第二章染色的基本理論.ppt

1、,第二章染色的基本理論 第一節(jié)染色的概念,一、染色的概念： 染色是指染料從染液中自動(dòng)地轉(zhuǎn)移到纖維上，并在纖維上形成均勻、堅(jiān)牢、鮮艷色澤的過程。（簡(jiǎn)單的定義） 指染料與纖維之間發(fā)生物理化學(xué)、化學(xué)結(jié)合，或用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理方法，讓染料在織物上形成色淀，以使整個(gè)紡織品獲得指定色澤且色澤均勻而堅(jiān)牢的加工過程。（具體的定義）,二、染色制品的質(zhì)量要求： 1、色澤定量 2、勻染性（勻染度）指染色制品的各個(gè)部位均勻一致的程度（指批次之間、左中右、正反面、內(nèi)表及各纖維相的均勻度）。靠目測(cè)判斷。 3、染色牢度：指染色產(chǎn)品在使用或染色以后的加工過程中，在各種外界因素的作用下，能保持起原來的色澤的能力（或不褪色的能力）

2、。保持原來色澤能力低，既容易褪色，則染色牢度低，反之，稱為染色牢度高。染色牢度是衡量染色產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。,第二節(jié)染料在染液中存在的基本形式,一、染料的電離：按染料在水中的狀態(tài)來分類：陽(yáng)離子型染料、陰離子型染料、非離子型染料。 離子型染料水合離子（在水中） 如陰離子型染料：直接、活性染料 陽(yáng)離子型染料：陽(yáng)離子染料 非離子型染料水合分子（在水中）如分散、還原染料。 二、染料的溶解 染料的溶解性能： 用1升染液中可溶解染料的克數(shù)表示，g/l；,影響因素有： 與染料結(jié)構(gòu)有關(guān)：離子型染料因含有可電離的水溶倒基團(tuán)，一般溶解度較高，如直接染料、活性染料、酸性染料等；分子型染料因只含有極性較小的暑水性

3、基團(tuán)(如羥基、氨基等)，一般溶解度較低，如分散染料等。,含水溶性基團(tuán)（SO3Na、OSO3Na、SSO3Na硫代硫酸鈉基、COOH/COON）的染料比含親水性基團(tuán)（OH）溶解度好。P32 含SO3H、OSO3H的染料比含COOH的溶解度高。 含氨基或取代氨基的染料在酸性條件下能成銨鹽而電離，生成染料陽(yáng)離子。 DNH2+H+DNH3+,與相對(duì)分子質(zhì)量大小有關(guān)，相對(duì)分子質(zhì)量大的染料，因染料分子間作用力較大，溶解度一般較低；相反，相對(duì)分子質(zhì)量小的染料，因染料分子間作用力較小，溶解度一般較高。 與PH值有關(guān)：一般而言：改變?nèi)疽旱膒H值，若有利于染料的電離或離子化，則有利于染料酗溶解；提高染液的溫度有利

4、于染料的溶解；,與助劑、溫度有關(guān)：在染液中加入助溶劑有利于染料的溶解，加入中性電解質(zhì)不利于染料的溶解。如助溶劑尿素、表面活性劑，可與染料分子形成氫鍵，溶解度；溫度，溶解度，注意染料的性質(zhì)，高溫會(huì)破壞染液的穩(wěn)定性。,三、染料的分散：不溶性染料（分散、還原染料懸浮液（借助于表面活性劑） 影響穩(wěn)定性的主要因素： 顆粒大小，直徑2m； 溫度，碰撞，容易沉淀。 分散劑的性質(zhì)、用量，分散劑的分散能力越強(qiáng)，用量越大，染料分散液越穩(wěn)定；,配還原染料懸浮體軋染液、分散染液時(shí)，溫度不可太高，可加入保護(hù)膠體（防泳移劑）來提高分散液的穩(wěn)定性。 加中性電解質(zhì)，使穩(wěn)定性。 懸浮液放置一段時(shí)間后，要攪拌，但不可太劇烈。,四

5、、染料的聚集 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，形成染料的聚集態(tài)，這個(gè)過程稱為染料的聚集。染料的聚集是染料溶解的逆過程。,第三節(jié)纖維在染液中的狀態(tài),一、纖維的吸濕膨脹 紡織纖維都是由線形大分子組成的。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，空隙小而少。大分子排列不很整齊，定向度低的部分成為無定形區(qū)。在無定形區(qū)分子排列松弛，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)將纖維投入到染液中時(shí)，纖維的非晶區(qū)將會(huì)吸濕發(fā)生膨脹，從而使纖維分子鏈間的微隙增大，這將大大有利于染料的上染。,不同的纖維，由于其結(jié)構(gòu)不同，其吸濕能力也不同，紡織纖維的吸

6、濕能力可用其在一定濕度下的回潮率來衡量。常見紡織纖維的回潮率如表,二、纖維在染液中的電現(xiàn)象及其對(duì)染色的影響 (一)纖維在染液中帶電的原因 中性或堿性液中，所有纖維均帶負(fù)電。 原因：纖維大分子中某些基團(tuán)的電離（COOH/SO3H）；棉纖維漂白中部分OH氧化，含一定量的COOH；粘纖制造中部分氧化，含一定量的COOH；滌綸大分子末端有些COOH；腈綸大分子中含COOH/SO3H；,蛋白質(zhì)纖維中含COOH、NH2；PH值影響纖維表面所帶電荷。 選擇吸收溶液中的OH及定向吸附水分子。 是由于纖維的介電常數(shù)小于染液的介電常數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)規(guī)則可知，在接觸的兩相之間，介電常數(shù)小的物質(zhì)帶負(fù)電，介電常數(shù)大的物質(zhì)帶正

7、電，因此，在染液中纖維表面帶有負(fù)電。,(二)界面動(dòng)電現(xiàn)象和動(dòng)電層電位 1、雙電層：當(dāng)纖維與溶液接觸時(shí)，纖維表面帶有負(fù)電荷，由于電荷的作用以及為了使整個(gè)體系保持中性，在纖維表面附近的溶液內(nèi)聚集著與纖維表面電荷相反的離子，這些離子稱為反離子，形成所謂雙電層。, + + 吸附層不易發(fā)生位移 + + 擴(kuò)散層易發(fā)生相對(duì)位移 + +,吸附層,擴(kuò)散層,2、在外力作用下，吸附層和擴(kuò)散層相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為界面動(dòng)電現(xiàn)象 3、吸附層和擴(kuò)散層之間形成的雙電層稱為雙電層。 4、吸附層表面對(duì)溶液內(nèi)部的電位差稱為動(dòng)電層電位（或位）。,(三)纖維的電現(xiàn)象對(duì)染料上染的影響 ：紡織纖維在溶液中都帶有負(fù)電荷，在使用陽(yáng)離子染料時(shí)，由

8、于染料陽(yáng)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。如果染料離子電荷與纖維相同（如直接染料染纖維素纖維），則靜電斥力和分子間作用力具有相互抵消的作用，由于靜電與距離的二次方成反比，作用距離較遠(yuǎn)而分子間引力（范德華力）與分子間距離的六次方成反比，,只有在分子靠近時(shí)，分子間的引力才發(fā)揮較大的作用，因此當(dāng)染料從溶液中向纖維表面移動(dòng)到一定距離的時(shí)候，斥力將大于引力，為了繼續(xù)靠近纖維，染料分子必須克服這種斥力（電位壁壘），因此染料分子必須具有一定的能量（相當(dāng)于斥力最大值），稱為染色活化能。也就是說，當(dāng)纖維表面和染料分子持有同號(hào)電荷時(shí)，纖維表面,動(dòng)電層電

9、位較高，電位壁壘高，為了吸附所需的染色活化能就能較高，染色困難。當(dāng)染料分子克服斥力而更靠近纖維時(shí)，分子間引力起主要作用，而使染料被纖維表面所吸附。 所以為幫助上染必須降低纖維的 電位.,(四)染色體系中的鹽效應(yīng) 1鹽效應(yīng)作用原理 一種稱為促染效應(yīng) ，陰離子染料染帶負(fù)電荷的纖維（如直接染料染棉纖維），兩者間親和力較低，上染困難，需加入促染劑（中性電解質(zhì)）。 Na+ 如加入NaCl，則【Na+ 】、 Na+ 【Cl-】提高，雙電層變 Na+ 薄 下降，有利于染料陰離子務(wù)纖維表面移動(dòng)。,染料陰離子與Na+結(jié)合一起移動(dòng)，溶液中【Na+ 】較高，促使Na+與染料陰離子向纖維表面移動(dòng)。 另一種稱為緩染效應(yīng)

10、，即在染色過程中加人中性電解質(zhì)能延緩染料的上染。當(dāng)染料與纖維帶有異號(hào)電荷時(shí)，在該染色體系中加入中性電解質(zhì)，通常能延緩染料的上染，即鹽效應(yīng)為緩染效應(yīng)。,如酸性染料染羊毛，當(dāng)PH2-4（強(qiáng)酸性酸性染料）。 D-SO3- W-NH3+ Na+、 Cl-搶占染座，隨著溫度升高、時(shí)間延長(zhǎng)，再讓位于D-SO3-。 又如陽(yáng)離子染料染腈綸： 帶正電 帶負(fù)電 Na+ 下降。,2鹽效應(yīng)的影響因素：染料所帶電荷與質(zhì)量之比(簡(jiǎn)稱荷質(zhì)比)越大，鹽效應(yīng)越明顯。鹽對(duì)染色鹽效應(yīng)的影響主要取決于鹽中金屬離子的化合價(jià)和離子半徑的大小。實(shí)驗(yàn)表明，常見金屬離子的促染效果的順序?yàn)椋?第四節(jié)染色的基本過程,染色過程動(dòng)畫：,1、吸附：染料

11、由染浴向纖維表面擴(kuò)散，染料被纖維表面吸附。 吸附的主要原因是染料對(duì)纖維的直接性，直接性來源于染料與纖維間存在的作用力（氫鍵、范德華力、離子鍵等）。 直接性的大小可用平衡上染百分率 來衡量。,吸附解吸（可逆反應(yīng)） 當(dāng)吸附速率解吸速率， 達(dá)到染色平衡。,染色時(shí)間 t,%上染百分率,(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(dá)到平衡時(shí)，纖維上的染料量占投入染浴中染料總量的百分?jǐn)?shù)。平衡上染百分率是染色限度的指標(biāo)，在專業(yè)上也常用俗語直接性來定性地描述某一染料在某一纖維上的染色平衡上染百分率的高低，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染色溫度有關(guān)。,

12、由于染色是放熱反應(yīng)，因此，提高染色溫度，平衡上染百分率將下降。 上染百分率(A)來表示染料利用率的高低上染百分率是指染色結(jié)束時(shí)，上染到纖維上的染料量占投入到染液中的染料總量的百分?jǐn)?shù)。 上染百分率除了取決于染料與纖維的性能外，還與染色的溫度、浴比、染料濃度、染液中的助劑種類和用量等因素有關(guān)。,(二)吸附等溫線 :是指在恒定條件下，染色達(dá)到平衡時(shí)，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。吸附等溫線主要有三種形式 。 1、分配型吸附等溫線（能斯忒Nernst/Henry型吸附等溫線：染料在纖維上的濃度與在溶液中的染料濃度之比為一常數(shù)。纖維上的染料濃度隨著染液濃度的增高而增高，直到飽和。,解

13、釋非離子染料以范德華力、氫鍵被纖維吸附固著形式，例如分散染料染合成纖維（滌、腈、錦綸）基本上符合這種等溫線。 2、弗萊因德利胥吸附等溫線 ：弗氏吸附等溫線的特點(diǎn)是：纖維上的染料濃度隨溶液中染料濃度的增加而增加，但Ds較大時(shí)，Df的增加將減慢。符合弗氏吸附等溫線的吸附屬于物理吸附，即非定位吸附。離子型染料以,范德華力和氫鍵被纖維吸附和固著，且染液中有其他電解質(zhì)存在時(shí)，符合這種等溫線。例如，纖維素纖維用直接染料或還原染料隱色體染色時(shí)，基本上符合弗氏吸附等溫線。 3、朗格繆爾Langmuir吸附等溫線：特點(diǎn)：曲線的斜率隨著上染的增加而漸漸下降，最后趨于恒定。在一定條件下達(dá)到一個(gè)定植。染料的上染不再隨

14、染料濃度的提高而增加。纖維上的這個(gè)染料濃度稱為該纖維的飽和值。,符合郎格繆爾吸附等溫線的吸附屬于化學(xué)吸附，即定位吸附，它的吸附公式可以根據(jù)一些假定推導(dǎo)出來。 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)，符合郎氏吸附等溫線。例如，羊毛用強(qiáng)酸性染料染色，腈綸用陽(yáng)離子染料染色時(shí)，基本符合這種吸附等溫線。,二、染料的擴(kuò)散：是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。正是在此濃度差的推動(dòng)下，染料漸漸地向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，最終使染料在纖維上里表分布均勻，達(dá)到染勻、染透的目的。 染料在纖維上的擴(kuò)散對(duì)染色速率及染色的勻染性

15、起著決定性的作用。 (一)染色速率,通常用上染速率或染色速率來表示上染或染色的快慢。染色速率通常用半染時(shí)間(t/2)衡量。半染時(shí)間是指染色過程中，染料的上染量達(dá)到平衡上染量一半時(shí)所需的時(shí)間。顯然，半染時(shí)間越小，則染色速率越大，染色越快。,影響染色速率的因素主要有染料的結(jié)構(gòu)、纖維的性態(tài)、染色溫度、染料濃度、染液與纖維間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和助劑的性質(zhì)等。 染料分子簡(jiǎn)單，擴(kuò)散快，染色速率大； 纖維無定形區(qū)多，結(jié)構(gòu)疏松，擴(kuò)散快； 溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，擴(kuò)散快； 助劑（促染劑）的添加，攪拌的影響。,(二)勻染和移染 勻染是指染料在纖維上均勻分布的過程。它包括染料在纖維表面的均勻分布和染料在纖維里表的均勻分布，習(xí)慣上又

16、把前者稱為勻染，后者稱為透染。染料在纖維表面分布不勻，會(huì)產(chǎn)生色差或色花；染料在纖維里表分布不勻，會(huì)產(chǎn)生“環(huán)染”或白芯，它將影響染品的耐摩擦牢度和耐洗牢度。,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。移染一般需要較長(zhǎng)的時(shí)間，故經(jīng)濟(jì)性較差，只能作為勻染的輔助手段 。,三、染料的固著 染料的固著是指擴(kuò)散后均勻分布在纖維上的染料通過染料一纖維間的作用力而固著在纖維上的過程。染料一纖維間的作用力一般可分為兩類：一類是化學(xué)力，它包括共價(jià)鍵、配價(jià)鍵、和離子鍵；另一類是物理力，它包括范德華力、氫鍵和聚集性。染料一纖維間固著力的類型和大小對(duì)染色的色牢度起著決定性的作用。,1、范德華力：一種分子

17、間作用力，存在于各種纖維和各類染料染色之中，但它的作用的重要性卻各不相同。 能量較弱，0.08368.36kJ/mol，比共價(jià)鍵低許多倍，由定向力、誘導(dǎo)力、色散力三部分組成。 大小取決于染料與纖維的分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)、接觸面積及分子間距離。如染料分子量大，極性大，共軛系統(tǒng)越長(zhǎng)，,分子的線型和同平面性好，且與纖維分子結(jié)構(gòu)有良好的適應(yīng)性，則范德華力強(qiáng)。 2、氫鍵：一種分子間作用力。由兩個(gè)電負(fù)性較強(qiáng)的原子通過H原子而結(jié)合（能量與范德華力屬同一數(shù)量級(jí)）。若A.B為兩個(gè)電負(fù)性較強(qiáng)的原子（或原子團(tuán)），當(dāng)A-H 和B 接近時(shí)，形成A-H.B的相互結(jié)合，這就是氫鍵。這里A-H稱為供氫基團(tuán)（或稱供質(zhì)子基團(tuán)），B稱為

18、受氫基團(tuán)（接受質(zhì)子基,團(tuán)），A-H的供氫性越強(qiáng)或B的受氫性越強(qiáng)，即A.B兩原子的電負(fù)性越強(qiáng)，兩者間形成的氫鍵的鍵能就越大，因此氟可以比氯形成更強(qiáng)的氫鍵；芳香族酚類與脂肪醇相比，由于芳香環(huán)對(duì)電子的吸引，使芳香族酚通過氧原子形成的氫鍵比脂肪醇強(qiáng)，同樣，R-N+H3比R-NH2 形成的氫鍵強(qiáng)。, FH.FOH .O OH .N H NH .N 氫鍵大小與H原子兩邊所連原子的電負(fù)性大小有關(guān)，原子的負(fù)電性越強(qiáng)，氫鍵越強(qiáng)。,范德華力和氫鍵結(jié)合的能量較低，一般在41.8kJ/mol以下，但在染色中起著重要作用，是染料對(duì)纖維具有直接性的重要因素。范德華力和氫鍵引起的吸附屬于物理吸附，吸附位置很多，是非定位吸附

19、。 氫鍵存在于分子之間，也可產(chǎn)生于分子內(nèi)部，染料與纖維之間也能產(chǎn)生。,3、庫(kù)侖力：鹽式鍵/離子鍵 主要存在于具有相反電荷的染料和纖維之間如酸性染料染蛋白質(zhì)纖維，陽(yáng)離子染料染腈綸，染色牢度隨電荷強(qiáng)弱而異。 WNH2 WN+H3 + DSO3H DSO3 WN+H3. SO3 D（離子鍵 ）,4、共價(jià)鍵： 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，如活性染料染纖維素纖維；共價(jià)鍵具有較高的鍵能，一般耐洗耐摩擦牢度比物理化學(xué)結(jié)合要高。 5、配位鍵： 一般發(fā)生在媒染染料及金屬絡(luò)合染料染色之中，如1：1型金屬絡(luò)合染料染羊毛。配價(jià)鍵的鍵能較高，作用距離較短，染色牢度較好。,離子鍵、共價(jià)鍵、配價(jià)

20、鍵結(jié)合的鍵能均較高，在纖維中有固定的吸附位置，由這些鍵引起的吸附稱為化學(xué)吸附或定位吸附。 上述不同性質(zhì)或結(jié)合的力往往是同時(shí)存在的，但纖維染料系統(tǒng)不同；它們的重要性也不同。例如用直接染料上染纖維素纖維時(shí)，主要是借助范德華力力和氫鍵。陽(yáng)離子染料染腈綸主要是庫(kù)侖力，氫鍵范德華力作用較小。強(qiáng)酸性染料染羊毛主要是庫(kù)侖力上染。弱酸性染料上染羊毛時(shí)范德華力和氫鍵起重要作用。,由于纖維分子及其微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及染料分子的復(fù)雜性，目前染料與纖維之間的作用力還不能進(jìn)行定量的計(jì)算，以上只是定性的說明。 總結(jié)：纖維與染料之間的結(jié)合形式 1、纖維素纖維直接染料：范德華力、氫鍵； 2、纖維素纖維活性染料：共價(jià)鍵為主，范

21、德華力、氫鍵為輔；,3、羊毛、錦綸酸性染料：離子鍵為主，范德華力、氫鍵為輔； 4、腈綸陽(yáng)離子染料：離子鍵為主，范德華力、氫鍵為輔； 5、羊毛酸性媒染染料：配位鍵為主，范德華力、氫鍵為輔； 6、滌綸分散染料：范德華力、氫鍵。,第五節(jié)染色牢度及其測(cè)定,染色牢度：染色牢度是指染品在染后加工或在服用過程中，染料(或顏料)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。它是衡量染品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：,染色牢度的種類很多，以染色產(chǎn)品的用途，所處的環(huán)境和后續(xù)加工工藝而定，主要有耐曬牢度，耐氣候牢度，耐洗牢度，耐汗?jié)n牢度，耐摩擦牢度，耐升華牢度，耐熨燙牢度，耐汗，耐酸，耐堿等牢度，此外根據(jù)產(chǎn)品的特殊用途，還有耐海水，耐煙熏等牢度 。 .耐曬牢度：染物在日光照射下保持不褪色的能力。分級(jí)，用藍(lán)色標(biāo)樣。,.耐洗牢度:染色物在肥皂