第02章 染色基本理论

了解初染率的高低；③ 平衡上染百分率。
由升温上染速率曲线可知：① 染料上染的起始
温度TD；② 染料快速上染纤维的区域；③ 染料的 平衡上染百分率。
相对升温上染速率曲线是
由平衡上染百分率去除升温上 染速率曲线各点所得曲线。从 中可知：① 起染温度TD；② 快速上染曲线；③ 了解染料 之间的匹色性能。
搅拌对染料向纤维内部的扩散也有影响。
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二、上染速率曲线及吸附等温线
✓上染速率通常以纤维上染料浓度对时间的变化率来
表示，或以达到一定上染百分率所需的时间来表示。
✓ 上染百分率表示吸附在纤维上的染料量占投入染料 总量的百分率，简称上染率。
✓ 在恒温条件下进行染色，以纤维上染料浓度([D]f)或 上染率(%)为纵坐标，染色时间(t)为横坐标作图，所
在恒定温度下，将染色达到平衡时，纤维上的
染料浓度[D]f(以单位质量克或千克纤维上的染 料摩尔数或质量表示)对染液中的染料浓度[D]s
(以每升溶液中的摩尔数表示)作图，可得到吸附等
温线。这是研究染色热力学的基础。它表示达到
染色平衡后染料在纤维上和染液间的分配关系，表
示染料在一定温度下对纤维的上染能力。
的扩散系数。
它也是一数学概念,且随染料的扩散速率而变化。
染液里的浓度梯度(由染液本体指向纤维表面)绝大
部分(99%)发生在这一扩散边界层里。
扩散边界层厚度约为动力边界层的1/10,为其部分。5
3、染料分子被纤维表面吸附
染料在扩散边界层中靠近纤维到一定距离后,染料分 子被纤维表面迅速吸附,并与纤维分子产生氢键、范 德华力(物理吸附)或库仑引力(化学吸附)等结合。
➢ 染料在纤维中的扩散是在固相介质中进行的，为最 慢的一个阶段，速率仅为溶液中的千(~百万)分之 一，在大多数情况下这个阶段决定上染的快慢。
➢ 扩散快慢与染料分子结构和形状紧密相关，但纤维 分子结构和物理结构对扩散快慢关系更为密切。
➢ 在大多数情况下，提高上染速率的关键在于如何加 快染料在纤维中的扩散。
不同染料上染不同纤维有不同的吸附等温线，而不 同吸附等温线又是由上染或吸附机理不同引起的。
[S]为染色饱和值，即在一定条件下，染色达到平
衡后，纤维上的染料浓度不再随染液中的染料浓度
增加而增加时的值。
来自百度文库
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三、染料上染的可逆过程
Ο 上染的各阶段都是可逆的。
V吸=[D]s,t×k吸；V解=[D]f,t×k解
染料分子在纤维表面的吸附非常快速,吸附强弱决定 于染料的分子结构及所带电荷,也与纤维分子结构和 表面形态紧密有关,还与染料的溶解性质、染料分子 在扩散边界层中的扩散速率、纤维界面所带电荷和 染液中的电解质、助剂及染色温度等因素有关。
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4、染料向纤维内部扩散并固着在纤维内部
➢ 染料吸附到纤维表面后，在纤维内、外形成染料浓 度差，因而向纤维内部扩散并固着在纤维内部。
1
h
5.2
vl U0
2
厚度δh；U0为本体流体的流速；v为动力 粘 度 v ＝ η/ρ(η 为 牛 顿 粘 度 ,ρ 为 密 度 ) ； l
为流经固体边界长度。
在流体中实际上无法直接观察到这层厚度，它只
是数学上的概念。染液流速的下降则绝大部分
(99%)发生在流体动力学边界层里。
动力边界层的厚度与纤维表面的染液流速有关，
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纤维吸湿溶胀性越差，纤维微结构越紧密，染料扩 散就越困难。
涤纶的亲水性很差，结构也很紧密，染料扩散很缓 慢，常需通过提高温度或加入适当助剂，如载体来 加速染料扩散。
一些不能进入纤维内部的助剂，对染料的扩散不会 直接发生影响，这些助剂只对染料在溶液中的状态 和纤维表面的吸附有影响，只能间接影响染料在纤 维中的扩散。
类似河中水流。
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2、染料通过纤维表面的扩散边界层向纤维表面 扩散
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(而不是液体的流动)
靠近纤维表面，该液层称为扩散边界层。
d
3
Ds v
1
3
vl U0
1
2
或d
0.6
Ds v
1
3
h
扩散边界层厚度δd
Ds为 染 料 在 染 液 中
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染液中染料浓度不同,纤维平衡吸附浓度也不同。
染色平衡时纤维上染料浓度称为平衡吸附量。
达到平衡，上染百分率不再增高。此时的上染百
分率称为平衡上染百分率(达到吸附平衡后的上
染百分率)，为一定条件下染色时可达到的最高上 染百分率。 染料对纤维的上染能力常用染色达到平衡后染料
在纤维上的浓度与在染液中的浓度之比，即分配 率来表示。
染色平衡时：V吸= V解
D f ,t
/ D s,t
k吸
/ k解
K
➢ [D] f ,t为染色时间t时纤维上的染料浓度； ➢ [D]s,t 为染色时间t时染液中的染料浓度；
第二章 染色基本理论
第一节 引言 第二节 染料的上染过程 第三节 染料在溶液中的状态 第四节 纤维在水溶液中的电化学性质 第五节 染色热力学基础 第六节 染色动力学基础
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第一节 引言
一、染色理论的研究内容
➢ 染色热力学即染料能否对纤维上染、上染可能
达到的程度(染色平衡)；
➢ 染色动力学即染料上染纤维快慢(上染速率)。
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纤维刚进入染液开始染色时的 上染速率。
➢ 半染时间是达到平衡吸附量一半所需要的时间，用
t1/2来表示，表示染色达到平衡的快慢。
➢ 染色温度越高，初染率越
高，上染速率越快，达到 平衡所需时间越少，但平
衡吸附量会降低，如B点
所示。实际染色时，为了
提高染色效率，节约时间，染色往往到达A点即结 束，显13然100℃染色会获得最高的上染百分率。
二、上染和染色
上染 染料舍染液(或其它介质)而向纤维转移并
将纤维染透的过程。与染色过程不尽相同。
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第二节 染料的上染过程
一、上染过程的几个阶段
图2-1 染料对纤维的上染过程示意图
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1、染料分子(或离子)随染液流动靠近纤维界面
动力边界层：一般认为染液流速从染液本体到
纤维表面流速降低的区域。——速度梯度
得曲线称为上染速率曲线(包括恒温上染速率曲线、
升温上染速率曲线和相对升温上染速率曲线),该曲线
为研究染色动力学的基础。
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由上染速率曲线可见：在上染初期纤维上染料浓
度增加得很快，随着上染时间延长，增加越来越慢， 最后纤维上的染料浓度不再随染液浓度而增加，即 达到了染色平衡。
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恒温上染速率曲线的作用：① 求半染时间；②