染色基本理論-染色的基本過(guò)程

染色Dyeing染色過(guò)程染色過(guò)程

染色過(guò)程是指染料上染纖維并與纖維結(jié)合的過(guò)程。目前絕大多數(shù)染色是將染料制成水溶液或分散液，通過(guò)吸附、擴(kuò)散和固著3個(gè)階段來(lái)完成。染色是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它與染料、纖維的結(jié)構(gòu)和性能有關(guān)。染色過(guò)程:1吸附:當(dāng)纖維投入染浴以后，染料先擴(kuò)散到纖維表面，然后漸漸地由溶液轉(zhuǎn)移到纖維表面，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為吸附。2擴(kuò)散:吸附在纖維表面的染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，直到纖維各部分的染料濃度趨向一致。3固著:是染料與纖維結(jié)合的過(guò)程，隨染料和纖維不同，其結(jié)合方式也各不相同。

各類(lèi)纖維有其各自的染色特點(diǎn)，各類(lèi)染料又有不同的染色方法，但他們都有一個(gè)共性：都存在一個(gè)上染過(guò)程。上染：所謂上染就是染料舍染液（或介質(zhì)）向纖維轉(zhuǎn)移，并將纖維染透的過(guò)程。上染過(guò)程上染一般分3個(gè)階段：

1.染料由染浴向纖維表面擴(kuò)散（水溶液中的擴(kuò)散）2.染料被纖維表面吸附。3.染料由纖維表面向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散（固體中的擴(kuò)散）。上染過(guò)程包括吸附和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程。（一）染料的吸附

1、何謂吸附當(dāng)纖維制品投入染液后，染液中染料會(huì)向纖維表面靠近，并由溶液轉(zhuǎn)移到纖維表面，這種染料舍染液而向纖維表面轉(zhuǎn)移的過(guò)程稱(chēng)為吸附。染料吸附的主要原因是染料對(duì)纖維的直接性。2、染料的直接性（1）直接性定義：

染料舍染浴而上染纖維的性能，或纖維選擇性地從染液中吸附染料的性能。（2）直接性的來(lái)源直接性的來(lái)源就是染料分子與纖維分子之間的作用力。

直接性沒(méi)有嚴(yán)格的定量表示法，一般可以用染色平衡時(shí)，纖維上染料量與染液中染料濃度的比值大小或用染色平衡時(shí)染料的上染百分率的大小來(lái)表示直接性的高低。但也有把在相同條件下染色，上染百分率高的稱(chēng)為直接性高，上染百分率低的稱(chēng)為直接性低。（3）直接性的大小衡量

直接性表示染料在一定條件下的上染性能，受到溫度、壓力、電解質(zhì)、浴比、染液的PH值、表面活性劑、染色濃度以及染色時(shí)間等多種因素的影響。①浴比↑，直接性↓。②溫度↑，直接性↓。平衡條件下溫度越高，得色越淺。③電解質(zhì)不同時(shí)，直接性有高也有低，是不定的。（4）影響直接性的因素3、吸附是一可逆平衡過(guò)程

染料的吸附為一可逆過(guò)程，在吸附的同時(shí)，已上染到纖維上的染料會(huì)重新擴(kuò)散到液浴中去，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為解吸。

吸附/解吸速率變化示意

吸附階段影響染料染色時(shí)的平衡上染百分率t=t∞V吸

=V解t=tiV吸變小V解變大

t=0

V吸最大V解=0時(shí)間吸附/解吸達(dá)到平衡3、吸附是一可逆平衡過(guò)程

在染色初期，∨吸＞∨解，隨著t↑，[D]s↓、[D]f↑，最后V吸=V解時(shí)存在動(dòng)態(tài)平衡，但吸附解吸仍然進(jìn)行（但要明確一點(diǎn)速率相等不等于濃度相等，纖維上染料的濃度大于染浴中染料的濃度）。

影響吸附速率的因素

除了染料直接性大小外，還與染色溫度、染液pH值及添加的助劑等有關(guān)。

染色平衡：當(dāng)染色達(dá)到一定程度時(shí)，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(dá)到上染平衡狀態(tài)4、染色平衡現(xiàn)象

染色平衡包括的兩方面：（1）染液中染料濃度與纖維表面的染料濃度保持平衡。（2）纖維表面與纖維內(nèi)部染料濃度保持平衡。

上染到纖維上的染料量占投入到染液中染料量的百分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為上染百分率。

達(dá)到染色平衡時(shí)的上染百分率稱(chēng)為平衡上染百分率。上染百分率和平衡上染百分率平衡上染百分率A∞（染色平衡時(shí)）

A∞——染色平衡時(shí)上染百分率Df∞——染色平衡時(shí)纖維上的染料量Ds∞——染色平衡時(shí)殘留在染液中的染料量DT——染色時(shí)投入染浴中的染料總量平衡上染百分率是染色限度的指標(biāo)也用直接性來(lái)表示染色平衡時(shí)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(shí)，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)上染百分率At（染色結(jié)束時(shí)）At——染色上染百分率Dft——染色至某一時(shí)間時(shí)纖維上的染料量Dst——染色至某一時(shí)間時(shí)殘留在染液中的染料量DT——染色時(shí)投入染液中的染料總量平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率上染百分率3）影響染色平衡的因素（1）染色平衡受纖維與染料本身的影響；（2）與外界條件(如染液溫度、染液pH值、電解質(zhì)及濃度等)有關(guān)。

（1）染料染料相對(duì)分子質(zhì)量小，染色速率大，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能達(dá)到染色平衡，T↑，上染百分率↓染料相對(duì)分子質(zhì)量大，染色速率小，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到染色平衡，T↑，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(dá)一定值時(shí)，C↑，上染百分率↓染液中的助劑種類(lèi)和用量加促染劑，上染百分率↑

加緩染劑，上染百分率↓影響上染百分率的因素（二）染料的擴(kuò)散1、何謂擴(kuò)散

染料由濃度高的向低的地方運(yùn)動(dòng)及染料由纖維表面向纖維內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，稱(chēng)為擴(kuò)散。染料在水溶液中的擴(kuò)散（快）

染料在纖維中的擴(kuò)散（慢）染料在染浴中的擴(kuò)散1、染料上染過(guò)程中，染液中的染料濃度逐漸降低，這種降低首先發(fā)生在貼近纖維周?chē)娜疽褐?、要使上染過(guò)程順利進(jìn)行，就要將纖維四周的染液不斷循環(huán)，使纖維四周的染液不斷更新，3、在緊接纖維表面的擴(kuò)散層染料通過(guò)擴(kuò)散靠近纖維表面，而不是通過(guò)液體的流動(dòng)來(lái)完成的。染料在纖維上的擴(kuò)散對(duì)染色速率及染色勻染性起著決定性的作用。擴(kuò)散速率高，染透纖維所需時(shí)間短，易獲得均勻效果。

染料在纖維中的擴(kuò)散染料在纖維中的擴(kuò)散速率比染料在纖維上的吸附速率要緩慢得多，所以纖維染透需要的時(shí)間主要視染料在纖維中的擴(kuò)散速率而定。染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散一方面受到纖維分子引力的作用；另一方面受到纖維分子的機(jī)械阻力影響，所以擴(kuò)散比較困難。

影響染料擴(kuò)散速率的因素①染料的分子結(jié)構(gòu)及對(duì)纖維的直接性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)散速率較快；其他染色條件相同時(shí)，直接性越小，擴(kuò)散速率快。

②纖維的種類(lèi)與結(jié)構(gòu)

纖維無(wú)定形區(qū)多，結(jié)構(gòu)疏松，染料擴(kuò)散容易；纖維“微隙”小的，染料分子通過(guò)的機(jī)會(huì)較少，擴(kuò)散較緩慢，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，才能把纖維染透；纖維微結(jié)構(gòu)不均勻，染色后往往會(huì)出現(xiàn)竹節(jié)狀的染色不勻觀(guān)象。影響染料擴(kuò)散速率的因素③染色溫度染色溫度升高，染料的擴(kuò)散速率上升，從而縮短上染時(shí)間。染色溫度和擴(kuò)散速率之間的關(guān)系為：

D為擴(kuò)散系數(shù)，Do為常數(shù)，E為染料的擴(kuò)散活化能，R為氣體常數(shù)，T為染色溫度。影響染料擴(kuò)散速率的因素

④染色助劑的影響

酸、堿、鹽等對(duì)染料的上染速率也有很大的影響，染色時(shí)可以根據(jù)需要酌情酌量添加；影響染料擴(kuò)散速率的因素

⑤染料的濃度

染料的濃度對(duì)其擴(kuò)散的影響與染料與纖維所帶的電荷有關(guān)系。當(dāng)染料與纖維電相反時(shí)，染料濃度增加，擴(kuò)散速率增加；當(dāng)非離子型染料上染非離子型的纖維時(shí)，濃度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響較小。影響染料擴(kuò)散速率的因素1）染色速率曲線(xiàn)：在恒定溫度條件下染色，通過(guò)測(cè)定不同染色時(shí)間下染料的上染百分率，以上染百分率為縱坐標(biāo)，染色時(shí)間為橫坐標(biāo)作圖，所得到的曲線(xiàn)稱(chēng)為上染速率曲線(xiàn)。它反映了染色趨向平衡的速率和染色平衡上染百分率。5、染色速率

2）上染速率的表示方法：

染色速率通常用半染時(shí)間(tl/2)來(lái)表示。半染時(shí)間就是達(dá)到平衡上染百分率一半時(shí)所需要的時(shí)間。

5、染色速率

半染時(shí)間（t1/2）它標(biāo)志著染色走向平衡的速率。t1／2值越小，表示染色走向平衡的時(shí)間越短，染色速度越快。3）上染速率曲線(xiàn)的實(shí)際意義①用幾個(gè)染料拼色時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇上染速率接近的染料，以獲得所需色澤。

5、染色速率

染色速率曲線(xiàn)圖如下圖所示的A、B曲線(xiàn)，雖然A>B，但半染時(shí)間相同，因此適用于拼色。半染時(shí)間相同的染料，拼色時(shí)可獲得前后一致的色澤。3）上染速率曲線(xiàn)的實(shí)際意義②可以確定平衡時(shí)的染色時(shí)間，避免無(wú)故的浪費(fèi)時(shí)間和能源，提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)效益。③可通過(guò)上染速率曲線(xiàn)的變化，合理的控制升溫速率，以確保染色均勻。5、染色速率

6、影響染色速率的因素

影響因素：染料對(duì)纖維的親和力染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散速率染色工藝條件染色工藝條件濃度：濃度大纖維表里染料濃度差異大，利于染料擴(kuò)散，染色速率大染液與纖維間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)劇烈，纖維表面吸附層薄，利于染料擴(kuò)散，染色速率大助劑促染劑：染色速率大緩染劑：染色速率?。ㄈ┤玖系墓讨?/p>

1、定義固著是指擴(kuò)散到纖維內(nèi)部的染料與纖維結(jié)合的過(guò)程。

結(jié)合的形式和強(qiáng)弱與染料分子結(jié)構(gòu)、纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)以及染色條件有關(guān)。一般有以下幾種固著形式：（1）物理化學(xué)作用（2）化學(xué)作用（3）機(jī)械固著

2、固著結(jié)合形式染料-纖維間的作用力

范德華力氫鍵

聚集性化學(xué)作用

物理作用作用共價(jià)鍵離子鍵染料-纖維間固著力的類(lèi)型和大小對(duì)染色的色牢度起著決定性的作用。

機(jī)械作用粘合劑（1）物理化學(xué)作用

即染料與纖維之間以范德華力、氫鍵力結(jié)合。這類(lèi)結(jié)合，一般皂洗牢度較低。范德華力和氫鍵引起的吸附屬于物理化學(xué)作用，吸附位置很多，是非定位吸附。

（2）化學(xué)作用包括離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵等?；瘜W(xué)結(jié)合在纖維中有固定吸附位置，屬于定位吸附。