紡織品染印原理-2015-第二章染色基本理論

1、紡織品染印原理鞏繼賢Tel-mail：第二章 染色基本理論p 染料從染液向纖維轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)和程度p 染料上染纖維的速度及經(jīng)歷的過(guò)程染料對(duì)纖維的上染過(guò)程n染料對(duì)纖維的上染過(guò)程n染色本質(zhì)上是染料和纖維在特定介質(zhì)環(huán)境中的的相互作用l介質(zhì)中染料的狀態(tài)介質(zhì)中染料的狀態(tài)l介質(zhì)中纖維的狀態(tài)介質(zhì)中纖維的狀態(tài)l介質(zhì)環(huán)境的因素介質(zhì)環(huán)境的因素溫度pH助劑：鹽、表面活性劑溶解或分散溶解或分散上染上染固著固著纖纖維維染液染液染色基本理論n染料在水溶液中的狀態(tài)n纖維在水溶液中的狀態(tài)n染料在纖維上的吸附n染料在纖維中的擴(kuò)散n上染過(guò)程的幾個(gè)階段染色基本理論n染料在水溶液中的狀態(tài)n纖維在水溶液中的狀態(tài)n

2、染料在纖維上的吸附n染料在纖維中的擴(kuò)散染料在水溶液中的狀態(tài)n染料上染纖維要通過(guò)一定的染色介質(zhì)來(lái)完成，染料在介質(zhì)中的存在狀態(tài)直接影響染色的速度和程度。n纖維中的微隙很小，只有單分子或離子狀態(tài)的染料才能順利進(jìn)入纖維內(nèi)部。染料分子的尺寸與其在纖維上的可及度有很大關(guān)系。染料在水溶液中的狀態(tài)n染料在水溶液中的存在狀態(tài)l溶于水溶于水 與水形成與水形成水合離子水合離子或或水合分子水合分子，形成染料水溶液。，形成染料水溶液。直接染料活性染料酸性染料陽(yáng)離子染料還原染料隱色體硫化染料隱色體染料在水溶液中的狀態(tài)n染料在水溶液中的存在狀態(tài)l不溶于水不溶于水 不溶于水，以顆粒狀態(tài)分散在水中，形成染料的水分不溶于水，以顆

3、粒狀態(tài)分散在水中，形成染料的水分散液，即懸浮液。散液，即懸浮液。不含離子基團(tuán)或極性基的染料：還原染料、硫化染料含非離子極性基的染料：分散染料染料晶體 溶解的染料 染料在水溶液中的狀態(tài)n染料的溶解l原因原因染料溶于水是由于染料受到極性水分子的作用，使得染料分子間作用力減弱或拆散。l結(jié)果結(jié)果離子型染料溶解后形成水合離子，非離子型染料溶解后形成水合分子。離子基非離子極性基陰離子極性基陽(yáng)離子極性基磺酸基、羧基、硫酸酯基、硫代硫酸酯基季銨鹽基羥基、氨基、酰胺基染料在水溶液中的狀態(tài)n染料的溶解l染料的電離染料的電離離子基一般都是強(qiáng)的電離基，習(xí)慣上稱之為水溶性基團(tuán)，其中以磺酸基應(yīng)用最廣。染料的水溶性基團(tuán)在水

4、中發(fā)生電離，生成染料陰離子和金屬陽(yáng)離子。染料在水溶液中的狀態(tài)n染料的溶解l染料溶解的影響因素染料溶解的影響因素染料本身的結(jié)構(gòu)含離子型極性基團(tuán)的染料能溶于水含離子型極性基團(tuán)的染料能溶于水溫度染料的溶解度一般隨溫度的升高而升高。染料的溶解度一般隨溫度的升高而升高。電解質(zhì)溶液中中性電解質(zhì)的存在常使染料溶解度降低。溶液中中性電解質(zhì)的存在常使染料溶解度降低。助溶劑尿素尿素表面活性劑表面活性劑染料在水溶液中的狀態(tài)n染料的聚集l原因原因染料分子間的疏水部分的氫鍵和范德華力作用l結(jié)果結(jié)果染料在溶液中發(fā)生片狀或球狀聚集l影響因素影響因素染料結(jié)構(gòu)與濃度溫度電解質(zhì)助劑染色基本理論n染料在水溶液中的狀態(tài)n纖維在水溶液

5、中的狀態(tài)n染料在纖維上的吸附n染料在纖維中的擴(kuò)散纖維在水溶液中的狀態(tài)n纖維在水溶液中的雙電層l纖維在水溶液中會(huì)獲得負(fù)電荷纖維在水溶液中會(huì)獲得負(fù)電荷纖維分子中基團(tuán)的電離纖維選擇吸收溶液中的氫氧根離子纖維定向吸收水分子l纖維表面的雙電層結(jié)構(gòu)纖維表面的雙電層結(jié)構(gòu)纖維表面所吸附正離子在纖維周圍的分布吸附層：被纖維強(qiáng)烈吸引，纖維與液相相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不隨液相吸附層：被纖維強(qiáng)烈吸引，纖維與液相相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不隨液相運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散層：受纖維的引力較小，易隨液相運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散層：受纖維的引力較小，易隨液相運(yùn)動(dòng)纖維在水溶液中的狀態(tài)nZeta電位（電位）l概念概念吸附層和擴(kuò)散層相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電位差l影響因素影響因素纖維的種類

6、溶液pH溶液中電解質(zhì)l電位與染色電位與染色染料與纖維間的作用力：靜電引力，分子間力，氫鍵染料離子被纖維吸附過(guò)程中作用力的變化情況纖維在水溶液中的狀態(tài)n纖維的溶脹l紡織纖維都是由線型大分子組成的。大分子排列整齊，定向度高的部分，形成結(jié)晶區(qū)。大分子排列不整齊，定向度較低的部分稱為無(wú)定形區(qū)。在無(wú)定形區(qū)分子排列較松弛，有無(wú)數(shù)空隙分布其中。l纖維分子中含有極性基團(tuán)(親水基團(tuán))，當(dāng)纖維與水或水蒸氣接觸時(shí)，纖維就吸收水分，使纖維發(fā)生潤(rùn)濕和溶脹。染色基本理論n染料在水溶液中的狀態(tài)n纖維在水溶液中的狀態(tài)n染料在纖維上的吸附n染料在纖維中的擴(kuò)散染料在纖維上的吸附n動(dòng)力/原因n評(píng)價(jià)指標(biāo)n吸附模型n影響因素n應(yīng)用染料

7、在纖維上的吸附n染料上染纖維的原因/動(dòng)力l物質(zhì)由一種相或一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另外一種相或一物質(zhì)由一種相或一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另外一種相或一種狀態(tài)時(shí)，必然伴隨著化學(xué)位的變化。種狀態(tài)時(shí)，必然伴隨著化學(xué)位的變化。l一個(gè)過(guò)程可以一個(gè)過(guò)程可以自動(dòng)地由高化學(xué)位的狀態(tài)向低化學(xué)自動(dòng)地由高化學(xué)位的狀態(tài)向低化學(xué)位的狀態(tài)轉(zhuǎn)移位的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。兩種狀態(tài)的化學(xué)位差值越大，轉(zhuǎn)移。兩種狀態(tài)的化學(xué)位差值越大，轉(zhuǎn)移的傾向越大。的傾向越大。iijnPTiiXRTnGln0,染料在纖維上的吸附n染料上染纖維的原因/動(dòng)力l染料在染液中的化學(xué)位（染料在染液中的化學(xué)位（s）和纖維上的化學(xué)位）和纖維上的化學(xué)位（ f ） ：l比較染料在染液和纖維上的化學(xué)位

8、，可以判斷染料比較染料在染液和纖維上的化學(xué)位，可以判斷染料是否可以有染液向纖維上轉(zhuǎn)移（是否可以有染液向纖維上轉(zhuǎn)移（方向方向）及轉(zhuǎn)移量的）及轉(zhuǎn)移量的多少（多少（程度程度） 。l染料在溶液中的化學(xué)位高，而在纖維上的化學(xué)位低，染料在溶液中的化學(xué)位高，而在纖維上的化學(xué)位低，所以染料可以自動(dòng)地從溶液轉(zhuǎn)移到纖維上，直至所以染料可以自動(dòng)地從溶液轉(zhuǎn)移到纖維上，直至上上染平衡染平衡。染料在纖維上的吸附n染料上染纖維的原因/動(dòng)力l上染平衡上染平衡染色初期，染液中染料濃度高，染料在染液中的化學(xué)位最大，上染的傾向最大；隨著纖維上染料濃度的不斷增加，染液中染料濃度的不斷降低，染料在染液中的化學(xué)位不斷降低，染料在纖維中的

9、化學(xué)位不斷增加；最后染料在纖維上和染液中的化學(xué)位相等時(shí)，染色達(dá)到平衡，纖維上和染液中的染料濃度不再變化。上染過(guò)程是可逆的，從染料個(gè)體來(lái)看，吸附與解吸是同時(shí)存在的。染色達(dá)到平衡時(shí)，吸附與解吸的速率相等，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)的平衡。由化學(xué)位因素引起的染料從染液向纖維轉(zhuǎn)移的過(guò)程，是大量染料分子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，是宏觀的，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。染料在纖維上的吸附n染料對(duì)纖維上染的評(píng)價(jià)指標(biāo)l平衡吸附量平衡吸附量染色平衡時(shí)纖維上染料濃度。l平衡上染百分率平衡上染百分率染色平衡時(shí)纖維上染料量占投入染料總量的百分率。表示一定條件下染色時(shí)所能達(dá)到的最高上染百分率l上染百分率上染百分率纖維上染料量占投入染料總量的百分率。l半染時(shí)間半染時(shí)間

10、纖維上染料濃度到平衡吸附量一半所需要的時(shí)間表示染色達(dá)到平衡的快慢染料在纖維上的吸附n染料對(duì)纖維上染的評(píng)價(jià)指標(biāo)l上染速率上染速率纖維上染料濃度對(duì)時(shí)間的變化率。l上染速率曲線上染速率曲線恒溫條件下染色，以纖維上染料濃度或上染百分率為縱坐標(biāo)，以時(shí)間為橫坐標(biāo)做圖，所得曲線為上染速率曲線。染料在纖維上的吸附n評(píng)價(jià)指標(biāo)親和力l染色過(guò)程中，染液中染料濃度不斷降低，纖維上染染色過(guò)程中，染液中染料濃度不斷降低，纖維上染料濃度不斷增加；染料在溶液中的化學(xué)位不斷降低，料濃度不斷增加；染料在溶液中的化學(xué)位不斷降低，而在纖維上的化學(xué)位不斷增加，到二者相等時(shí)，達(dá)到而在纖維上的化學(xué)位不斷增加，到二者相等時(shí)，達(dá)到染色平衡。染

11、色平衡。 f=f+ RTlnaf; s=s+ RTlnas 初始染色sf; 平衡時(shí)s = f 則有: f+ RTlnaf = s+ RTlnas 移項(xiàng)得：-= -(f-s)=RTln(af/as)染料在纖維上的吸附n評(píng)價(jià)指標(biāo)親和力l親和力（親和力（Affinity ）親和力是纖維上染料標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位與染液中染料標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位差值的負(fù)值，即染液中染料標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位與纖維上染料標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位差值。-= -(f-s)=RTln(af/as)親和力是染料從溶液向纖維轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)和量度。親和力代表纖維對(duì)染料的吸附能力親和力對(duì)特定纖維而言是染料的屬性，是溫度和壓力的函數(shù)，不受其他條件（如濃度因素）影響。染料在纖維上的吸附n

12、評(píng)價(jià)指標(biāo)親和力l直接性直接性(Substantivity)染料離開(kāi)染液上染纖維的性能一般用染色平衡時(shí)染料上染纖維的百分率大小表示直接性與染色工藝有關(guān)，親和力對(duì)特定纖維而言是染料的屬性。染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附模型l研究染色系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)染料的分配情況研究染色系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)染料的分配情況隨染液中的染料濃度增加，纖維上的染料濃度的增加情況l類型：類型：能斯特（Nersnt）型 弗萊因德利胥(Freundlich)型 朗謬爾(Langmuir) 型染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附模型l吸附等溫線吸附等溫線在恒定溫度下，上染達(dá)到平衡時(shí)，纖維上的染料濃度和染液中的染料濃度的關(guān)系曲線。

13、l意義：意義：表示染色系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)染料的分配情況，由此可判別染料對(duì)纖維的上染能力和分配特征，并可推測(cè)染料-纖維結(jié)合情況。以染料吸附等溫線為依據(jù)，對(duì)纖維上染料狀態(tài)做一定假設(shè)以解決活度處理問(wèn)題，從而進(jìn)行親和力計(jì)算。l類型：類型：能斯特（Nersnt）型 弗萊因德利胥(Freundlich)型 朗謬爾(Langmuir) 型染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附模型l能斯特能斯特（Nersnt）型型吸附等溫線特征： 纖維上染料濃度和染液中染料濃度呈直線關(guān)系 數(shù)學(xué)表達(dá)式： Df =KDs （K:亨利分配系數(shù)) 單位：Df :mol/kg纖維 Ds :mol/l特點(diǎn)視染料為溶質(zhì)視染料為溶質(zhì), ,纖維為

14、溶劑纖維為溶劑, ,并假設(shè)活度系數(shù)為并假設(shè)活度系數(shù)為1 1；染色時(shí)纖維上染料量隨染色時(shí)纖維上染料量隨DsDs增加而增加增加而增加, ,其上染量受纖維可及度其上染量受纖維可及度制約；制約；適用于分散染料染滌、錦、醋酯纖維染色系統(tǒng)適用于分散染料染滌、錦、醋酯纖維染色系統(tǒng)。DfDs染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附模型l能斯特能斯特（Nersnt）型型親和力計(jì)算公式： -=RTlnDf/Ds物理意義 屬于分配型吸附等溫線，完全符合分配定律，即溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的濃度之比為一常數(shù)。在染色平衡情況下，染料在纖維上的濃度與在染液中的濃度之比為一常數(shù)，纖維上的染料濃度與染液中的染料濃度成正比關(guān)系

15、，隨著染液濃度的增高而增高，直到飽和為止。DfDs染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附狀態(tài)l弗萊因德利胥弗萊因德利胥(Freundlich)型型吸附等溫線特征： 纖維上染料度Df隨染液中染料濃度Ds增加而不斷增加，但增加速率越來(lái)越慢；無(wú)明顯吸附飽和值數(shù)學(xué)表達(dá)式： 經(jīng)驗(yàn)式：Df=KDns（0n1） 對(duì)數(shù)形式： lgDf=lgK+nlgDs特點(diǎn)非定位系統(tǒng)吸附非定位系統(tǒng)吸附, ,染染- -纖作用力以范氏力、氫鍵為主的染色體系纖作用力以范氏力、氫鍵為主的染色體系; ;染液中有電解質(zhì)存在的情況染液中有電解質(zhì)存在的情況直接、還原染料隱色體直接、還原染料隱色體纖維素纖維；活性染料在纖維素纖維上纖維素纖維；

16、活性染料在纖維素纖維上的吸附上染屬于此類的吸附上染屬于此類染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附狀態(tài)l弗萊因德利胥弗萊因德利胥(Freundlich)型型親和力計(jì)算公式：物理意義 屬于物理吸附，即非定位吸附，纖維上染料濃度隨染液中染料濃度增加而不斷增加，但增加速率越來(lái)越慢，沒(méi)有明顯的極限。染料吸附在纖維上是以擴(kuò)散吸附層存在。染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附狀態(tài)l朗謬爾朗謬爾(Langmuir)型型吸附等溫線特征： 斜率隨纖維上染料濃度的增加而不斷減小，達(dá)到一定值后不再增加（纖維上染料濃度不再隨染液中的染料濃度增加而增加，此時(shí)纖維上的染料濃度稱為染色飽和值）數(shù)學(xué)表達(dá)式：特點(diǎn)離子型染料主要以

17、靜電引力上染纖維離子型染料主要以靜電引力上染纖維以離子鍵在纖維中固著時(shí)，符合朗繆爾吸附。以離子鍵在纖維中固著時(shí)，符合朗繆爾吸附。如酸性染料在強(qiáng)酸如酸性染料在強(qiáng)酸性浴上染羊毛，陽(yáng)離子染料上染聚丙烯腈纖維性浴上染羊毛，陽(yáng)離子染料上染聚丙烯腈纖維。染料在纖維上的吸附n染料在纖維上的吸附狀態(tài)l朗謬爾朗謬爾(Langmuir)型型親和力計(jì)算公式：物理意義 屬于化學(xué)吸附，即定位吸附。假定在纖維上有一定數(shù)量的吸附染料的位置，這些位置稱為染座，染料的吸附就發(fā)生在纖維的這些染座上。所有染座都能同樣的吸附染料而不發(fā)生相互干擾。一個(gè)染座上吸附了一個(gè)染料分子后便飽和而不能再發(fā)生進(jìn)一步的吸附，即吸附是單分子層的。所有染

18、座都被染料占據(jù)時(shí)，吸附達(dá)到了飽和。染料在纖維上的吸附n染料與纖維間的作用力l庫(kù)侖力庫(kù)侖力l范德華力范德華力l氫鍵氫鍵l共價(jià)鍵共價(jià)鍵l配價(jià)鍵配價(jià)鍵l電荷轉(zhuǎn)移分子間作用力電荷轉(zhuǎn)移分子間作用力染料在纖維上的吸附n染料與纖維間的作用力l庫(kù)侖力庫(kù)侖力纖維由于可電離基團(tuán)的電離而帶電，與帶有相反電荷的染料離子接近時(shí)，產(chǎn)生靜電引力，即庫(kù)侖力。染料因庫(kù)侖力作用而被纖維吸附，發(fā)生離子鍵形式的結(jié)合，也叫鹽式鍵。蛋白質(zhì)纖維、聚酰胺纖維在酸性染液中帶正電荷，對(duì)染料陰離子產(chǎn)生庫(kù)侖力。聚丙烯腈纖維在染液中帶負(fù)電荷，對(duì)染料陽(yáng)離子產(chǎn)生庫(kù)侖力。纖維素纖維在中性和堿性染液中帶有負(fù)電荷，對(duì)染料陰離子產(chǎn)生斥力，要減少或消除這種斥力。染

19、料在纖維上的吸附n染料與纖維間的作用力l范德華力范德華力范德華力是分子間力，比較弱。染料和纖維間的范德華力取決于分子結(jié)構(gòu)與形態(tài)及其接觸面積和分子間距離。范德華力存在于各類染料上染纖維時(shí)，但作用的重要性不同。染料在纖維上的吸附n染料與纖維間的作用力l氫鍵氫鍵氫鍵是兩個(gè)電負(fù)性較強(qiáng)的原子通過(guò)氫原子而形成的取向結(jié)合，是一種定向的、較強(qiáng)的分子間引力。各類染料對(duì)纖維的染色過(guò)程中，都有氫鍵的存在。氫鍵和范德華力的結(jié)合能量比較低，但在染色中起重要作用，是染料對(duì)纖維具有直接性的重要因素。氫鍵和范德華力所引起吸附屬于物理吸附，是非定位吸附。染料在纖維上的吸附n染料與纖維間的作用力l共價(jià)鍵共價(jià)鍵含反應(yīng)性基團(tuán)的染料和

20、具有可反應(yīng)基團(tuán)的纖維之間發(fā)生共價(jià)結(jié)合?；钚匀玖虾屠w維素纖維染料在纖維上的吸附n染料與纖維間的作用力l配價(jià)鍵配價(jià)鍵酸性媒介染料或酸性含媒染料染色時(shí)，和纖維間發(fā)生的。配價(jià)鍵的鍵能高，作用距離短。離子鍵、共價(jià)鍵和配價(jià)鍵的鍵能均較高，在纖維中有固定的吸附位置，由這些鍵引起的吸附屬于定位吸附或化學(xué)吸附。染料在纖維上的吸附n染料與纖維間的作用力l電荷轉(zhuǎn)移分子間作用力電荷轉(zhuǎn)移分子間作用力具有供電子體的分子與具有受體性質(zhì)的分子因電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的分子間結(jié)合。分散染色染聚酯染料在纖維上的吸附n染料上染纖維的影響因素l染色熱染色熱染色熱（H）是指無(wú)限少的染料從標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的溶液中轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)態(tài)的纖維上時(shí)，每摩爾染料染料

21、轉(zhuǎn)移所發(fā)生的熱量（KJ/mol）。染色熱是染料與纖維的反應(yīng)熱，它定量地說(shuō)明了溫度對(duì)染色平衡的影響。絕大多數(shù)情況而下,H0，即染色熱是負(fù)值大多數(shù)染色體系中，染料的上染是放熱反應(yīng)大多數(shù)染色體系中，染料的上染是放熱反應(yīng)提高染色溫度，染色平衡向吸熱方向即解吸方向移動(dòng)，平衡吸附提高染色溫度，染色平衡向吸熱方向即解吸方向移動(dòng)，平衡吸附量降低。量降低。染料在纖維上的吸附n染料上染纖維的影響因素l染色熵染色熵(Entropy of dyeing)染色熵（S）是無(wú)限小量的染料從標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的染液中轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的纖維上,每摩爾染料轉(zhuǎn)移所引起的物系熵變;單位為KJ/（mol） 。熵是體系混亂程度的狀態(tài)函數(shù)，染色熵反應(yīng)

22、的是上染過(guò)程中染料分子（染色體系）混亂程度變化。絕大多數(shù)情況而下, S 0，即染色熵是負(fù)值通常染色熵可以說(shuō)是染料在纖維上的取向程度；負(fù)值絕對(duì)值越大，表示染料在纖維上的取向度越高，被纖維吸附的可能性越小，親和力越小。染料在纖維上的吸附n染料上染纖維的影響因素l親和力和染色熱、染色熵的關(guān)系染色基本理論n染料在水溶液中的狀態(tài)n纖維在水溶液中的狀態(tài)n染料在纖維上的吸附n染料在纖維中的擴(kuò)散染料在纖維中的擴(kuò)散n動(dòng)力/原因n評(píng)價(jià)指標(biāo)n吸附模型n影響因素n應(yīng)用染料在纖維中的擴(kuò)散n染料在纖維中擴(kuò)散的原因l纖維表面和內(nèi)部之間存在的濃度梯度纖維表面和內(nèi)部之間存在的濃度梯度n擴(kuò)散的種類按照擴(kuò)散過(guò)程中擴(kuò)散介質(zhì)中的濃度梯

23、度變化分類:l穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散（穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散（Steady-state diffusion）擴(kuò)散過(guò)程中，介質(zhì)中各處的濃度梯度始終維持不變的擴(kuò)散過(guò)程l非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散（非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散（Non-Steady state diffusion）擴(kuò)散過(guò)程中，介質(zhì)中各處的濃度梯度不斷變化的擴(kuò)散過(guò)程染料在纖維中的擴(kuò)散n擴(kuò)散的規(guī)律菲克（Fick）定律l菲克第一定律菲克第一定律描述穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量Fx(Fx(擴(kuò)散速率）擴(kuò)散速率）: :單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的染單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的染料數(shù)量（料數(shù)量（g/cmg/cm2 2ss）擴(kuò)散系數(shù)D: :在單位時(shí)間內(nèi)，濃度梯度為在單位時(shí)間內(nèi)，濃度梯度為1g/cm1g/cm4 4時(shí)擴(kuò)散經(jīng)

24、時(shí)擴(kuò)散經(jīng)過(guò)單位面積的染料量（過(guò)單位面積的染料量（cmcm2 2/s/s）；用以衡量染料在纖維中）；用以衡量染料在纖維中的擴(kuò)散性能，的擴(kuò)散性能，擴(kuò)散系數(shù)在一定條件下是常數(shù)，決定于染料和纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)及纖維的微結(jié)構(gòu)。濃度梯度濃度梯度 : :擴(kuò)散方向單位距離內(nèi)的濃度變化擴(kuò)散方向單位距離內(nèi)的濃度變化(g/cm(g/cm4 4) )。染料在纖維中的擴(kuò)散n擴(kuò)散的規(guī)律菲克（Fick）定律l菲克第二定律菲克第二定律描述非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散實(shí)際上染色時(shí)是非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散徑向擴(kuò)散染料在纖維中的擴(kuò)散n染料在纖維中擴(kuò)散的特點(diǎn)擴(kuò)散模型l孔道擴(kuò)散模型-適用于親水性纖維模型描述模型描述 在溶脹的纖維里存在許多曲折而互相連通的小孔道。染在溶

25、脹的纖維里存在許多曲折而互相連通的小孔道。染色時(shí)色時(shí), ,這些孔道里都充滿著水這些孔道里都充滿著水, ,染料分子染料分子( (或離子或離子) )通過(guò)這通過(guò)這些曲折、貫通的孔道擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部。在擴(kuò)散過(guò)程中些曲折、貫通的孔道擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部。在擴(kuò)散過(guò)程中, ,染料分子染料分子( (或離子或離子) )會(huì)不斷發(fā)生吸附和解吸?？椎览镉坞x會(huì)不斷發(fā)生吸附和解吸?？椎览镉坞x狀態(tài)的染料和吸附狀態(tài)的染料成動(dòng)平衡狀態(tài)。狀態(tài)的染料和吸附狀態(tài)的染料成動(dòng)平衡狀態(tài)。染料在纖維中的擴(kuò)散n染料在纖維中擴(kuò)散的特點(diǎn)擴(kuò)散模型l孔道擴(kuò)散模型-適用于親水性纖維擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系式擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系式CP為孔道內(nèi)可以擴(kuò)散的游離染料的濃度;Cf為吸附

26、在孔道壁上的染料濃度;DP為染料在孔道染液中的擴(kuò)散系數(shù)；為孔道在纖維內(nèi)所占的比率;為孔隙的曲繞度。染料在纖維中的擴(kuò)散n染料在纖維中擴(kuò)散的特點(diǎn)擴(kuò)散模型l自由體積模型-適用于疏水性纖維(合成纖維)模型描述模型描述 纖維的自由體積指其總體積中沒(méi)有被分子鏈占據(jù)的那部纖維的自由體積指其總體積中沒(méi)有被分子鏈占據(jù)的那部分空間分空間, ,它以微小的空穴形式散布在纖維中。聚酯、聚它以微小的空穴形式散布在纖維中。聚酯、聚丙烯腈等合成纖維染色時(shí)丙烯腈等合成纖維染色時(shí), ,染料分子吸附在纖維大分子染料分子吸附在纖維大分子鏈上鏈上, ,當(dāng)溫度大于當(dāng)溫度大于TgTg以后大分子的鏈段發(fā)生繞動(dòng)以后大分子的鏈段發(fā)生繞動(dòng), ,原

27、來(lái)微原來(lái)微小的空穴合并成較大的空穴小的空穴合并成較大的空穴, ,染料分子沿這些不斷變化染料分子沿這些不斷變化的空穴的空穴, ,逐個(gè)逐個(gè)“跳躍跳躍”擴(kuò)散。擴(kuò)散。染料在纖維中的擴(kuò)散n染料在纖維中擴(kuò)散的特點(diǎn)擴(kuò)散模型l自由體積模型-適用于疏水性纖維(合成纖維)WFLWFL方程方程 A、B為高分子物特性常數(shù) lgT為溫度T時(shí)的移動(dòng)因子擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)與T T的關(guān)系的關(guān)系 染料在纖維中的擴(kuò)散n染料在纖維中擴(kuò)散的影響因素l染料分子結(jié)構(gòu)的大小染料分子結(jié)構(gòu)的大小l染料濃度影響染料濃度影響 這種影響與染料和纖維的種類有關(guān)。在用非離子型染料染非離子纖維時(shí),染料濃度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響較?。浑x子型染料上染具有相反電荷的

28、纖維時(shí)，染料濃度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響較大，擴(kuò)散速率隨染料濃度的提高而增加。l纖維的微隙大小和纖維結(jié)晶度纖維的微隙大小和纖維結(jié)晶度l染料與纖維分子間的作用力染料與纖維分子間的作用力l染色溫度染色溫度染料在纖維中的擴(kuò)散n勻染l概念概念染料在被染物表面以及纖維內(nèi)部均勻分布的程度。習(xí)慣上所說(shuō)的勻染是指染料在被染物表面各部分分布均勻。習(xí)慣上將染料纖維內(nèi)部均勻分布稱為透染。l影響因素影響因素纖維本身的均勻性前處理的均勻性浸染過(guò)程中初染速率太高或上染速率太快 染料在纖維中的擴(kuò)散n勻染l浸染過(guò)程中控制勻染的途徑浸染過(guò)程中控制勻染的途徑緩染控制溫度控制溫度加入緩染劑加入緩染劑移染保溫一定時(shí)間保溫一定時(shí)間加快染液循環(huán)

29、加快染液循環(huán)l軋染過(guò)程中控制勻染的途徑軋染過(guò)程中控制勻染的途徑保證浸軋均勻前后色差的控制避免烘干時(shí)染料的泳移 染色基本理論n染料在水溶液中的狀態(tài)n纖維在水溶液中的狀態(tài)n染料在纖維上的吸附n染料在纖維中的擴(kuò)散n上染過(guò)程的幾個(gè)階段染料對(duì)纖維的上染過(guò)程n上染過(guò)程的幾個(gè)階段l染料隨染液流動(dòng)靠近纖維界面染料隨染液流動(dòng)靠近纖維界面l染料通過(guò)擴(kuò)散邊界層向纖維表面擴(kuò)散染料通過(guò)擴(kuò)散邊界層向纖維表面擴(kuò)散l染料分子被纖維表面吸附染料分子被纖維表面吸附l染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散并固著在纖維內(nèi)部染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散并固著在纖維內(nèi)部染料對(duì)纖維的上染過(guò)程n上染過(guò)程的幾個(gè)階段l染料隨染液流動(dòng)靠近纖維界面染料隨染液流動(dòng)靠近纖維界面此階段主要受染液流動(dòng)速率的影響越靠近纖維邊界的區(qū)域，染液流動(dòng)越慢，形成染液越靠近纖維邊界的區(qū)域，染液流動(dòng)越慢，形成染液本體與纖維界面間的