染整工藝原理

1、染整工藝原理（有色）(dyeing & printing)第一章 緒論 一. 被染色物的形態(tài)二染色牢度三. 染色方法四. 從染料的性質(zhì)看上染方式五. 染色設(shè)備一. 被染色物的形態(tài)（1）散纖維纖維絲的直接染色（2）紗線可分為絞紗和筒子紗染色（3）織物（布）常用的方法有浸染法和軋染法二. 染色牢度1，定義：染色物在染色后的使用或加工過程中，在外界條件的影響下，能夠保持原來色澤的能力。2，一般牢度可分為5級（日曬牢度分為8級），而且，級數(shù)越高牢度越好，按外界條件可分為日曬牢度、汗?jié)n牢度、皂洗牢度、干摩擦牢度、濕摩擦牢度、熨燙牢度、氯漂牢度、升華牢度等。3，日曬牢度分8級 ，與染料結(jié)構(gòu)、纖維材料、染料

2、用量（高-日曬牢度高；低-日曬牢度低） 后整理、抗皺整理、柔軟整理日曬牢度下降有關(guān)。若要達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，可加紫外吸收劑。 三. 染色方法染色方法有浸染和軋染。1，浸染法：將織物浸在染液中，在一定條件下，維持一定的時間，使染料和纖維結(jié)合上染（影響因素有：染液濃度、染色溫度、時間和pH值、添加劑等）。（1）上染百分率=（上染到纖維上的染料量/投入到染浴中的染料總量）100%（2 ）用量常用“owf ”，即相對于織物重表示。（ 3）浴比：織物重量與染液體積（重量）的比。如1：20。也可以寫做 20：1，兩者表達(dá)的意思相同。（4）平衡上染百分率：染色達(dá)到平衡時的上染百分率。（5）半染時間: 達(dá)到平衡上染百

3、分率一半所用的時間2. 軋染：將被染織物短暫浸在染液后，用軋輥把染液擠軋入織物，并軋去多余的染料溶液，再經(jīng)烘干（焙烘），使染料與纖維結(jié)合固著。（1）軋余率（軋液率、帶液率)：（浸軋后織物重干布重）/干布重100%軋染一般是連續(xù)染色加工，生產(chǎn)效率高，適合大批量織物的染色，但被染物所受張力較大，通常用于機(jī)織物的染色，絲束和紗線有時也用軋染染色。*：泳移：織物在浸軋染液后焙烘過程中，染料隨水份的移動而移動的現(xiàn)象（烘干時，織物表面水分蒸發(fā)，通過毛細(xì)管效應(yīng)，這兩部分染液會向織物的受熱表面移動，產(chǎn)生染料“泳移”現(xiàn)象，造成色斑。)3. 染色影響因素浸染：染料、助劑、溫度、浴比、pH等。軋染：染料、軋余率、潤

4、濕劑或滲透劑、防泳移劑等。 一般軋余率：棉織物70%、合成纖維3050%、粘膠纖維織物90%。 (二)染料與染色 合成染料的品種多達(dá)上萬種，按應(yīng)用分類常使用的有：直接染料、活性染料、還原染料、可溶性還原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料、酞箐染料、縮聚染料、氧化染料、酸性染料、酸性媒染染料、酸性合媒染料、分散染料、堿性染料及陽離子染料等。(三)學(xué)習(xí)內(nèi)容： 染色工藝原理課程是學(xué)習(xí)各種紡織物染色所用的染料性能、染色原理和染色工藝的科學(xué)。染料為什么能上染纖維、怎樣上染纖維，怎樣固著在纖維中。本部分掌握內(nèi)容：染色概念 染色牢度定義 上染百分率 平衡上染百分率 半染時間 染色方法及特點(diǎn) 泳移第二章 染色熱力

5、學(xué)第一節(jié)、染料的上染過程染料的上染，就是染料舍棄染液（或介質(zhì)）而向纖維移動，并深入纖維內(nèi)部的過程。 （一）上染過程的幾個階段：(1)染料從染液向纖維表面擴(kuò)散，并在纖維表面吸附。 (2)吸附在纖維表面的染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散。（3）染料在纖維上的固著染料首先在纖維表面發(fā)生吸附，染在纖維表面，形成“環(huán)染”,隨后逐步進(jìn)入到纖維內(nèi)部的無定形區(qū)域，把纖維染透，完成 HYPERLINK file:/D:2007年上報材料07年教學(xué)日歷和試卷上染過程演示.swf t _parent 上染過程。吸附的逆過程叫做解吸，上染過程中，吸附與解吸同時進(jìn)行，初始階段吸附（上染）速率高于解吸速率，最后兩者速率相等，達(dá)到平衡，

6、上染百分率不再升高。假如染色過程中染料的上染速率或吸附速率在恒定的染色條件下（如溫度、浴比及助劑等）與染浴中的染料濃度呈比例關(guān)系，則吸附（上染）速率可表示為：吸附速率： V吸=Ds,tK吸Ds,t：為染色時間t時染液中的染料濃度； K吸：為染色速率常數(shù)。上染開始階段，染液中的染料濃度最高，吸附速率最快，上染速率大于解吸速率，主要是染液中的染料上染纖維。但隨著時間的延長，染液中的染料濃度不斷降低，吸附速率不斷減慢。解吸速率：V解=Df,tk解D f,t：為染色時間t時纖維上的染料濃度； K解：為解吸速率常數(shù)平衡時： V吸= V解第二節(jié) 染料在染液中的基本形式（染料的溶液性質(zhì)）一、染料的溶液性質(zhì)對

7、上染的影響染料的上染就是染料以單分子狀態(tài)或離子狀態(tài)轉(zhuǎn)移到纖維上的，以單分子狀態(tài)吸附。另外染料在溶液中還存在聚集態(tài)：膠體離子和膠體粒子。不能直接上染。 聚集 單分子 離子二、染料的電離和溶解 染料在溶液中的電現(xiàn)象，可以分為帶電的離子型和不帶電的非離子型。離子型又可分為陰離子型的：直接染料、酸性染料、活性染料等。 陽離子型的：陽離子染料（堿性染料） 非離子型染料主要是：分散染料。常見的染料水溶性基團(tuán)和極性基的性質(zhì)1.SO3H OSO3H ；（pH1 全部電離） 2.SO3NH2 （pH4 開始離子化）3.COOH （pH2 開始電離、pH5 全部離） 4.OH（pH7 開始離子化、pH10-11全

8、部電離）5.NH NHR NR1R2 在酸性條件下可以形成正離子。三、染料的分散難溶性染料：分散、還原染料為主 。染料在水中，以懸浮體穩(wěn)定分散在溶液中。染料晶體 溶解的染料 分散于膠束之中的染料三種狀態(tài)之間保持動態(tài)平衡關(guān)系。分散穩(wěn)定性與顆粒大小、溫度、電解質(zhì)、分散劑性能等有關(guān)。四、染料在溶液中的聚集及影響因素DSO3Na D-SO3 - +Na+ 直接、酸性、活性nD-SO3- = ( nD-SO3- ) n-離子膠束nD SO3Na= (DSO3Na)n (n個染料分子聚集成的膠核)(DSO3Na)nmD-SO3 m-膠體粒子1.內(nèi)部因素染料水溶性基團(tuán)的數(shù)量 多聚集少染料水溶性基團(tuán)的位置:

9、中間-不易聚; 兩邊-容易聚集2.外部因素pH值： （高）有利于形成離子狀態(tài)的不易聚集溫度： 提高聚集狀態(tài)變??；降低聚集狀態(tài)大電解質(zhì)；多 聚集提高助劑： 有的表面活性劑（非離子）；（尿素增溶）染料濃度：大聚集提高濃度、降低溫度可使染料發(fā)生聚集。降低染料溶液的濃度，提高溫度可使染料聚集體發(fā)生解聚。如：電解質(zhì)、溫度的影響溫度的降低和食鹽濃度的提高都會顯著地增加染料的聚集。 圖 溫度、食鹽濃度對直接天藍(lán)FF聚集的影響 非離子表面活性劑的影響：聚氧乙烯非離子型表面活性劑是通過(OC2H4)nOH結(jié)構(gòu)和水分子發(fā)生氫鍵結(jié)合而獲得水溶性的。隨著溫度的提高，這種結(jié)合逐步遭到破壞，非離子型表面活性劑的水溶性隨之

10、而降低，原來的分散狀態(tài)也就遭到破壞。 第三節(jié) 纖維材料在染浴中的性質(zhì)一、纖維的吸溫和溶脹 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)。在結(jié)晶區(qū)大分子排列緊密，孔隙小而少。 大分子排列不很整齊，定向度較低的部分稱為無定形區(qū)。在無定形區(qū)分子排列較松弛，有無數(shù)空隙分布其中。 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，纖維就吸收水分，使纖維發(fā)生潤濕和溶脹。二、纖維材料在染浴中的電性質(zhì)1.雙電層除蛋白質(zhì)纖維外在染浴中都帶負(fù)電，纖維表面吸附相反離子。緊密吸附在纖維表面形成吸附層；在溶液中的相反離子擴(kuò)散分布，形成雙電層（吸附層和擴(kuò)散層）。 2. Zeta電

11、位（ 電位）吸附層與擴(kuò)散層之間形成的雙電層也叫動電層；吸附層與擴(kuò)散層相對運(yùn)動的現(xiàn)象為界面動電現(xiàn)象；電位是緊密吸附層與擴(kuò)散層相對運(yùn)動產(chǎn)生的電位差。并非表面的真正電位，而是表示離開實(shí)際表面某一距離的電位。它是緊密吸附層與溶液本體的電位差。熱力學(xué)電位：纖維表面對溶液內(nèi)部的電位差。影響電位的因素：纖維電性、pH、電解質(zhì)等。界面動電現(xiàn)象和動電層電位：研究表明、雙電層中有一部分離子被纖維表面很強(qiáng)地吸著，稱為吸附層或固定層。在外力的作用下，纖維和溶液發(fā)生相對運(yùn)動，吸附層一般與纖維表面不發(fā)生相對位移。另一部分離子在外力作用下，當(dāng)纖維與溶液相對位移時，易和纖維(或吸附層)發(fā)生相對位移，這部分稱為擴(kuò)散層。在外力作

12、用下，吸附層和擴(kuò)散層相對運(yùn)動的現(xiàn)象稱為界面動電形象。3. 纖維的電位和染色紡織纖維在溶液中一般帶有負(fù)電荷，在使用陽離子染料時，由于染料陽離子和纖維表面電荷相反，則靜電引力和分子間引力(氫鍵、范德華力)作用方向相同，染料容易發(fā)生吸附。當(dāng)纖維表面和染料分子帶有相同電荷時，纖維表面動電層電位較高，電位壁壘高，染色困難。當(dāng)染料分子克服斥力更靠近纖維時，分子間的引力起主要作用，使染料被纖維表面所吸附。 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。 溫度升高，染色速率增加，半染時間t1/2減少，初染率提高，達(dá)到染色平衡所需的時間減少，但平衡上染百分率降低因此，對于上染速率高的染

13、料，采用較低溫度染色，而對上染速率低的染料則選用較高的染色溫度為宜。 三、 染料和纖維之間的結(jié)合力: 染料與纖維的結(jié)合固著（1）庫倫力 （2）范德華引力：偶極力 、偶極誘導(dǎo)偶極力、色散力（3）氫鍵（4）共價鍵 （5） 配位鍵（6）電荷轉(zhuǎn)移分子間引力染料與纖維分子間的作用力1. 庫倫力 F = qq/r2 2. 范德華引力：偶極力 、偶極誘導(dǎo)偶極力、色散力。如：偶極間引力與偶極間的距離r的6次方、絕對溫度T成反比。3. 氫鍵：氫原子和負(fù)電性比較強(qiáng)的原子成共價鍵結(jié)合。這種氫原子還能和另一負(fù)電性強(qiáng)的原子發(fā)生一種特殊的取向結(jié)合。這種結(jié)合叫做氫鍵。 氫鍵的強(qiáng)弱和氫原子兩邊所接原子的負(fù)電性大小有關(guān)。負(fù)電性

14、越大，氫鍵越強(qiáng)。氫鍵的強(qiáng)度大小順序如下：4. 共價鍵 染料和纖維發(fā)生共價鍵結(jié)合主要發(fā)生在含有活性基團(tuán)的染料和具有可反應(yīng)基團(tuán)的纖維之間。例如活性染料和纖維素之間可在一定條件下發(fā)生反應(yīng)而生成共價鍵結(jié)合的染色產(chǎn)物。5. 配位鍵配價鍵一般在媒染染料、酸性媒染染料及金屬絡(luò)合染料染色時發(fā)生，例如1：1型金屬絡(luò)合染料可與羊毛生成配價鍵結(jié)合。6. 電荷轉(zhuǎn)移分子間引力：供電-胺類、酯基(稱為孤對電子供電體) 受體-鹵素、雙鍵（軌道容納電子） 。 具有受體性質(zhì)的分子和具有供體性質(zhì)的分子間會發(fā)生分子間結(jié)合。 在供電子體D及受電子體A之間，從D到A轉(zhuǎn)移了一個電子，在D與A之間產(chǎn)生了吸引力，這就是電荷轉(zhuǎn)移力。結(jié)果在D與

15、A之間形成了一定的結(jié)合，稱為電荷轉(zhuǎn)移結(jié)合。例如，分散染料中的氨基與聚酯纖維中的苯環(huán)，或聚酯纖維中的酯基與分散染料中的芳環(huán)可以發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，生成電荷轉(zhuǎn)移分子間引力。 一般，在對纖維素纖維的上染過程中，范德華引力起著主要作用。另一種理論則認(rèn)為：染料之所以能染著在纖維素纖維上是由于染料在纖維微隙里發(fā)生自身分子聚集的結(jié)果。（直接染料） 如：羊毛等蛋白質(zhì)纖維和聚酰胺纖維在酸性染液中染色時，纖維分子帶有正電荷，對染料色素陰離子發(fā)生庫侖引力。 聚丙烯腈纖維(腈綸)分子鏈上有-SO3或-COO-基，帶有負(fù)電荷，對陽離子染料色素離子發(fā)生庫侖引力。其它分子間引力也同時發(fā)生作用。第四節(jié) 吸附的熱力學(xué)一、化學(xué)位、直接

16、性 = ( G/n ) P、T、nj 偏摩爾自由焓-化學(xué)位當(dāng)溫度、壓力都不變時加入無限小的染料，每克分子染料的變化引起染液自由焓的變化。s =s。+RTas 染料在染液中的化學(xué)位f=f 。+RTaf 染料在纖維上的化學(xué)位表達(dá)式f 。染料在纖維上標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位； s。染料在染浴中的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位當(dāng)染料的吸附和解吸速率相等時為平衡。平衡狀態(tài)f=s；染料在纖維上的濃度為Df ；染料在染浴中的濃度為Ds染色平衡時： f=s s。 +RTDs= f 。 +RTDf-（ f 。 - s。 ）= RTDf- RT Ds-。= RT Df/ Ds染色標(biāo)準(zhǔn)親和力：染液中染料標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位和纖維上染料標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位的差值。（單位

17、KJ/mol）-。越大染料的轉(zhuǎn)移（上染）越容易；反之越難。親和力表示染料從溶液中的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)向纖維上的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢和量度，是熱力學(xué)概念。 直接性：染料對纖維上染的能力。用上染百分率來定義（表示）的。上染百分率越高染料對纖維素直接性越高，反之越低。直接性染料能從染液中向纖維表面轉(zhuǎn)移的特性。是親和力定性的表示，受溫度、電解質(zhì)、浴比、pH值、染料濃度和助劑等因素影響。（具有工藝特性）如：浴比大的，所達(dá)到的平衡上染百分率就比較低。 親和力由染料和纖維的性質(zhì)決定。親和力：-（ f 。 - s。 ） =（ s。 - f 。） 染料上染纖維的必要條件是: fo so，即親和力越大，表示染料從染液向纖維轉(zhuǎn)

18、移的趨勢越大,（從化學(xué)位高向低轉(zhuǎn)移）即推動力越大。親和力是染料對纖維上染的一個特性指標(biāo),它的單位為KJ/mol。二、 不同染色體系的吸附等溫線（染色機(jī)理）吸附等溫線定義：恒定染色溫度下，將染色達(dá)到平衡時，纖維上的染料濃度對染液中染料濃度作圖。表示染料在纖維與染浴中濃度的關(guān)系。研究染料上染纖維的機(jī)理。（纖維上的染料濃度和染液中的染料濃度的關(guān)系線。）染料對纖維的吸附等溫線主要有三種類型：1.能斯特分配型（Nersnt） :纖維上染料濃度與溶液中染料濃度正比關(guān)系 Df/ Ds =K溶解機(jī)理（染料溶解在纖維里-染料是溶質(zhì)；纖維是溶劑）例：分散染料（非離子染料）染合成纖維。 纖維上的染料濃度與染液中的染

19、料濃度成正比關(guān)系，隨著染液濃度的增加而增加，直到飽和為止。（即纖維上的染料濃度不再隨染液濃度的增加而增加。）表示纖維上染料濃度D f和染液濃度D s成直線關(guān)系。D fD s式中的K為比例常數(shù)，稱為分配系數(shù)。若以Df對Ds 作圖，可得到斜率為K的直線。染料的分配猶如一個溶質(zhì)在兩個互不相溶的溶劑中那樣，服從能斯忒(Nernst)分配定律。這種情況一般就假設(shè)染料是溶解在纖維里的，把染料作為溶質(zhì)，纖維作為溶劑來處理。2.朗格謬爾型（Langmuir）Df=KDSSf /(1+KDS) 定位吸附：陽離子染料染腈綸；強(qiáng)酸性染料染羊毛。定位吸附有染座 ；有明確的飽和值，染料占滿了不再增加。（1）當(dāng)Ds很小時

20、開始一段為直線。 Df=KSf Ds= K1Ds(2)推導(dǎo)：吸附速率Va和染液中染料濃度Ds，纖維上未占據(jù)染料的位置量(SDf )的乘積成正比，解吸速率Vd則和纖維上的染料濃度成正比： Va(吸附速度)=KaDs（Sf- Df） Vd（解吸速度）=KdDf 平衡時，Va =Vd ：KaDs（S- Df）=KdDf KaDsS = KaDs Df+KdDf （ 設(shè)：Ka/ Kd = K ）Df= KDSSf/(1+KDS)推導(dǎo)過程的假設(shè):一個位置吸附一個染料分子 吸附染料后纖維電性質(zhì)不變吸附于纖維的染料之間不干擾與能斯忒吸附的不同。它的特點(diǎn)在于曲線的斜率隨著上染過程的推移而漸漸下降，最后趨向恒定

21、。在一定條件下達(dá)到一個定值，染料的上染不再隨染液濃度的提高而增加。纖維上的這個染料濃度稱為該纖維的染色飽和值。假設(shè)纖維上有許多性質(zhì)一樣的吸附位置(例如酸性染液中染色時，蛋白質(zhì)纖維分子上的-NH3+基和聚丙烯腈纖維分子上的-SO3-基)，其含量為每公斤纖維S個位置，每一個位置都能同樣地吸附一個染料分子而不互相干擾。 VaK1D s (SD f ) VdK2D f式中K1、K2分別為吸附和解吸速率常數(shù)。 平衡時，VaVd所以K1D s (SD f )K2D f 讓K1/ K2K，則D f KD s (SD f )移項(xiàng)得D f (1+KD s)KD sS 3. 弗萊因德利胥型(Freundlich)

22、經(jīng)驗(yàn)方程式為： Df=KD sn 0n1 多分子層吸附纖維上染料濃度隨染液中染料濃度的增加不斷增加。該方程式是由經(jīng)驗(yàn)得到的。纖維素纖維在含有一定濃度食鹽的染浴中上染直接等類染料的吸附等溫線符合這種類型。 4.復(fù)合吸附等溫線Df= KfDs + KDSSf/(1+KDS) (溶解吸附) （定位吸附）第五節(jié) 染色熵S：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)無限小量的染料從染液中轉(zhuǎn)移到染有染料的標(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(S) 。（KJ/ mol）染色熵S一般為負(fù)值：染料上染纖維引起物系紊亂度降低。 S可能為正值：疏水基較多的染料上染纖維：類冰結(jié)構(gòu)：染料的疏水部分使水分子結(jié)構(gòu)成簇狀，染料上染纖維后，水的類冰

23、結(jié)構(gòu)破壞，水的紊亂度增加，S可能為正值（水熵值的增加大于染料熵值的減小）-0=TS- H0 染色熱 H/ n =H0 （標(biāo)準(zhǔn)染色熱）當(dāng)無限小量的染料從處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的染液中轉(zhuǎn)移到染有染料也處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的纖維上時每摩爾染料轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的熱量變化（所吸收的熱）。 單位為KJ/mol。染色是放熱過程不是吸熱過程。染色熱是負(fù)值：溫度升高，解吸增加，平衡吸附量降低H0=H01+H02+. 染料水化 , 纖維水化吸附染料后的纖維重新水化熱。吸收熱為正值，放出熱為負(fù)值，因此染色熱為負(fù)值。染色熱負(fù)值絕對值越大，表示染料吸附上染纖維與纖維分子間的作用力越強(qiáng)，染色親和力越大，反之親和力越小。本部分掌握內(nèi)容：1. 標(biāo)準(zhǔn)

24、染色親和力 2. 直接性 3. 吸附等溫線常見吸附等溫線的類型及意義 5.染色熱 6. 染色熵Zeta電位(動電層電位) 8. 疏水性結(jié)合（類冰結(jié)構(gòu)）9.。染料與纖維之間的作用力第三章 染色動力學(xué)一、擴(kuò)散邊界層擴(kuò)散邊界層：不管染液怎樣流動，在纖維周圍的液體中總有一個邊界層。在這個邊界層里染料靠自身分子的運(yùn)動擴(kuò)散，不是靠液體流動完成的。染液流速從染液本體到纖維表面流速降低的區(qū)域。（染料濃度從染液本體到纖維表面是逐漸降低的）二 升溫上染速率曲線升溫上染速率曲線上染速率影響因素：染料及用量 纖維比表面大小 助劑、擴(kuò)散系數(shù)（Df）1.上染速率曲線：纖維上的染料濃度隨染色時間變化的曲線。Df (上染百分

25、率或K/S)時間在恒定溫度下染色，纖維上染料濃度Df或上染率%為縱坐標(biāo)，染色時間（t）為橫坐標(biāo)作圖得到的曲線。拼色時,若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色澤。2.初染率、勻染、移染和上染速率的控制初染率：染色初期的百分率（或上染速率）勻染：染料在被染物表面以及纖維內(nèi)部均勻分布的程度。色澤較濃的試樣解吸的速率比色澤淡的試樣為高。解吸下來的染料通過染液流動和自身的擴(kuò)散會在紡織物別的部位上重新上染。這就是所謂“移染”現(xiàn)象。移染：上染較多部位的染料通過解吸轉(zhuǎn)移到上染較少的部位。上染的工藝條件包括：染液的染料濃度、溫度、染液流速以及其它染浴條件，例如浴比、染液pH、食鹽和其它助

26、劑的使用等。在 被染物表面各部分是否均勻分布，及在纖維內(nèi)染料是否均勻分布。在纖維內(nèi)部分布的情況。上染速率太慢，上染百分率太低固然會在經(jīng)濟(jì)上造成損失，但上染速率太快、上染百分率太高則往往會產(chǎn)生上染不勻、不透的現(xiàn)象。 三 染料的擴(kuò)散定律(一) 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散定律 1.穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：染料在擴(kuò)散過程中各個位置的濃度是不變的。 染料吸附于纖維表面后，由于纖維表面的染料濃度高于纖維內(nèi)部的濃度，使染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，其擴(kuò)散速率可以用Fick公式表示 ： Fx = -D dc/dx Fx：擴(kuò)散通量(速率)，即單位時間內(nèi)通過單位面積 的染料量。D：擴(kuò)散系數(shù)；dc/dx：沿擴(kuò)散方向染料濃度梯度；“-”表示染料由濃度高向低的

27、方向擴(kuò)散?；?： dc/dt= -AD c/ x （ dc/dt= A Fx ）2.擴(kuò)散速率比吸附速率慢的多， 是決定染色速度的關(guān)鍵性階段。3.影響擴(kuò)散速率（擴(kuò)散系數(shù)）的因素：染料結(jié)構(gòu)； 纖維結(jié)構(gòu)； 染料直接性（或親和力）； 染色溫度； 纖維溶脹劑。(二)菲克擴(kuò)散第二定律（描述非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散情況） c/ t = - Fx / x c/ t = (D c/ x)/ x x方向 D是變數(shù) c/ t=D 2c/ x2 x方向 D是常數(shù)實(shí)際都是非穩(wěn)態(tài)D（cm2/s） c/ x(g/cm4) Fx(g/ cm2. s)四 擴(kuò)散系數(shù)的計算（一）從上染速率求擴(kuò)散系數(shù) 1.無限染浴 ct/ c =1-8/ p 2

28、1/(2m+1)exp-D (2m+1) p 2t/l2 半徑為r的纖維,上染時間很短時，簡式為： ct/ c =2Dt/ p從上染速率求擴(kuò)散系數(shù)（上染速率和擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系）無限染浴條件下，上染速率和擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系方程式：已知c、ct、t，便可求得D。2.有限染浴有限染浴條件下，上染速率和擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系方程式 ct/ c =1- 4a(1+a)/(4+4a=a2q2n)expq2nDt/r2半染時間t1/2和擴(kuò)散系數(shù)D成反比關(guān)系，而和纖維的半徑r的平方成正比。 （二）從染料濃度分布曲線求擴(kuò)散系數(shù)（濃度對擴(kuò)散速率的影響）計算公式: DA=1/ct0CtD(c)dc(DA表觀擴(kuò)散系數(shù))解得：五、染

29、料的擴(kuò)散模型(1)擴(kuò)散模型孔道模型孔道模型 : 棉、粘、銅氨、毛（親水性纖維） 纖維中存在許多曲折而互相連通的小孔道，染色時，水使纖 維溶脹，孔道直徑增大，染料分子通過其向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，同時伴隨吸附與解吸現(xiàn)象發(fā)生。對親水纖維染色。染料在孔道模型中的擴(kuò)散系數(shù)a:孔隙體積/纖維總體積 CP: 孔道內(nèi)可以擴(kuò)散的游離染料濃度折繞比：孔隙的曲繞度(兩點(diǎn)之間孔道的曲繞長度與兩點(diǎn)之間直線距離的比值） Dp：游離染料在孔道染液中的擴(kuò)散系數(shù) Ca: 吸附在孔道壁上的染料濃度 D決定于：染料分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，染料對纖維的親和力，纖維的微結(jié)構(gòu)有關(guān)。染料分子結(jié)構(gòu)越大，在溶液中的擴(kuò)散系數(shù) Dp就越小，反之越大；染料對纖維

30、的親和力越大,即dCP/ dCa值越小，此比值和染料在纖維與染液間的分配系數(shù)成反比，擴(kuò)散系數(shù)值越小。也就是說，染料在孔道中擴(kuò)散的過程中，被孔道壁分子鏈吸附的幾率越高，擴(kuò)散就越困難。染料分子芳環(huán)共平面性越強(qiáng)，分子越大，吸附的幾率也就越高，因此擴(kuò)散也越困難。纖維中無定形區(qū)含量越大，即 a 值越大，擴(kuò)散系數(shù)越大。提高染料在孔道模型中的擴(kuò)散系數(shù)的措施 染色前纖維進(jìn)行充分的前處理，染色時使纖維充分溶脹 ，增加孔道體積。提高染色溫度，會增加擴(kuò)散系數(shù)。選用對纖維親和力小的染料。(2) 自由體積模型自由體積模型：纖維總體積中存在未被大分子鏈段占據(jù)的一部分體積自由體積，Tg以下時，以微小孔穴分布于纖維中；Tg以

31、上時，由于分子鏈段的運(yùn)動，可能會出現(xiàn)體積較大的自由體積。染料可以沿其擴(kuò)散。對疏水纖維染色。 自由體積模型 合成纖維的上染情況影響因素：溫度 濕度 擴(kuò)散容量 增塑劑 降低玻璃化溫度聚酯、聚丙烯腈等合成纖維染色時，染料分子吸附在纖維大分子鏈上，當(dāng)溫度足以使纖維的大分子的鏈段發(fā)生繞動，產(chǎn)生大小超過某一臨界值的孔穴以后，染料分子就循著這些不斷變化的孔穴，逐個孔穴“跳躍”擴(kuò)散。 染料在自由體積模型中的擴(kuò)散系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)方程式：l/Tl （）/（）（）威廉土蘭代爾弗萊：WLF方程 （Williams-Landel-Ferry） 式中：T、Tg分別為溫度T、Tg時無定形高分子物的粘度等物理機(jī)械性能數(shù)值，A、B為

32、該高分子物的特性常數(shù)。lgT稱為溫度T時的移動因子。根據(jù)以上分析，粘度隨著鏈段“跳躍”幾率的增高而降低.與此相反，擴(kuò)散速率隨鏈段“跳躍”幾率的增高而增高，故溫度為T時的擴(kuò)散系數(shù)DT和溫度為Tg時的擴(kuò)散系數(shù)DTg的關(guān)系為：六、擴(kuò)散活化能（溫度對擴(kuò)散系數(shù)的影響）DT=D0e E/RT 或 lnDT=lnD0-E/RT (阿累尼烏斯方程式)(Arrhenius式) 式中：DT是絕對溫度為T時，測得的擴(kuò)散系數(shù)； T；絕對溫度 D0為常數(shù)；E為染料分子的擴(kuò)散活化能，即染料分子克服能阻擴(kuò)散所必須具有的能量，因次是kJmol；R是氣體常數(shù)。擴(kuò)散活化能：即染料分子克服能阻擴(kuò)散所必須具有的能量。將不同溫度時測得

33、的擴(kuò)散系數(shù)的自然對數(shù)(lnDT)對絕對溫度的倒數(shù)(1/T)作圖，可得到一直線，直線的斜率為-E/R，由此可算出擴(kuò)散活化能的大小。 擴(kuò)散活化能越大，表示分子擴(kuò)散時克服阻力所需的能量越大，擴(kuò)散速率較低，擴(kuò)散受溫度的影響也就越大。染料分子小，纖維微隙大，有利于染料分子的擴(kuò)散。染料在纖維內(nèi)部的擴(kuò)散基本上是以單分子形式進(jìn)行的，染料聚集體比較大，一般不可能通過纖維的微隙。影響染料在纖維內(nèi)擴(kuò)散性能的因素擴(kuò)散速率首先決定于染料分子結(jié)構(gòu)的大小和纖維的微隙大小。纖維的結(jié)晶度影響染料的擴(kuò)散，尤其是合成纖維。結(jié)晶度高，則染料在此纖維中的擴(kuò)散系數(shù)較低。染料與纖維分子間親和力越高，擴(kuò)散速率越慢。染料的擴(kuò)散速率與纖維上的染

34、料濃度有關(guān)系。提高染色溫度，可以提高染料的擴(kuò)散速率。凡是使微隙增大的因素(如用助劑促使纖維吸濕溶脹、升溫等)都有利于染料的擴(kuò)散。本部分掌握內(nèi)容：1. 以陽離子染料為例說明染料的溶液性質(zhì)及影響染料聚集的因素2. Zeta電位(動電層電位) 3. 擴(kuò)散模型 4.擴(kuò)散活化能 5.擴(kuò)散邊界層 6.擴(kuò)散定律 7.上染速率曲線、升溫上染速率曲線第四章 直接染料染色第一節(jié) 引言1.定義：溶于水，分子含磺酸基或羧基，能在中性條件下直接上染纖維素纖維（弱酸性條件下上染蛋白纖維）多用于纖維素纖維、紙、皮革、蛋白質(zhì)纖維和錦綸等 。2.直接染料染色的特點(diǎn)：（1）可溶于水易于染色 （2）色譜齊全，仿色容易,品種多，用途

35、廣（3）牢度差 對于要求不高的產(chǎn)品還是可以滿足要求的。（4）沾色嚴(yán)重 。 （5）成本低。 （6）鮮艷度稍差。3 直接染料應(yīng)用應(yīng)用時間長，方法簡便水溶性，可以在水中染纖維素纖維和蛋白質(zhì)纖維 耐洗牢度差，日曬牢度也欠佳 進(jìn)行固色處理可提高牢度第二節(jié) 直接染料的分類及其染色性能一 根據(jù)染色性能，分為三類:1. (A類) 勻染性直接染料 分子結(jié)構(gòu)簡單(小)，水溶性基團(tuán)多, 染液中聚集傾向小，染色速率高，需在70 水洗牢度差，適合染淺色。例如：直接凍黃G 勻染性染料。2（ B類）鹽效應(yīng)染料(或鹽控型直接染料)分子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，勻染性較差，分子中含磺酸基較多，上染速率較低，加鹽能夠顯著提高上染速率和上染百分

36、率，促染效果明顯。(中性電解質(zhì)敏感。) 須嚴(yán)格控制鹽用量，防止染花，不適合染淺色。例如直接湖藍(lán)5B常為雙偶氮染料，對纖維的親和力較高，分子中具有較多的磺酸基團(tuán)，染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散速率低，移染性能較差，食鹽等中性電解質(zhì)對這類染料的促染效果顯著。 故必須通過控制鹽的用量和加入的時間,以獲得勻染和較高的上染百分率。若鹽的加入量不當(dāng)，會造成初染率太高，容易導(dǎo)致染色不勻。該類染料有較高的濕處理牢度。3（C類）溫度效應(yīng)染料分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勻染性很差，染色速率低，分子中含磺酸基少，鹽促染效果不明顯，而溫度對上染影響大（對溫度敏感 ），溫度提高，上染率提高。 較高溫度才能染好，需控制升溫速度獲得勻染效果水洗牢度

37、好，一般適合染深色。如：直接黃棕3G。 常為多偶氮染料，對纖維親和力高，染料分子中含有的磺酸基較少，擴(kuò)散速率低，移染及勻染性差，其上染速率可由染浴的升溫速率和鹽的加入量來控制。染色時要用較高的溫度，以提高染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散速率，提高移染性和勻染性。在實(shí)際的染色條件下，上染百分率一般隨染色溫度的升高而增加，但始染溫度不能太高，升溫速度不能太快，要很好地控制升溫速率，否則容易造成染色不勻。染淺色時只需加入少量的鹽就能獲得較高的上染百分率第三節(jié) 直接染料的染色原理及性能一、直接染料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）長鏈線型、 分子量大 （2）很好的平面性(芳環(huán)成同平面 )、對稱性（3）具有共軛性 （4）含氨基、羧基

38、（形成氫鍵）磺酸基，溶于水。由于上述分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，直接染料在水溶液中具有較大的聚集傾向。二、直接染料染色原理具有直線展開、芳環(huán)成同平面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而且在共軛軸上一般都具有能夠生成氫鍵的基團(tuán)，羥基或氨基，有的還有酰胺基。這些基團(tuán)都能生成氫鍵。偶氮基本身也是一個能形成氫鍵的基團(tuán)。例如一NN一、一OH、一NH2等，纖維素纖維經(jīng)過乙?；?，羥基被封閉以后，直接染料便難以對它們上染。 直接染料的直接性還往往隨芳環(huán)的增加而提高。因而又認(rèn)為色散力對直接染料的直接性起著主要的作用。從染料分子中諸如酰胺等偶極基團(tuán)和增加共軛雙鍵，可以提高染料直接性，說明偶極引力和色散力都起著重要作用。染料分子中的氫鍵基團(tuán)和芳環(huán)成

39、同平面等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也都是有利于染料分子在纖維上發(fā)生聚集的因素。 三、直接染料的染色性能1、直接性高：原因分子大、線形結(jié)構(gòu)、對稱性好、 共軛系統(tǒng)長、同平面性、范德華力大、易與纖維形成氫鍵結(jié)合。2、水溶性：溶解度隨溫度升高顯著增大。少量純堿可以助溶。3、鹽的促染作用。原因：染料上染時離解成色素陰離子，與帶負(fù)電的纖維素表面有斥力，加鹽可以降低這種斥力，不同的染料作用效果大小不一樣。4. 溫度效應(yīng): 對于溫度效應(yīng)染料，提高溫度有利于染料 擴(kuò)散，提高上染速率和百分率。對于勻染性染料，60-70C得色深， 溫度高，上染率反而下降； 5、不耐硬水第四節(jié) 直接染料染色工藝一、上染過程 直接染料商品中摻有一定數(shù)量

40、的元明粉等稀釋劑以調(diào)節(jié)染料的濃度。纖維素纖維的染色是在含有元明粉或食鹽(粗鹽含有鎂鹽等雜質(zhì)較多)的中性染浴中上染的。 二、染浴組成：染料、中性電解質(zhì)：NaCl、無水Na2SO4（元明粉）、助劑（勻染劑） 、水三、升溫曲線：染色時，先將染料用少量冷水調(diào)成漿狀，必要時可加少量的潤濕劑。然后在不斷攪拌下，加入熱的軟水將染料充分溶解，染料用量隨色澤濃度和浴比而定。浴比1：3左右。 染中等濃度的色澤，染料用量為干布重的0.21 %；將染料溶液用篩網(wǎng)過濾，加到事前準(zhǔn)備好的染浴里。棉布經(jīng)過熱水均勻潤濕，進(jìn)入染浴。染浴初始溫度也可以為4050。為了提高上染百分率，可在染浴中另加1030克升元明粉(或515克升

41、食鹽)，用量隨產(chǎn)品染色濃度和染料性質(zhì)而定。入染后，緩緩升溫至所需溫度，繼續(xù)上染45min1小時。對于移染性能比較差而可用元明粉控制上染的染料，則可在升溫過程中分次加入元明粉；而對于移染性能差，即使不另加元明粉也能達(dá)到較高上染百分率的染料，應(yīng)在較低的溫度開始上染并很好地控制升溫速率，使染料緩緩均勻地上染。 四、染棉織物 （一）浸 染： 染液組成 染料 x%（owf） 純堿 13g/L 食鹽或元明粉 020g/L 浴比： 1：2040卷染：浴比為1：23； 軋染只是少量的生產(chǎn)。浸染是將被染物浸漬于染液中，通過一定的染色工藝，使染料逐漸地被纖維所吸收而達(dá)到染色目的的種方法。這種染色方法不受染物規(guī)格和

42、數(shù)量的限制，操作靈活。 、浴比和染液pH值浸染法染色，浴比的大小取決于染色產(chǎn)品的特性和生產(chǎn)設(shè)備。從工藝技術(shù)上考慮，輕薄的絲綢和勻染度要求較高的產(chǎn)品，通常采用大浴比染色；批量大、色澤濃的產(chǎn)品，盡可能用小浴比。浴比小，染料利用率高，染色廢水少，又有利于節(jié)約熱能。所以新的生產(chǎn)設(shè)備大都是高效能的小浴比染色機(jī)。 有關(guān)浸染用的機(jī)臺型式和加工產(chǎn)品適用范圍見表所示。機(jī)臺名稱機(jī)臺名稱加工方式浴比產(chǎn)品范圍噴射染色機(jī)溢流染色機(jī)繩狀染色機(jī)吊籠染色機(jī)卷染機(jī)繩狀繩狀繩狀絞紗、散纖維平幅1 101 201 401 301 5機(jī)織物、針織物機(jī)織物、針織物機(jī)織物、針織物紗線、散纖維機(jī)織物、針織物直接染料與分散染料同浴染色時，必

43、須兼顧這兩類染料對pH的穩(wěn)定性。 、助劑選用、滲透劑：滲透劑BX(拉開扮)，用量為0.5 1 % (owf)；、勻染劑：富米邦A(yù)(601)和凈洗劑LS都是陰離子表面活性劑，對直接染料有緩染作用，可以提高染色成品的勻染度，有利于染色后水洗去除浮色，用量為0.5 1 % (owf)。（勻染劑OP與勻染劑O (平平加) ）；、固色劑：、軟水劑：直接染料染色對水質(zhì)有一定要求。在水質(zhì)硬度較高的地區(qū)(100 ppm以上)，無軟水設(shè)備的情況下，通常在染液中加適量的軟水劑。中、深色澤棉紗或人造棉布的染色都加純堿或磷酸三鈉，既有利于染料溶解，又有軟水效用，用量為1 2 %(owf)。 注意：直接染料在染浴中會相

44、互干擾影響染料的上染。染后應(yīng)及時烘干.提高上染溫度會降低平衡上染百分率。為了避免這個缺點(diǎn)，可以在上染的后階段將溫度漸漸降低。這樣便可獲得良好的染色效果。 五.直接染料的染色影響因素（1）pH： pH 值越低溶解性越低（主要對COOH而言），加純堿助溶。（2）不耐硬水：和鈣離子等形成沉淀。加純堿可軟化水。（4）鹽效應(yīng) a :促染 - Na+ - Na - Na+ - Na+ 纖維素纖維帶負(fù)電，在染浴里加入食鹽(或元明粉)，染液里就增加了額外的鈉離子和氯離子(或SO42)。前者Na+受纖維電荷的吸引，而后者則受到排斥。在鈉離子的遮蔽作用下，染料陰離子接近纖維表面所受斥力便大為減弱。 Zeta電位負(fù)

45、值減小，由庫侖力產(chǎn)生的能阻減小，促染作用。-SO3越多效應(yīng)越顯著。 b:鹽若加的過多，則染料易聚集，不利于上染。 c:隨著鹽量的增加，上染速率也增加，容易出現(xiàn)染花的現(xiàn)象，最好采用分批加鹽。直接染料染色也可用浸軋汽蒸的方式進(jìn)行。汽蒸時間隨色澤深淺而有長短，需38分鐘，可在軋卷機(jī)上用飽和蒸汽汽蒸以完成上染過程。 （二）卷 染直接染料應(yīng)用于織物的卷染，與浸染比較，各具優(yōu)缺點(diǎn)。卷染的滲透度及纖維的遮蓋力雖不及繩狀浸染，但對緊密織物的平挺度來說，則為浸染所不及，尤其對粘膠絲織物顯得更為突出。采用松式卷染機(jī)染色，效果更好。 、本光棉平布直接染料及直接耐曬染料的卷染、工藝流程坯布準(zhǔn)備染色(在98100染47

46、道，液量120200升)水洗(冷水洗13道，液量150200升)烘干上漿。（2）染色參考處方 (染細(xì)平布長480600米卷，染浴120200升)。 淺色中色深色 備注直 接 染 料 (克) 50以下50250250以上食 鹽 (克) 0500 01000 5003000 預(yù)先溶化純堿或磷酸三鈉(克) 200400 200400200400 預(yù)先溶化滲透劑 適量適量適量（3）操作注意事項(xiàng)、染浴用標(biāo)尺計量，溶化染料和食鹽液量在總液量內(nèi)扣除。、染料預(yù)先用90、淺、中色染料液宜分兩次并從兩頭加入，第一次加60%，第二次加40%，加料后需充分?jǐn)噭?。、部分染?如直接橙S等)溶解度較小，須防止溶解不透，或

47、溶解后擱置未用，引起染料重新析出而造成色點(diǎn)疵病。、部分染料(如直接耐曬翠藍(lán)GL等)粉質(zhì)較輕，易飛揚(yáng)于空氣中，稱料后應(yīng)立即用滲透劑或擴(kuò)散劑加木調(diào)成漿。、染色過程中保持布邊齊整，食鹽溶液沿卷染機(jī)內(nèi)壁分次均勻加入。、翻改色澤時，要充分洗凈卷染機(jī)和用具等。、水洗流量應(yīng)按染料濕處理牢度分別控制流量，如直接耐曬翠藍(lán)GL水洗流量不宜過大過急，否則易于產(chǎn)生“柳花”病疵。、染色溫度95以上，染色46道，染色后水洗2（4）其它注意事項(xiàng)、直接染料一般不耐氯漂，如克羅蘭丁紫5BLL等耐氯性更差，染坯需用95、采用促染劑染色時，卷染機(jī)大軸包上聚氯乙烯薄膜或涂烘環(huán)氧樹脂，以克服鹽所帶來的大軸鐵銹漬疵病。如用不銹鋼染缸，則

48、無此疵病。 、殘液繼續(xù)使用，可獲得基本均勻一致的色光，既降低染化料耗用量，又使操作便利。、直接染料的染色牢度和上染速率不一，拼色時應(yīng)選擇使用。、直接染料(特別是直接耐曬翠藍(lán)GL)烘燥過程中易產(chǎn)生泳移現(xiàn)象，因此烘筒表面溫度應(yīng)依次先低后高。、直接染料對鈣鹽拒染的反應(yīng)極為敏感(尤以直接耐曬翠藍(lán)GL為甚)，布面如沾有鈣鹽斑漬，染后會呈白斑疵病。經(jīng)驗(yàn)證明，在染色前采用酸洗(用量大)，加溫處理，既可去凈鈣鹽，又能提高滲透，有利于勻染。但處理后的染坯，應(yīng)充分洗凈方可染色。一般認(rèn)為，直接染料對棉纖維親和力強(qiáng)，上染速度快，勻染性較差。提高染色均勻度，一直是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。采取的措施大致可歸納如下幾點(diǎn)： 、提高染

49、色溫度，加強(qiáng)染料的滲透擴(kuò)散。直接染料低溫染色上染，滲透差，白芯現(xiàn)象嚴(yán)重，成品布面發(fā)毛，而且大部分直接染料在低溫染浴中由于溶解度的限制，易于析出，造成色點(diǎn)次布。因此，低溫染色與染色機(jī)理不合。采用高溫染色，有利染料的溶解、擴(kuò)散和滲透，染色均勻度較好。、染前坯布烘干燙平。染前坯布施行烘干燙平措施，克服繩狀折印，使染色“條花”病疵減少。直接桃紅12B、直接湖監(jiān)6B、直接橙S及克羅蘭丁紫5B、紫BLL等染料染色時，對布面繩狀折印反應(yīng)較敏感。由于布面繩狀折印的存在，增加了染色條花，在濕布直接染色改為半制品烘干、燙平、浸水后進(jìn)行染色的措施后，染色均勻度可得到提高。、放大浴比，分次加料。放大浴比，分次加入染料，少加、緩加或分次加促染劑，都可提高染色均勻度，克服前后色差。因?yàn)榉糯笤”认鄳?yīng)降低了染液單位濃度，使上染速度緩慢。染料分次加入染浴，可克服布軸兩頭色差。不易染勻的染料更需分次加促染劑。、控制升溫速度。對某些上染速度較快而移染性又差的染料，宜控制緩慢升溫以幫助取得勻染。尤其在上染較快的一段溫度，應(yīng)特別注意。 第五節(jié)、染其它纖維（一）染蠶絲 牢度較好，但光澤、顏色鮮艷度、手感不及酸性染料。故只是適合染黑、翠藍(lán)、綠色等。染色在松式染色機(jī)進(jìn)行，40C開始，逐漸升溫至90-95C，保溫60min，水洗、固色。桑蠶絞絲的浸染、工藝流程絞絲精練水洗染色水