纺织品染印原理-XXXX-第二章染色基本理论

纺织品染印原理巩继贤Tel：13642073862E-mail：[e-mail]天津工业大学纺织学院轻化工程系第二章染色基本理论染料从染液向纤维转移的趋势和程度染料上染纤维的速度及经历的过程染料对纤维的上染过程染料对纤维的上染过程染色本质上是染料和纤维在特定介质环境中的的相互作用介质中染料的状态介质中纤维的状态介质环境的因素温度pH助剂：盐、表面活性剂溶解或分散—上染—固着纤维染液染色基本理论染料在水溶液中的状态纤维在水溶液中的状态染料在纤维上的吸附染料在纤维中的扩散上染过程的几个阶段染色基本理论染料在水溶液中的状态纤维在水溶液中的状态染料在纤维上的吸附染料在纤维中的扩散染料在水溶液中的状态染料上染纤维要通过一定的染色介质来完成，染料在介质中的存在状态直接影响染色的速度和程度。纤维中的微隙很小，只有单分子或离子状态的染料才能顺利进入纤维内部。染料分子的尺寸与其在纤维上的可及度有很大关系。染料在水溶液中的状态染料在水溶液中的存在状态溶于水与水形成水合离子或水合分子，形成染料水溶液。直接染料活性染料酸性染料阳离子染料还原染料隐色体硫化染料隐色体染料在水溶液中的状态染料在水溶液中的存在状态不溶于水不溶于水，以颗粒状态分散在水中，形成染料的水分散液，即悬浮液。不含离子基团或极性基的染料：还原染料、硫化染料含非离子极性基的染料：分散染料染料晶体溶解的染料分散于胶束中的染料染料在水溶液中的状态染料的溶解原因染料溶于水是由于染料受到极性水分子的作用，使得染料分子间作用力减弱或拆散。结果离子型染料溶解后形成水合离子，非离子型染料溶解后形成水合分子。离子基非离子极性基阴离子极性基阳离子极性基磺酸基、羧基、硫酸酯基、硫代硫酸酯基季铵盐基羟基、氨基、酰胺基染料在水溶液中的状态染料的溶解染料的电离离子基一般都是强的电离基，习惯上称之为水溶性基团，其中以磺酸基应用最广。染料的水溶性基团在水中发生电离，生成染料阴离子和金属阳离子。染料在水溶液中的状态染料的溶解染料溶解的影响因素染料本身的结构含离子型极性基团的染料能溶于水温度染料的溶解度一般随温度的升高而升高。电解质溶液中中性电解质的存在常使染料溶解度降低。助溶剂尿素表面活性剂染料在水溶液中的状态染料的聚集原因染料分子间的疏水部分的氢键和范德华力作用结果染料在溶液中发生片状或球状聚集影响因素染料结构与浓度温度电解质助剂染色基本理论染料在水溶液中的状态纤维在水溶液中的状态染料在纤维上的吸附染料在纤维中的扩散纤维在水溶液中的状态纤维在水溶液中的双电层纤维在水溶液中会获得负电荷纤维分子中基团的电离纤维选择吸收溶液中的氢氧根离子纤维定向吸收水分子纤维表面的双电层结构纤维表面所吸附正离子在纤维周围的分布吸附层：被纤维强烈吸引，纤维与液相相对运动时，不随液相运动扩散层：受纤维的引力较小，易随液相运动纤维在水溶液中的状态Zeta电位（ξ电位）概念吸附层和扩散层相对运动而产生的电位差影响因素纤维的种类溶液pH溶液中电解质ξ电位与染色染料与纤维间的作用力：静电引力，分子间力，氢键染料离子被纤维吸附过程中作用力的变化情况纤维在水溶液中的状态纤维的溶胀纺织纤维都是由线型大分子组成的。大分子排列整齐，定向度高的部分，形成结晶区。大分子排列不整齐，定向度较低的部分称为无定形区。在无定形区分子排列较松弛，有无数空隙分布其中。纤维分子中含有极性基团(亲水基团)，当纤维与水或水蒸气接触时，纤维就吸收水分，使纤维发生润湿和溶胀。染色基本理论染料在水溶液中的状态纤维在水溶液中的状态染料在纤维上的吸附染料在纤维中的扩散染料在纤维上的吸附动力/原因评价指标吸附模型影响因素应用染料在纤维上的吸附染料上染纤维的原因/动力物质由一种相或一种状态转移到另外一种相或一种状态时，必然伴随着化学位的变化。一个过程可以自动地由高化学位的状态向低化学位的状态转移。两种状态的化学位差值越大，转移的倾向越大。iijnPTiiXRTnGln0,,染料在纤维上的吸附染料上染纤维的原因/动力染料在染液中的化学位（μs）和纤维上的化学位（μf）：比较染料在染液和纤维上的化学位，可以判断染料是否可以有染液向纤维上转移（方向）及转移量的多少（程度）。染料在溶液中的化学位高，而在纤维上的化学位低，所以染料可以自动地从溶液转移到纤维上，直至上染平衡。染料在纤维上的吸附染料上染纤维的原因/动力上染平衡染色初期，染液中染料浓度高，染料在染液中的化学位最大，上染的倾向最大；随着纤维上染料浓度的不断增加，染液中染料浓度的不断降低，染料在染液中的化学位不断降低，染料在纤维中的化学位不断增加；最后染料在纤维上和染液中的化学位相等时，染色达到平衡，纤维上和染液中的染料浓度不再变化。上染过程是可逆的，从染料个体来看，吸附与解吸是同时存在的。染色达到平衡时，吸附与解吸的速率相等，达到一种动态的平衡。由化学位因素引起的染料从染液向纤维转移的过程，是大量染料分子运动的结果，是宏观的，统计数据。染料在纤维上的吸附染料对纤维上染的评价指标平衡吸附量染色平衡时纤维上染料浓度。平衡上染百分率染色平衡时纤维上染料量占投入染料总量的百分率。表示一定条件下染色时所能达到的最高上染百分率上染百分率纤维上染料量占投入染料总量的百分率。半染时间纤维上染料浓度到平衡吸附量一半所需要的时间表示染色达到平衡的快慢染料在纤维上的吸附染料对纤维上染的评价指标上染速率纤维上染料浓度对时间的变化率。上染速率曲线恒温条件下染色，以纤维上染料浓度或上染百分率为纵坐标，以时间为横坐标做图，所得曲线为上染速率曲线。染料在纤维上的吸附评价指标——亲和力染色过程中，染液中染料浓度不断降低，纤维上染料浓度不断增加；染料在溶液中的化学位不断降低，而在纤维上的化学位不断增加，到二者相等时，达到染色平衡。μf=μf°+RTlnaf;μs=μs°+RTlnas初始染色μs＞μf;平衡时μs=μf则有:μf°+RTlnaf=μs°+RTlnas移项得：-Δµ°=-(μf°-μs°)=RTln(af/as)染料在纤维上的吸附评价指标——亲和力亲和力（Affinity）亲和力是纤维上染料标准化学位与染液中染料标准化学位差值的负值，即染液中染料标准化学位与纤维上染料标准化学位差值。-Δµ°=-(μf°-μs°)=RTln(af/as)亲和力是染料从溶液向纤维转移的趋势和量度。亲和力代表纤维对染料的吸附能力亲和力对特定纤维而言是染料的属性，是温度和压力的函数，不受其他条件（如浓度因素）影响。染料在纤维上的吸附评价指标——亲和力直接性(Substantivity)染料离开染液上染纤维的性能一般用染色平衡时染料上染纤维的百分率大小表示直接性与染色工艺有关，亲和力对特定纤维而言是染料的属性。染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附模型研究染色系统达到平衡时染料的分配情况随染液中的染料浓度增加，纤维上的染料浓度的增加情况类型：能斯特（Nersnt）型弗莱因德利胥(Freundlich)型朗谬尔(Langmuir)型染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附模型吸附等温线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。意义：表示染色系统达到平衡时染料的分配情况，由此可判别染料对纤维的上染能力和分配特征，并可推测染料-纤维结合情况。以染料吸附等温线为依据，对纤维上染料状态做一定假设以解决活度处理问题，从而进行亲和力计算。类型：能斯特（Nersnt）型弗莱因德利胥(Freundlich)型朗谬尔(Langmuir)型染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附模型能斯特（Nersnt）型吸附等温线特征：纤维上染料浓度和染液中染料浓度呈直线关系数学表达式：[D]f=K[D]s（K:亨利分配系数)单位：[D]f:mol/kg纤维[D]s:mol/l特点视染料为溶质,纤维为溶剂,并假设活度系数为1；染色时纤维上染料量随[D]s增加而增加,其上染量受纤维可及度制约；适用于分散染料染涤、锦、醋酯纤维染色系统。[D]f[D]s染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附模型能斯特（Nersnt）型亲和力计算公式：-Δµ°=RTln[D]f/[D]s物理意义属于分配型吸附等温线，完全符合分配定律，即溶质在两种互不相溶的溶剂中的浓度之比为一常数。在染色平衡情况下，染料在纤维上的浓度与在染液中的浓度之比为一常数，纤维上的染料浓度与染液中的染料浓度成正比关系，随着染液浓度的增高而增高，直到饱和为止。[D]f[D]s染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附状态弗莱因德利胥(Freundlich)型吸附等温线特征：纤维上染料度[D]f随染液中染料浓度[D]s增加而不断增加，但增加速率越来越慢；无明显吸附饱和值数学表达式：经验式：[D]f=K[D]ns（0n1）对数形式：lg[D]f=lgK+nlg[D]s特点非定位系统吸附,染-纤作用力以范氏力、氢键为主的染色体系;染液中有电解质存在的情况直接、还原染料隐色体—纤维素纤维；活性染料在纤维素纤维上的吸附上染属于此类染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附状态弗莱因德利胥(Freundlich)型亲和力计算公式：物理意义属于物理吸附，即非定位吸附，纤维上染料浓度随染液中染料浓度增加而不断增加，但增加速率越来越慢，没有明显的极限。染料吸附在纤维上是以扩散吸附层存在。染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附状态朗谬尔(Langmuir)型吸附等温线特征：斜率随纤维上染料浓度的增加而不断减小，达到一定值后不再增加（纤维上染料浓度不再随染液中的染料浓度增加而增加，此时纤维上的染料浓度称为染色饱和值）数学表达式：特点离子型染料主要以静电引力上染纤维以离子键在纤维中固着时，符合朗缪尔吸附。如酸性染料在强酸性浴上染羊毛，阳离子染料上染聚丙烯腈纤维。染料在纤维上的吸附染料在纤维上的吸附状态朗谬尔(Langmuir)型亲和力计算公式：物理意义属于化学吸附，即定位吸附。假定在纤维上有一定数量的吸附染料的位置，这些位置称为染座，染料的吸附就发生在纤维的这些染座上。所有染座都能同样的吸附染料而不发生相互干扰。一个染座上吸附了一个染料分子后便饱和而不能再发生进一步的吸附，即吸附是单分子层的。所有染座都被染料占据时，吸附达到了饱和。染料在纤维上的吸附染料与纤维间的作用力库仑力范德华力氢键共价键配价键电荷转移分子间作用力染料在纤维上的吸附染料与纤维间的作用力库仑力纤维由于可电离基团的电离而带电，与带有相反电荷的染料离子接近时，产生静电引力，即库仑力。染料因库仑力作用而被纤维吸附，发生离子键形式的结合，也叫盐式键。蛋白质纤维、聚酰胺纤维在酸性染液中带正电荷，对染料阴离子产生库仑力。聚丙烯腈纤维在染液中带负电荷，对染料阳离子产生库仑力。纤维素纤维在中性和碱性染液中带有负电荷，对染料阴离子产生斥力，要减少或消除这种斥力。染料在纤维上的吸附染料与纤维间的作用力范德华力范德华力是分子间力，比较弱。染料和纤维间的范德华力取决于分子结构与形态及其接触面积和分子间距离。范德华力存在于各类染料上染纤维时，但作用的重要性不同。染料在纤维上的吸附染料与纤维间的作用力氢键氢键是两个电负性较强的原子通过氢原子而形成的取向结合，是一种定向的、较强的分子间引力。各类染料对纤维的染色过程中，都有氢键的存在。氢键和范德华力的结合能量比较低，但在染色中起重要作用，是染料对纤维具有直接性的重要因素。氢键和范德华力所引起吸附属于物理吸附，是非定位吸附。染料在纤维上的吸附染料与纤维间的作用力共价键含反应性基团的染料和具有可反应基团的纤维之间发