第02章 染色基本理论

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1、第二章染色基本理论第一节引言第二节染料的上染过程第三节染料在溶液中的状态第四节纤维在水溶液中的电化学性质第五节染色热力学基础第六节染色动力学基础1第一节引言一、染色理论的研究内容染色热力学即染料能否对纤维上染、上染可能达到的程度(染色平衡)；染色动力学即染料上染纤维快慢(上染速率)。二、上染和染色上染染料舍染液(或其它介质)而向纤维转移并将纤维染透的过程。与染色过程不尽相同。21、染料分子(或离子)随染液流动靠近纤维界面动力边界层：一般认为染液流速从染液本体到纤维表面流速降低的区域。——速度梯度在流体中实际上无法直接观察到这层厚度，它只是数学上的概念。染液流速的下降则绝大部

2、分(99%)发生在流体动力学边界层里。动力边界层的厚度与纤维表面的染液流速有关，类似河中水流。第二节染料的上染过程32、染料通过纤维表面的扩散边界层向纤维表面扩散动力边界层内靠近纤维表面的染液几乎是静止的，此时，染料主要靠自身的扩散(而不是液体的流动)靠近纤维表面，该液层称为扩散边界层。它也是一数学概念,且随染料的扩散速率而变化。染液里的浓度梯度(由染液本体指向纤维表面)绝大部分(99%)发生在这一扩散边界层里。扩散边界层厚度约为动力边界层的1/10,为其部分。43、染料分子被纤维表面吸附染料在扩散边界层中靠近纤维到一定距离后,染料分子被纤维表面迅速吸附,并与纤维分子产生氢

3、键、范德华力(物理吸附)或库仑引力(化学吸附)等结合。染料分子在纤维表面的吸附非常快速,吸附强弱决定于染料的分子结构及所带电荷,也与纤维分子结构和表面形态紧密有关,还与染料的溶解性质、染料分子在扩散边界层中的扩散速率、纤维界面所带电荷和染液中的电解质、助剂及染色温度等因素有关。54、染料向纤维内部扩散并固着在纤维内部染料吸附到纤维表面后，在纤维内、外形成染料浓度差，因而向纤维内部扩散并固着在纤维内部。染料在纤维中的扩散是在固相介质中进行的，为最慢的一个阶段，速率仅为溶液中的千(~百万)分之一，在大多数情况下这个阶段决定上染的快慢。扩散快慢与染料分子结构和形状紧密相关，但纤维

4、分子结构和物理结构对扩散快慢关系更为密切。在大多数情况下，提高上染速率的关键在于如何加快染料在纤维中的扩散。6二、上染速率曲线及吸附等温线上染速率通常以纤维上染料浓度对时间的变化率来表示，或以达到一定上染百分率所需的时间来表示。上染百分率表示吸附在纤维上的染料量占投入染料总量的百分率，简称上染率。在恒温条件下进行染色，以纤维上染料浓度([D]f)或上染率(%)为纵坐标，染色时间(t)为横坐标作图，所得曲线称为上染速率曲线(包括恒温上染速率曲线、升温上染速率曲线和相对升温上染速率曲线),该曲线为研究染色动力学的基础。7染液中染料浓度不同,纤维平衡吸附浓度也不同。染色平衡时纤维

5、上染料浓度称为平衡吸附量。达到平衡，上染百分率不再增高。此时的上染百分率称为平衡上染百分率(达到吸附平衡后的上染百分率)，为一定条件下染色时可达到的最高上染百分率。染料对纤维的上染能力常用染色达到平衡后染料在纤维上的浓度与在染液中的浓度之比，即分配率来表示。8半染时间是上染达到平衡吸附量一半所需要的时间，用t1/2来表示，表示染色达到平衡的快慢。染色温度越高，初染率越高，上染速率越快，达到平衡所需时间越少，但平衡吸附量会降低，如B点所示。实际染色时，为了提高染色效率，节约时间，染色往往到达A点即结束，显然100℃染色会获得最高的上染百分率。纤维刚进入染液开始染色时的上染速率

6、。9(以每升溶液中的摩尔数表示)作图，可得到吸附等温线。这是研究染色热力学的基础。它表示达到染色平衡后染料在纤维上和染液间的分配关系，表示染料在一定温度下对纤维的上染能力。不同染料上染不同纤维有不同的吸附等温线，而不同吸附等温线又是由上染或吸附机理不同引起的。[S]为染色饱和值，即在一定条件下，染色达到平衡后，纤维上的染料浓度不再随染液中的染料浓度增加而增加时的值。在恒定温度下，将染色达到平衡时，纤维上的染料浓度[D]f(以单位质量克或千克纤维上的染料摩尔数或质量表示)对染液中的染料浓度[D]s10上染的各阶段都是可逆的。K称为直接性或分配系数，可用来表示染料在纤维或水中的

7、分配趋势或量度。为染色时间t时纤维上的染料浓度；为染色时间t时染液中的染料浓度；k吸为染色速率常数；k解为解吸速率常数。三、染料上染的可逆过程V吸=[D]s,t×k吸；V解=[D]f,t×k解染色平衡时：V吸=V解11第三节染料在溶液中的状态染料在水溶液中的聚集或溶解状态直接影响染料的上染速率及平衡吸附量。染料在溶液中可呈分子、离子、胶体或悬浮状。只有单分子或单离子状态的染料才能顺利扩散进纤维内部。染料的聚集体(胶体粒子或离子)是难以进入纤维无定形区的，不能直接上染。染料在水溶液中的存在状态，首先取决于它的分子结构