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1、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
2、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
3、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,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
4、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
5、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
6、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,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,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
7、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
8、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 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 double 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
9、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。,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 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
10、 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。
11、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
12、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，
13、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,（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
14、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,（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
15、 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。,1、分配型吸附等温线,Df染色平衡时，纤维上的染料浓度，mol/kg； Ds染色平衡时
16、，染液中的染料浓度，mol/L； K比例常数，或称分配系数 以 Df为纵坐标，以Ds为横坐标作图，可得到一条斜率为K的直线。如图中曲线1。,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：分散染料染涤纶、锦纶 合成纤维对染料的吸附基本上属于这种吸附,2、弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线,Df=KDsn 式中：K常数 n常数 将Df对Ds作图，可得弗 莱因德利胥吸附等温线， 如图中曲线2。,2、弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线,特点： 纤维上染料度Df随染液中染料浓度Ds增加而不断增加，但增加速率越来越慢。 离子型染料以范德华力、氢键被纤维吸附固着且染液中有其他电解质存在时符合这种等温线 如：直接染料、还原染料隐色体染纤维素纤维,3、郎格谬尔(Langmuir)型吸附等温线,式中：K 常数 Sf染料对纤维的染色饱合值 将Df
