染色基本原理

染色基本原理第一頁，共八十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)染色的概念染色的概念上染過程的幾個階段第二頁，共八十二頁，2022年，8月28日染色的概念染色是指染料從染液中自動地轉(zhuǎn)移到纖維上，并在纖維上形成均勻、堅牢、鮮艷色澤的過程。主要指標(biāo)染色色澤的均勻性染色牢度鮮艷度第三頁，共八十二頁，2022年，8月28日染色均勻性的概念即：色澤均勻性指染料在纖維上的分布的均勻程度染料在纖維上分布越均勻，染色均勻性越好否則，將會出現(xiàn)色差或色花第四頁，共八十二頁，2022年，8月28日染色色牢度的概念即：色澤堅牢度指染料在纖維上固著力和穩(wěn)定性的大小染料在纖維上固著力和穩(wěn)定性越大，染色色牢度越高否則，將會出現(xiàn)褪色或變色第五頁，共八十二頁，2022年，8月28日色澤鮮艷度的概念即：色澤的飽合度或純度指色澤中染料光譜色含量的大小色澤中染料光譜色含量越大，色澤越鮮艷否則，色澤萎暗第六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)染料在染液中存在的基本形式染料的電離染料的溶解染料的分散染料的聚集第七頁，共八十二頁，2022年，8月28日概述染色是以水為介質(zhì)的染液中進行的，所以染色前必須先將染料配制成染液。配制染液的過程較為復(fù)雜，不同結(jié)構(gòu)的染料發(fā)生不同的變化，包括：染料的電離染料的溶解染料的分散染料的聚集第八頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、染料的電離離子型染料在水溶液中會發(fā)生電離，從而使染料母體帶上電荷陰離子型染料電離后，母體帶上負電荷直接染料、活性染料、酸性染料、可溶性還原染料屬于此類D上的陰離子基團通常為磺酸基（—SO3-）、硫酸酯基（—OSO3-）、羧基（—COO-）等第九頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、染料的電離陽離子型染料電離后，母體帶上正電荷陽離子染料屬于此類D上的陽離子基團通常為季銨離子（—N+HR1R2）X一般為氯離子（Cl-）第十頁，共八十二頁，2022年，8月28日二、染料的溶解概念當(dāng)染料投入水中，染料晶體結(jié)構(gòu)因受水分子的極性作用而遭到破壞，染料能以單分子態(tài)與水化合而均勻地分布在水中，稱為染料的溶解。該體系稱為染料溶液。一般是澄清、透明的體系。染料的溶解度一般用每升水中所溶解染料的克數(shù)表示（g/L）。第十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日二、染料的溶解影響染料溶解度的因素染料結(jié)構(gòu)：離子型染料溶解度高，分子型染料溶解度低相對分子質(zhì)量大小：大，溶解度低PH值：利于電離，則利于溶解溫度：T提高，利于溶解加入助劑尿素、表面活性劑等助溶劑，使溶解度提高中性電解質(zhì)，使溶解度降低第十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日三、染料的分散概念當(dāng)染料投入水中，染料晶體結(jié)構(gòu)不能受水分子的極性作用而遭到破壞，染料只能以晶體態(tài)的形式均勻地分布在水中，稱為染料的分散。該體系稱為染料分散液或染料懸浮液。一般是混濁、不透明的體系。染料的分散必須在分散劑的作用下才能進行，否則會因染料的重力而產(chǎn)生染料的沉降，使體系分層。第十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日三、染料的分散影響分散液（懸浮液）穩(wěn)定性因素粒子細化：<2μm越小，越穩(wěn)定分散劑的性質(zhì)及用量：分散作用強，用量大，穩(wěn)定分散液的溫度：低，穩(wěn)定要及時配制第十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日四、染料的聚集概念電離后的單離子染料或溶解后的單分子染料又可能聚集在一起，形成染料和聚集態(tài)，這一過程稱為染料的聚集。染料的聚集是染料溶解的逆過程。分子型染料nDDn陰離子型染料nD-Dnn-陽離子型染料nD+Dnn+第十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日四、染料的聚集影響聚集的因素凡是不利于染料溶解的就利于染料的聚集控制染料的聚集對染料上染極為重要第十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)纖維在染液中的狀態(tài)一、纖維的吸濕和溶脹二、纖維在染液中的電現(xiàn)象及其對染色的影響第十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日概述纖維投入染液后，形態(tài)、性質(zhì)發(fā)生變化對染色影響最大的是纖維在染液中的吸濕溶脹纖維在染液中的電現(xiàn)象第十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、纖維的吸濕和溶脹特點:發(fā)生在無定形區(qū)溶脹異向性各種纖維結(jié)構(gòu)不同，吸濕溶脹性不同吸濕性好，溶脹大，孔隙大，利于染色染色前通常對纖維進行溫水浸漬或汽蒸處理第十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、纖維的吸濕和溶脹發(fā)生在無定形區(qū)第二十頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、纖維的吸濕和溶脹溶脹異向性第二十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日常用纖維在水中的吸濕膨脹率纖維橫向溶脹（％）縱向溶脹（％）直徑面積棉20~2340~421.1麻20~21400.37粘膠纖維3565~672.7~7羊毛14.825~261.2~2蠶絲16.3~18.7191.3~1.6錦綸1.9~2.61.6~3.22.7~6.9第二十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、纖維的吸濕和溶脹纖維結(jié)構(gòu)不同，吸濕溶脹性不同第二十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日常用紡織纖維的回潮率纖維回潮率(%)20℃,65%RH20℃,95%RH棉7.524~27麻7~1023~31羊毛1622蠶絲9~1036~39粘膠纖維12~1425~30滌綸0.4~0.50.6~0.7腈綸1.2~2.01.5~3.0錦綸3.5~58~9維綸4.5~510~12第二十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日二、纖維在水溶液中的電現(xiàn)象（一）纖維在染液中帶電的原因纖維與染液接觸時，在纖維表面通常會帶有一定量的電荷。在中性或堿性條件下，纖維表面一般帶負電荷。原因：纖維中羧基、磺酸基等或纖維氧化生成的羧基發(fā)生電離纖維在染液中吸附帶負電的粒子，如OH-纖維的介電常數(shù)<染液的介電常數(shù)第二十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）纖維在染液中帶電的原因兩性纖維所帶電荷與當(dāng)液PH值有關(guān)PH>等電點，纖維帶負電荷PH<等電點，纖維帶正電荷PH=等電點，纖維呈電中性第二十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）界面動電現(xiàn)象和動電層電位1、染液中帶電離子所受的力纖維表面電荷的靜電作用力電性相反時，為引力電性相同時，為斥力自身運動和染色時攪拌的作用使帶電離子均勻分布第二十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）界面動電現(xiàn)象和動電層電位作用結(jié)果：帶有與纖維表面電荷電性相反的離子，其濃度隨著與纖維表面的距離增加而逐漸降低，直到和染液深處一樣帶有與纖維表面電荷電性相同的離子，其濃度隨著與纖維表面的距離增加而逐漸提高，直到和染液深處一樣第二十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）界面動電現(xiàn)象和動電層電位2、雙電層electricaldoublelayer當(dāng)纖維與溶液接觸時，纖維表面帶有負電荷，由于電荷的作用以及為了整個體系保持中性，在纖維表面附近的溶液內(nèi)聚集著與表面電荷相反的離子（反離子），形成雙電層。第二十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）界面動電現(xiàn)象和動電層電位2、雙電層electricaldoublelayer纖維表面能強烈地吸附部分帶有與纖維表面電荷電性相反的離子，形成所謂的吸附層或固定層。當(dāng)在外力作用下，纖維和染液發(fā)生相對運動時，吸附層一般與纖維表面不發(fā)生相對位移。吸附層以外部分稱為擴散層。當(dāng)纖維和染液發(fā)生相對運動時，擴散層與纖維（或吸附層）發(fā)生相對位移。總之，纖維對外部相反離子的吸附形成了兩層，這就是界面雙電層。第三十頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）界面動電現(xiàn)象和動電層電位第三十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）界面動電現(xiàn)象和動電層電位3、界面動電現(xiàn)象和動電層電位在外力作用下，擴散層和吸附層之間相對運動的現(xiàn)象稱為界面動電現(xiàn)象。擴散層和吸附層之間形成的雙電層又稱為動電層。吸附層表面與染液深處間的電位差稱為動電層電位，或稱ξ電位。第三十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日常見纖維的動電層電位纖維動電層電位（mV）纖維動電層電位（mV）棉-40~-50滌綸-95羊毛-40腈綸-81蠶絲-20維綸-114~-125錦綸6-59~-66丙綸-140~-150第三十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日（三）纖維的電現(xiàn)象對染料上染的影響親和力：染料與纖維間存在的吸引力。親和力=染料與纖維間的分子間力+靜電力力大小與作用距離有關(guān)分子間力與分子間距離的六次方成反比靜電力與分子間距離的平方成反比親和力越大，表示染料從溶液向纖維移動的趨勢越大，即推動力大，故可用來判斷染料的上染能力。引力或斥力引力第三十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日（三）纖維的電現(xiàn)象對染料上染的影響第三十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日（三）纖維的電現(xiàn)象對染料上染的影響結(jié)論:當(dāng)染料與纖維帶有同號電荷時，不利于染料的上染；當(dāng)染料與纖維帶有異號電荷時，有利于染料的上染。第三十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日（四）染色體系中的鹽效應(yīng)1、鹽效應(yīng)作用原理概念鹽效應(yīng)是指在染色過程中加入中性電解質(zhì)后對染料上染（上染速率、上染百分率等）的影響分類促染效應(yīng)：加速染料上染緩染效應(yīng)：延緩染料上染第三十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日（四）染色體系中的鹽效應(yīng)常用：元明粉（硫酸鈉）或食鹽（氯化鈉）促染效應(yīng)：染料與纖維帶有同號電荷，提高上染速率，提高上染率。如：直接染料染棉。緩染效應(yīng)：染料與纖維帶有異號電荷，降低染料的上染速率，提高勻染性。如強酸性染料染羊毛，陽離子染料染腈綸等。影響因素染料結(jié)構(gòu)：染料所帶電荷與質(zhì)量之比越大，鹽效應(yīng)明顯.鹽的種類：促染效果Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+第三十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日（四）染色體系中的鹽效應(yīng)2、鹽效應(yīng)的影響因素染料結(jié)構(gòu)染料所帶電荷與質(zhì)量之比越大，鹽效應(yīng)明顯染料結(jié)構(gòu)中所含電性基團的數(shù)目越多，鹽效應(yīng)明顯鹽的種類取決于金屬離子的化合價和離子半徑的大小促染效果：Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+第三十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、中性電解質(zhì)第四十頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)染色的基本過程第四十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日上染過程的幾個階段1、染料的吸附染料從染液中轉(zhuǎn)移到纖維表面的過程2、染料的擴散吸附在纖維表面的染料向纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移，直至染色平衡或基本平衡3、染料的固色染料在纖維內(nèi)固著第四十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日第四十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、染料的吸附染料的吸附：染料從染液中轉(zhuǎn)移到纖維表面的過程。當(dāng)纖維投入染液中后，由于染料與纖維間存在著親合力，所以染料便很快地被吸附到纖維的表面，從而使纖維表面的染料濃度提高。吸附解吸當(dāng)染料的吸附與解吸速率相等，染液和纖維上的染料濃度不在發(fā)生變化，即達到平衡狀態(tài)。第四十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、染料的吸附染料的吸附階段是染色過程中的重要階段，它對染色平衡時的上染百分率起重要意義。染色平衡：當(dāng)染色達到一定程度時，染料的吸附與解吸速率相等，染液和纖維上的染料濃度不在發(fā)生變化，即達到上染平衡狀態(tài)。（三個階段同時達到平衡）染液中的染料與纖維表面染料的平衡纖維表面與纖維中心部分的平衡第四十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率A∞是指染色達到平衡時，纖維上的染料量占投入染浴中染料總量的百分數(shù)。式中：A∞——染色平衡時上染百分率Df∞——染色平衡時纖維上的染料量Ds∞——染色平衡時殘留在染液中的染料量DT——染色時投入染浴中的染料總量第四十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率是染色限度的指標(biāo)也用直接性來表示染色平衡時的上染百分率，即直接性越大，表示上染百分率越高當(dāng)纖維和染料一定時，平衡上染百分率僅與溫度有關(guān)T↑，平衡上染百分率↓∵染色是放熱反應(yīng)第四十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）平衡上染百分率和上染百分率上染百分率At是指染色結(jié)束時，上染到纖維上的染料量占投入染液中染料總量的百分數(shù)。式中：At——染色上染百分率Dft——染色至某一時間時纖維上的染料量Dst——染色至某一時間時殘留在染液中的染料量DT——染色時投入染液中的染料總量第四十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）平衡上染百分率和上染百分率影響上染百分率的因素染料與纖維的性能、染色溫度染料相對分子質(zhì)量小，染色速率大，在規(guī)定的時間內(nèi)能達到染色平衡，T↑，上染百分率↓染料相對分子質(zhì)量大，染色速率小，在規(guī)定的時間內(nèi)不能達到染色平衡，T↑，上染百分率↑第四十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）平衡上染百分率和上染百分率影響上染百分率的因素浴比浴比大，染色殘液中的染料量大，上染百分率↓染料濃度達一定值時，C↑，上染百分率↓染液中的助劑種類和用量加促染劑，上染百分率↑加緩染劑，上染百分率↓

第五十頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）吸附等溫線吸附等溫線：恒定條件下，染色達到平衡時，纖維上的染料濃度與染料在染液中濃度的分配關(guān)系曲線。分類分配型吸附等溫線弗萊因德利胥吸附等溫線郎格謬爾吸附等溫線第五十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日1、分配型吸附等溫線能斯忒(Nernst)型或亨利(Henry)型吸附等溫線完全符合分配定律特點：在染色平衡狀態(tài)下，染料在纖維上的濃度與染料在染液中的濃度之比為一常數(shù)，纖維上的染料濃度隨著染液濃度的增加成比例增加，直到飽和為止。

第五十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日1、分配型吸附等溫線[D]f——染色平衡時，纖維上的染料濃度，mol/kg；[D]s——染色平衡時，染液中的染料濃度，mol/L；K——比例常數(shù)，或稱分配系數(shù)以[D]f為縱坐標(biāo)，以[D]s為橫坐標(biāo)作圖，可得到一條斜率為K的直線。如圖中曲線1。第五十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日1、分配型吸附等溫線非離子型染料以范德華力、氫鍵被纖維吸附固著符合這種等溫線如：分散染料染滌綸、錦綸合成纖維對染料的吸附基本上屬于這種吸附第五十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日2、弗萊因德利胥(Freundlich)吸附等溫線[D]f=K[D]sn式中：K——常數(shù)n——常數(shù)將[D]f對[D]s作圖，可得弗萊因德利胥吸附等溫線，如圖中曲線2。第五十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日2、弗萊因德利胥(Freundlich)吸附等溫線特點：纖維上染料度[D]f隨染液中染料濃度[D]s增加而不斷增加，但增加速率越來越慢。離子型染料以范德華力、氫鍵被纖維吸附固著且染液中有其他電解質(zhì)存在時符合這種等溫線如：直接染料、還原染料隱色體染纖維素纖維第五十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日3、郎格謬爾(Langmuir)型吸附等溫線式中：K——常數(shù)[S]f——染料對纖維的染色飽合值將[D]f對[D]s作圖，可得郎格謬爾吸附等溫線，如圖中曲線3。第五十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日3、郎格謬爾(Langmuir)型吸附等溫線特點：[D]s增加時，[D]f隨之緩慢增加，但[D]s當(dāng)增大到一定值時，[D]f不再隨[D]s增加而變化，即達到染色飽合值。離子型染料以離子鍵被纖維定位吸附固著時符合這種等溫線如：強酸性染料染羊毛、陽離子染料染腈綸染色飽和值：纖維上的染料濃度不再隨染液中的染料濃度增加而增加，此時纖維上的染料濃度成為染色飽和值。第五十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日二、染料的擴散染料的擴散指染料由纖維表面向纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移的過程。由于染料在纖維表面的吸附，使纖維表面染料濃度提高，從而造成纖維里表間的染料濃度差。在此濃度差的推動下，染料漸漸地向纖維內(nèi)部擴散，最終使染料在纖維上里表分豈有此理均勻，達到染勻、染透的目的。染料在纖維上的擴散對染色速率及染色勻染性起著決定性的作用。擴散速率高，染透纖維所需時間短，易獲得均勻效果。第五十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）染色速率染色速率在染色過程中，通常用上染速率或染色速率來表示上染或染色的快慢。通常用半染時間t1/2來衡量。半染時間t1/2染色過程中，染料的上染量達到平衡上染量一半時所需的染色時間稱為半染時間，以t1/2表示。它標(biāo)志著上染走向平衡的一個常用速率指標(biāo)。t1/2越小，則染色速率越大，染色越快。拼色時，選用半染時間相近或上染速率曲線相近的染料容易染得前后一致的顏色。纖維上的染料濃度對上染時間的變化率。第六十頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）染色速率上染速率曲線在恒溫條件下染色，通過測定不同染色時間下染料的上染百分率，以上染百分率為縱坐標(biāo)，染色時間為橫坐標(biāo)作圖，所得曲線稱為上染速率曲線。它反映了染色趨向平衡的速率和染色平衡上染百分率。第六十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）染色速率上染速率曲線第六十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）染色速率影響染色速率的因素染料結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，相對分子質(zhì)量小，染料擴散性好，染色速率大纖維結(jié)構(gòu)疏松，無定形區(qū)大，吸濕膨化性好，利于染料擴散，染色速率大溫度高，染料動能大，纖維膨化度大，利于染料擴散，染色速率大第六十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日（一）染色速率影響染色速率的因素（續(xù)）濃度大，纖維表里染料濃度差異大，利于染料擴散，染色速率大染液與纖維間的相對運動劇烈，纖維表面吸附層薄，利于染料擴散，染色速率大助劑促染劑：染色速率大緩染劑：染色速率小第六十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）勻染和移染初染率：染色初期的百分率（或上染速率）勻染：是指染料在纖維上均勻分布的過程。包括染料在纖維表面上的均勻分布和染料在纖維內(nèi)部的均勻分布。染料在纖維內(nèi)的分布色差或色花：在表面分布不勻纖維環(huán)染：內(nèi)部分布不勻白芯：內(nèi)部分布不勻影響染品的耐摩擦牢度和耐洗牢度勻染透染第六十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日（二）勻染和移染染料的勻染性與染料擴散性有著密切的關(guān)系染料擴散性越好，染料的勻染性越好有利于提高染料擴散性的因素均有利于染料的勻染。移染是指染料從纖維上某處解吸下來到纖維另一處重新上染的過程。一般需較長時間，作為勻染的輔助手段當(dāng)染料分子質(zhì)量較大，染料與纖維間結(jié)合力較大時，移染效果將大大降低。第六十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日造成染色不勻的因素被染物本身不均勻前處理染料染料的上染速率染色方法浸染：初染速率不能太快，攪拌軋染：浸軋要均勻，無接觸烘干第六十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日三、染料的固著染料的固著是指擴散后均勻分布在纖維上的染料通過染料-纖維間的作用力而固著在纖維上的過程。染料-纖維間的作用力化學(xué)力：共價鍵和離子鍵物理力：范德華力、氫鍵和聚集性其類型和大小對染色的牢度起著決定性作用第六十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日第五節(jié)染色牢度及其測定一、染色牢度二、常見染色牢度及其測定第六十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、染色牢度概念指染色產(chǎn)品在后加工使用或服用過程中，染料（顏料）在各種外界因素的影響下，能否保持原來色澤狀態(tài)的能力。是衡量染色產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。引起褪色或變色的外界因素后續(xù)加工過程中的酸、堿、氧化劑、還原劑等服用過程中的日曬、洗滌、摩擦、汗?jié)n、熨燙等染色牢度主要包括：耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐日曬牢度、耐汗?jié)n牢度、耐熨燙牢度等第七十頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、染色牢度對染色牢度的要求：不同用途的紡織品要求不同襯里布：耐摩擦牢度窗簾：耐日曬牢度服裝：耐日曬牢度、耐洗牢度耐、摩擦牢度第七十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、染色牢度影響染色牢度的因素染料的結(jié)構(gòu)纖維的性質(zhì)染料在纖維上的物理狀態(tài)：分散、聚集、結(jié)晶染料與纖維的結(jié)合情況染料的濃度染色方法染色工藝條件ISO制定了一套色牢度的測試方法和染色牢度標(biāo)準，我國也有相應(yīng)的國家標(biāo)準。第七十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日二、常見染色牢度及其測定種類很多，主要介紹以下幾種：耐洗牢度耐摩擦牢度耐日曬牢度第七十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日1、耐洗牢度及其測定耐洗牢度指染品在皂洗過程中保持不褪色、不變色的能力包括原樣褪色及白布沾色兩項指標(biāo)原樣褪色：指染品在皂洗前后色澤的變化白布沾色：指與染品同時皂洗的白布因染品的褪色而沾染的情況。耐洗牢度的測定方法按《紡織品耐洗牢度試驗方法》進行耐洗牢度的評定耐洗牢度和沾色等級，