染整工艺原理（下）试卷解析

武汉纺织大学染整工艺原理（下）期末考试试卷解析
名词解释：
1. 直接染料的盐效应：直接染料染色中，在染液中加元明粉或者食盐，增加本体中的钠离子浓度以减少染液本体和纤维界面附近的浓度差产生的迁移能阻，增加染料活度，从而起到提高染料的上染速率及上染百分率的作用。

2. 直接染料的温度效应：直接染料染色中，对于不同分子量、结构的染料，控制不同的染色温度，以改善染料的移染速率及平衡上染百分率的作用，从而改善直接染料的染色不匀。

3. 轧余率：织物上带的染液质量占干布质量的百分率。

4. 稳态扩散：在扩散过程中，扩散介质各处的浓度梯度始终保持不变的扩散过程。

5. 非稳态扩散：在扩散过程中，扩散介质各处的浓度梯度不断变化的扩散过程。

6. 活性染料固色率：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。

7. 固色过程：在一定的碱性和温度条件下，染料的活性基团与纤维发生反应形成共价结合而固着在纤维上的过程。

8. 无限染浴：浴比很大，足以维持染液浓度基本不变的染浴。

9. 有限染浴：充分搅拌条件下，浴比有限，在上染过程中染液浓度逐渐降低的染浴。

简答：
1.扩散模型：适用的染料纤维
孔道扩散模型－适用于亲水性纤维（棉、黏胶、铜氨）
模型描述：溶胀的纤维里存在许多曲折而互相连通的小孔道。

染色时，这些孔道里都充满着水，染料分子(或离子)通过孔道扩散进入纤维内部。

在扩散过程中,染料分子(或离子)会不断发生吸附和解吸。

孔道里游离状态的染料和吸附状态的染料成动平衡状态。

-Δµ°↑，dc p /dc f ↓，D ↓；纤维无定形区↑，α↑，D ↑；
M 染↑，共平面性↑，吸附几率↑，D ↓。

自由体积模型－适用于疏水性纤维（聚酯、聚丙烯腈）
模型描述：纤维的自由体积是指其总体积中没有被分子链占据的那部分空间，它以微小的空穴形式散布在纤维中。

聚酯、聚丙烯腈等合成纤维染色时，染料分子吸附在纤维大分子链上，当温度超过纤维的玻璃化温度以后，大分子的链段发生绕动，原来微小的空穴合并成较大的空穴，染料分子沿着这些不断变化的空穴，逐个 “跳跃”扩散。

改变玻璃化温度↓，相同T 染色，扩散速率↑
（加少量低分子物质）
2.活性染料特征值
直接性S ：中性盐存在下染料达第一次平衡的上染率。

上染率E ：加碱后，最终染料的上染率。

固着速率R ：加入碱剂10min 时的固色率与最终固色率的比值。

（粗略反映反应性）
半固色时间T 50：达到最终固色率一半所需的时间。

固色率F ：洗去浮色后染料的固着率
E-S ：二次上染能力，反映染料在不同阶段的匀染性。

移染指数：MI=Q 1/Q 2×100% Q 1、Q 2分别为移染织物和被移染织物颜色深度，
对应于S 和E 值的大小。

匀染因子LDF ：活性染料染色全过程的匀染性。

LDF=(S/E)×MI
盐控型染料：S 值较大，E-S 值相对较小；
温控型染料：S 值很高，E-S 值较小；
碱控型（自匀型）染料：S 值较低，加碱后E-S 值较大。

3.泳移的控制（分散染料热熔染色法）
泳移：织物在浸轧染液以后的烘干过程中，染料随水分的移动通过毛细管效应向受热面迁移的现象。

A 织物浸轧后不宜立即用接触式烘干，采用红外线预烘和热风烘干相结合的方式。

B 涤棉混纺织物，带液率降低到20%-30%后，不会发生明显的泳移。

C 加防泳移剂：① 线型大分子，结合水；② 烘干，此态介质粘度↑，形成凝胶体。

4.直接染料固色对染色效果的影响（直接铜盐染料：固色后颜色变暗变深，适用于深色品种；使羊毛降解严重）
A封闭染料的水溶性基团，防止染料在水中电离和溶解而从织物上脱落。

B与染料和纤维之间形成氢键、范德华力，能显著提高湿处理牢度；在纤维表面形成立体网状的薄膜，可以进一步封闭染料，增加布面平滑度，降低摩擦系数，进一步提高湿摩擦牢度。

C与纤维素纤维反应发生交联，形成交联网状体系，使染料和纤维更加紧密的结合在一起，防止染料从纤维上脱落，从而提高其色牢度。

D与染料形成低水溶性的金属离子络合物，从而提高其色牢度。

5.染色扩散过程
吸附在纤维表面的染料分子，由于纤维表面的染料浓度提高，与纤维内部存在着浓度梯度。

染料在染液中扩散的比较迅速，在纤维内的扩散比较缓慢，而且只能在无定形区内扩散。

染液在充分流动的条件下，后者往往是决定上染快慢的阶段，即对上染速率往往起着决定性的作用，扩散不是单个分子的运动行为，而是大量染料运动的结果。

对一个分子来说，它向周围任何方向运动的机会是均等的，但大量染料分子运动的结果是向浓度低的方向扩散。

影响扩散的因素
A 染料分子结构的大小和纤维的微隙大小：染料聚集体比较大，一般不能通过纤维的微隙。

凡是使微隙增大的因素都有利于染料的扩散。

纤维的结晶度高，分子排列整齐，玻璃态转化温度高，不利于扩散。

B 染料与纤维之间的引力：亲和力、直接性较高的染料扩散速率一般比较低。

由于在扩散过程中，它们对纤维的吸附几率高、发生自身分子间的聚集倾向大。

C 染料浓度：非离子染料-非离子纤维系统：染料浓度对扩散系数的影响较小；
离子染料-具有相反电荷的纤维系统：扩散系数受染料浓度的影响则较大。

D扩散的温度效应—扩散活化能：提高染色温度，可以提高染料的扩散速率，因为温度升高增加了染料分子的动能，
使更多的染料分子能克服阻力向纤维内部扩散。

扩散活化能越大，表示分子扩散时克服阻力的所需的能量越大，扩散速率较低，扩散受温度的影响也就越大。

6.上染过程中的几个基本概念
A动力边界层－染液流速从染液本体到纤维表面流速降低的区域称为动力边界层。

动力边界层的体积虽小，但在染料的传递过程（包括染色和水洗）中却起着非常重要的作用。

动力边界层的厚度与纤维表面的染液流速有关。

B扩散边界层－动力边界层内靠近纤维表面的染液几乎是静止的。

此时，染料主要靠自身的扩散靠近纤维表面，该液层称为扩散边界层。

扩散边界层中的染料浓度从染液本体到纤维表面是逐渐降低的，存在着浓度梯度，染料的扩散方向由染液本体指向纤维表面。

扩散边界层是动力边界层的一部分，厚度约为动力边界层的1/10，它会阻碍或降低纤维对染料的吸附速率或解吸速率。

在染色过程中，若染液流动速率有差异，会使得纤维表面的扩散边界层厚度不均匀，从而造成染料吸附速率或上染速率的不均匀。

提高染液的流动速率，减小扩散边界层厚度是提高染色速率、获得匀染的重要途径之一。

C影响上染过程的因素
漫散双电层－吸附层、扩散层
Ψ：界面附近溶液对溶液内部的电位差。

动电层（zeta）电位：纤维在溶液中相对滑移界面对溶液内部的电位差。

A由于双电层电位测定困难，往往测定其zeta电位；
B zeta电位并不能完全代表纤维表面的带电情况。

由于吸附层中有反离子存在，纤维表面的部分负电荷被阳离子电荷所抵消，因此∣zeta∣<∣Ψ∣，但当纤维表面对反离子发生强烈吸附，而使吸附层中含大量的反离子时，动电层电位符号可能与Ψ的符号相反。

影响zeta电位因素
1 pH：普通纤维：pH↑，-COOH离解↑，zeta电位绝对值↑；pH↑↑，异电离子进入紧密层↑↑，
zeta电位绝对值↗→↘；
二性纤维：当pH＞PI，pH↑，zeta电位↑；当pH＜PI，纤维带正电，pH↑，zeta电位↓；当pH＝PI，纤维不带电。

2 电解质：C盐很低时，zeta电位↑（可能因为水合钠离子体积大，而不易吸附，而Cl- 被优先吸附所致）；
C盐较高时，C盐↑，zeta电位↓。

不同电解质阳离子具有不同的电荷数和水合性，因此具有不同的促染效果！
zeta电位与染色
7.活性染料的活性顺序
常见的活性基团反应性大小顺序为：X＞F>二氯喹噁啉＞KN＞M＞K＞氯化嘧啶＞丙烯酰胺
理由：
8.活性染料活性与成键稳定性/耐水解稳定性的关系
问答
1.中性电解质的促染/缓染作用，为什么？
直接染料：①降低了纤维表面的zeta电位：使染-纤斥力↓，有利于染料对纤维吸附。

②降低了染料迁移的位阻：D-上染纤维时伴随着等量的Na+迁移。

然而[Na+]S﹤[Na+]f ，迁移位阻↑；加盐后，[Na+]S↑，迁移位阻↓。

③电解质加入，增加了染料在染浴中的活度。

④电解质加入，染料胶粒负电性↓，有利
于向纤维吸附；使染料溶解度↓，染料吸附密度↑，使[D]f /[D]S↑。

活性染料：①加入电解质可提高染料的吸附速率、平衡吸附量及纤维上的吸附密度。

染料的固色率、竭染常数均随硫酸钠浓度的增加而增加。

②由唐能膜平衡原理可知：加盐可缩小内外相pH值差，使[Cell-O－]/[OH－]↑，因而固色效率Ed↑；③电解质过多会引起染料聚集、染料吸附上染过快，对固色和匀染不利。

-在染浴中与染料阴离子一起对纤维发生竞染作用，它们的扩散酸性染料：pH﹤PI 缓染；pH﹥PI 促染。

元明粉中SO
3
速率比染料阴离子快，先于染料上染纤维，又由于亲和力比染料低，故随后被逐渐取代下来，起到缓染作用
阳离子染料：中性电解质在染浴中离解阳离子（Na+）扩散得快，可优先与纤维上的酸性基团结合，同时也可有效减少或削弱纤维表面的zeta电位对燃料的作用，从而延缓染料上染，尤其对含羧酸基团的纤维，缓染效果更显著。

2.涤棉混纺织物分散/活性染料浸染工艺条件，轧染工艺配方及各组分的作用。

染色要点
留白、异色容易实现，同色需要配色才能实现；
分散染料对棉纤维易于沾色；
染浴中性电解质对分散染料水分散体系稳定性的影响较大；加重棉沾色和设备的沾污；
活性染料的固色用碱对分散染料浮色和棉织物沾色的去除有重要意义，因此应注意对分散染料的选择；
高温下，活性染料的水解稳定性受到严峻考验；
高温下，活性染料的直接性下降。

工艺分析
选择直接性高的低盐活性染料－分子量较大、亲水性较小、活性较低、亲和力大、扩散强；
选择对棉不易沾色且易于碱洗的分散染料－分子量较小、平面性较差、极性较弱…；
适当选用染色助剂－分散剂、螯合分散剂、匀染剂…；
轧染一浴一步法：
轧染一浴两步法：
填空
1.亲和力受哪些因素的影响？
亲和力：在标准状况下，1mol 染料由染浴转移到纤维上的化学位和纤维上所引起的染色体系自由能的变化，大小标志着这种转移趋势的强弱。

亲和力是温度和压强的函数，与染色平衡时染料在纤维上的活度和染液中的活度有关，和体系的组成、浓度无关。

2.染料聚集
胶体性质：大多数情况下，染料溶液中的染料可能有若干种不同的可逆形态存在：
① 单离子态D -SO 3-
② nNaD (NaD)n 胶核 nD - (D)n -离子胶束
③ 胶粒状态 [m(D-SO 3Na)•n(D-SO 3-)]n-中性胶核
④ 胶粒状态 [(nD -)mNa +](n-m)-
以分子聚集体为胶核，吸附多个染料阴离子形成胶粒，在胶粒外表吸附成离子而形成胶团。

不同状态的染料在染浴中保持一定的平衡关系：
Ⅰ：溶解（单分子溶解态）；Ⅱ：分散剂胶束中溶解；Ⅲ：染料聚集体；Ⅳ：染料晶体；
聚集的吸收光谱测定法
① 聚集程度－ 用聚集数来表示，聚集数是染料胶束或胶团中染料分子（离子）的数目。

② 测定方法－ 扩散、电导或吸收光谱等。

影响染料聚集的因素
① 染料结构－ 分子量、分子结构、分子同平面性；水溶性基团的数量与分布、分子空间位阻。

② 染液浓度－ C 染↑，聚集倾向↑；
③ 温度－ T ↑，聚集倾向↓（聚集为一放热反应）；非离子染料…
④ 中性电解质及其它助剂－ …；
⑤ 染色助剂－ 尿素等助剂削弱染料分子间作用力，使聚集倾向↓；表面活性剂…
⑥ pH －
3.增溶剂的作用原理
常用的助溶剂有尿素及表面活性剂等。

它们能与染料分子形成氢键等，使染料分子之间的作用力减弱，而容易溶解。

聚氧乙烯非离子表面活性剂通过分子结构中的亲水部分和水分子形成氢键，从而获得水溶性。

疏水部分则引起它们自身分子间的聚集，在水溶液里存在着聚集和解聚的平衡。

4.直接染料的固色
湿牢度差的原因：染料的水溶性、缺少染料与纤维间的化学结合。

改善途径－ 染后降低水溶性；染料或纤维改性、交链染料成膜等。

固色机理1 封闭染料的水溶性基团；2 与染料形成低水溶性的金属离子络合物；
3 在纤维表面形成立体网状的聚合物薄膜封闭染料；
4 与纤维和染料发生交联，形成多元化交联网状体系。

固色剂分类：直接铜盐染料；阳离子固色剂（ 阳离子表面活性剂、 非表面活性剂型的阳离子固色剂、 阳离子合成树脂、 反应型固色剂）
5.还原染料隐色体还原能力的高低
① 环上含吸电子基，则易被还原，如靛系（硫靛、四溴靛蓝）及黄蒽酮还原染料的隐色体电位绝对值较小；
②染料分子中苯环结构较多的难还原；
③苯环上含供电子基，难还原，如多苯核稠环蒽酮（芘蒽酮等）和氨基蒽酮类染料的隐色体电位绝对值较高。

还原染料隐色体电位为负值，值越大，即绝对值越大，越难被还原，氧化态稳定；值越大，即绝对值越小，越易被还原，还原态稳定。

6.暂溶性染料（还原染料硫酸酯化制得）的染色过程；用什么来表达？染—纤作用力：氢键、范力
溶解性：可溶，分子中硫酸酯钠（K）盐比例决定其大小。

直接性：对纤维素而言，亲和力小，远不及其本体染料。

原因：隐色体羰基转成硫酸酯基后使共轭效应和生成氢键能力减弱、水溶性改善。

水解氧化性①稀碱液中稳定：利用这一性质，轧槽中加碱；②加热一般不发生明显水解，Indigsol聚集小，扩散快，一般低温染色并加盐促染；③对酸不稳定，易水解为隐色酸；贮放注意防潮，防止酸性气体造成水解。

④氧化剂（酸性条件下）可以使Indigsol变成不溶性还原染料。

染料在碱性条件下，对氧化剂稳定；在酸性条件下，对氧化剂不稳定。

氧化显色剂：NaNO2+H2SO4
氧化机理：⑤空气中，隐色酸酯水解→隐色酸→隐色酸和空气中氧接触，发生氧化，并且氧化过程中还产生HO 游离基，一旦HO产生，V氧↑不再受水解速度限制。

在光的作用下，空气对染料的氧化性更强！
7.活性染料的水解（成键水解、固色率与水解的关系）（同简答8）
8.1:1,1:2金属络合染料
在较低pH值时易于形成1:1型的络合物，而在较高pH值时易形成1:2或1:3型的络合物。

1:1络合：配价键结合，另外染料与羊毛之间还有离子键、范德华力和氢键等的结合。

1:2络合：离子键、范德华力和氢键等的结合；染料体积显著增加，溶解度显著降低，较难从纤维中扩散出来，所以湿处理牢度也很好。

1：1型含媒染料：类似于强酸浴染色的酸性染料…
1：2型含媒染料（中性染料）：类似于弱酸浴和中性浴染色的酸性染料…
9.分散染料高温高压染色的控温
T始：40-50℃；在80℃前可快速升温。

80-120℃（尤其90-110℃），注意升温速度，应较慢；
102-110℃是易产生聚集温度区，染料颗粒吸着在纤维上易产生色点最不易均化；
125-130℃，染20-60min，匀染，提高上染率；
降温工艺：…！70-80℃，进行还原清洗。

单选
1.吸附模型
能斯特吸附：吸附特点－分配型吸附；
a 视染料为溶质，纤维为溶剂；假设活度系数为1；
b 染色时，染料受纤维内染料可及度的制约；
c 适用于“染料以溶解的方式上染纤维”染色系统。

朗格缪尔吸附：吸附特点－单分子层定位吸附
a. 吸附发生在固定染座上；
b. 单分子层吸附，吸附后互不干扰；
c. 染座占满不再吸附，此时[D]f称为[S]f。

a. 染料-纤维以静电引力上染，以离子键结合的染色体系适用，有明显的[S]f值；
b. 适用于强酸性浴酸性染料上染羊毛、阳离子染料上染聚丙烯腈纤维。

佛洛德里希吸附：吸附特点－无定位的多分子层吸附
a、非定位系统吸附，染料－纤维作用力以范力、氢键为主的染色体系；染液中有电解质存在的情况。

b、适用于直接染料或还原染料隐色体上染纤维素纤维；活性染料上染纤维素纤维但未形成共价键吸附。

3.冰染料（色酚、色基对颜色的决定性）
4.Fick扩散定律（稳态与非稳态扩散的关系）
5.羊毛在不同pH条件下的结合方式
pH﹤PI：染料阴离子与纤维呈盐式键结合；加酸促染，加中性电解质缓染。

pH﹥PI：染-纤主要以次价键（氢键、范力）结合；加酸促染，加中性电解质促染。

pH≈PI：两性纤维在pH值等于或略大于等电点时染料与纤维之间存在的离子键结合方式。

6.1:1,1:2金属络合染料的主要工艺条件（同填空8）
7.活性染料用碱率与其活性的关系
固色pH 10～11；
活性基反应性的不同，碱剂也应不同。

常用碱剂的碱性强弱及pH值（10g/L溶液，25℃）为：
碱性：烧碱＞磷酸三钠＞水玻璃！＞纯碱＞小苏打
pH值：12 11.4 10.4 10.3 8.4
a 磷酸盐、水玻璃和纯碱缓冲能力较强，染液pH稳定；
b 碱的强弱与染料反应性的关系…；
c 小苏打有助于染料对纤维的扩散，可考虑用于高活性的活性染料；
d 碱的强弱与系统循环问题（防局部效应不均）。

附：活性染料固色代用碱
活性染料固色代用碱，具有良好的pH缓冲效果；
可以1/10的量取代传统的碳酸钠；
提供可控的同步上染和固着。