染色曲线形象地，上染过程可用上染曲线来描述

2011-02-21

                                         染色曲线形象地，上染过程可用上染曲线来描述

        在恒温条件下，以染浴中染料的上染百分率对染色时间所作的曲线，称为上染曲线，它是研究上染过程的重要依据。

上染百分率--上染纤维的染料量占染液中染料总量的百分率。染色平衡时，则称为平衡上染百分率。半染时间--达到平衡上染百分率一半所需时间。用它可表征上染速率。生产上，用多种染料拼色时，应选用染色速率接近的染料，才能染出前后一致的色泽。
三、 染料溶液
1、 染料的电离和溶解一般染料分子中含有羟基、氨基、硝基等极性基和磺酸基、羧基等可电离的基团，受到极性水分子作用时，染料分子间的作用力减弱，或电离出染料阴、阳离子而溶解于水中。染液PH、助溶剂、电介质、表面洁性剂等会影响染料的溶解和电离。特别是PH太高或太低时，可能会影响染料颜色，生产上定要防止这种现象。电介质一般会使染料溶解度下降，严重时发生聚集盐析现象。因此染液水质一定要得到保证。
2、 染料的聚集
染料溶液实际上是一个复杂体系。由于染料分子间存在多种力的作用，染料会发生不同程度的聚集而成为胶体溶液。显然聚集会影响染料的吸附和扩散的均匀性，这是染色中应避免的。染料分子结构越复杂，染液浓度越高，电介质浓度越高，染液放置时间越长等，则有利于聚集，而温度越高，则越有利于染料的单分子形式存在。
四、 纤维在溶液中的状态
1、 吸湿和膨化极性纤维遇水时，水分子进入纤维无定形区，削弱分子间力，大分子链段运动范围增大，直径变粗，微隙增大，产生膨化现象，使染料扩散容易进行。影响膨化的因素主要决定于纤维本身。另外，某些助剂，如碱对棉纤维，提高温度等，有利于膨化。
2、 纤维在染液中的动电层电位所有纺织纤维与水接触时，表面都带负电荷。为使整个体系维持电中性，在纤维表面附近的溶液内，必然聚集着与纤维表面电荷相反的离子，形成双电层。双电层分吸附层与扩散层，后者由于外力作用，易与吸附层发生相对位移，称为界面动电现象。吸附--扩散层与溶液内部的电位差称为动电电位。动电电位除了与纤维性质有关外，PH、电介质等会对之有影响，一般，当外界加入与动电层电荷相反的离子时，会压缩动电层厚度，降低动电层电位，而染料负离子与动电层电性相同，产生排斥作用，而使吸附需克服很大能垒，此时如果加入Na+ ，它的作用即可促进和加速染料的吸附，提高吸附量，这就是元明粉的促染原理。
五、 染料与纤维间的作用--染色热力学
1、 染料的吸附和直接性染料舍染液直接染着纤维的性质，称为染料对纤维的直接性。它的大小，可用上染百分率表示。一般活性染料由于染料母体结构原因直接性较低，所以一定要用元明粉或食盐促染，以提高上染百分率。染料之所以对纤维有直接性，是因为染料分子或离子与纤维间存在范德华力、氢键和离子键，有些还有配价键的结合，所以，染料分子量大，共轭体系长，分子形状为线形，分子结构共平面性好，以及含有形成氢键的基团如羟基、氨基等，则直接性越大。
2、 染色平衡和吸附等温线如前所述，当染液中、纤维表面、纤维内部的染料三者的吸附--脱附达到平衡时，则真正达到了染色平衡。理论上，常用吸附等温线来表征。吸附等温线--在恒温条件下，染色达到平衡时，染料在纤维上浓度对染液中浓度所作的曲线。它所表征的实际上是染料在两相间的分配关系。吸附等温线主要有三种类型：（1）、-Nernst吸附等温线染色时，染料就象溶解在纤维里面一样，形成固溶体。分散染料染色符合Nernst曲线。它是一条过原点的直线，斜率的意义为溶解度。（2）、Freundlich吸附等温线染料的吸附属于物理性吸附即非定位吸附时，符合此种情况，它是一条过原点的抛物线，活性、直接、还原染料隐色体等的大多数染料属此类型。（3）、Langmuir吸附等温线当染料的吸附发生在染座上时，即定位吸附，则符合此种类型。它是一条过原点的双曲线。酸性、阳离子染料的吸附属此类型。当纤维上染座完全被占时，称为当量吸附，吸附当量即为饱和值。
3、 染色热力学的几个基本概念（1） 亲和力定义：在一定温度下，染料在染液中的标准化学位和纤维中的标准化学位之差。它是一个纯热力学概念。实际上它所表征的是染料与纤维间作用力，所以物理意义上与直接性有相似之处，但区别在于直接性与染色工艺条件有关，且没有数量的概念，而亲和力测完全取决于染料和纤维性能，有明确的热力学数值。（2）染色热定义：在大多数情况下，上染为放热过程。它定量地表示染色温度对染色平衡的影响。无限小量染料从标准状态的染液转移到染有染料也成标准状态的纤维上，每摩尔染料所吸收的热量。（3）染色熵定义：在标准状态下，染料由染液中转移到纤维上所引起熵的变化。一般，染色熵为负值，这是由于染料分子在染液中的分布混乱程度较在纤维中较高所致。
六、 染料的扩散--染色动力学它涉及的是染色走向平衡的速率问题。从生产角度讲，它显得尤为实际，因为它与产量、质量、成本及能源消耗直接有关。
1、 染料在纤维内的扩散
扩散是自然界的普遍现象。物质从浓度高到低的地方传递的过程即为扩散。染色即属于迁移扩散，扩散的动力为浓度差。由于扩散过程较慢，且直接影响到染色质量，如匀染性、透染程度等，因此，可以说，染色是一个扩散控制的过程，而非吸附控制。染料扩散规律基本符合Fick扩散定律。扩散系数是重要的参数。定义：单位时间内，浓度梯度为1g/cm4时，扩散经过单位面积物质的量。扩散系数越大，则纤维越易染透，而活性染料如果与纤维过早固着，则不能扩散。从纤维角度讲，一切有利于纤维膨化的因素均有利于扩散。提高温度，有利于扩散，实际生产中，往往采用初染温度较高，结束前降温，以达到上染速率与上染百分率之间的平衡。搅拌或加大染液流速，则有利于扩散，另外，降低介质粘度同样对扩散有利。
2、 染料在纤维内的扩散模型（1） 孔道扩散模型纤维遇水溶胀后，内部存在许多曲折相互连通的小孔道，染料就是通过它们向内扩散的，同时，染料分子在孔道壁上不断发生吸附和脱附，直到染色结束。（2） 自由体积模型适合于合成纤维。所谓自由体积，是无定形高分子物总体积中未被分子链占据的体积。当温度高于合纤的玻璃化温度时，大分子链段发生连锁的绕动，造成空穴的跳跃，这样，吸附在大分子链上的染料循着这些跳跃的空穴向纤维内部扩散。
七、 上染过程的控制染色时，我们总是希望，在尽可能短的时间内完成上染过程，但又要保证染色质量，所以要通过各种途径解决生产中的矛盾。（1） 促染和缓染促染和缓染是两个完全相反的概念。促染有利于吸附，缓染则是控制上染节奏，以利匀染。常用办法是采用缓染剂，如电解质、酸、专用缓染剂。（2） 匀染染色物色差，包括多个方面，如前后、正反、左中右、批差、缸差等。影响匀染性的原因极多，染料性能、工艺参数、前处理质量、染料组合、配伍性、操作因素等等，不一而足。因此，要针对不匀的原因，采取相应的措施来解决。常用的办法是控制染色节奏，降低初染速率，加入匀染剂，在染料未固着前移染等。