染色理论

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• 研究内容
第一节 引言
– 染色热力学（染色平衡） – 染色动力学（上染速率） • 具体包括染色工艺条件如染料浓度、浴比、温度、 具体包括染色工艺条件如染料浓度、浴比、温度、 pH值、电解质、染色助剂等对平衡上染程度及上 值 电解质、 染速率的影响。 染速率的影响。
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• 研究染色理论的目的和实际意义？举例说 明。
各阶段速率的影响因素？
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2 1 3 4
上染过程：扩散和吸附
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2.3染料上染的可逆过程 染料上染的可逆过程 • 吸附 解吸
吸附和解吸速率相等→ 吸附平衡→ 上染平衡
图 吸附/解吸速率变化ຫໍສະໝຸດ Baidu意图
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• 2.4上染速率曲线 上染速率曲线 • 上染速率：浓度对时间或上染百分率（At）对时间 上染速率：浓度对时间或上染百分率（
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化学位的概念： ③ 化学位的概念：
染料在染液上的化学位: 染料在染液上的化学位
温度、压力以及其他组分浓度都不变的条件下， 温度、压力以及其他组分浓度都不变的条件下，加入无 限小量的该组分染料（ 限小量的该组分染料（nis） 到染液中所引起染液自由焓 的变化( )： 的变化( )： 染料在纤维中的化学位: 染料在纤维中的化学位 ∴ 化学位是染料自由焓对转移染料摩尔浓度的变化率
• 分类
– 促染效应：加速染料上染（染料与纤维带有同号电荷） – 缓染效应：延缓染料上染（染料与纤维带有异号电荷）
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上次课内容复习
• • • • 染料的溶解和电离 影响染料溶解和聚集的因素 双电层现象 动电层电位
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第五节 染色热力学基础
5.1 化学位、亲和力和直接性 化学位、 5.2 吸附等温线及其意义 5.3 染色热 5.4 染色熵和水的结构变化 5.5 染料与纤维之间的作用力基础 5.6 上染过程中分子间力的作用
何影响？）
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2.5 吸附等温线
染色平衡包括的两方面： 染色平衡包括的两方面：
染液中染料浓度与纤维表面的染料浓度保 持平衡。 纤维表面与纤维内部染料浓度保持平衡。
表现在上染率曲线上？ 表现在上染率曲线上？
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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。
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• 什么是染色热力学： 什么是染色热力学： • 以热力学第一、第二定律为基础，研究染色达到 自由焓或化学位的变化情况。 平衡时的自由焓或化学位 自由焓或化学位 • 研究意义： 研究意义： • 判断上染、染料聚集等过程能否进行以及进行的 最大程度 • 也可判断某种纤维的可染性和某种染色方法的可 行性。
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4.3纤维的动电层电位与染色
A 染液中带电离子所受的力 • 纤维表面电荷的静电作用力
– 电性相反时，为引力 – 电性相同时，为斥力
• 自身运动和染色时搅拌的作用
– 使带电离子均匀分布 （与纤维无特殊引力的分子） 与纤维无特殊引力的分子）
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4.3纤维的动电层电位与染色
B 染料离子
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3.2 染料的聚集
– 电离后的单离子染料或溶解后的单分子染料又可能聚 集在一起，形成染料和聚集态， 集在一起，形成染料和聚集态，这一过程称为染料的 聚集(片状和球状 片状和球状） 聚集 片状和球状）。
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染料的聚集方式及反应
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• 3.3影响染料聚集的因素
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2.2 上染过程
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。 ●那么什么是上染呢？ 染色过程=上染过程？
大多数染料（直接、酸性、阳离子、分散） 还原、硫化 活性
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● 上染一般分4个阶段：
1.染料由染浴向纤维表面扩散（水溶液中的扩 散）——动力边界层 ——动力边界层 —— 2.染料通过纤维表面的扩散边界层向纤维表面扩散 —— 2. 扩散边界层 3.染料分子被纤维表面吸附（染料分子与纤维分子之间的 染料分子与纤维分子之间的 作用力） 作用力 4.染料由纤维表面向纤维内部的扩散（固体中的 扩散）。
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①亲和力的计算 染料在溶液中及在纤维上的化学位分别为： 染料在溶液中及在纤维上的化学位分别为： µs＝ µs＝µs0 + RTlnas ； µf＝µf0 + RTlnaf
式中： 式中： µs， 分别表示染料在溶液中和纤维上的化学位； µs，µf — 分别表示染料在溶液中和纤维上的化学位； 分别表示染料在溶液中和纤维上的标准 标准（ µs0 ，µf0—分别表示染料在溶液中和纤维上的标准（活度 系数等于1 化学位； 系数等于1时）化学位； 分别表示染料在溶液中和纤维上的活度。 as ，af —分别表示染料在溶液中和纤维上的活度。 初始染色时： 染色平衡时： 初始染色时： µs>µf 染色平衡时： µs=µf（V吸=V解） 则有： µs＝ 则有： µs＝µs0 + RTlnas＝µf＝µf0 + RTlnaf
移项得：-(µf0 - µs0)＝ -∆ µ0 = RT ln（af /as） 移项得 ＝ （
亲和力
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② 亲和力定义
差的负值； 表示。又称染色亲和力，标准亲和力； 差的负值；用-∆ µ0表示。又称染色亲和力，标准亲和力； 在标准状况下， 在标准状况下，纤维上的染料标准化学位和染液中染料标准化学位之
-∆ µ0 = RT ln（af /as）（影响因素） ）（影响因素 影响因素） （
③ 亲和力的意义： 亲和力的意义：
染料由从它在染液中的标准状态转移到它在纤维上的标准状态的 趋势和量度，上染的必要条件µ µs 亲和力↗ 上染趋势↗ 趋势和量度，上染的必要条件µf0 <µs0。亲和力↗，上染趋势↗ 。 亲和力具有严格的热力学概念，在指定纤维上， 亲和力具有严格的热力学概念，在指定纤维上，它是温度和压力的 函数，是染料的属性，不受其它条件的影响。 函数，是染料的属性，不受其它条件的影响。
第四节 纤维在水溶液中的电化学 性质
4.1纤维在水溶液中的电现象 4.2 ζ电位的影响因素 4.3 纤维的ζ电位 与染色
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概述
• 纤维投入染液后，形态、性质发生变化 • 对染色影响最大的是：
– 纤维在染液中的吸湿溶胀 – 纤维在染液中的电现象
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4.1纤维在水溶液中的电现象 纤维在水溶液中的电现象
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• 物质转移（相→相，状态 状态，） 状态，） 相 状态→状态，）——自由焓 自由焓
（化学位高→ 低） 化学位高
• 上染过程： 上染过程：
染料从染液中自动转移到纤维上，是由于染料在溶液 染料从染液中自动转移到纤维上， 中的自由焓（化学位） 在纤维上的自由焓（ 中的自由焓（化学位）高，在纤维上的自由焓（化学 染料从溶液上染纤维伴随着自由焓或化学位 位）低；染料从溶液上染纤维伴随着自由焓或化学位 的降低
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上染速率曲线的实际意义
①用几个染料拼色时，应当选择上染速率接近的染 料，以获得所需色泽。 如下图所示的A、B曲线， 虽然A>B，但半染时间相 同，因此适用于拼色。
（ 时间 min）
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② 可以确定平衡时的染色时间，避免无故的浪 费时间和能源，提高生产率和生产效益。 ③ 可通过上染速率曲线的变化，合理的控制升 温速率，以确保染色均匀。（温度对上染速率有
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5.1 化学位、亲和力和直接性 化学位、
a 化学位
不同过程化学位变化影响因素： ① 不同过程化学位变化影响因素： • 不发生化学变化或者相变化的物系——温度和 压力 • 发生化学变化或者相变化的物系——物质量 （摩尔数） • 上染过程——染料转移 上染过程 染料转移 ② 上染过程的自由焓←染料转移量→判断上染 判断上染 过程能否进行←偏摩尔自由焓（化学位µ） 过程能否进行 偏摩尔自由焓（化学位 ）
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概述
• 染料只有以单分子或单离子状态才能进入纤维 内部。 • 不同染料在水溶液中的存在状态？影响因素？
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3.1染料的溶解和电离
溶解的基本条件：含有极性基团
A 离子型染料 电离 → 染料母体带上电荷 – 阴离子型染料电离后，母体带上负电荷
D Na
– –
−
+
直接染料、活性染料、酸性染料、可溶性还原染料属于此类 D上的阴离子基团通常为磺酸基（—SO3-）、硫酸酯基（—OSO3）、羧基（ —COO- ）等
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4.1.2界面动电现象和动电层电位
A、双电层现象 B、动电层现象 C、动电层电位 D、动电层电位的值
（与热力学电位大小的比较？）
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4.2 ζ电位的影响因素 电位的影响因素
• A、与纤维种类有关（p35表2-1） 、与纤维种类有关（ 表 ） • B、与染液 有关（p36图2-10） 有关（ 、与染液pH有关 图 ） • C、与电解质种类及浓度有关（p37图2-11） 、与电解质种类及浓度有关（ 图 ）
a与纤维表面带相反电荷的染料离子 与纤维表面带相反电荷的染料离子 b与纤维表面带相同电荷的染料离子 与纤维表面带相同电荷的染料离子
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4.3纤维的动电层电位与染色
• C 盐效应作用原理（p38） 盐效应作用原理（ ） • 概念
– 盐效应是指在染色过程中加入中性电解质后对染料上 染（上染速率、上染百分率等）的影响
→ D
电离
−
+ Na
+
B 非离子型染料
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• 影响染料溶解度的因素
– 染料结构：离子型染料溶解度高，分子型染料溶解度低 染料结构：离子型染料溶解度高， – 相对分子质量大小：大，溶解度低 相对分子质量大小： – pH值：利于电离，则利于溶解 值 利于电离， – 温度：T提高，利于溶解 提高， 温度： 提高 – 加入助剂 • 尿素，使溶解度提高 尿素， • 表面活性剂 • 中性电解质，使溶解度降低 中性电解质，
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第二章 染色基本理论
第一节 引言 本章参考书： 本章参考书：染料的上染过程 第二节 1、染整工艺原理（三） 王菊生主编 第五六章 、染整工艺原理（ 第三节 纤维在溶液中的状态 2、染色理论概述（一~六）宋心远 印染 1984 、染色理论概述（ 六 第四节 纤维在水溶液中的电化学性质 第五节 染色动热力学基础 第六节 染色动力学基础
4.1.1纤维在染液中带电的原因
• 纤维与染液接触时，在纤维表面通常会带有一定量的电荷。 纤维与染液接触时，在纤维表面通常会带有一定量的电荷。 在中性或碱性条件下，纤维表面一般带负电荷。 在中性或碱性条件下，纤维表面一般带负电荷。
• 原因：
– 纤维中羧基、磺酸基等或纤维氧化生成的羧基发生电 纤维中羧基、 离 – 纤维在染液中吸附带负电的粒子，如OH纤维在染液中吸附带负电的粒子， – 两性纤维
表示染料对纤维的上染能力 染色热力学基础
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作业
• 上染过程的四个阶段 • 上染速率曲线 • 吸附等温线
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上次课内容复习
• • • • • 1、上染 2、上染的四个阶段 3、上染速率（曲线） 4、吸附等温线 5、实际染色过程的温度控制
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第三节 染料在溶液中的状态
3.1 染料的溶解和电离 3.2 染料的聚集 3.3 影响染料聚集的因素
化学位与染色: 越大， ④ 化学位与染色 µs越大，染料舍染液被纤维吸 附的倾向越大， 越大， 附的倾向越大，µf越大，染料舍纤维而发生解吸 如何测得化学位呢？ 如何测得化学位呢？ 的倾向越大。 的倾向越大。
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b、染色亲和力 、
上染过程中吸附和 解吸是同时存在的
染色时自由焓与纤维上染料摩尔数的变化关系
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• • • • • • • 合理选用染料及助剂 提高染料利用率 提高上染速率 改善匀染性 降低染色成本 减少废水的排放 --------
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第二节 染料的上染过程
2.1 何谓染色？ 染色是指染料舍染液而转移到纤维上并 与纤维之间发生物理化学、化学结合，或用 适当的化学处理方法，让染料在织物上形成 色淀，使整个纺织品获得指定色泽，且色泽 均匀而坚牢的加工过程。
• 上染率曲线 （浓度或上染百分率对时间的曲线） 浓度或上染百分率对时间的曲线） 染色平衡时纤维上的染料浓度
研究染色动力学的基础
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上染速率其他表示方法：
染色速率通常用半染时间(t 来表示。 染色速率通常用半染时间(tl/2)来表示。 它标志着染色走向平衡的速率。 越小， 它标志着染色走向平衡的速率。 tl/2越小， 表示染色走向平衡的时间越短，染色速度越快。 表示染色走向平衡的时间越短，染色速度越快。