染色基本原理.ppt

1、染色基本原理,第一节 染色的概念 第二节 染料在染液中存在的基本形式 第三节 纤维在染液中的状态 第四节 染色的基本过程 第五节 染色牢度及其测定,本章要求掌握的内容,1、染色的概念 2、双电层的概念 3、亲和力的概念 4、染色速率的概念 5、上染速率曲线 6、中性电解质对染色的作用 7、匀染的概念,第一节 染色的概念,染色的概念 上染过程的几个阶段,染色的概念,染色是指染料从染液中自动地转移到纤维上，并在纤维上形成均匀、坚牢、鲜艳色泽的过程。 主要指标 染色色泽的均匀性 染色牢度 鲜艳度,染色均匀性的概念,即：色泽均匀性 指染料在纤维上的分布的均匀程度 染料在纤维上分布越均匀，染色均匀性越好

2、 否则，将会出现色差或色花,染色色牢度的概念,即：色泽坚牢度 指染料在纤维上固着力和稳定性的大小 染料在纤维上固着力和稳定性越大，染色色牢度越高 否则，将会出现褪色或变色,色泽鲜艳度的概念,即：色泽的饱合度或纯度 指色泽中染料光谱色含量的大小 色泽中染料光谱色含量越大，色泽越鲜艳 否则，色泽萎暗,第二节 染料在染液中存在的基本形式,染料的电离 染料的溶解 染料的分散 染料的聚集,概述,染色是以水为介质的染液中进行的，所以染色前必须先将染料配制成染液。 配制染液的过程较为复杂，不同结构的染料发生不同的变化，包括： 染料的电离 染料的溶解 染料的分散 染料的聚集,一、染料的电离,离子型染料在水溶液

3、中会发生电离，从而使染料母体带上电荷 阴离子型染料电离后，母体带上负电荷 直接染料、活性染料、酸性染料、可溶性还原染料属于此类 D上的阴离子基团通常为磺酸基（SO3-）、硫酸酯基（OSO3- ）、羧基（ COO- ）等,一、染料的电离,阳离子型染料电离后，母体带上正电荷 阳离子染料属于此类 D上的阳离子基团通常为季铵离子（N+HR1R2） X一般为氯离子（Cl-）,二、染料的溶解,概念 当染料投入水中，染料晶体结构因受水分子的极性作用而遭到破坏，染料能以单分子态与水化合而均匀地分布在水中，称为染料的溶解。 该体系称为染料溶液。一般是澄清、透明的体系。 染料的溶解度一般用每升水中所溶解染料的克数

4、表示（g/L）。,二、染料的溶解,影响染料溶解度的因素 染料结构：离子型染料溶解度高，分子型染料溶解度低 相对分子质量大小：大，溶解度低 PH值：利于电离，则利于溶解 温度：T提高，利于溶解 加入助剂 尿素、表面活性剂等助溶剂，使溶解度提高 中性电解质，使溶解度降低,三、染料的分散,概念 当染料投入水中，染料晶体结构不能受水分子的极性作用而遭到破坏，染料只能以晶体态的形式均匀地分布在水中，称为染料的分散。 该体系称为染料分散液或染料悬浮液。一般是混浊、不透明的体系。 染料的分散必须在分散剂的作用下才能进行，否则会因染料的重力而产生染料的沉降，使体系分层。,三、染料的分散,影响分散液（悬浮液）稳

5、定性因素 粒子细化：2m 越小，越稳定 分散剂的性质及用量：分散作用强，用量大，稳定 分散液的温度：低，稳定 要及时配制,四、染料的聚集,概念 电离后的单离子染料或溶解后的单分子染料又可能聚集在一起，形成染料和聚集态，这一过程称为染料的聚集。 染料的聚集是染料溶解的逆过程。 分子型染料 nD Dn 阴离子型染料 nD- Dnn- 阳离子型染料 nD+ Dnn+,四、染料的聚集,影响聚集的因素 凡是不利于染料溶解的就利于染料的聚集 控制染料的聚集对染料上染极为重要,第三节 纤维在染液中的状态,一、纤维的吸湿和溶胀 二、纤维在染液中的电现象及其对染色的影响,概述,纤维投入染液后，形态、性质发生变化

6、 对染色影响最大的是 纤维在染液中的吸湿溶胀 纤维在染液中的电现象,一、纤维的吸湿和溶胀,特点: 发生在无定形区 溶胀异向性 各种纤维结构不同，吸湿溶胀性不同 吸湿性好，溶胀大，孔隙大，利于染色 染色前通常对纤维进行温水浸渍或汽蒸处理,一、纤维的吸湿和溶胀,发生在无定形区,一、纤维的吸湿和溶胀,溶胀异向性,常用纤维在水中的吸湿膨胀率,一、纤维的吸湿和溶胀,纤维结构不同，吸湿溶胀性不同,常用纺织纤维的回潮率,二、纤维在水溶液中的电现象,（一）纤维在染液中带电的原因 纤维与染液接触时，在纤维表面通常会带有一定量的电荷。在中性或碱性条件下，纤维表面一般带负电荷。 原因： 纤维中羧基、磺酸基等或纤维氧

7、化生成的羧基发生电离 纤维在染液中吸附带负电的粒子，如OH- 纤维的介电常数染液的介电常数,（一）纤维在染液中带电的原因,两性纤维所带电荷 与当液PH值有关 PH等电点，纤维带负电荷 PH等电点，纤维带正电荷 PH=等电点，纤维呈电中性,（二）界面动电现象和动电层电位,1、染液中带电离子所受的力 纤维表面电荷的静电作用力 电性相反时，为引力 电性相同时，为斥力 自身运动和染色时搅拌的作用 使带电离子均匀分布,（二）界面动电现象和动电层电位,作用结果： 带有与纤维表面电荷电性相反的离子，其浓度随着与纤维表面的距离增加而逐渐降低，直到和染液深处一样 带有与纤维表面电荷电性相同的离子，其浓度随着与纤

8、维表面的距离增加而逐渐提高，直到和染液深处一样,（二）界面动电现象和动电层电位,2、双电层 electrical double layer 当纤维与溶液接触时，纤维表面带有负电荷，由于电荷的作用以及为了整个体系保持中性，在纤维表面附近的溶液内聚集着与表面电荷相反的离子（反离子），形成双电层。,（二）界面动电现象和动电层电位,2、双电层 electrical double layer 纤维表面能强烈地吸附部分带有与纤维表面电荷电性相反的离子，形成所谓的吸附层或固定层。当在外力作用下，纤维和染液发生相对运动时，吸附层一般与纤维表面不发生相对位移。 吸附层以外部分称为扩散层。当纤维和染液发生相对运动

9、时，扩散层与纤维（或吸附层）发生相对位移。 总之，纤维对外部相反离子的吸附形成了两层，这就是界面双电层。,（二）界面动电现象和动电层电位,（二）界面动电现象和动电层电位,3、界面动电现象和动电层电位 在外力作用下，扩散层和吸附层之间相对运动的现象称为界面动电现象。 扩散层和吸附层之间形成的双电层又称为动电层。 吸附层表面与染液深处间的电位差称为动电层电位，或称电位。,常见纤维的动电层电位,（三）纤维的电现象对染料上染的影响,亲和力：染料与纤维间存在的吸引力。 亲和力=染料与纤维间的分子间力+静电力 力大小与作用距离有关 分子间力与分子间距离的六次方成反比 静电力与分子间距离的平方成反比 亲和力

10、越大，表示染料从溶液向纤维移动的趋势越大，即推动力大，故可用来判断染料的上染能力。,引力或斥力,引力,（三）纤维的电现象对染料上染的影响,（三）纤维的电现象对染料上染的影响,结论: 当染料与纤维带有同号电荷时，不利于染料的上染； 当染料与纤维带有异号电荷时，有利于染料的上染。,（四）染色体系中的盐效应,1、盐效应作用原理 概念 盐效应是指在染色过程中加入中性电解质后对染料上染（上染速率、上染百分率等）的影响 分类 促染效应：加速染料上染 缓染效应：延缓染料上染,（四）染色体系中的盐效应,常用：元明粉（硫酸钠）或食盐（氯化钠） 促染效应：染料与纤维带有同号电荷，提高上染速率，提高上染率。如：直接

11、染料染棉。 缓染效应：染料与纤维带有异号电荷，降低染料的上染速率，提高匀染性。如强酸性染料染羊毛，阳离子染料染腈纶等。 影响因素 染料结构：染料所带电荷与质量之比越大，盐效应明显. 盐的种类：促染效果Na+K+Mg2+Ni2+Mn2+Zn2+Al3+,（四）染色体系中的盐效应,2、盐效应的影响因素 染料结构 染料所带电荷与质量之比越大，盐效应明显 染料结构中所含电性基团的数目越多，盐效应明显 盐的种类 取决于金属离子的化合价和离子半径的大小 促染效果： Na+K+Mg2+Ni2+Mn2+Zn2+Al3+,一、中性电解质,第四节 染色的基本过程,上染过程的几个阶段,1、染料的吸附 染料从染液中转

12、移到纤维表面的过程 2、染料的扩散 吸附在纤维表面的染料向纤维内部转移，直至染色平衡或基本平衡 3、染料的固色 染料在纤维内固着,一、染料的吸附,染料的吸附：染料从染液中转移到纤维表面的过程。 当纤维投入染液中后，由于染料与纤维间存在着亲合力，所以染料便很快地被吸附到纤维的表面，从而使纤维表面的染料浓度提高。 吸附解吸 当染料的吸附与解吸速率相等，染液和纤维上的染料浓度不在发生变化，即达到平衡状态。,一、染料的吸附,染料的吸附阶段是染色过程中的重要阶段，它对染色平衡时的上染百分率起重要意义。 染色平衡：当染色达到一定程度时，染料的吸附与解吸速率相等，染液和纤维上的染料浓度不在发生变化，即达到上

13、染平衡状态。（三个阶段同时达到平衡） 染液中的染料与纤维表面染料的平衡 纤维表面与纤维中心部分的平衡,（一）平衡上染百分率和上染百分率,平衡上染百分率A 是指染色达到平衡时，纤维上的染料量占投入染浴中染料总量的百分数。 式中：A 染色平衡时上染百分率 Df染色平衡时纤维上的染料量 Ds染色平衡时残留在染液中的染料量 DT 染色时投入染浴中的染料总量,（一）平衡上染百分率和上染百分率,平衡上染百分率是染色限度的指标 也用直接性来表示染色平衡时的上染百分率，即直接性越大，表示上染百分率越高 当纤维和染料一定时，平衡上染百分率仅与温度有关 T，平衡上染百分率 染色是放热反应,（一）平衡上染百分率和上

14、染百分率,上染百分率At 是指染色结束时，上染到纤维上的染料量占投入染液中染料总量的百分数。 式中：At 染色上染百分率 Dft染色至某一时间时纤维上的染料量 Dst染色至某一时间时残留在染液中的染料量 DT 染色时投入染液中的染料总量,（一）平衡上染百分率和上染百分率,影响上染百分率的因素 染料与纤维的性能、染色温度 染料相对分子质量小，染色速率大，在规定的时间内能达到染色平衡，T，上染百分率 染料相对分子质量大，染色速率小，在规定的时间内不能达到染色平衡，T，上染百分率,（一）平衡上染百分率和上染百分率,影响上染百分率的因素 浴比 浴比大，染色残液中的染料量大，上染百分率 染料浓度 达一定

15、值时，C，上染百分率 染液中的助剂种类和用量 加促染剂，上染百分率 加缓染剂，上染百分率,（二）吸附等温线,吸附等温线 ：恒定条件下，染色达到平衡时，纤维上的染料浓度与染料在染液中浓度的分配关系曲线。 分类 分配型吸附等温线 弗莱因德利胥吸附等温线 郎格谬尔吸附等温线,1、分配型吸附等温线,能斯忒(Nernst)型或亨利(Henry)型吸附等温线 完全符合分配定律 特点：在染色平衡状态下，染料在纤维上的浓度与染料在染液中的浓度之比为一常数，纤维上的染料浓度随着染液浓度的增加成比例增加，直到饱和为止。,1、分配型吸附等温线,Df染色平衡时，纤维上的染料浓度，mol/kg； Ds染色平衡时，染液中

16、的染料浓度，mol/L； K比例常数，或称分配系数 以 Df为纵坐标，以Ds为横坐标作图，可得到一条斜率为K的直线。如图中曲线1。,1、分配型吸附等温线,非离子型染料以范德华力、氢键被纤维吸附固着符合这种等温线 如：分散染料染涤纶、锦纶 合成纤维对染料的吸附基本上属于这种吸附,2、弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线,Df=KDsn 式中：K常数 n常数 将Df对Ds作图，可得弗 莱因德利胥吸附等温线， 如图中曲线2。,2、弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线,特点： 纤维上染料度Df随染液中染料浓度Ds增加而不断增加，但增加速率越来越慢。 离子型染料以范德华力、氢键被纤维

17、吸附固着且染液中有其他电解质存在时符合这种等温线 如：直接染料、还原染料隐色体染纤维素纤维,3、郎格谬尔(Langmuir)型吸附等温线,式中：K 常数 Sf染料对纤维的染色饱合值 将Df对Ds作图，可得郎格谬尔 吸附等温线，如图中曲线3。,3、郎格谬尔(Langmuir)型吸附等温线,特点： Ds增加时， Df随之缓慢增加，但Ds当增大到一定值时， Df不再随Ds增加而变化，即达到染色饱合值。 离子型染料以离子键被纤维定位吸附固着时符合这种等温线 如：强酸性染料染羊毛、阳离子染料染腈纶,染色饱和值：纤维上的染料浓度不再随染液中的染料浓度增加而增加，此时纤维上的染料浓度成为染色饱和值。,二、染

18、料的扩散,染料的扩散 指染料由纤维表面向纤维内部转移的过程。 由于染料在纤维表面的吸附，使纤维表面染料浓度提高，从而造成纤维里表间的染料浓度差。在此浓度差的推动下，染料渐渐地向纤维内部扩散，最终使染料在纤维上里表分岂有此理均匀，达到染匀、染透的目的。 染料在纤维上的扩散对染色速率及染色匀染性起着决定性的作用。扩散速率高，染透纤维所需时间短，易获得均匀效果。,（一）染色速率,染色速率 在染色过程中，通常用上染速率或染色速率来表示上染或染色的快慢。 通常用半染时间t1/2来衡量。 半染时间t1/2 染色过程中，染料的上染量达到平衡上染量一半时所需的染色时间称为半染时间，以t1/2表示。它标志着上染

19、走向平衡的一个常用速率指标。 t1/2越小，则染色速率越大，染色越快。 拼色时，选用半染时间相近或上染速率曲线相近的染料容易染得前后一致的颜色。,纤维上的染料浓度对上染时间的变化率。,（一）染色速率,上染速率曲线 在恒温条件下染色，通过测定不同染色时间下染料的上染百分率，以上染百分率为纵坐标，染色时间为横坐标作图，所得曲线称为上染速率曲线。 它反映了染色趋向平衡的速率和染色平衡上染百分率。,（一）染色速率,上染速率曲线,（一）染色速率,影响染色速率的因素 染料结构： 结构简单，相对分子质量小，染料扩散性好，染色速率大 纤维结构疏松，无定形区大，吸湿膨化性好，利于染料扩散，染色速率大 温度 高，

20、染料动能大，纤维膨化度大，利于染料扩散，染色速率大,（一）染色速率,影响染色速率的因素（续） 浓度 大，纤维表里染料浓度差异大，利于染料扩散，染色速率大 染液与纤维间的相对运动 剧烈，纤维表面吸附层薄，利于染料扩散，染色速率大 助剂 促染剂：染色速率大 缓染剂：染色速率小,（二）匀染和移染,初染率：染色初期的百分率（或上染速率） 匀染：是指染料在纤维上均匀分布的过程。包括染料在纤维表面上的均匀分布和染料在纤维内部的均匀分布。 染料在纤维内的分布 色差或色花：在表面分布不匀 纤维环染：内部分布不匀 白芯：内部分布不匀 影响染品的耐摩擦牢度和耐洗牢度,匀染,透染,（二）匀染和移染,染料的匀染性与染

21、料扩散性有着密切的关系 染料扩散性越好，染料的匀染性越好 有利于提高染料扩散性的因素均有利于染料的匀染。 移染 是指染料从纤维上某处解吸下来到纤维另一处重新上染的过程。 一般需较长时间，作为匀染的辅助手段 当染料分子质量较大，染料与纤维间结合力较大时，移染效果将大大降低。,造成染色不匀的因素,被染物 本身不均匀 前处理 染料 染料的上染速率 染色方法 浸染：初染速率不能太快，搅拌 轧染：浸轧要均匀，无接触烘干,三、染料的固着,染料的固着是指扩散后均匀分布在纤维上的染料通过染料-纤维间的作用力而固着在纤维上的过程。 染料-纤维间的作用力 化学力：共价键和离子键 物理力：范德华力、氢键和聚集性 其

22、类型和大小对染色的牢度起着决定性作用,第五节 染色牢度及其测定,一、染色牢度 二、常见染色牢度及其测定,一、染色牢度,概念 指染色产品在后加工使用或服用过程中，染料（颜料）在各种外界因素的影响下，能否保持原来色泽状态的能力。 是衡量染色产品质量的重要指标之一。 引起褪色或变色的外界因素 后续加工过程中的酸、碱、氧化剂、还原剂等 服用过程中的日晒、洗涤、摩擦、汗渍、熨烫等 染色牢度主要包括： 耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐日晒牢度、耐汗渍牢度、耐熨烫牢度等,一、染色牢度,对染色牢度的要求：不同用途的纺织品要求不同 衬里布：耐摩擦牢度 窗帘：耐日晒牢度 服装：耐日晒牢度、耐洗牢度耐、摩擦牢度,一、染色牢

23、度,影响染色牢度的因素 染料的结构 纤维的性质 染料在纤维上的物理状态：分散、聚集、结晶 染料与纤维的结合情况 染料的浓度 染色方法 染色工艺条件 ISO制定了一套色牢度的测试方法和染色牢度标准，我国也有相应的国家标准。,二、常见染色牢度及其测定,种类很多，主要介绍以下几种： 耐洗牢度 耐摩擦牢度 耐日晒牢度,1、耐洗牢度及其测定,耐洗牢度指染品在皂洗过程中保持不褪色、不变色的能力 包括原样褪色及白布沾色两项指标 原样褪色：指染品在皂洗前后色泽的变化 白布沾色：指与染品同时皂洗的白布因染品的褪色而沾染的情况。 耐洗牢度的测定方法 按纺织品耐洗牢度试验方法进行 耐洗牢度的评定 耐洗牢度和沾色等级，分别按“染色牢度褪色样卡”及“染色牢度沾色样卡”的规