纺织品染印原理XX第二章染色基本理论

•溶解或分散—上染—固着
n 染色本质上是染料和纤维在特定介质环境中的 的相互作用
l 介质中染料的状态
•染液 •纤维
l 介质中纤维的状态
l 介质环境的因素
Ø温度
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ØpH Ø助剂：盐、表面活性剂
纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染色基本理论
n 染料在水溶液中的状态 n 纤维在水溶液中的状态
理论
染料在纤维上的吸附
染料在纤维上的吸附模型
能斯特（Nersnt）型
➢亲和力计算公式： -Δµ°=RTln[D]f/[D]s
➢物理意义 属于分配型吸附等温线，完全符合分配定律，即溶质在
两种互不相溶的溶剂中的浓度之比为一常数。在染色平 衡情况下，染料在纤维上的浓度与在染液中的浓度之比 为一常数，纤维上的染料浓度与染液中的染料浓度成正 比关系，随着染液浓度的增高而增高，直到饱和为止。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
n 染料在纤维上的吸附模型
l 研究染色系统达到平衡时染料的分配情况
Ø随染液中的染料浓度增加，纤维上的染料浓度的增加 情况
l 类型：
Ø能斯特（Nersnt）型 Ø 弗莱因德利胥(Freundlich)型 Ø 朗谬尔(Langmuir) 型
纺织品染印原理-XX-第 二章染色基本理论
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2020/11/30
纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
第二章 染色基本理论
染料从染液向纤维转移的趋势和程度 染料上染纤维的速度及经历的过程
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料对纤维的上染过程
n 染料对纤维的上染过程
l 结果
Ø染料在溶液中发生片状或球状聚集
l 影响因素
Ø染料结构与浓度 Ø温度 Ø电解质 Ø助剂
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染色基本理论
n 染料在水溶液中的状态 n 纤维在水溶液中的状态
n 染料在纤维上的吸附 n 染料在纤维中的扩散
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
➢特点
✓非定位系统吸附,染-纤作用力以范氏力、氢键为主的染色体系;染 液中有电解质存在的情况 ✓直接、还原染料隐色体—纤维素纤维；活性染料在纤维素纤维上 的吸附上染属于此类
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
染料在纤维上的吸附状态
弗莱因德利胥(Freundlich)型
纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
n 染料对纤维上染的评价指标
l 上染速率
Ø纤维上染料浓度对时间的变化率。
l 上染速率曲线
Ø恒温条件下染色，以纤维上染料浓度或上染百分率 为纵坐标，以时间为横坐标做图，所得曲线为上染 速率曲线。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
平衡。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
染料上染纤维的原因/动力
上染平衡
➢染色初期，染液中染料浓度高，染料在染液中的化学位 最大，上染的倾向最大；随着纤维上染料浓度的不断增 加，染液中染料浓度的不断降低，染料在染液中的化学 位不断降低，染料在纤维中的化学位不断增加；最后染 料在纤维上和染液中的化学位相等时，染色达到平衡， 纤维上和染液中的染料浓度不再变化。
l 结果
Ø离子型染料溶解后形成水合离子，非离子型染料溶 解后形成水合分子。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
•离子基
•阴离子极性基
•磺酸基、羧基、硫酸酯基、 硫代硫酸酯基
•阳离子极性基
•季铵盐基
•非离子极性基
•羟基、氨基、酰胺基
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
Ø染料本身的结构
ü 含离子型极性基团的染料能溶于水
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Ø温度
ü 染料的溶解度一般随温度的升高而升高。
Ø电解质
ü 溶液中中性电解质的存在常使染料溶解度降低。
Ø助溶剂
ü 尿素 ü 表面活性剂
纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在水溶液中的状态
n 染料的聚集
l 原因
Ø染料分子间的疏水部分的氢键和范德华力作用
染料在纤维上的吸附
评价指标——亲和力
染色过程中，染液中染料浓度不断降低，纤维上染 料浓度不断增加；染料在溶液中的化学位不断降低， 而在纤维上的化学位不断增加，到二者相等时，达到 染色平衡。
μf=μf°+ RTlnaf; μs=μs°+ RTlnas 初始染色μs＞μf;
平衡时μs = μf 则有: μf°+ RTlnaf = μs°+ RTlnas 移项得：
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
n 染料在纤维上的吸附模型
l 吸附等温线
Ø在恒定温度下，上染达到平衡时，纤维上的染料浓度 和染液中的染料浓度的关系曲线。
l 意义：
Ø表示染色系统达到平衡时染料的分配情况，由此可判 别染料对纤维的上染能力和分配特征，并可推测染料纤维结合情况。
➢亲和力是染料从溶液向纤维转移的趋势和量度。 ➢亲和力代表纤维对染料的吸附能力
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➢亲和力对特定纤维而言是染料的属性，是温度和压力的 函数，不受其他条件（如浓度因素）影响。
纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
评价指标——亲和力
直接性(Substantivity)
➢染料离开染液上染纤维的性能 ➢一般用染色平衡时染料上染纤维的百分率大小表示 ➢直接性与染色工艺有关，亲和力对特定纤维而言是染料 的属性。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
染料在纤维上的吸附状态
弗莱因德利胥(Freundlich)型
➢吸附等温线特征：
纤维上染料度[D]f随染液中染料浓度[D]s增加而不断增加， 但增加速率越来越慢；无明显吸附饱和值
➢数学表达式：
经验式：[D]f=K[D]ns（0<n<1） 对数形式： lg[D]f=lgK+nlg[D]s
纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
纤维在水溶液中的状态
纤维的溶胀
纺织纤维都是由线型大分子组成的。大分子排列整齐，定 向度高的部分，形成结晶区。大分子排列不整齐，定向度较 低的部分称为无定形区。在无定形区分子排列较松弛，有无 数空隙分布其中。 纤维分子中含有极性基团(亲水基团)，当纤维与水或水蒸 气接触时，纤维就吸收水分，使纤维发生润湿和溶胀。
n 染料上染纤维要通过一定的染色介质来完 成，染料在介质中的存在状态直接影响染 色的速度和程度。
n 纤维中的微隙很小，只有单分子或离子状 态的染料才能顺利进入纤维内部。染料分 子的尺寸与其在纤维上的可及度有很大关 系。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在水溶液中的状态
n 染料在水溶液中的存在状态
染料在水溶液中的状态
n 染料的溶解
l 染料的电离
Ø离子基一般都是强的电离基，习惯上称之为水溶性 基团，其中以磺酸基应用最广。
Ø染料的水溶性基团在水中发生电离，生成染料阴离 子和金属阳离子。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在水溶液中的状态
n 染料的溶解
l 染料溶解的影响因素
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-Δµ°= -(μf°-μs°)=RTln纺织(a品f染/a印s原)理XX第二章染色基本
理论
染料在纤维上的吸附
评价指标——亲和力
亲和力（Affinity ）
➢亲和力是纤维上染料标准化学位与染液中染料标准化学 位差值的负值，即染液中染料标准化学位与纤维上染料标 准化学位差值。
-Δµ°= -(μf°-μs°)=RTln(af/as)
l 平衡吸附量
Ø染色平衡时纤维上染料浓度。
l 平衡上染百分率
Ø染色平衡时纤维上染料量占投入染料总量的百分率。 Ø表示一定条件下染色时所能达到的最高上染百分率
l 上染百分率
Ø纤维上染料量占投入染料总量的百分率。
l 半染时间
Ø纤维上染料浓度到平衡吸附量一半所需要的时间 Ø表示染色达到平衡的快慢
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➢不含离子基团或极性基的染料：还原染料、硫化染 料 ➢含非离子极性基的染料：分散染料
•染料晶体 溶解的染料 分散于胶束中的染料
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在水溶液中的状态
n 染料的溶解
l 原因
Ø染料溶于水是由于染料受到极性水分子的作用，使 得染料分子间作用力减弱或拆散。
纤维在水溶液中的状态
纤维在水溶液中的双电层
纤维在水溶液中会获得负电荷 ➢纤维分子中基团的电离 ➢纤维选择吸收溶液中的氢氧根离子 ➢纤维定向吸收水分子
纤维表面的双电层结构 ➢纤维表面所吸附正离子在纤维周围的分布
✓吸附层：被纤维强烈吸引，纤维与液相相对运动时，不随液相 运动 ✓扩散层：受纤维的引力较小，易随液相运动
➢亲和力计算公式：
➢物理意义
属于物理吸附，即非定位吸附，纤维上染料浓度随染液 中染料浓度增加而不断增加，但增加速率越来越慢，没 有明显的极限。染料吸附在纤维上是以扩散吸附层存在。
Ø以染料吸附等温线为依据，对纤维上染料状态做一定 假设以解决活度处理问题，从而进行亲和力计算。
l 类型：
Ø能斯特（Nersnt）型
Ø 弗莱因德利胥(Freundlich)型
Ø 朗谬尔(Langmuir) 型
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
染料在纤维上的吸附模型
能斯特（Nersnt）型
➢吸附等温线特征： 纤维上染料浓度和染液中染料浓度呈直线关系
➢数学表达式： [D]f =K[D]s （K:亨利分配系数) 单位：[D]f :mol/kg纤维 [D]s :mol/l
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➢特点
✓视染料为溶质,纤维为溶剂,并假设活度系数为1； ✓染色时纤维上染料量随[D]s增加而增加,其上染量受纤维可及度 制约； ✓适用于分散染料染涤、锦、醋酯纤维纺织染品色染印系原理统XX。第二章染色基本
l 溶于水
与水形成水合离子或水合分子，形成染料水溶液。 Ø直接染料 Ø活性染料 Ø酸性染料 Ø阳离子染料 Ø还原染料隐色体 Ø硫化染料隐色体
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在水溶液中的状态
染料在水溶液中的存在状态
不溶于水
不溶于水，以颗粒状态分散在水中，形成染料的水分 散液，即悬浮液。
染料在纤维上的吸附
染料上染纤维的原因/动力
染料在染液中的化学位（μs）和纤维上的化学位 （ μf ） ：
比较染料在染液和纤维上的化学位，可以判断染料 是否可以有染液向纤维上转移（方向）及转移量的多 少（程度） 。
染料在溶液中的化学位高，而在纤维上的化学位低，
所以染料可以自动地从溶液转移到纤维上，直至上染
n 染料在纤维上的吸附 n 染料在纤维中的扩散
n 上染过程的几个阶段
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染色基本理论
n 染料在水溶液中的状态 n 纤维在水溶液中的状态
n 染料在纤维上的吸附 n 染料在纤维中的扩散
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在水溶液中的状态
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染色基本理论
n 染料在水溶液中的状态 n 纤维在水溶液中的状态
n 染料在纤维上Hale Waihona Puke Baidu吸附 n 染料在纤维中的扩散
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
n 动力/原因
n 评价指标
n 吸附模型
n 影响因素
n 应用
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➢上染过程是可逆的，从染料个体来看，吸附与解吸是同时存在的。 染色达到平衡时，吸附与解吸的速率相等，达到一种动态的平衡。
➢由化学位因素引起的染料从染液向纤维转移的过程，是大量染料分 子运动的结果，是宏观的，统计数据。
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
n 染料对纤维上染的评价指标
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
纤维在水溶液中的状态
Zeta电位（ξ电位）
概念
➢吸附层和扩散层相对运动而产生的电位差
影响因素
➢纤维的种类 ➢溶液pH ➢溶液中电解质
ξ电位与染色
➢染料与纤维间的作用力：静电引力，分子间力，氢键 ➢染料离子被纤维吸附过程中作用力的变化情况
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纺织品染印原理XX第二章染色基本 理论
染料在纤维上的吸附
染料上染纤维的原因/动力
物质由一种相或一种状态转移到另外一种相或一 种状态时，必然伴随着化学位的变化。
一个过程可以自动地由高化学位的状态向低化学 位的状态转移。两种状态的化学位差值越大，转移 的倾向越大。
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