染色物理化学考试题及答案

染色物理化学（复习）
1.何谓染色化学位？染色亲和力?写出染色亲和力与染料活度的关系，分析染色温度与染色
亲和力的关系，并举例说明。

2.何谓化学位？染色直接性？染色亲和力？染色热？染色熵和染色饱和值？分析染色亲和
力与温度的关系，并写出分散染料染涤纶时染色亲和力与浓度的关系。

3.何谓上染率，固色率，半染时间，染色提升性，竟染和染色加和性？并说明在什么条件
下，半染时间与扩散系数保持反比关系。

4.何谓自由焓？化学平衡，写出化学反应的等温方程式，分析温度对化学平衡常数的影响，
并举例说明。

5.何谓染色熵？说明它与染色亲和力的关系，比较染料从水和有机溶剂染液中上染纤维时
体系中熵的变化，并分析纤维及染料化学结构与染色熵的关系。

6.何谓染色热和染色熵？它们分别说明上染过程中的什么结果？并写出它们与亲和力的关
系。

染料上染纤维的亲和力主要决定于谁？在什么条件下染色熵才愈来愈重要，为什么？
7.何谓染色饱和值？超当量吸附？举例说明哪些纤维染色存在饱和值和超当量吸附,并分
析出现超当量吸附的原因。

8.何谓上染百分率？扩散活化能？移染？染料染色配伍指数？染色饱和值和染色加和性。

9.何谓反应历程？何谓反应活化能？分析温度对反应速度的影响，如何简便地求出反应活
化能。

10.何谓吸附等温线。

阳离子染料上染腈纶的吸附等温线属哪种。

指出这种吸附等温线的特
征，染料在纤维中的状态。

选用什么性质的阳离子染料拼色才能获得均匀效果，解释之。

11.何谓吸附等温线？通常有几种类型？写出它们的数学关系式？说明不同类型的物理意
义，分析阳离子染料上染腈纶的吸附等温线，有何特点。

12.分散染料上染合成纤维属哪类吸附等温线？解释其吸附物理意义，分析温度对其吸附等
温线的影响，解释之。

13.分散染料染涤纶主要有哪几种方法？解释它的上染机理，写出吸附等温线，并分别指出
各种方法的固色温度范围，解释固色温度不同的原因。

14.染料在纤维中扩散有几种模型。

亲水性纤维用离子性染料染色属哪种扩散模型。

并从理
论上分析加快这种扩散可能有哪些途经。

15.水作为染色介质有哪些有缺点。

染料溶解和从水中上染纤维时会带来水的结构发生什么
变化。

这种变化又对染料上染和染色产品湿牢度会有什么影响。

并指出节水和无水染色的可能性。

16.分析水在染色过程中的作用，并分析进行节水染色的可能途经？当前工业上主要采取哪
些措施来节水染色。

17.分析染料在从水溶液吸附上纤维的过程中，体系分子作用力的变化，可能存在哪些类型
的作用力？说明不同作用力的特点，并举例说明。

18.分析直接染料从水中染纤维素纤维时体系分子作用力将发生哪些变化。

主要存在哪几种
作用力，这些作用力的特性有何不同。

它们对染料上染和染色牢度起什么作用。

19.常见纤维素纤维有哪几类？分析比较它们的超分子结构和形态结构，改善它们的性能可
采用哪些方法来改性，并分析改性对染色的影响。

20.上染过程可分几个阶段，决定上染速度的主要是哪一个阶段？影响上染速度的因素主要
有哪些？加快上染的措施有哪些？
21.何谓上染？上染过程可分几个阶段？决定上染速度通常是哪一阶段？何谓扩散边界层？
它的厚度和哪些因素有关。

分析比较绳状织物喷射染色与散纤维染色的上染速率和匀染差异。

22.何谓亨利定律，写出其数学关系式，解释其物理意义，分析温度对分配关系的影响，举
例说明之。

23.简要论述分散染料高温高压法染色的上染过程和影响上染速率的因素，指出决定上染快
慢的阶段，通常采取哪些措施来加快上染，并介绍快速染色的基本原理。

24.写出K型活性染料与纤维素的反应历程，指出决定反应速率的阶段，分析常用活性染
料不易染深和利用率低的原因，可采取哪些措施来改善深染效果。

25.写出M型活性染料的固色历程，指出固色效率主要和哪些因素有关，并分析当前深色
品种染色湿摩擦牢度低的原因，提出提高的措施。

26.比较X型和KN型活性染料的反应性，分别写出它们和纤维素纤维的固色反应，分析
影响活性染料固色速度的因素，解释之。

27.说明酸性染料上染羊毛，蚕丝和锦纶的染色原理，比较它们的染色条件，染色饱和值和
湿牢度，并解释超当量吸附及其产生的原因。

28.涤纶主要用哪类染料染色？分析它染色的吸附等温线的特征和染色机理，通常有几种染
色方法，分析各种染色方法的特点。

29.分析比较电解质（盐）对活性染料上染棉和酸性染料上染羊毛的影响。

并论述进行低盐
染色的可能性。

30.比较羊毛和蚕丝的染色特性及染色工艺，它们常用哪些类别染料染色，说明染色机理和
改善匀染性和染色牢度的方法。

31.染色方式主要可分几类？分别从理论上分析提高匀染效果的途经，并举例说明之。

32.活性染料按化学结构主要分几类，写出它们与纤维素纤维的反应历程，并分析影响固色
速率和固色效率的因素，说明之。

33.分析羊毛和超细涤纶纤维的结构与染色性能的关系，它们分别适用哪些类别染料染色，
并论述其染色原理、方法、工艺条件和主要问题，指出改善的途经。

34.影响浸染时的匀染程度的因素有哪些？以羊毛用酸性染料和棉用活性染料染色为例，说
明可采取哪些措施来改善染品的匀染程度。

为什么？
35.说明电解质在不同染色过程中所起的作用，并说明电解质可能产生的不利作用。

为了改
善生态加工性，试以活性染料染色为例，论述进行低盐和无盐染色的途经和存在的问题。

36.分析当前染色存在哪些生态问题？并从理论上分析有哪些解决途经？正在研究开发的
有哪些生态染色工艺？
37.论述染色介质在染色过程中的重要性和作用。

指出水作为染色介质的优缺点，论述在上
染过程中水的结构变化与上染的关系，分析进行无水和节水染色的可能性。

为什么？38.何谓涂料印花，分析它的有缺点，指出它存在主要生态问题。

分析粘合剂的结构与印花
效果，并从粘合机理角度来分析提高印花牢度的可能途经。

39.试举例设计一含三种纤维的面料的染色工艺，包括染料选用的依据、染液处方、工艺过
程、控温过程、染色注意问题和可能出现的问题，并提出改善的办法。

40.试举例设计一个涤/棉混纺织物的染色工艺（包括选用染料类别，染色方法，主要工艺
条件），说明工艺依据，分析其有缺点和国内外发展动态。

41.试设计棉/锦纶交织物的染色工艺（适用的染料类别、染色处方组成、工艺过程）。

比较
各种工艺的有缺点。

指出克服缺点的途经和开发新工艺的可能性。

42.举例设计一染色（或印花或化工）产品的生产工艺（处方、反应或加工条件），说明制
定工艺参数的依据和注意点，并指出该类产品生产技术的发展趋势。

43.试举例设计一染色工艺，包括说明染料上染纤维的机理，选用染料的依据，染液处方组
成和各组成的作用，染色工艺过程及其控制，染色过程中应注意的问题，并论证该工艺的有缺点和该工艺的先进性。

44.试举例设计一种纺织品的染色（或消色）加工工艺，说明其加工原理、加工方法、工艺
条件（染料、助剂等组成、温度、pH值等参数）及依据。

并分析其有缺点和可能产生的问题，与国内外水平比较其先进性。

45.说明多组份纤维纺织品染色的特点，并举例设计一种多组份纤维纺织品的染色工艺（包
括染色处方和染色工艺过程），并分析该品种当前工业化生产中存在的问题，提出解决的途经和办法。

1－5．名词解释
化学位：偏摩尔自由焓。

染色亲和力：它是纤维上染料的标准化学位和染液中染料标准化学位差值的负值，它是染料从它在染液的标准状态转移到它在纤维上的标准状态的趋势和量度。

染色直接性：直接性可以理解为染料离开染液上染纤维的性能，直接性一般可用染色平衡时染料的上然百分率大小来表示直接性的高低，在相同的条件下，上然百分率高的称之为直接性高，反之，上染百分率低，称之为直接性低。

染色热：所谓染色热是指无限小的染料从含有染料成标准状态的染液（活度等于1）转移到染料也成标准状态的纤维上（活度等于1）时，每摩尔染料转移吸收的热量。

它标志着上染过程中各种分子作用所产生的能量变化。

染色熵：所谓的染色熵是指无限小的染料从标准状态的染液（活度等于1）转移到标准状态的纤维上（活度等于1）每摩尔染料转移所引起的物系熵变。

上染率：吸附在纤维表面的染料量占突入染料总量的百分率。

固色率：染料与纤维发生共价键结合的染料量占投入染料总量的百分率。

半染时间：达到平衡吸附量一半所需要的时间，用t表示，表示染色达到平衡的快慢。

染色提升性：所谓提升性是指随着染料用量增加,纤维上染料浓度递增的性能。

提升性不仅决定于染料的结构,也与纤维的结构有关,不同纤维的染色提升性不同。

一般来说,在一定浓度范围内,纤维线密度越低,染色提升性越好。

染色加和性：当几种染料拼混染色时，有的染料的吸附等温曲线和上染率与单独染色时基本一样，纤维中混合染料量基本上等于它们单独染色时的上染量之和，这种性质就称为处方中染料的染色加和性好或染阻小。

反之，有一些染料拼混染色时，不论是等温吸附曲线，还是上染率，都与单独染色时有很大的不同，它们的平衡吸附量低于各染料单独染色时的平衡吸附量之和，即其加和性差或染阻大。

移染：染料从上染浓度高的部分解吸，转移到上染浓度低的部分来提高匀染性的方法。

配伍指数：是反映染料亲和力大小和扩散速率高低的综合指标
6．何为染色熵和染色热？它们分别说明上染过程中的什么结果？并学出它们与亲和力的关系。

染料上染纤维的亲和力只要取决于谁？
答：染色热标志着上染过程中各种分子间力的作用所产生的能量的变化。

吸收热则为正值，放出热量则为负值。

大多数染色体系中，染料的上染过程是放热反应，因此染色热为负值。

染色特的负值绝对值越大，表示被吸附于纤维的作用力就越强。

染色亲和力越大，反之，情合理越小。

染色熵标志着上染过程中物理大量质点于东混乱程度的变化。

染色熵△S为正值，表示物系的混轮渡增大，反之，表示混乱度减小。

通常情况下，染料在同业中混乱度比在纤维上的混乱度大，即△S为负值；在有些情况下，如疏水较多的染料上染纤维，由于上染引起了水的结构变化，其染色熵可能为正值。

染色熵负值绝对值越大，亲和力越小，染色熵△S负值绝对值愈小，甚至为正值，亲和力愈大。

7.何谓染色饱和值？超当量吸附？举例说明哪些纤维存在饱和值和超当量吸附，并分析出现超当量吸附的原因。

答：染料吸附于纤维的过程中有一种吸附式定位吸附，即纤维上有一定数量的吸附燃亮的位
置（成为染座），当所有的染座都被染料占据时，吸附达到饱和，此时的饱和值成为纤维的染色饱和值。

其大小决定于纤维上吸附位置的数量。

染料的最大吸附量与纤维上染座彼此成当量吸附关系，此时成为当量吸附。

而当染料吸附量超过染色饱和值时，即发生了超当量吸附。

蛋白质纤维和聚酰胺纤维染色时存在染色饱和值。

现以蛋白质纤维为例加以说明。

当Ph值低于等电点时，酸性染料与纤维-NH发生离子键结合，结合量随着PH值的降低额降低；当PH降到某一数值或某一数值范围时，染料吸附量为一恒定的值，即此时-NH全部被酸性染料分子沾满，即达到饱和吸附；当染料数量足够，染料的吸附量会超过染色饱和值，即发生超当量吸附，俗称“过染”。

在PH较低的情况下发生超当量吸附的原因是：
1) 氢离子吸附在酰胺基上，使酰胺基成为第二染座；
2) 在较低PH下，酰胺基发生水解，并生成新的氨基。

新的氨基也能吸附氢离子；
3) 染料与纤维间范德华力和氢键的作用结合也是造成长当量吸附的重要原因。

尤其是在PH不是很低的情况下，染料与纤维间范德华力和氢键的结合往往是超当量吸附的主要原因。

10，11．何谓吸附等温线？通常有几种类型？写出它们的数学关系式，说明不同类型的物理意义。

分析阳离子染料上染腈纶的吸附等温线，有何特点？染料在纤维中的状态。

选用什么性质的阳离子染料拼色才能获得均匀效果，解释之。

答：吸附等温线是在恒定温度下，上染达到染色平衡时，纤维上的染料浓度和染液中的染料浓度的关系曲线。

吸附等温线通常有：（1）能斯特型；（2）弗莱因德利胥型；（3）朗缪尔型
数学关系式：（1）能斯特型：[D]f/[D]s=K；
（2）弗莱因德利胥型：[D]f= K[D]s n；
（3）朗缪尔型：1/[D]f=1/(K[D]s[S]f)+1/[S]f
（1）能斯特型：可看作由于染料对纤维具有亲和力而溶解在其中。

纤维上的染料浓度与染液中的染料浓度成正比关系，随着染料浓度的增高而增高，直到饱和为止。

（2）弗莱因德利胥型：为物理吸附，即非定位吸附。

纤维上的染料浓度随染液中染料浓度的增加而不断增加，但增加速率越来越慢，没有明显的极限。

（3）朗缪尔型：为化学吸附，即定位吸附。

在低浓度区时，纤维上染料浓度增加很快，以后随染液中染料浓度的增加而逐渐变慢，最后不再增加，达到饱和吸附值。

阳离子染料上染腈纶的吸附等温线属于朗缪尔型吸附等温线。

朗缪尔吸附属于化学吸附，即定位吸附。

假定在纤维上有一定数量的染座，染料的吸附就发生在这些染座上，且这种吸附是单分子层的。

当所有染座都被染料占据时，吸附就达到了饱和，此饱和值称为纤维染色饱和值，它决定于纤维上吸附位置的数量，染料在纤维中以离子键与纤维固着。

不同结构的阳离子染料对纤维的亲和力不同，同时其在纤维中的扩散速率也不同。

亲和力高的阳离子染料，在纤维表面吸附速率快，在纤维内扩散速率慢，从而产生“竞染”，各染料“竞染”造成产品色泽不一，难以达到理想的拼色效果，因此，拼色时应选用配伍指数相近的染料，配伍指数K是反映染料亲和力大小和扩散速率高低的综合指标，K越接近于1，染料对纤维的亲和力就越高，上染速率就越快；K越接近于5，染料对纤维的亲和力就越低，上染就越慢。

12，13．分散染料上染合成纤维属哪类吸附等温线？解释其吸附物理意义，分析温度对其吸附等温线的影响，解释之。

分散染料染涤纶主要有哪几种方法？解释他的上染机理，写出吸附等温线。

并分别指出各种方法的固色温度范围，解释固色温度不同的原因。

答：分散染料上染合成纤维属能斯特型吸附等温线。

其物理意义为：可看作由于染料对纤维具有亲和力而溶解在其中。

纤维上的染料浓度与染液中的染料浓度成正比关系，随着染料浓度的增高而增高，直到饱和为止。

温度对吸附等温线的影响：升高染色温度，吸附等温线的斜率变小，即分配系数减小，表明染色温度升高，平衡上染百分率降低，染料对纤维的亲和力降低，这是由于染料的吸附为放热反应，染料对纤维的亲和力随染色温度的升高而下降；而且染料在水中溶解度随染色温度的升高的增加程度比在纤维中增加的快。

随染色温度的升高，纤维的染色饱和值提高，其原因是升高染色温度，有利于提高染料的扩散动能，增加纤维的自由容积，从而增大染料的可及度，使染料饱和值提高。

方法有：(1)高温高压染色
涤纶高温高压染色法一般是在130℃左右的染浴中，在密闭的高压染色设备中进行的一种湿热染色方法。

升高染色温度可增大纤维的自由容积，增大染料在染浴中的溶解度，提高染料的扩散动能，减少染料向纤维内部扩散的空间阻力和能量阻力，从而提高染料向纤维内部扩散的速率，120~130℃为宜，温度太高会对纤维损伤太大，太低又达不到染色效果。

(2)热熔染色
热熔染色法是于185~215℃干热条件下使染料在纤维上发生固着的连续轧染的染色方法。

在热熔的高温条件下，涤纶大分子链段运动加剧，大分子内瞬间孔穴增大，有利于染料随着孔穴的产生，跳跃式向纤维内部扩散，并与纤维发生固着。

所以温度高或者低都不能达到这个效果和要求。

(3)载体染色
载体染色是利用载体助剂对涤纶的增塑膨化性能，使分散染料能在常压100℃以下的条件下染涤纶的一种染色方法。

载体因为是具有双亲性的，而且对涤纶有较大的亲和力，其与涤纶的溶解度参数相近，可比染料先扩散到纤维内部，使纤维增塑，无定形区的分子链段更发生运动，纤维结构变得松弛，自由容积增大，降低了涤纶的玻璃化温度，从而有利于染料向纤维内部扩散，使涤纶能在100℃下进行染色。

14．扩散模型？
答：分为孔道扩散模型和自由容积模型。

前者主要用于说明染料在纤维素纤维等亲水性纤维中的扩散特点，后者主要用以说明染料在聚酯、聚丙烯腈等疏水性纤维内的扩散模型，因此亲水性纤维用离子型染料染色是属于孔道扩散模型。

由于染料在纤维中的扩散速率不仅与染料分子的结构有关，还和染料对纤维的亲和力以及纤维的微结构有关。

(1)染料对纤维的亲和力越大，扩散系数越小，因此可以选用对纤维亲和力相对小的染料进行上染。

(2)染料的分子结构越大，染料分子芳环共平面性越强，在孔道中扩散的过程中被孔道壁分子链吸附的几率也就也越高，扩散就越困难。

所以要选择分子结构小且共平面性不太强的染料。

(3) 纤维无定形区含量越大，扩散系数越大，所以，在染色时要使纤维充分溶胀可加快染料的扩散。

(4)粘胶等化学纤维在生产过程中收到的不同程度的拉伸会使纤维的孔道形状、大小发生相应的变化，从而影响染料在纤维上的扩散速率。

增加拉伸使纤维大分子的取向度增高、孔道变窄，扩散速率降低。

同时若纤维孔道的曲饶度越高，扩散系数也就变的更低。

所以应该避免这样的情况发生。

(5)在一定的温度下，影响
染料扩散的因素主要是纤维的溶胀和染料对纤维的亲和力，而染料分子在溶液中的扩散系数影响越小。

温度越高，染料在孔道溶液中扩散变的容易，被孔道壁分子链吸附的几率也降低，所以扩散系数就增大。

15，16．分析水在染色过程中的作用，水作为染色介质有哪些缺点？染料溶解和从水中上染纤维时会带来水的结构发生什么变化？这种变化又对上染和染色产品湿牢度会有什么影响？并指出节水和无水染色的可能性。

并分析进行节水染色的可能途径。

当前工业上主要采取哪些措施来节水染色？
答：水分子是一类较强亲核性物质，会使活性染料水解，降低固色率和色牢度，而且活性染料染色大量消耗水，污染水源又带来许多生态问题。

染料溶解在染液中会发生本身的紊乱度变化，即染色熵的变化，这个过程也关系着水的染色熵的变化。

一般情况下，染色熵为负值，而当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，这是因为染料分子中的疏水部分有促使水分子生成簇状结构或类冰结构的倾向，疏水部分越大，这种倾向也越大。

染料从溶液转移到纤维上后，这种作用消失，水的紊乱度增加，则熵值增大。

当水的熵值增大大于染料的熵值减小时，就有可能使整个体系的熵增加，即ΔS°为正值。

ΔS°为正值时，随着染色温度的提高，亲和力增大。

染色嫡负值绝对值越大，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，亲和力就越低从而导致湿牢度降低;染色嫡负值绝对值越小，甚至为正值时，亲和力就高。

染色热负值绝对值越大(放热越多)，染料与纤维结合的程度越高，亲和力也就越高湿牢度也就相应的越高，反之越低。

节水染色主要通过小浴比和低给液染色、染料涂色等改造方向。

目前工业上主要采用气流雾化喷射染色技术和气液式染色技术。

气流雾化喷射染色技术采用空气动力学原理，将高压鼓风机产生的高速气流注入喷嘴；同时，另一管路向喷嘴注入染液，染液与高速气流在喷嘴中相遇并混合形成雾状微细液滴后喷向织物，既带动织物运行，又使得染液与织物可以在很短的时间内充分接触，达到均匀染色的目的。

气液式染色技术是使用鑫普利亚的气液式染色机用风带动织物，用水量少，只要将织物泡湿，再加200L的循环用水就可染色，其最低浴比可达1∶2。

织物染色过程中，呈开幅状态行进，染液容易均匀喷洒在织物上，不易染花，经向拉力小，不会产生经向褶痕，弹性纤维织物不会卷边，适染织物范围较广，针织物及平织物都适合。

科瑞环保的展幅式气液染色机为开放式弧状喷嘴，气液混合喷压织物渗透性强，具有温度均匀，压力稳定，颜色再现性高等优点，适用于机织物、针织物、高密度超细纤维与含氨纶交织物、强捻织物等，浴比1∶4以下。

17，18. 分析染料在从水溶液吸附上纤维的过程中，体系分子作用力的变化，可能存在哪些类型的作用力？说明不同作用力的特点，并举例说明。

分析直接染料从水中染纤维素纤维时体系分子作用力将发生哪些变化。

主要存在哪几种作用力，这些作用力的特征有何不同。

它们对染料上染和染色牢度起什么作用。

答：染料与纤维分子之间的作用力是多种多样的主要存在范德华力、氢键、库仑力、共价键、配价键、电荷转移分子间引力、疏水键等。

染料和纤维之间的范德华力大小决定于分子的结构和形态，并和它们之间的接触面积及分子间的距离有关。

一般染料的相对分子质量越大，结构越复杂，共扼系统越长，线型、共平面性越好，并与纤维的分子结构相适宜，则范德华力一般较大。

范德华力存在于各类染料上染过程。