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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(jù)。

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(chǎn)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(zhì)、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(chǎn)上定要防止這種現(xiàn)象。電介質(zhì)一般會使染料溶解度下降，嚴重時發(fā)生聚集鹽析現(xiàn)象。因此染液水質(zhì)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(fā)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(jié)構(gòu)越復雜，染液濃度越高，電介質(zhì)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(tài)
1、吸濕和膨化極性纖維遇水時，水分子進入纖維無定形區(qū)，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(chǎn)生膨化現(xiàn)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(nèi)，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(fā)生相對位移，稱為界面動電現(xiàn)象。吸附--擴散層與溶液內(nèi)部的電位差稱為動電電位。動電電位除了與纖維性質(zhì)有關外，PH、電介質(zhì)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(chǎn)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(zhì)，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(jié)構(gòu)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(jié)合，所以，染料分子量大，共軛體系長，分子形狀為線形，分子結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)染料屬此類型。（3）、Langmuir吸附等溫線當染料的吸附發(fā)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(qū)別在于直接性與染色工藝條件有關，且沒有數(shù)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(shù)值。（2）染色熱定義：在大多數(shù)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(tài)的染液轉(zhuǎn)移到染有染料也成標準狀態(tài)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(tài)下，染料由染液中轉(zhuǎn)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(chǎn)角度講，它顯得尤為實際，因為它與產(chǎn)量、質(zhì)量、成本及能源消耗直接有關。
1、染料在纖維內(nèi)的擴散
擴散是自然界的普遍現(xiàn)象。物質(zhì)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(zhì)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(guī)律基本符合Fick擴散定律。擴散系數(shù)是重要的參數(shù)。定義：單位時間內(nèi)，濃度梯度為1g/cm4時，擴散經(jīng)過單位面積物質(zhì)的量。擴散系數(shù)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(chǎn)中，往往采用初染溫度較高，結(jié)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(zhì)粘度同樣對擴散有利。
2、染料在纖維內(nèi)的擴散模型（1）孔道擴散模型纖維遇水溶脹后，內(nèi)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(nèi)擴散的，同時，染料分子在孔道壁上不斷發(fā)生吸附和脫附，直到染色結(jié)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(jù)的體積。當溫度高于合纖的玻璃化溫度時，大分子鏈段發(fā)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(nèi)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(nèi)完成上染過程，但又要保證染色質(zhì)量，所以要通過各種途徑解決生產(chǎn)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(jié)奏，以利勻染。常用辦法是采用緩染劑，如電解質(zhì)、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(shù)、前處理質(zhì)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(jié)奏，降低初染速率，加入勻染劑，在染料未固著前移染等。