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染色曲線形象地，上染過程可用上染曲線來描述

2011-02-21

染色曲線形象地，上染過程可用上染曲線來描述

在恒溫條件下，以染浴中染料的上染百分率對染色時間所作的曲線，稱為上染曲線，它是研究上染過程的重要依據。

上染百分率--上染纖維的染料量占染液中染料總量的百分率。染色平衡時，則稱為平衡上染百分率。半染時間--達到平衡上染百分率一半所需時間。用它可表征上染速率。生產上，用多種染料拼色時，應選用染色速率接近的染料，才能染出前后一致的色澤。
三、染料溶液
1、染料的電離和溶解一般染料分子中含有羥基、氨基、硝基等極性基和磺酸基、羧基等可電離的基團，受到極性水分子作用時，染料分子間的作用力減弱，或電離出染料陰、陽離子而溶解于水中。染液PH、助溶劑、電介質、表面潔性劑等會影響染料的溶解和電離。特別是PH太高或太低時，可能會影響染料顏色，生產上定要防止這種現象。電介質一般會使染料溶解度下降，嚴重時發生聚集鹽析現象。因此染液水質一定要得到保證。
2、染料的聚集
染料溶液實際上是一個復雜體系。由于染料分子間存在多種力的作用，染料會發生不同程度的聚集而成為膠體溶液。顯然聚集會影響染料的吸附和擴散的均勻性，這是染色中應避免的。染料分子結構越復雜，染液濃度越高，電介質濃度越高，染液放置時間越長等，則有利于聚集，而溫度越高，則越有利于染料的單分子形式存在。
四、纖維在溶液中的狀態
1、吸濕和膨化極性纖維遇水時，水分子進入纖維無定形區，削弱分子間力，大分子鏈段運動范圍增大，直徑變粗，微隙增大，產生膨化現象，使染料擴散容易進行。影響膨化的因素主要決定于纖維本身。另外，某些助劑，如堿對棉纖維，提高溫度等，有利于膨化。
2、纖維在染液中的動電層電位所有紡織纖維與水接觸時，表面都帶負電荷。為使整個體系維持電中性，在纖維表面附近的溶液內，必然聚集著與纖維表面電荷相反的離子，形成雙電層。雙電層分吸附層與擴散層，后者由于外力作用，易與吸附層發生相對位移，稱為界面動電現象。吸附--擴散層與溶液內部的電位差稱為動電電位。動電電位除了與纖維性質有關外，PH、電介質等會對之有影響，一般，當外界加入與動電層電荷相反的離子時，會壓縮動電層厚度，降低動電層電位，而染料負離子與動電層電性相同，產生排斥作用，而使吸附需克服很大能壘，此時如果加入Na+ ，它的作用即可促進和加速染料的吸附，提高吸附量，這就是元明粉的促染原理。
五、染料與纖維間的作用--染色熱力學
1、染料的吸附和直接性染料舍染液直接染著纖維的性質，稱為染料對纖維的直接性。它的大小，可用上染百分率表示。一般活性染料由于染料母體結構原因直接性較低，所以一定要用元明粉或食鹽促染，以提高上染百分率。染料之所以對纖維有直接性，是因為染料分子或離子與纖維間存在范德華力、氫鍵和離子鍵，有些還有配價鍵的結合，所以，染料分子量大，共軛體系長，分子形狀為線形，分子結構共平面性好，以及含有形成氫鍵的基團如羥基、氨基等，則直接性越大。
2、染色平衡和吸附等溫線如前所述，當染液中、纖維表面、纖維內部的染料三者的吸附--脫附達到平衡時，則真正達到了染色平衡。理論上，常用吸附等溫線來表征。吸附等溫線--在恒溫條件下，染色達到平衡時，染料在纖維上濃度對染液中濃度所作的曲線。它所表征的實際上是染料在兩相間的分配關系。吸附等溫線主要有三種類型：（1）、-Nernst吸附等溫線染色時，染料就象溶解在纖維里面一樣，形成固溶體。分散染料染色符合Nernst曲線。它是一條過原點的直線，斜率的意義為溶解度。（2）、Freundlich吸附等溫線染料的吸附屬于物理性吸附即非定位吸附時，符合此種情況，它是一條過原點的拋物線，活性、直接、還原染料隱色體等的大多數染料屬此類型。（3）、Langmuir吸附等溫線當染料的吸附發生在染座上時，即定位吸附，則符合此種類型。它是一條過原點的雙曲線。酸性、陽離子染料的吸附屬此類型。當纖維上染座完全被占時，稱為當量吸附，吸附當量即為飽和值。
3、染色熱力學的幾個基本概念（1）親和力定義：在一定溫度下，染料在染液中的標準化學位和纖維中的標準化學位之差。它是一個純熱力學概念。實際上它所表征的是染料與纖維間作用力，所以物理意義上與直接性有相似之處，但區別在于直接性與染色工藝條件有關，且沒有數量的概念，而親和力測完全取決于染料和纖維性能，有明確的熱力學數值。（2）染色熱定義：在大多數情況下，上染為放熱過程。它定量地表示染色溫度對染色平衡的影響。無限小量染料從標準狀態的染液轉移到染有染料也成標準狀態的纖維上，每摩爾染料所吸收的熱量。（3）染色熵定義：在標準狀態下，染料由染液中轉移到纖維上所引起熵的變化。一般，染色熵為負值，這是由于染料分子在染液中的分布混亂程度較在纖維中較高所致。
六、染料的擴散--染色動力學它涉及的是染色走向平衡的速率問題。從生產角度講，它顯得尤為實際，因為它與產量、質量、成本及能源消耗直接有關。
1、染料在纖維內的擴散
擴散是自然界的普遍現象。物質從濃度高到低的地方傳遞的過程即為擴散。染色即屬于遷移擴散，擴散的動力為濃度差。由于擴散過程較慢，且直接影響到染色質量，如勻染性、透染程度等，因此，可以說，染色是一個擴散控制的過程，而非吸附控制。染料擴散規律基本符合Fick擴散定律。擴散系數是重要的參數。定義：單位時間內，濃度梯度為1g/cm4時，擴散經過單位面積物質的量。擴散系數越大，則纖維越易染透，而活性染料如果與纖維過早固著，則不能擴散。從纖維角度講，一切有利于纖維膨化的因素均有利于擴散。提高溫度，有利于擴散，實際生產中，往往采用初染溫度較高，結束前降溫，以達到上染速率與上染百分率之間的平衡。攪拌或加大染液流速，則有利于擴散，另外，降低介質粘度同樣對擴散有利。
2、染料在纖維內的擴散模型（1）孔道擴散模型纖維遇水溶脹后，內部存在許多曲折相互連通的小孔道，染料就是通過它們向內擴散的，同時，染料分子在孔道壁上不斷發生吸附和脫附，直到染色結束。（2）自由體積模型適合于合成纖維。所謂自由體積，是無定形高分子物總體積中未被分子鏈占據的體積。當溫度高于合纖的玻璃化溫度時，大分子鏈段發生連鎖的繞動，造成空穴的跳躍，這樣，吸附在大分子鏈上的染料循著這些跳躍的空穴向纖維內部擴散。
七、上染過程的控制染色時，我們總是希望，在盡可能短的時間內完成上染過程，但又要保證染色質量，所以要通過各種途徑解決生產中的矛盾。（1）促染和緩染促染和緩染是兩個完全相反的概念。促染有利于吸附，緩染則是控制上染節奏，以利勻染。常用辦法是采用緩染劑，如電解質、酸、專用緩染劑。（2）勻染染色物色差，包括多個方面，如前后、正反、左中右、批差、缸差等。影響勻染性的原因極多，染料性能、工藝參數、前處理質量、染料組合、配伍性、操作因素等等，不一而足。因此，要針對不勻的原因，采取相應的措施來解決。常用的辦法是控制染色節奏，降低初染速率，加入勻染劑，在染料未固著前移染等。