染整工艺原理知识总结

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1、一、染色基础知识染色概念染色是指用染料按一定的方法使纤维、纺织品获得颜色的加工过程。染色牢度定义是指染色物在染色后的使用或加工过程中，在外界条件的影响下， 能够保持原来色泽的能力。上染百分率上染百分率 =（上染到纤维上的染料量/投入到染浴中的染料总量）100%。平衡上染百分率染色达到平衡时的上染百分率。半染时间达到平衡上染百分率一半所用的时间（t1/2） 。染色方法及特点浸染法：将织物浸在染液中，在一定条件下，维持一定的时间，使染料和纤维结合上染。特点：适用于散纤维、纱线、针织物、真丝织物、丝绒织物、毛织物、稀薄织物、网状织物等不能经受张力或压轧的染色物的染色。一般是间歇式生产，生产效率较低。

2、轧染： 将被染织物短暂浸在染液后，用轧辊把染液挤轧入织物，并轧去多余的染料溶液，再经烘干（焙烘） ，使染料与纤维结合固着。特点：轧染一般是连续染色加工，生产效率高，适合大批量织物的染色，但被染物所受张 力较大，通常用于机织物的染色，丝束和纱线有时也用轧染染色。泳移织物在浸轧染液后烘干过程中，染料随水分的移动而移动的现象。降低轧余率和加入防泳移剂可以防止泳移。经过轧压以后， 织物在烘干时， 织物表面的水分蒸发，留在织物组织的毛细管空隙中的染液和留在织物间隙中、在重力作用下容易流动的染液，通过毛细管效应，向织物的受热表面移动，产生“泳移”现象，造成色斑。二、染色热力学标准染色亲和力染色标准亲和力：

3、染液中染料标准化学位和纤维上染料标准化学位的差值。（单位 KJ/mol ）标准亲和力是温度和压力的函数，与染色平衡时染料在纤维上德尔活度和染液中的活度有关，和体系的组成、浓度无关。亲和力是染料从它在溶液中的标准状态转移到它在纤维上的标准状态的趋势和量度，染料上染纤维的必要条件是UfUs；亲和力越大， 表示染料从染液向纤维转移的趋势越大，即推动力越大。（式子的表示返回课件查看）亲和力是直接性的定量表示。直接性直接性：染料对纤维上染的能力。用上染百分率来表示。上染百分率越高染料对纤维素直接性越高，反之越低。直接性作为亲和力的定性描述，说明染料对纤维的上染能力。直接性的高低（上染百分率的大小）随染料

4、浓度、浴比、电解质性质及用量、助剂性质及用量等因素而变化，具有工艺特性。吸附等温线吸附等温线定义：恒定染色温度下，将染色达到平衡时，纤维上的染料浓度对染液中染料浓度作图。表示染料在纤维与染浴中浓度的关系。（纤维上的染料浓度和染液中的染料浓度的关系线。）常见吸附等温线的类型及意义1.能斯特分配型纤维上染料浓度与溶液中染料浓度正比关系，随着染液浓度的增高而增高，直至饱和为止。该等温线完全符合分配定律，即Df / Ds=K ，式中的K 为比例常数 - 分配系数。以Df对Ds 作图，可得到斜率为K 的直线。非离子型染料以范德华力、氢键等被纤维吸附固着、如分散染料上染聚酯纤维、聚酰胺纤维及聚丙烯腈纤维时

5、，基本符合该种吸附等温线。2.朗格谬尔型Df=KDsSf /(1+KDs) 定位吸附：阳离子染料染腈纶；强酸性染料染羊毛。离子型染料主要以静电引力上染纤维，以离子键在纤维上固着时，符合朗格谬尔型吸附。定位吸附有染座，有明确的饱和值。在Ds 很低时， 与Df 几乎呈直线关系；当Ds 上升时， Df 上升较慢； 继续增加 Ds 到一定值后， Df 不再增加，此时的Df 值等于染色饱和值。3.弗莱因德利胥型Df=KDSn(S的 n 次方 );0n1;属于多分子层吸附纤维上染料浓度随染液中染料浓度的增加不断增加。该方程式是由经验得到的。其特征是纤维上的染料浓度随染液中染料浓度的增加而不断增加，但增加速

6、率越来越慢，没有明显极限。此吸附属于物理吸附，即非定向吸附。 离子型染料以范德华力和氢键吸附固着于纤维，且染液中有其他电解质存在时，其吸附等温线符合这种类型。直接染料或还原染料隐色体上染纤维素纤维以及活性染料上染纤维素纤维在未发生共价结合时，基本上符合弗莱因德利胥型吸附等温线。染色热H 当无限小量的染料从标准状态的染液中转移到染有染料也处于标准状态的纤维上时，每摩尔染料转移所产生的热量变化（所吸收的热）。单位为KJ/mol。无限小量染料从含有染料成标准状态的染液中（活度等于1）转移到染有染料也成标准状 态的纤维上（活度等于1） ，每摩尔染料转移所吸收的热量。 染色是放热过程不是吸热过程，染色热

7、为负值。染色热是负值：温度升高，解吸增加，平衡吸附量降低，亲和力降低。染色热负值绝对值越大，表示染料被吸附上染于纤维与纤维分子间的作用力越强，染色亲和力越大，反之亲和力越小。染色熵S：标准状态无限小量的染料，从染液中转移到染有染料的标准状态的纤维上，每摩尔染料转移所引起的物系熵变( S)。染色熵 S 一般为负值：染料上染到纤维，物系紊乱度降低。S 可能为正值：疏水基较多的染料上染纤维 关系式： -u=T S-H染色熵负值绝对值越大，表示染料在纤维上的取向程度越高，被纤维吸附的可能性越小，亲和力就越低；染色熵负值绝对值越小，甚至为正值时，亲和力越高。染色热负值绝对值越大(放热越多 )，染料与纤维

8、结合的程度越高，亲和力也就越高，反之越低。Zeta 电位 (动电层电位 ) 吸附层与扩散层之间形成的双电层动电层；吸附层与扩散层相对运动的现象为界面动电现象；电位是紧密吸附层与扩散层相对运动产生的电位差。并非表面的真正电位，而是表示离开实际表面某一距离的电位。它是紧密吸附层与溶液本体的电位差。电位除与纤维的种类有关外，溶液中的电解质及溶液的pH 值对其影响都很大。解释：染色中加入中性电解质食盐或元明粉可以提高染料的上染速率。疏水性结合（类冰结构）染色熵 S 可能为正值：疏水基较多的染料上染纤维。类冰结构：随着染料分子中疏水基的增大，染色熵绝对值下降，甚至变成正值，因为在整个染色体系， 包含了由

9、于染料分子上染引起的熵变和由于染料分子上染而引起水的熵变。染料的疏水部分使水分子结构成簇状结构或类冰结构（即较规整排列），染料上染纤维后，水的类冰结构破坏，水的紊乱度增加，染色熵出现正值（水熵值的增加大于染料熵值的减小），随着染色温度的提高，亲和力增大。-o=TS- Ho。染料与纤维之间的作用力（1）库伦力（2）范德华引力：偶极力、偶极 诱导偶极力、色散力（3）氢键（4）共价键（5）配位键（6）电荷转移分子间引力三、染色动力学以阳离子染料为例说明染料的溶液性质及影响染料聚集的因素？扩散模型1.扩散模型 孔道模型： 纤维中存在许多曲折而互相连通的小孔道，染色时， 水使纤维溶胀，孔道直径增大，染料

10、分子通过其向纤维内部扩散，同时伴随吸附与解吸现象发生。孔道模型一般用于解释棉、粘、铜氨、毛等亲水性纤维。染料在孔道模型中的扩散系数说明影响扩散系数的各种因素：染料对纤维的亲和力、纤维的微结构、温度等。提高染料在孔道模型中的扩散系数的措施：1 染色前纤维进行充分的前处理，染色时使纤维充分溶胀，增加孔道体积。 2 提高染色温度， 会增加扩散系数。3 选用对纤维亲和力小的染料。2.自由体积模型：纤维总体积中存在未被大分子链段占据的一部分体积自由体积， Tg 以下时，以微小孔穴分布于纤维中；Tg 以上时，由于分子链段的运动，可能会出现较大的自由体积。染料可以沿其扩散。自由体积模型一般用于聚酯、聚丙烯腈

11、等疏水性纤维（合成纤维）。影响因素：温度、湿度、扩散容量、增塑剂（降低玻璃化温度）等。扩散活化能E 为染料分子的扩散活化能，即染料分子克服能阻扩散所必须具有的能量，单位是 kJmol。扩散活化能越大，表示分子扩散时克服阻力所需的能量越大，扩散速率较低，扩散受温度的影响也就越大。扩散边界层不管染液怎样流动，在纤维周围的液体中总有一个边界层。在这个边界层里染料靠自身分子的运动扩散，不是靠液体流动完成的。此区域是染液流速从染液本体到纤维表面流速降低的区域。注意与吸附层和扩散层的比较。扩散定律菲克扩散定律：稳态（浓度梯度不变）和非稳态（浓度梯度不断变化）。稳态扩散：染料在扩散过程中各个位置的浓度是不变

12、的。染料吸附于纤维表面后，由于纤维表面的染料浓度高于纤维内部的浓度，使染料向纤维内部扩散，其扩散速率可以用Fick公式表示： Fx = -D dc/dx Fx：扩散通量 (速率 )，即单位时间内通过单位面积的染料量。 D：扩散系数； dc/dx：沿扩散方向染料浓度梯度； - 表示染料由浓度高向低的方向扩散。dc/dt= - A?D ? c/ x （ dc/dt= A? Fx ）扩散速率比吸附速率慢的多，是决定染色速度的关键性阶段。影响扩散速率（扩散系数）的因素：染料结构；纤维结构；染料直接性（或亲和力）；染色温度；纤维溶胀剂。非稳态扩散：？上染速率曲线、升温上染速率曲线上染速率曲线：纤维上的染

13、料浓度随染色时间变化的曲线。Df ( 上染百分率或K/S) 时间。在恒定温度下染色，纤维上染料浓度Df或上染率 %为纵坐标，染色时间（t）为横坐标作图得到的曲线。拼色时 ,若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色泽。升温上染速率曲线？直接染料染色1.直接染料结构特点和染色原理。 溶于水， 分子含磺酸基或羧基，能在中性条件下直接上染纤维素纤维（弱酸性条件下上染蛋白纤维）多用于纤维素纤维、纸、皮革、蛋白质纤维和锦纶等。直接染料染色的特点：（1）可溶于水易于染色。（2）色谱齐全，仿色容易,品种多，用途广。（3）牢度差：适于牢度要求不高的产品。（4）沾色严重。（5）成本低。（6）

14、鲜艳度稍差。直接染料的结构特点：（1）长链线型、分子量大（2）很好的平面性(芳环成同平面)、对称性（3）具有共轭性（4）含氨基、羧基（形成氢键）。磺酸基，溶于水。直接染料在水溶液中具有较大的聚集倾向。染色原理：具有直线展开、芳环成同平面的结构，在共轭轴上具有能够生成氢键的基团：羟基或氨基，及酰胺基，还有偶氮基，这些基团都能与纤维上的羟基生成氢键，完成对纤维的上染。影响因素： 直接染料的直接性，随芳环的增加而提高。因而色散力对直接染料的直接性起着主要的作用。从染料分子中，酰胺等偶极基团和增加共轭双键，可以提高染料直接性，说明偶极引力和色散力都起着重要作用。染料分子中的氢键基团和芳环成同平面等结构

15、特点，也都是有利于染料分子在纤维上发生聚集的因素。2.温度和中性电解质对直接染料染色的影响。温度效应：对于匀染性染料，60-70oC 得色深，温度高，上染率反而下降；对于温度效应染料，提高温度有利于染料扩散，提高上染速率和百分率。盐的促染作用： 染料上染时离解成色素阴离子，与带负电的纤维素表面有斥力，加盐可以降低这种斥力， 不同的染料作用效果大小不一样。盐若加的过多， 则染料易聚集， 不利于上染。3.直接染料分类和染色工艺。1. (A 类) 匀染性直接染料分子结构简单(小)，水溶性基团多, 染液中聚集倾向小，染色速率高，需在70左右染，匀染性好 ,牢度差。水洗牢度差，适合染浅色。2（ B 类）

16、盐效应染料(盐控型直接染料) 分子结构较复杂，匀染性较差， 分子中含磺酸基较多，上染速率较低，加盐能够显著提高上染速率和上染百分率，促染效果明显。（对中性电解质敏感）须严格控制盐用量，防止染花，不适合染浅色。3（C 类）温度效应染料分子结构复杂，匀染性很差，染色速率低，分子中含磺酸基少，盐促染效果不明显，而温度对上染影响大（对温度敏感） ，温度提高，上染率提高。较高温度才能染好，需控制升温速度获得匀染效果水洗牢度好，一般适合染深色。染色工艺一、上染过程：纤维素纤维的染色是在含有元明粉或食盐(粗盐含有镁盐等杂质较多)的中性染浴中上染的。二、染浴组成：染料、中性电解质：NaCl、无水 Na2SO4（元明粉）、助剂（匀染剂） 、水三、升温曲线：染色时，先将染料用少量冷水调成浆状，可加少量的润湿剂。然后在不断搅拌下，加入热的软水将染料充分溶解，染料用量随色泽浓度和浴比而定。为了提高上染百分率，可在染浴中另加1030gL