染色基本原理

第二章染色基本原理第一节染色的概念第二节染料在染液中存在的基本形式第三节纤维在染液中的状态第四节染色的基本过程第五节染色牢度及其测定本章要求掌握的内容1、染色的概念2、双电层的概念3、亲和力的概念4、染色速率的概念5、上染速率曲线6、中性电解质对染色的作用7、匀染的概念第一节染色的概念染色的概念上染过程的几个阶段染色的概念染色是指染料从染液中自动地转移到纤维上，并在纤维上形成均匀、坚牢、鲜艳色泽的过程。主要指标染色色泽的均匀性染色牢度鲜艳度染色均匀性的概念即：色泽均匀性指染料在纤维上的分布的均匀程度染料在纤维上分布越均匀，染色均匀性越好否则，将会出现色差或色花染色色牢度的概念即：色泽坚牢度指染料在纤维上固着力和稳定性的大小染料在纤维上固着力和稳定性越大，染色色牢度越高否则，将会出现褪色或变色色泽鲜艳度的概念即：色泽的饱合度或纯度指色泽中染料光谱色含量的大小色泽中染料光谱色含量越大，色泽越鲜艳否则，色泽萎暗第二节染料在染液中存在的基本形式染料的电离染料的溶解染料的分散染料的聚集概述染色是以水为介质的染液中进行的，所以染色前必须先将染料配制成染液。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染料的聚集一、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NaDNaD电离一、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-）XDXD电离二、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，使溶解度降低三、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。三、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要及时配制四、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+四、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第三节纤维在染液中的状态一、纤维的吸湿和溶胀二、纤维在染液中的电现象及其对染色的影响概述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一、纤维的吸湿和溶胀发生在无定形区一、纤维的吸湿和溶胀溶胀异向性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1.9~2.61.6~3.22.7~6.9一、纤维的吸湿和溶胀纤维结构不同，吸湿溶胀性不同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（一）纤维在染液中带电的原因两性纤维所带电荷与当液PH值有关PH等电点，纤维带负电荷PH等电点，纤维带正电荷PH=等电点，纤维呈电中性（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（二）界面动电现象和动电层电位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（二）界面动电现象和动电层电位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。（二）界面动电现象和动电层电位2、双电层electricaldoublelayer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。（二）界面动电现象和动电层电位（二）界面动电现象和动电层电位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（三）纤维的电现象对染料上染的影响（三）纤维的电现象对染料上染的影响结论:当染料与纤维带有同号电荷时，不利于染料的上染；当染料与纤维带有异号电荷时，有利于染料的上染。（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（四）染色体系中的盐效应常用：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+（四）染色体系中的盐效应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+一、中性电解质第四节染色的基本过程上染过程的几个阶段1、染料的吸附染料从染液中转移到纤维表面的过程2、染料的扩散吸附在纤维表面的染料向纤维内部转移，直至染色平衡或基本平衡3、染料的固色染料在纤维内固着一、染料的吸附染料的吸附：染料从染液中转移到纤维表面的过程。当纤维投入染液中后，由于染料与纤维间存在着亲合力，所以染料便很快地被吸附到纤维的表面，从而使纤维表面的染料浓度提高。吸附解吸当染料的吸附与解吸速率相等，染液和纤维上的染料浓度不在发生变化，即达到平衡状态。一、染料的吸附染料的吸附阶段是染色过程中的重要阶段，它对染色平衡时的上染百分率起重要意义。染色平衡：当染色达到一定程度时，染料的吸附与解吸速率相等，染液和纤维上的染料浓度不在发生变化，即达到上染平衡状态。（三个阶段同时达到平衡）染液中的染料与纤维表面染料的平衡纤维表面与纤维中心部分的平衡（一）平衡上染百分率和上染百分率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%100%100sffTfDDDDDA（一）平衡上染百分率和上染百分率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（一）平衡上染百分率和上染百分率上染百分率At是指染色结束时，上染到纤维上的染料量占投入染液中染料总量的百分数。式中：At——染色上染百分率Dft——染色至某一时间时纤维上的染料量Dst——染色至某一时间时残留在染液中的染料量DT——染色时投入染液中的染料总量%100%100stftftTfttDDDDDA（一）平衡上染百分率和上染百分率影响上染百分率的因素染料与纤维的性能、染色温度染料相对分子质量小，染色速率大，在规定的时间内能达到染色平衡，T↑，上染百分率↓染料相对分子质量大，染色速率小，在规定的时间内不能达到染色平衡，T↑，上染百分率↑（一）平衡上染百分率和上染百分率影响上染百分率的因素浴比浴比大，染色残液中的染料量大，上染百分率↓染料浓度达一定值时，C↑，上染百分率↓染液中的助剂种类和用量加促染剂，上染百分率↑加缓染剂，上染百分率↓（二）吸附等温线吸附等温线：恒定条件下，染色达到平衡时，纤维上的染料浓度与染料在染液中浓度的分配关系曲线。分类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、分配型吸附等温线能斯忒(Nernst)型或亨利(Henry)型吸附等温线完全符合分配定律特点：在染色平衡状态下，染料在纤维上的浓度与染料在染液中的浓度之比为一常数，纤维上的染料浓度随着染液浓度的增加成比例增加，直到饱和为止。K]D[]D[sf1、分配型吸附等温线[D]f——染色平衡时，纤维上的染料浓度，mol/kg；[D]s——染色平衡时，染液中的染料浓度，mol/L；K——比例常数，或称分配系数以[D]f为纵坐标，以[D]s为横坐标作图，可得到一条斜率为K的直线。如图中曲线1。K]D[]D[sf1、分配型吸附等温线非离子型染料以范德华力、氢键被纤维吸附固着符合这种等温线如：分