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1、染色基本原理,染色的概念 染料在染液中存在的基本形式 上染过程,要求掌握的内容,1、上染的过程 2、直接性、亲和力的概念 3、染色速率的概念 4、上染速率曲线 5、匀染的概念 6、移染的概念,染色的概念,染色的概念 上染的过程,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
2、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,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
3、阴离子基团通常为磺酸基（SO3-）、硫酸酯基（OSO3- ）、羧基（ COO- ）等,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-）,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
4、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：2m 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
5、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,纤维在染液中的状态,纤维的吸湿和溶胀 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
6、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,一、纤维的吸湿和溶胀,纤维结构不同，吸湿溶胀性不同,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-,（一）纤维在染液中带电的原因,两性纤维所带电荷 与溶液PH值有关 PH等电点，纤维带负电荷 PH等电点，纤维带
7、正电荷 PH=等电点，纤维呈电中性,调节纤维的PH值，使分子上所带的正负电荷数量相等，此时溶液的PH值,（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,2、双电层 electrical double layer 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 electrical doubl
8、e layer 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，或称电位。,
9、常见纤维的动电层电位,（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（库伦力） 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。,染色的基本过程,上染过程,1、染料的吸附 染料从染液中转移到纤维表面的过程 2、染
10、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再发生变化，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
11、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、染料的吸附,染料的上染性能表示 A.直接性：染料能从染液中向纤维表面转移的特性 只表示染料在一定条件下的上染性能 受温度、电解质、浴比、染液pH值、染色浓度等因素的影响 直接性高的，容易吸附在纤维上，吸附速率快 (扩散速率呢？) 可用上染百分率表示,一、染料的吸附,B. 上染百分率 （平衡上染百分率呢） 指染色结束时，上染在纤维上的染料量与原染液中所加染料量的百分比值 染料对纤维的直接性是由染料与纤维的分子间的引力产生的,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，
12、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,影响上染百分率的因素,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,浸染时染液重量与被染物重量之比,一、染料的吸附,C. 亲和力 表示染料从溶液中的标准状态向纤维上的标准状态转变的趋势和量度 亲和力是一个热力学概念是染料的属性，不受其他染色条件影响 亲和力越大，染料从溶液箱纤维转移的趋势越大，即染料的上染能力越大，因此可以从亲和力的大小来判断染料的上染能力。,一、染料的吸附,
13、影响吸附的因素： 温度 提高染液温度，吸附速率加快，达到平衡的时间缩短，但平衡上染百分率降低（染色是放热反应） 染液PH值 影响纤维带电荷的性质和电量,一、染料的吸附,影响吸附的因素： 电解质 影响纤维和电荷之间的电荷作用力，起促染和缓染作用 助剂 吸附速度、均匀度 前处理 均匀度,二、染料的扩散,染料的扩散 指染料由纤维表面向纤维内部转移的过程。 由于染料在纤维表面的吸附，使纤维表面染料浓度提高，从而造成纤维里表间的染料浓度差。在此浓度差的推动下，染料渐渐地向纤维内部扩散，最终使染料在纤维内外分布均匀，达到染匀、染透的目的。 染料在纤维上的扩散对染色速率及染色匀染性起着决定性的作用。扩散速率
14、高，染透纤维所需时间短，易获得均匀效果。,扩散模型,孔道模型 纤维中存在许多曲折而相互贯通的小孔道，染料通过这些孔道向纤维内部扩散，在孔道中吸附和解吸处于平衡状态。（纤维内有小空隙，相互连通，染色时溶胀） 适用于亲水性纤维和玻璃化温度以下的疏水性纤维,扩散模型,自用体积模型 在纤维总体积中存在未被纤维分子链段占据的一部分体积，称为自由体积 （紧密结构难溶胀的纤维如涤纶在高温时热胀冷缩，分子间隙扩大，并且分子链可活动，某一瞬间空隙变大染料分子进入。） 适用于玻璃化温度以上的疏水性纤维如涤纶,（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t
15、1/2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要的时间称为半染时间，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。,（一）染色速率,上染速率曲线 在恒温条件下染色，染料的上染百分率随染色时间的变化曲线称为上染速率曲线。（通过测定不同染色时间下染料的上染百分率，以上染百分率为纵坐标，染色时间为横坐标作图，所得曲线） 它反映了染色趋向平衡的速率和染色平衡上染百分率。,（一）染色速率,上染速率曲线,（一
16、）染色速率,影响染色速率的因素 染料结构： 结构简单，相对分子质量小，染料扩散性好，染色速率大 纤维结构疏松，无定形区大，吸湿膨化性好，利于染料扩散，染色速率大 温度 高，染料动能大，纤维膨化度大，利于染料扩散，染色速率大,（一）染色速率,影响染色速率的因素（续） 浓度 大，纤维表里染料浓度差异大，利于染料扩散，染色速率大 染液与纤维间的相对运动 剧烈，纤维表面吸附层薄，利于染料扩散，染色速率大 助剂 促染剂：染色速率大 缓染剂：染色速率小,（二）匀染和移染,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,（二）匀染和移染,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
