染色基本原理

第二章 染色基本原理第一节 概述一、何谓染色？染色是指染料舍染液而转移到纤维上，并在纤维上形成均匀、坚牢、鲜艳色泽的加工过程。

举例说明：二.衡量染色品质量的指标染料与纤维发生物理化学或化学结合用化学方法使染料在纤维上生成沉淀着色机理染料溶液第二节 染料在溶液中的存在形式一、染料的电离 阴离子染料DM D －(染料母体)＋M ＋（伴随的阳离子） 阳离子染料DX D ＋（染料母体）+ X －（伴随的阴离子） 非离子染料染料在水中不电离的称为非离子染料，如分散染料。

二、染料的溶解染料的溶解性与染料的分子结构、温度、所加助剂有关。

（1）染料结构及所含水溶性基团的数目染料分子量小、结构简单、亲水性基团含量高的溶解性好。

（2）染液的温度温度高有利于染料的溶解。

（3）与染液中所加助剂有关尿素及表面活性剂 溶解度增加 中性电解质 溶解度降低用量多时，染料发生沉淀（4）与染液的pH 值有关色泽均匀性染料在纤维上均匀分布的程度色泽坚牢度染料在纤维上固着力和稳定性的大小色泽中染料光谱色含量的大小 又称匀染性即染色牢度饱和度，纯度例如：冰染料在酸性条件下易溶解，还原染料在碱性条件下易溶解等。

三、染料的聚集1.染料在溶液中的三种形态●离子型染料可以有三种不同形态的存在形式：（1）染料完全离解成正或负离子，如D＋或D－；（2）染料离子聚集成离子胶束，如(nD)n－或(nD)n＋；（3）染料分子聚集成胶核，然后再吸附一部分染料离子形成胶粒，在胶粒外再吸附电荷相反的离子形成胶团，如[m(DA)·nD] n－或[m(DM)·nD] n＋。

以D－为例，三种形式呈下列关系。

•非离子型染料三种不同存在形式：2.影响聚集的因素：（1）染料分子结构分子结构较大，分子成线形结构的，染料在溶液中的聚集倾向较大，聚集度较高。

（2）染色温度提高染色温度，染料聚集度降低。

（3）染料的浓度一般浓度大的聚集度高。

（4）所加助剂与电解质►加入过量食盐，染料聚集度增高，甚至还会发生沉淀。

►加入尿素，减少染料的聚集。

因为尿素能和染料分子上的某些基团发生氢键结合，也能和水分子发生氢键结合。

►加入平平加0会促进染料聚集。

因为平平加0能促使染料围绕着它聚集起来，从而减缓染料的上染，起到缓染作用。

四、染料的分散1.定义染料以晶体态的形式均匀的分布在水中，称染料的分散。

该体系称为染料的分散液或悬浮液。

2.影响分散液稳定性的因素： （1）染料颗粒颗粒越小，溶液越稳定。

一般要求染料直径在2um 以下，过大的颗粒易发生沉淀。

（2）表面活性剂阴离子型表面活性剂使悬浮液稳定。

其原因如下：其疏水部分被染料颗粒所吸附，亲水部分朝向水，染料颗粒表面的表面活性剂的相斥作用，使颗粒之间不易相互碰撞，处于较稳定的状态。

（3）温度温度升高，悬浮液稳定性降低。

（4）保护胶体保护胶体有利于染料悬浮液的稳定。

（5）中性电解质中性电解质使染料悬浮液的稳定性降低。

（6）搅拌条件原因温度升高 ，颗粒运动加剧，染料碰撞机会增加染料表面的活性剂脱离，染料颗粒容易相互结合在一起悬浮液放置一段时间，由于颗粒的沉降，会产生上下的浓度差异，使用时一定要搅拌，但不能搅拌太剧，否则会影响悬浮液的稳定性。

第三节 纤维在染液中的状态一、纤维的吸湿膨胀1.原因：2.影响吸湿膨胀的因素（1）纤维的化学结构和物理结构亲水性基团较多且强，无定形区比例高，则吸湿溶胀性好。

（2）溶液的pH 值如在碱性溶液中，纤维素纤维的膨胀增加。

（3）助剂的使用表面活性剂可降低纤维表面张力，使纤维吸湿膨胀性增加。

（4）温度：温度升高，分子运动加剧，纤维膨胀增大。

二、纤维在染液中的电现象及其对染色的影响 （一）纤维在染液中的带电现象★ 一般在中性或碱性条件下，所有纤维均带负电荷。

★对于既带有酸性基又带有碱性基的两性纤维，所带电荷与染液pH 值有关。

纤维结构结晶区无定形区孔隙少，吸湿小带负电原因纤维分子中的—COOH 、—SO 3H 或氧化而产生的—COOH 在染液中电离；纤维吸附染液中带负电的粒子，如OH －；纤维的介电常数小于染液的，介电常数小的带负电（二）界面动电现象和动电层电位1.溶液中的带电粒子及受力情况2.双电层现象图3－1 纤维/染液附近的带电离子分布pH 值高于等电点纤维带负电。

pH 值低于等电点纤维带正电。

pH 值等于等电点纤维呈电中性。

反离子在纤维表面吸附层扩散层贴近纤维表面的反离子，随纤维而移动，形成吸附层。

搅拌作用时，它们会与纤维产生相对位移，这就是扩散层。

纤维外部相反离子的吸附形成两个层的现象称为双电层现象。

3.界面动电现象和动电层电位 （1）界面动电现象吸附层和扩散层之间的相对运动现象称为界面动电现象。

（2）动电层电位吸附层表面与扩散层界面的电位与溶液内部的电位差称为动电层电位，或称ε电位。

图3－2 双电层和动电层电位（三）纤维的电现象对染料上染的影响染料与纤维之间的作用力分子间力静电力6次方成反比与距离的2次方成反比斥力染料与纤维作用静电力起主要作用染料上染困难作业：1．何谓染色？衡量染品质量有哪些指标？2、染料在溶液中有哪几种存在形式？影响聚集的因素有哪些？浙江纺织服装职业技术学院教案浙江纺织服装职业技术学院（课堂教学环节设计表）第四节染色的基本过程各类纤维有其各自的染色特点，各类染料又有不同的染色方法，但他们都有一个共性：都存在一个上染过程。

一、上染的概念●何谓上染？就是染料舍染液（或介质）向纤维转移，并将纤维染透的过程。

●上染过程：（1）染料由染浴向纤维表面扩散（水溶液中的扩散）（2）染料被纤维表面吸附。

（3）染料由纤维表面向纤维内部的扩散（固体中的扩散）。

上染过程包括吸附和扩散两个过程。

二、染色过程►染色过程是指染料上染纤维并与纤维结合的过程。

►染色过程与上染过程的关系染色过程包括上染过程。

有三种情况：（1）染料上染纤维后，染色完成。

（2）染料上染纤维后，要经过一定的化学处理，才能完成染色。

（3）染料上染到纤维上后，要经过固色处理，染色完成。

（一）吸附1.何谓吸附？染料舍染液而向纤维表面转移的过程称为吸附。

2.何谓解吸？纤维表面的染料重新扩散到溶液中的过程。

3.吸附是一可逆平衡过程（1）可逆过程吸附染液中的染料纤维表面的染料解吸4. 染料吸附的原因染料吸附的原因是染料对纤维的直接性。

（1）直接性定义：染料舍染浴而上染纤维的性能，或纤维选择地从染液中吸附染料的性能。

（2）直接性的来源是染料与纤维之间的作用力。

（3）直接性大小的衡量用平衡上染百分率来表示。

►上染百分率：是指染色至某一时间时，上染到纤维上的染料量占投入到染液中的染料总量的百分数。

数学表达式：A t ＝ ×100% ＝ ×100%式中：A t ：染色上染百分率D ft ：染色至某一时间时纤维上的染料量 D st ：染色至某一时间时残留在染液中的染料量 D T ： 染色时投入染液中的染料总量►平衡上染百分率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。

V 吸附 ＝ V 解吸，染色达到平衡染色初期，V 吸附 > V 解吸平衡上染百分率越高直接性越高 平衡上染百分率越低直接性越低（2）平衡过程T D D ft stft ftD D D ＋数学表达式：A ∞ ＝ ×100% ＝ ×100%式中：A t ：染色平衡时上染百分率 D f ∞：染色平衡时纤维上的染料量 D s ∞：染色平衡时残留在染液中的染料量 D T ： 染色时投入染液中的染料总量►影响上染百分率的因素 ①与染料和纤维的性能有关。

②与染色温度有关：染料分子质量小的，在规定时间能达到上染平衡，温度升高，A t 下降。

相反，则A t 上升。

③浴比：浴比越大， A t 下降。

④染料浓度当C 染料达一定值时， C 染料升高 ，A t 下降。

⑤助剂的种类（4）影响直接性的因素直接性表示染料在一定条件下的上染性能，受到温度、压力、电解质、浴比、染液的PH 值、表面活性剂、染色浓度以及染色时间等多种因素的影响。

① 浴比↑ ，直接性↓。

② 温度↑，直接性↓。

平衡条件下温度越高，得色越浅。

③ 电解质不同时，直接性有高有低，是不定的。

5.影响吸附速率的因素 （1）与染料的直接性有关。

（2）染色温度缓染剂A t 下降促染剂 T D D∞f ∞∞∞s f f D D D ＋A t 上升（3）染液pH 值 （4）添加的助剂 6. 吸附等温线 （1）何谓吸附等温线吸附等温线是指在恒定温度条件下，染色达到平衡时，染料在纤维上的浓度[D]f 与染料在溶液中的浓度[D]S 之间的分配关系曲线。

（2）等温线类型： 分配型吸附等温线弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线 朗格缪尔(Langmuir)型吸附等温►分配型吸附等温线：又称能斯忒型（Nernst ）或亨利(Henry)型吸附等温线。

吸附公式： 式中：[D]f ——染色平衡时，纤维上的染料浓度(mol ／kg)； [D]S ——染色平衡时，染液中的染料浓度(mol ／L)； K —— 比例常数，或称分配系数。

以[D]f 为纵坐标，以[D]S 为横坐标作图，可得到一斜率为K 的直线，见下图：分配型等温线吸附性质：染料的上染可看成是染料在纤维中的溶解，上染机理又称固溶体机理。

应用：非离子型染料以氢键、范氏力被纤维吸附与固着符合这种等温线。

如：分KD D Sf [D]f[D]s散染料染涤纶。

►弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线： 公式：[D]f ＝K[D]s n 式中： K ——常数；n ——常数，且0<n<1。

取对数，得：1g[D]f ＝ nlg[D]s ＋ lgK将Lg[D]f 为纵坐标，Lg[D]s 为横坐标作图，可得下图：弗莱因德利胥吸附等温线（对数形式）吸附性质：属于多分子层物理吸附，该上染机理又称多分子层吸附机理。

应用：离子型染料以氢键、范氏力被纤维吸附固着，且染液中有其它电解质存在时符合此等温线。

如：直接染料染棉。

►朗格缪尔(Langmuir)型吸附等温线： 吸附公式：假定在纤维上有一定数量的吸附染料位置，这些位置称为染座。

当达到染色平衡时，染料的吸附速率和解吸速率可以表示为：染料的吸附速率：)][]([][][1f f S f D S D K dtD d -=染料的解吸速率：f fD K dtD d ][][2=-式中：[S]f——表示染料对纤维的饱和值；K1、K2——分别表示吸附、解吸速率常数；t ——表示时间。

当染色达到平衡时，吸附速率与解吸速率相等。

即：Kl [D]s([S]f一[D]f)＝K2[D]f令K1／K2＝K，则SfSf DKSDKD][1][][][+=：讨论：[D]S 很小时，K[D]S«1，[D]f与[D]S呈直线关系。