao 及at数据u(v)0.00.20.50.81.01.21.51.82.02.2ao0.071 0.070 0.078 0.072 0.071 0.075 0.0830.074 0.073 0.076 时间（min）u(v) 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 0.0 0.065 0.062 0.058 0.054 0.051 0.048 0.045 0.043 0.042 0.0410.2 0.064 0.0600.057 0.053 0.050 0.047 0.045 0.043 0.041 0.040 0.5 0.070 0.066 0.062 0.059 0.055 0.053 0.050 0.047 0.045 0.044 0.8 0.065 0.061 0.057 0.055 0.053 0.051 0.047 0.043 0.040 0.039 1.0 0.064 0.060 0.057 0.054 0.050 0.047 0.043 0.040 0.038 0.037 1.2 0.067 0.062 0.058 0.054 0.050 0.047 0.045 0.041 0.038 0.038 1.5 0.073 0.068 0.065 0.060 0.055 0.051 0.048 0.045 0.042 0.0401.8 0.065 0.060 0.056 0.052 0.047 0.044 0.041 0.039 0.037 0.035 2.0 0.064 0.0590.054 0.050 0.045 0.041 0.038 0.036 0.034 0.033 2.2 0.067 0.063 0.059 0.056 0.051 0.047 0.042 0.039 0.037 0.036表3-5 90时新石墨电极在不同电压及时间的ao 及at数据u(v)0.00.20.50.81.01.21.51.82.02.2ao0.082 0.089 0.069 0.078 0.084 0.072 0.0810.076 0.073 0.071 时间（min）u(v) 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 0.0 0.073 0.069 0.065 0.060 0.057 0.053 0.051 0.050 0.048 0.0470.2 0.080 0.077 0.073 0.068 0.065 0.061 0.056 0.053 0.051 0.051 0.5 0.062 0.059 0.056 0.053 0.050 0.048 0.045 0.043 0.040 0.039 0.8 0.070 0.067 0.064 0.060 0.056 0.053 0.049 0.046 0.044 0.043 1.0 0.075 0.073 0.069 0.065 0.061 0.056 0.052 0.049 0.046 0.045 1.2 0.064 0.062 0.059 0.055 0.051 0.047 0.043 0.039 0.038 0.037 1.5 0.071 0.068 0.064 0.058 0.054 0.050 0.048 0.044 0.041 0.040 1.8 0.066 0.062 0.056 0.052 0.049 0.044 0.039 0.039 0.037 0.037 2.0 0.063 0.059 0.054 0.050 0.046 0.042 0.040 0.037 0.035 0.034 2.2 0.062 0.058 0.054 0.051 0.047