青大染整工艺原理（二）课件第2章 染色基础知识

第二章染色基础知识染色目的？染色对象？染色方法？染色基本过程

几个基本定义：上染：（平衡）上染百分率：上染速率曲线：扩散边界层平衡上染百分率A∞是指染色达到平衡时，纤维上的染料量占投入染浴中染料总量的百分数。式中：A∞——染色平衡时上染百分率

Df∞——染色平衡时纤维上的染料量Ds∞——染色平衡时残留在染液中的染料量DT——染色时投入染浴中的染料总量平衡上染百分率是染色限度的指标也用直接性来表示染色平衡时的上染百分率，即直接性越大，表示上染百分率越高当纤维和染料一定时，平衡上染百分率仅与温度有关T↑，平衡上染百分率↓∵染色是放热反应上染速率曲线（一）染色速率染色速率在染色过程中，通常用上染速率或染色速率来表示上染或染色的快慢。通常用半染时间t1/2来衡量。半染时间t1/2染色过程中，染料的上染量达到平衡上染量一半时所需的染色时间称为半染时间，以t1/2表示。它标志着上染走向平衡的一个常用速率指标。t1/2越小，则染色速率越大，染色越快。拼色时，选用半染时间相近或上染速率曲线相近的染料容易染得前后一致的颜色。纤维上的染料浓度对上染时间的变化率。第一节染料在染液中的状态一、染料的溶解和聚集一般染料在水溶液中会发生不同程度的聚集，这是一个普遍存在的现象。配制染液的过程较为复杂，不同结构的染料发生不同的变化，包括：染料的电离

染料的溶解染料的分散染料的聚集染料的电离离子型染料在水溶液中会发生电离，从而使染料母体带上电荷阴离子型染料电离后，母体带上负电荷直接染料、活性染料、酸性染料、可溶性还原染料属于此类D上的阴离子基团通常为磺酸基（—SO3-）、硫酸酯基（—OSO3-）、羧基（—COO-）等染料的电离阳离子型染料电离后，母体带上正电荷阳离子染料属于此类D上的阳离子基团通常为季铵离子（—N+HR1R2）X一般为氯离子（Cl-）染料的溶解概念当染料投入水中，染料晶体结构因受水分子的极性作用而遭到破坏，染料能以单分子态与水化合而均匀地分布在水中，称为染料的溶解。该体系称为染料溶液。一般是澄清、透明的体系。染料的溶解度一般用每升水中所溶解染料的克数表示（g/L）。染料的溶解影响染料溶解度的因素染料结构：离子型染料溶解度高，分子型染料溶解度低相对分子质量大小：大，溶解度低PH值：利于电离，则利于溶解温度：T提高，利于溶解加入助剂尿素、表面活性剂等助溶剂，使溶解度提高中性电解质，使溶解度降低二、染料的溶解概念当染料投入水中，染料晶体结构因受水分子的极性作用而遭到破坏，染料能以单分子态与水化合而均匀地分布在水中，称为染料的溶解。该体系称为染料溶液。一般是澄清、透明的体系。染料的溶解度一般用每升水中所溶解染料的克数表示（g/L）。二、染料的溶解影响染料溶解度的因素染料结构：离子型染料溶解度高，分子型染料溶解度低相对分子质量大小：大，溶解度低PH值：利于电离，则利于溶解温度：T提高，利于溶解加入助剂尿素、表面活性剂等助溶剂，使溶解度提高中性电解质，使溶解度降低染料的分散概念当染料投入水中，染料晶体结构不能受水分子的极性作用而遭到破坏，染料只能以晶体态的形式均匀地分布在水中，称为染料的分散。该体系称为染料分散液或染料悬浮液。一般是混浊、不透明的体系。染料的分散必须在分散剂的作用下才能进行，否则会因染料的重力而产生染料的沉降，使体系分层。染料的分散影响分散液（悬浮液）稳定性因素粒子细化：<2μm越小，越稳定分散剂的性质及用量：分散作用强，用量大，稳定分散液的温度：低，稳定要及时配制染料的聚集概念电离后的单离子染料或溶解后的单分子染料又可能聚集在一起，形成染料和聚集态，这一过程称为染料的聚集。染料的聚集是染料溶解的逆过程。分子型染料nD

Dn阴离子型染料nD-

Dnn-阳离子型染料nD+

Dnn+染料的聚集影响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对染料上染极为重要二、温度、浓度对染料聚集的影响由图例变化可以看出，提高浓度、降低温度可是染料发生聚集。反之，降低染料浓度，提高温度可使染料聚集体发生解聚。三、电解质、助剂的影响由图可以看出，电解质（如食盐、元明粉）等的加入会显著增加染料的聚集。助剂对染料聚集的影响比较复杂，是助剂的品种、染料的性能以及所除介质条件等的变化而有所不同，需区别对待。第二节纤维在染液中的状态概述纤维投入染液后，形态、性质发生变化对染色影响最大的是纤维在染液中的吸湿溶胀纤维在染液中的电现象一、纤维的吸湿和溶胀特点:发生在无定形区溶胀异向性各种纤维结构不同，吸湿溶胀性不同吸湿性好，溶胀大，孔隙大，利于染色染色前通常对纤维进行温水浸渍或汽蒸处理常用纤维在水中的吸湿膨胀率纤维横向溶胀（％）纵向溶胀（％）直径面积棉20~2340~421.1麻20~21400.37粘胶纤维3565~672.7~7羊毛14.825~261.2~2蚕丝16.3~18.7191.3~1.6锦纶1.9~2.61.6~3.22.7~6.9常用纺织纤维的回潮率纤维回潮率(%)20℃,65%RH20℃,95%RH棉7.524~27麻7~1023~31羊毛1622蚕丝9~1036~39粘胶纤维12~1425~30涤纶0.4~0.50.6~0.7腈纶1.2~2.01.5~3.0锦纶3.5~58~9维纶4.5~510~12二、纤维在水溶液中的电现象（一）纤维在染液中带电的原因纤维与染液接触时，在纤维表面通常会带有一定量的电荷。在中性或碱性条件下，纤维表面一般带负电荷。原因：纤维中羧基、磺酸基等或纤维氧化生成的羧基发生电离纤维在染液中吸附带负电的粒子，如OH-纤维的介电常数<染液的介电常数（二）界面动电现象和动电层电位1、染液中带电离子所受的力纤维表面电荷的静电作用力电性相反时，为引力电性相同时，为斥力自身运动和染色时搅拌的作用使带电离子均匀分布作用结果：带有与纤维表面电荷电性相反的离子，其浓度随着与纤维表面的距离增加而逐渐降低，直到和染液深处一样带有与纤维表面电荷电性相同的离子，其浓度随着与纤维表面的距离增加而逐渐提高，直到和染液深处一样2、双电层electricaldoublelayer当纤维与溶液接触时，纤维表面带有负电荷，由于电荷的作用以及为了整个体系保持中性，在纤维表面附近的溶液内聚集着与表面电荷相反的离子（反离子），形成双电层。纤维表面能强烈地吸附部分带有与纤维表面电荷电性相反的离子，形成所谓的吸附层或固定层。当在外力作用下，纤维和染液发生相对运动时，吸附层一般与纤维表面不发生相对位移。吸附层以外部分称为扩散层。当纤维和染液发生相对运动时，扩散层与纤维（或吸附层）发生相对位移。总之，纤维对外部相反离子的吸附形成了两层，这就是界面双电层。3、界面动电现象和动电层电位在外力作用下，扩散层和吸附层之间相对运动的现象称为界面动电现象。扩散层和吸附层之间形成的双电层又称为动电层。吸附层表面与染液深处间的电位差称为动电层电位，或称ξ电位。常见纤维的动电层电位纤维动电层电位（mV）纤维动电层电位（mV）棉-40~-50涤纶-95羊毛-40腈纶-81蚕丝-20维纶-114~-125锦纶6-59~-66丙纶-140~-150（三）纤维的电现象对染料上染的影响亲和力：染料与纤维间存在的吸引力。亲和力=染料与纤维间的分子间力+静电力力大小与作用距离有关分子间力与分子间距离的六次方成反比静电力与分子间距离的平方成反比亲和力越大，表示染料从溶液向纤维移动的趋势越大，即推动力大，故可用来判断染料的上染能力。引力或斥力引力（四）染色体系中的盐效应1、盐效应作用原理概念盐效应是指在染色过程中加入中性电解质后对染料上染（上染速率、上染百分率等）的影响分类促染效应：加速染料上染缓染效应：延缓染料上染常用：元明粉（硫酸钠）或食盐（氯化钠）促染效应：染料与纤维带有同号电荷，提高上染速率，提高上染率。如：直接染料染棉。缓染效应：染料与纤维带有异号电荷，降低染料的上染速率，提高匀染性。如强酸性染料染羊毛，阳离子染料染腈纶等。影响因素染料结构：染料所带电荷与质量之比越大，盐效应明显.盐的种类：促染效果Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+2、盐效应的影响因素染料结构染料所带电荷与质量之比越大，盐效应明显染料结构中所含电性基团的数目越多，盐效应明显盐的种类取决于金属离子的化合价和离子半径的大小促染效果：Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+第三节、吸附的热力学概念一、亲和力和直接性比较二者的区别和联系Standardaffinity:二、吸附等温线及意义在恒定温度下，上染达到平衡时，纤维上的染料浓度和染液中的染料浓度的关系曲线分配型吸附等温线弗莱因德利胥吸附等温线郎格谬尔吸附等温线1.NerstisothermExamples:2.Langmuir3.Freundlichisotherm第三节分子间作用力染料的聚集和溶解、吸附和解吸都有各种分子（或离子）间力在起作用。一、库仑力二、范德华力三、氢键力四、电荷转移分子间作用力染料之间染料、纤维之间偶极力诱导力色散力五、上染过程分子间力的作用染料介质（水）染料单分子纤维第四节染料的扩散和上染速率

染料在纤维中的扩散性能是由染料和纤维的性质决定的，并随温度、浓度等外界条件而发生变化。一、Fick

扩散定律无限染浴、有限染浴二、上染速率和扩散系数的关系半染时间三、浓度对扩散速率的影响四、染液流动对上染速率的影响五、温度对上染速率的影响第五节纤维结构和扩散模型一、孔道扩散模型二、自由体积模型第六节上染过程的控制初染率移染半匀染时间移染性与吸附性能的关系缓染及其原理初染率：染色初期的百分率（或上染速率）匀染：是指染料在纤维上均匀分布的过程。包括染料在纤维表面上的均匀分布和染料在纤维内部的均匀分布。染料在纤维内的分布色差或色花：在表面分布不匀纤维环染：内部分布不匀白芯：内部分布不匀影响染品的耐摩擦牢度和耐洗牢度匀染透染染料的匀染性与染料扩散性有着密切的关系染料扩散性越好，染料的匀染性越好有利于提高染料扩散性的因素均有利于染料的匀染。移染是指染料从纤维上某处解吸下来到纤维另一处重新上染的过程。一般需较长时间，作为匀染的辅助