染整工艺原理

1、染整工艺原理（有色）(dyeing & printing)第一章 绪论 一. 被染色物的形态二染色牢度三. 染色方法四. 从染料的性质看上染方式五. 染色设备一. 被染色物的形态（1）散纤维纤维丝的直接染色（2）纱线可分为绞纱和筒子纱染色（3）织物（布）常用的方法有浸染法和轧染法二. 染色牢度1，定义：染色物在染色后的使用或加工过程中，在外界条件的影响下，能够保持原来色泽的能力。2，一般牢度可分为5级（日晒牢度分为8级），而且，级数越高牢度越好，按外界条件可分为日晒牢度、汗渍牢度、皂洗牢度、干摩擦牢度、湿摩擦牢度、熨烫牢度、氯漂牢度、升华牢度等。3，日晒牢度分8级 ，与染料结构、纤维材料、染料

2、用量（高-日晒牢度高；低-日晒牢度低） 后整理、抗皱整理、柔软整理日晒牢度下降有关。若要达到高标准，可加紫外吸收剂。 三. 染色方法染色方法有浸染和轧染。1，浸染法：将织物浸在染液中，在一定条件下，维持一定的时间，使染料和纤维结合上染（影响因素有：染液浓度、染色温度、时间和pH值、添加剂等）。（1）上染百分率=（上染到纤维上的染料量/投入到染浴中的染料总量）100%（2 ）用量常用“owf ”，即相对于织物重表示。（ 3）浴比：织物重量与染液体积（重量）的比。如1：20。也可以写做 20：1，两者表达的意思相同。（4）平衡上染百分率：染色达到平衡时的上染百分率。（5）半染时间: 达到平衡上染百

3、分率一半所用的时间2. 轧染：将被染织物短暂浸在染液后，用轧辊把染液挤轧入织物，并轧去多余的染料溶液，再经烘干（焙烘），使染料与纤维结合固着。（1）轧余率（轧液率、带液率)：（浸轧后织物重干布重）/干布重100%轧染一般是连续染色加工，生产效率高，适合大批量织物的染色，但被染物所受张力较大，通常用于机织物的染色，丝束和纱线有时也用轧染染色。*：泳移：织物在浸轧染液后焙烘过程中，染料随水份的移动而移动的现象（烘干时，织物表面水分蒸发，通过毛细管效应，这两部分染液会向织物的受热表面移动，产生染料“泳移”现象，造成色斑。)3. 染色影响因素浸染：染料、助剂、温度、浴比、pH等。轧染：染料、轧余率、润

4、湿剂或渗透剂、防泳移剂等。 一般轧余率：棉织物70%、合成纤维3050%、粘胶纤维织物90%。 (二)染料与染色 合成染料的品种多达上万种，按应用分类常使用的有：直接染料、活性染料、还原染料、可溶性还原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料、酞箐染料、缩聚染料、氧化染料、酸性染料、酸性媒染染料、酸性合媒染料、分散染料、碱性染料及阳离子染料等。(三)学习内容： 染色工艺原理课程是学习各种纺织物染色所用的染料性能、染色原理和染色工艺的科学。染料为什么能上染纤维、怎样上染纤维，怎样固着在纤维中。本部分掌握内容：染色概念 染色牢度定义 上染百分率 平衡上染百分率 半染时间 染色方法及特点 泳移第二章 染色热力

5、学第一节、染料的上染过程染料的上染，就是染料舍弃染液（或介质）而向纤维移动，并深入纤维内部的过程。 （一）上染过程的几个阶段：(1)染料从染液向纤维表面扩散，并在纤维表面吸附。 (2)吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散。（3）染料在纤维上的固着染料首先在纤维表面发生吸附，染在纤维表面，形成“环染”,随后逐步进入到纤维内部的无定形区域，把纤维染透，完成 HYPERLINK file:/D:2007年上报材料07年教学日历和试卷上染过程演示.swf t _parent 上染过程。吸附的逆过程叫做解吸，上染过程中，吸附与解吸同时进行，初始阶段吸附（上染）速率高于解吸速率，最后两者速率相等，达到平衡，

6、上染百分率不再升高。假如染色过程中染料的上染速率或吸附速率在恒定的染色条件下（如温度、浴比及助剂等）与染浴中的染料浓度呈比例关系，则吸附（上染）速率可表示为：吸附速率： V吸=Ds,tK吸Ds,t：为染色时间t时染液中的染料浓度； K吸：为染色速率常数。上染开始阶段，染液中的染料浓度最高，吸附速率最快，上染速率大于解吸速率，主要是染液中的染料上染纤维。但随着时间的延长，染液中的染料浓度不断降低，吸附速率不断减慢。解吸速率：V解=Df,tk解D f,t：为染色时间t时纤维上的染料浓度； K解：为解吸速率常数平衡时： V吸= V解第二节 染料在染液中的基本形式（染料的溶液性质）一、染料的溶液性质对

7、上染的影响染料的上染就是染料以单分子状态或离子状态转移到纤维上的，以单分子状态吸附。另外染料在溶液中还存在聚集态：胶体离子和胶体粒子。不能直接上染。 聚集 单分子 离子二、染料的电离和溶解 染料在溶液中的电现象，可以分为带电的离子型和不带电的非离子型。离子型又可分为阴离子型的：直接染料、酸性染料、活性染料等。 阳离子型的：阳离子染料（碱性染料） 非离子型染料主要是：分散染料。常见的染料水溶性基团和极性基的性质1.SO3H OSO3H ；（pH1 全部电离） 2.SO3NH2 （pH4 开始离子化）3.COOH （pH2 开始电离、pH5 全部离） 4.OH（pH7 开始离子化、pH10-11全

8、部电离）5.NH NHR NR1R2 在酸性条件下可以形成正离子。三、染料的分散难溶性染料：分散、还原染料为主 。染料在水中，以悬浮体稳定分散在溶液中。染料晶体 溶解的染料 分散于胶束之中的染料三种状态之间保持动态平衡关系。分散稳定性与颗粒大小、温度、电解质、分散剂性能等有关。四、染料在溶液中的聚集及影响因素DSO3Na D-SO3 - +Na+ 直接、酸性、活性nD-SO3- = ( nD-SO3- ) n-离子胶束nD SO3Na= (DSO3Na)n (n个染料分子聚集成的胶核)(DSO3Na)nmD-SO3 m-胶体粒子1.内部因素染料水溶性基团的数量 多聚集少染料水溶性基团的位置:

9、中间-不易聚; 两边-容易聚集2.外部因素pH值： （高）有利于形成离子状态的不易聚集温度： 提高聚集状态变小；降低聚集状态大电解质；多 聚集提高助剂： 有的表面活性剂（非离子）；（尿素增溶）染料浓度：大聚集提高浓度、降低温度可使染料发生聚集。降低染料溶液的浓度，提高温度可使染料聚集体发生解聚。如：电解质、温度的影响温度的降低和食盐浓度的提高都会显著地增加染料的聚集。 图 温度、食盐浓度对直接天蓝FF聚集的影响 非离子表面活性剂的影响：聚氧乙烯非离子型表面活性剂是通过(OC2H4)nOH结构和水分子发生氢键结合而获得水溶性的。随着温度的提高，这种结合逐步遭到破坏，非离子型表面活性剂的水溶性随之

10、而降低，原来的分散状态也就遭到破坏。 第三节 纤维材料在染浴中的性质一、纤维的吸温和溶胀 纺织纤维都是由线型大分子组成的。大分子排列整齐，定向度高的部分，形成结晶区。在结晶区大分子排列紧密，孔隙小而少。 大分子排列不很整齐，定向度较低的部分称为无定形区。在无定形区分子排列较松弛，有无数空隙分布其中。 纤维分子中含有极性基团(亲水基团)，当纤维与水或水蒸气接触时，纤维就吸收水分，使纤维发生润湿和溶胀。二、纤维材料在染浴中的电性质1.双电层除蛋白质纤维外在染浴中都带负电，纤维表面吸附相反离子。紧密吸附在纤维表面形成吸附层；在溶液中的相反离子扩散分布，形成双电层（吸附层和扩散层）。 2. Zeta电

11、位（ 电位）吸附层与扩散层之间形成的双电层也叫动电层；吸附层与扩散层相对运动的现象为界面动电现象；电位是紧密吸附层与扩散层相对运动产生的电位差。并非表面的真正电位，而是表示离开实际表面某一距离的电位。它是紧密吸附层与溶液本体的电位差。热力学电位：纤维表面对溶液内部的电位差。影响电位的因素：纤维电性、pH、电解质等。界面动电现象和动电层电位：研究表明、双电层中有一部分离子被纤维表面很强地吸着，称为吸附层或固定层。在外力的作用下，纤维和溶液发生相对运动，吸附层一般与纤维表面不发生相对位移。另一部分离子在外力作用下，当纤维与溶液相对位移时，易和纤维(或吸附层)发生相对位移，这部分称为扩散层。在外力作

12、用下，吸附层和扩散层相对运动的现象称为界面动电形象。3. 纤维的电位和染色纺织纤维在溶液中一般带有负电荷，在使用阳离子染料时，由于染料阳离子和纤维表面电荷相反，则静电引力和分子间引力(氢键、范德华力)作用方向相同，染料容易发生吸附。当纤维表面和染料分子带有相同电荷时，纤维表面动电层电位较高，电位壁垒高，染色困难。当染料分子克服斥力更靠近纤维时，分子间的引力起主要作用，使染料被纤维表面所吸附。 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。 温度升高，染色速率增加，半染时间t1/2减少，初染率提高，达到染色平衡所需的时间减少，但平衡上染百分率降低因此，对于上染速率高的染

13、料，采用较低温度染色，而对上染速率低的染料则选用较高的染色温度为宜。 三、 染料和纤维之间的结合力: 染料与纤维的结合固着（1）库伦力 （2）范德华引力：偶极力 、偶极诱导偶极力、色散力（3）氢键（4）共价键 （5） 配位键（6）电荷转移分子间引力染料与纤维分子间的作用力1. 库伦力 F = qq/r2 2. 范德华引力：偶极力 、偶极诱导偶极力、色散力。如：偶极间引力与偶极间的距离r的6次方、绝对温度T成反比。3. 氢键：氢原子和负电性比较强的原子成共价键结合。这种氢原子还能和另一负电性强的原子发生一种特殊的取向结合。这种结合叫做氢键。 氢键的强弱和氢原子两边所接原子的负电性大小有关。负电性

14、越大，氢键越强。氢键的强度大小顺序如下：4. 共价键 染料和纤维发生共价键结合主要发生在含有活性基团的染料和具有可反应基团的纤维之间。例如活性染料和纤维素之间可在一定条件下发生反应而生成共价键结合的染色产物。5. 配位键配价键一般在媒染染料、酸性媒染染料及金属络合染料染色时发生，例如1：1型金属络合染料可与羊毛生成配价键结合。6. 电荷转移分子间引力：供电-胺类、酯基(称为孤对电子供电体) 受体-卤素、双键（轨道容纳电子） 。 具有受体性质的分子和具有供体性质的分子间会发生分子间结合。 在供电子体D及受电子体A之间，从D到A转移了一个电子，在D与A之间产生了吸引力，这就是电荷转移力。结果在D与

15、A之间形成了一定的结合，称为电荷转移结合。例如，分散染料中的氨基与聚酯纤维中的苯环，或聚酯纤维中的酯基与分散染料中的芳环可以发生电荷转移，生成电荷转移分子间引力。 一般，在对纤维素纤维的上染过程中，范德华引力起着主要作用。另一种理论则认为：染料之所以能染着在纤维素纤维上是由于染料在纤维微隙里发生自身分子聚集的结果。（直接染料） 如：羊毛等蛋白质纤维和聚酰胺纤维在酸性染液中染色时，纤维分子带有正电荷，对染料色素阴离子发生库仑引力。 聚丙烯腈纤维(腈纶)分子链上有-SO3或-COO-基，带有负电荷，对阳离子染料色素离子发生库仑引力。其它分子间引力也同时发生作用。第四节 吸附的热力学一、化学位、直接

16、性 = ( G/n ) P、T、nj 偏摩尔自由焓-化学位当温度、压力都不变时加入无限小的染料，每克分子染料的变化引起染液自由焓的变化。s =s。+RTas 染料在染液中的化学位f=f 。+RTaf 染料在纤维上的化学位表达式f 。染料在纤维上标准化学位； s。染料在染浴中的标准化学位当染料的吸附和解吸速率相等时为平衡。平衡状态f=s；染料在纤维上的浓度为Df ；染料在染浴中的浓度为Ds染色平衡时： f=s s。 +RTDs= f 。 +RTDf-（ f 。 - s。 ）= RTDf- RT Ds-。= RT Df/ Ds染色标准亲和力：染液中染料标准化学位和纤维上染料标准化学位的差值。（单位

17、KJ/mol）-。越大染料的转移（上染）越容易；反之越难。亲和力表示染料从溶液中的标准状态向纤维上的标准状态转变的趋势和量度，是热力学概念。 直接性：染料对纤维上染的能力。用上染百分率来定义（表示）的。上染百分率越高染料对纤维素直接性越高，反之越低。直接性染料能从染液中向纤维表面转移的特性。是亲和力定性的表示，受温度、电解质、浴比、pH值、染料浓度和助剂等因素影响。（具有工艺特性）如：浴比大的，所达到的平衡上染百分率就比较低。 亲和力由染料和纤维的性质决定。亲和力：-（ f 。 - s。 ） =（ s。 - f 。） 染料上染纤维的必要条件是: fo so，即亲和力越大，表示染料从染液向纤维转

18、移的趋势越大,（从化学位高向低转移）即推动力越大。亲和力是染料对纤维上染的一个特性指标,它的单位为KJ/mol。二、 不同染色体系的吸附等温线（染色机理）吸附等温线定义：恒定染色温度下，将染色达到平衡时，纤维上的染料浓度对染液中染料浓度作图。表示染料在纤维与染浴中浓度的关系。研究染料上染纤维的机理。（纤维上的染料浓度和染液中的染料浓度的关系线。）染料对纤维的吸附等温线主要有三种类型：1.能斯特分配型（Nersnt） :纤维上染料浓度与溶液中染料浓度正比关系 Df/ Ds =K溶解机理（染料溶解在纤维里-染料是溶质；纤维是溶剂）例：分散染料（非离子染料）染合成纤维。 纤维上的染料浓度与染液中的染

19、料浓度成正比关系，随着染液浓度的增加而增加，直到饱和为止。（即纤维上的染料浓度不再随染液浓度的增加而增加。）表示纤维上染料浓度D f和染液浓度D s成直线关系。D fD s式中的K为比例常数，称为分配系数。若以Df对Ds 作图，可得到斜率为K的直线。染料的分配犹如一个溶质在两个互不相溶的溶剂中那样，服从能斯忒(Nernst)分配定律。这种情况一般就假设染料是溶解在纤维里的，把染料作为溶质，纤维作为溶剂来处理。2.朗格谬尔型（Langmuir）Df=KDSSf /(1+KDS) 定位吸附：阳离子染料染腈纶；强酸性染料染羊毛。定位吸附有染座 ；有明确的饱和值，染料占满了不再增加。（1）当Ds很小时

20、开始一段为直线。 Df=KSf Ds= K1Ds(2)推导：吸附速率Va和染液中染料浓度Ds，纤维上未占据染料的位置量(SDf )的乘积成正比，解吸速率Vd则和纤维上的染料浓度成正比： Va(吸附速度)=KaDs（Sf- Df） Vd（解吸速度）=KdDf 平衡时，Va =Vd ：KaDs（S- Df）=KdDf KaDsS = KaDs Df+KdDf （ 设：Ka/ Kd = K ）Df= KDSSf/(1+KDS)推导过程的假设:一个位置吸附一个染料分子 吸附染料后纤维电性质不变吸附于纤维的染料之间不干扰与能斯忒吸附的不同。它的特点在于曲线的斜率随着上染过程的推移而渐渐下降，最后趋向恒定

21、。在一定条件下达到一个定值，染料的上染不再随染液浓度的提高而增加。纤维上的这个染料浓度称为该纤维的染色饱和值。假设纤维上有许多性质一样的吸附位置(例如酸性染液中染色时，蛋白质纤维分子上的-NH3+基和聚丙烯腈纤维分子上的-SO3-基)，其含量为每公斤纤维S个位置，每一个位置都能同样地吸附一个染料分子而不互相干扰。 VaK1D s (SD f ) VdK2D f式中K1、K2分别为吸附和解吸速率常数。 平衡时，VaVd所以K1D s (SD f )K2D f 让K1/ K2K，则D f KD s (SD f )移项得D f (1+KD s)KD sS 3. 弗莱因德利胥型(Freundlich)

22、经验方程式为： Df=KD sn 0n1 多分子层吸附纤维上染料浓度随染液中染料浓度的增加不断增加。该方程式是由经验得到的。纤维素纤维在含有一定浓度食盐的染浴中上染直接等类染料的吸附等温线符合这种类型。 4.复合吸附等温线Df= KfDs + KDSSf/(1+KDS) (溶解吸附) （定位吸附）第五节 染色熵S：标准状态无限小量的染料从染液中转移到染有染料的标准状态的纤维上，每摩尔染料转移所引起的物系熵变(S) 。（KJ/ mol）染色熵S一般为负值：染料上染纤维引起物系紊乱度降低。 S可能为正值：疏水基较多的染料上染纤维：类冰结构：染料的疏水部分使水分子结构成簇状，染料上染纤维后，水的类冰

23、结构破坏，水的紊乱度增加，S可能为正值（水熵值的增加大于染料熵值的减小）-0=TS- H0 染色热 H/ n =H0 （标准染色热）当无限小量的染料从处于标准状态的染液中转移到染有染料也处于标准状态的纤维上时每摩尔染料转移所产生的热量变化（所吸收的热）。 单位为KJ/mol。染色是放热过程不是吸热过程。染色热是负值：温度升高，解吸增加，平衡吸附量降低H0=H01+H02+. 染料水化 , 纤维水化吸附染料后的纤维重新水化热。吸收热为正值，放出热为负值，因此染色热为负值。染色热负值绝对值越大，表示染料吸附上染纤维与纤维分子间的作用力越强，染色亲和力越大，反之亲和力越小。本部分掌握内容：1. 标准

24、染色亲和力 2. 直接性 3. 吸附等温线常见吸附等温线的类型及意义 5.染色热 6. 染色熵Zeta电位(动电层电位) 8. 疏水性结合（类冰结构）9.。染料与纤维之间的作用力第三章 染色动力学一、扩散边界层扩散边界层：不管染液怎样流动，在纤维周围的液体中总有一个边界层。在这个边界层里染料靠自身分子的运动扩散，不是靠液体流动完成的。染液流速从染液本体到纤维表面流速降低的区域。（染料浓度从染液本体到纤维表面是逐渐降低的）二 升温上染速率曲线升温上染速率曲线上染速率影响因素：染料及用量 纤维比表面大小 助剂、扩散系数（Df）1.上染速率曲线：纤维上的染料浓度随染色时间变化的曲线。Df (上染百分

25、率或K/S)时间在恒定温度下染色，纤维上染料浓度Df或上染率%为纵坐标，染色时间（t）为横坐标作图得到的曲线。拼色时,若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色泽。2.初染率、匀染、移染和上染速率的控制初染率：染色初期的百分率（或上染速率）匀染：染料在被染物表面以及纤维内部均匀分布的程度。色泽较浓的试样解吸的速率比色泽淡的试样为高。解吸下来的染料通过染液流动和自身的扩散会在纺织物别的部位上重新上染。这就是所谓“移染”现象。移染：上染较多部位的染料通过解吸转移到上染较少的部位。上染的工艺条件包括：染液的染料浓度、温度、染液流速以及其它染浴条件，例如浴比、染液pH、食盐和其它助

26、剂的使用等。在 被染物表面各部分是否均匀分布，及在纤维内染料是否均匀分布。在纤维内部分布的情况。上染速率太慢，上染百分率太低固然会在经济上造成损失，但上染速率太快、上染百分率太高则往往会产生上染不匀、不透的现象。 三 染料的扩散定律(一) 稳态扩散定律 1.稳态扩散：染料在扩散过程中各个位置的浓度是不变的。 染料吸附于纤维表面后，由于纤维表面的染料浓度高于纤维内部的浓度，使染料向纤维内部扩散，其扩散速率可以用Fick公式表示 ： Fx = -D dc/dx Fx：扩散通量(速率)，即单位时间内通过单位面积 的染料量。D：扩散系数；dc/dx：沿扩散方向染料浓度梯度；“-”表示染料由浓度高向低的

27、方向扩散。或 ： dc/dt= -AD c/ x （ dc/dt= A Fx ）2.扩散速率比吸附速率慢的多， 是决定染色速度的关键性阶段。3.影响扩散速率（扩散系数）的因素：染料结构； 纤维结构； 染料直接性（或亲和力）； 染色温度； 纤维溶胀剂。(二)菲克扩散第二定律（描述非稳态扩散情况） c/ t = - Fx / x c/ t = (D c/ x)/ x x方向 D是变数 c/ t=D 2c/ x2 x方向 D是常数实际都是非稳态D（cm2/s） c/ x(g/cm4) Fx(g/ cm2. s)四 扩散系数的计算（一）从上染速率求扩散系数 1.无限染浴 ct/ c =1-8/ p 2

28、1/(2m+1)exp-D (2m+1) p 2t/l2 半径为r的纤维,上染时间很短时，简式为： ct/ c =2Dt/ p从上染速率求扩散系数（上染速率和扩散系数的关系）无限染浴条件下，上染速率和扩散系数的关系方程式：已知c、ct、t，便可求得D。2.有限染浴有限染浴条件下，上染速率和扩散系数的关系方程式 ct/ c =1- 4a(1+a)/(4+4a=a2q2n)expq2nDt/r2半染时间t1/2和扩散系数D成反比关系，而和纤维的半径r的平方成正比。 （二）从染料浓度分布曲线求扩散系数（浓度对扩散速率的影响）计算公式: DA=1/ct0CtD(c)dc(DA表观扩散系数)解得：五、染

29、料的扩散模型(1)扩散模型孔道模型孔道模型 : 棉、粘、铜氨、毛（亲水性纤维） 纤维中存在许多曲折而互相连通的小孔道，染色时，水使纤 维溶胀，孔道直径增大，染料分子通过其向纤维内部扩散，同时伴随吸附与解吸现象发生。对亲水纤维染色。染料在孔道模型中的扩散系数a:孔隙体积/纤维总体积 CP: 孔道内可以扩散的游离染料浓度折绕比：孔隙的曲绕度(两点之间孔道的曲绕长度与两点之间直线距离的比值） Dp：游离染料在孔道染液中的扩散系数 Ca: 吸附在孔道壁上的染料浓度 D决定于：染料分子的结构有关，染料对纤维的亲和力，纤维的微结构有关。染料分子结构越大，在溶液中的扩散系数 Dp就越小，反之越大；染料对纤维

30、的亲和力越大,即dCP/ dCa值越小，此比值和染料在纤维与染液间的分配系数成反比，扩散系数值越小。也就是说，染料在孔道中扩散的过程中，被孔道壁分子链吸附的几率越高，扩散就越困难。染料分子芳环共平面性越强，分子越大，吸附的几率也就越高，因此扩散也越困难。纤维中无定形区含量越大，即 a 值越大，扩散系数越大。提高染料在孔道模型中的扩散系数的措施 染色前纤维进行充分的前处理，染色时使纤维充分溶胀 ，增加孔道体积。提高染色温度，会增加扩散系数。选用对纤维亲和力小的染料。(2) 自由体积模型自由体积模型：纤维总体积中存在未被大分子链段占据的一部分体积自由体积，Tg以下时，以微小孔穴分布于纤维中；Tg以

31、上时，由于分子链段的运动，可能会出现体积较大的自由体积。染料可以沿其扩散。对疏水纤维染色。 自由体积模型 合成纤维的上染情况影响因素：温度 湿度 扩散容量 增塑剂 降低玻璃化温度聚酯、聚丙烯腈等合成纤维染色时，染料分子吸附在纤维大分子链上，当温度足以使纤维的大分子的链段发生绕动，产生大小超过某一临界值的孔穴以后，染料分子就循着这些不断变化的孔穴，逐个孔穴“跳跃”扩散。 染料在自由体积模型中的扩散系数半经验方程式：l/Tl （）/（）（）威廉土兰代尔弗莱：WLF方程 （Williams-Landel-Ferry） 式中：T、Tg分别为温度T、Tg时无定形高分子物的粘度等物理机械性能数值，A、B为

32、该高分子物的特性常数。lgT称为温度T时的移动因子。根据以上分析，粘度随着链段“跳跃”几率的增高而降低.与此相反，扩散速率随链段“跳跃”几率的增高而增高，故温度为T时的扩散系数DT和温度为Tg时的扩散系数DTg的关系为：六、扩散活化能（温度对扩散系数的影响）DT=D0e E/RT 或 lnDT=lnD0-E/RT (阿累尼乌斯方程式)(Arrhenius式) 式中：DT是绝对温度为T时，测得的扩散系数； T；绝对温度 D0为常数；E为染料分子的扩散活化能，即染料分子克服能阻扩散所必须具有的能量，因次是kJmol；R是气体常数。扩散活化能：即染料分子克服能阻扩散所必须具有的能量。将不同温度时测得

33、的扩散系数的自然对数(lnDT)对绝对温度的倒数(1/T)作图，可得到一直线，直线的斜率为-E/R，由此可算出扩散活化能的大小。 扩散活化能越大，表示分子扩散时克服阻力所需的能量越大，扩散速率较低，扩散受温度的影响也就越大。染料分子小，纤维微隙大，有利于染料分子的扩散。染料在纤维内部的扩散基本上是以单分子形式进行的，染料聚集体比较大，一般不可能通过纤维的微隙。影响染料在纤维内扩散性能的因素扩散速率首先决定于染料分子结构的大小和纤维的微隙大小。纤维的结晶度影响染料的扩散，尤其是合成纤维。结晶度高，则染料在此纤维中的扩散系数较低。染料与纤维分子间亲和力越高，扩散速率越慢。染料的扩散速率与纤维上的染

34、料浓度有关系。提高染色温度，可以提高染料的扩散速率。凡是使微隙增大的因素(如用助剂促使纤维吸湿溶胀、升温等)都有利于染料的扩散。本部分掌握内容：1. 以阳离子染料为例说明染料的溶液性质及影响染料聚集的因素2. Zeta电位(动电层电位) 3. 扩散模型 4.扩散活化能 5.扩散边界层 6.扩散定律 7.上染速率曲线、升温上染速率曲线第四章 直接染料染色第一节 引言1.定义：溶于水，分子含磺酸基或羧基，能在中性条件下直接上染纤维素纤维（弱酸性条件下上染蛋白纤维）多用于纤维素纤维、纸、皮革、蛋白质纤维和锦纶等 。2.直接染料染色的特点：（1）可溶于水易于染色 （2）色谱齐全，仿色容易,品种多，用途

35、广（3）牢度差 对于要求不高的产品还是可以满足要求的。（4）沾色严重 。 （5）成本低。 （6）鲜艳度稍差。3 直接染料应用应用时间长，方法简便水溶性，可以在水中染纤维素纤维和蛋白质纤维 耐洗牢度差，日晒牢度也欠佳 进行固色处理可提高牢度第二节 直接染料的分类及其染色性能一 根据染色性能，分为三类:1. (A类) 匀染性直接染料 分子结构简单(小)，水溶性基团多, 染液中聚集倾向小，染色速率高，需在70 水洗牢度差，适合染浅色。例如：直接冻黄G 匀染性染料。2（ B类）盐效应染料(或盐控型直接染料)分子结构较复杂，匀染性较差，分子中含磺酸基较多，上染速率较低，加盐能够显著提高上染速率和上染百分

36、率，促染效果明显。(中性电解质敏感。) 须严格控制盐用量，防止染花，不适合染浅色。例如直接湖蓝5B常为双偶氮染料，对纤维的亲和力较高，分子中具有较多的磺酸基团，染料在纤维内的扩散速率低，移染性能较差，食盐等中性电解质对这类染料的促染效果显著。 故必须通过控制盐的用量和加入的时间,以获得匀染和较高的上染百分率。若盐的加入量不当，会造成初染率太高，容易导致染色不匀。该类染料有较高的湿处理牢度。3（C类）温度效应染料分子结构复杂，匀染性很差，染色速率低，分子中含磺酸基少，盐促染效果不明显，而温度对上染影响大（对温度敏感 ），温度提高，上染率提高。 较高温度才能染好，需控制升温速度获得匀染效果水洗牢度

37、好，一般适合染深色。如：直接黄棕3G。 常为多偶氮染料，对纤维亲和力高，染料分子中含有的磺酸基较少，扩散速率低，移染及匀染性差，其上染速率可由染浴的升温速率和盐的加入量来控制。染色时要用较高的温度，以提高染料在纤维内的扩散速率，提高移染性和匀染性。在实际的染色条件下，上染百分率一般随染色温度的升高而增加，但始染温度不能太高，升温速度不能太快，要很好地控制升温速率，否则容易造成染色不匀。染浅色时只需加入少量的盐就能获得较高的上染百分率第三节 直接染料的染色原理及性能一、直接染料的结构特点：（1）长链线型、 分子量大 （2）很好的平面性(芳环成同平面 )、对称性（3）具有共轭性 （4）含氨基、羧基

38、（形成氢键）磺酸基，溶于水。由于上述分子结构的特点，直接染料在水溶液中具有较大的聚集倾向。二、直接染料染色原理具有直线展开、芳环成同平面的结构特点，而且在共轭轴上一般都具有能够生成氢键的基团，羟基或氨基，有的还有酰胺基。这些基团都能生成氢键。偶氮基本身也是一个能形成氢键的基团。例如一NN一、一OH、一NH2等，纤维素纤维经过乙酰化，羟基被封闭以后，直接染料便难以对它们上染。 直接染料的直接性还往往随芳环的增加而提高。因而又认为色散力对直接染料的直接性起着主要的作用。从染料分子中诸如酰胺等偶极基团和增加共轭双键，可以提高染料直接性，说明偶极引力和色散力都起着重要作用。染料分子中的氢键基团和芳环成

39、同平面等结构特点也都是有利于染料分子在纤维上发生聚集的因素。 三、直接染料的染色性能1、直接性高：原因分子大、线形结构、对称性好、 共轭系统长、同平面性、范德华力大、易与纤维形成氢键结合。2、水溶性：溶解度随温度升高显著增大。少量纯碱可以助溶。3、盐的促染作用。原因：染料上染时离解成色素阴离子，与带负电的纤维素表面有斥力，加盐可以降低这种斥力，不同的染料作用效果大小不一样。4. 温度效应: 对于温度效应染料，提高温度有利于染料 扩散，提高上染速率和百分率。对于匀染性染料，60-70C得色深， 温度高，上染率反而下降； 5、不耐硬水第四节 直接染料染色工艺一、上染过程 直接染料商品中掺有一定数量

40、的元明粉等稀释剂以调节染料的浓度。纤维素纤维的染色是在含有元明粉或食盐(粗盐含有镁盐等杂质较多)的中性染浴中上染的。 二、染浴组成：染料、中性电解质：NaCl、无水Na2SO4（元明粉）、助剂（匀染剂） 、水三、升温曲线：染色时，先将染料用少量冷水调成浆状，必要时可加少量的润湿剂。然后在不断搅拌下，加入热的软水将染料充分溶解，染料用量随色泽浓度和浴比而定。浴比1：3左右。 染中等浓度的色泽，染料用量为干布重的0.21 %；将染料溶液用筛网过滤，加到事前准备好的染浴里。棉布经过热水均匀润湿，进入染浴。染浴初始温度也可以为4050。为了提高上染百分率，可在染浴中另加1030克升元明粉(或515克升

41、食盐)，用量随产品染色浓度和染料性质而定。入染后，缓缓升温至所需温度，继续上染45min1小时。对于移染性能比较差而可用元明粉控制上染的染料，则可在升温过程中分次加入元明粉；而对于移染性能差，即使不另加元明粉也能达到较高上染百分率的染料，应在较低的温度开始上染并很好地控制升温速率，使染料缓缓均匀地上染。 四、染棉织物 （一）浸 染： 染液组成 染料 x%（owf） 纯碱 13g/L 食盐或元明粉 020g/L 浴比： 1：2040卷染：浴比为1：23； 轧染只是少量的生产。浸染是将被染物浸渍于染液中，通过一定的染色工艺，使染料逐渐地被纤维所吸收而达到染色目的的种方法。这种染色方法不受染物规格和

42、数量的限制，操作灵活。 、浴比和染液pH值浸染法染色，浴比的大小取决于染色产品的特性和生产设备。从工艺技术上考虑，轻薄的丝绸和匀染度要求较高的产品，通常采用大浴比染色；批量大、色泽浓的产品，尽可能用小浴比。浴比小，染料利用率高，染色废水少，又有利于节约热能。所以新的生产设备大都是高效能的小浴比染色机。 有关浸染用的机台型式和加工产品适用范围见表所示。机台名称机台名称加工方式浴比产品范围喷射染色机溢流染色机绳状染色机吊笼染色机卷染机绳状绳状绳状绞纱、散纤维平幅1 101 201 401 301 5机织物、针织物机织物、针织物机织物、针织物纱线、散纤维机织物、针织物直接染料与分散染料同浴染色时，必

43、须兼顾这两类染料对pH的稳定性。 、助剂选用、渗透剂：渗透剂BX(拉开扮)，用量为0.5 1 % (owf)；、匀染剂：富米邦A(601)和净洗剂LS都是阴离子表面活性剂，对直接染料有缓染作用，可以提高染色成品的匀染度，有利于染色后水洗去除浮色，用量为0.5 1 % (owf)。（匀染剂OP与匀染剂O (平平加) ）；、固色剂：、软水剂：直接染料染色对水质有一定要求。在水质硬度较高的地区(100 ppm以上)，无软水设备的情况下，通常在染液中加适量的软水剂。中、深色泽棉纱或人造棉布的染色都加纯碱或磷酸三钠，既有利于染料溶解，又有软水效用，用量为1 2 %(owf)。 注意：直接染料在染浴中会相

44、互干扰影响染料的上染。染后应及时烘干.提高上染温度会降低平衡上染百分率。为了避免这个缺点，可以在上染的后阶段将温度渐渐降低。这样便可获得良好的染色效果。 五.直接染料的染色影响因素（1）pH： pH 值越低溶解性越低（主要对COOH而言），加纯碱助溶。（2）不耐硬水：和钙离子等形成沉淀。加纯碱可软化水。（4）盐效应 a :促染 - Na+ - Na - Na+ - Na+ 纤维素纤维带负电，在染浴里加入食盐(或元明粉)，染液里就增加了额外的钠离子和氯离子(或SO42)。前者Na+受纤维电荷的吸引，而后者则受到排斥。在钠离子的遮蔽作用下，染料阴离子接近纤维表面所受斥力便大为减弱。 Zeta电位负

45、值减小，由库仑力产生的能阻减小，促染作用。-SO3越多效应越显著。 b:盐若加的过多，则染料易聚集，不利于上染。 c:随着盐量的增加，上染速率也增加，容易出现染花的现象，最好采用分批加盐。直接染料染色也可用浸轧汽蒸的方式进行。汽蒸时间随色泽深浅而有长短，需38分钟，可在轧卷机上用饱和蒸汽汽蒸以完成上染过程。 （二）卷 染直接染料应用于织物的卷染，与浸染比较，各具优缺点。卷染的渗透度及纤维的遮盖力虽不及绳状浸染，但对紧密织物的平挺度来说，则为浸染所不及，尤其对粘胶丝织物显得更为突出。采用松式卷染机染色，效果更好。 、本光棉平布直接染料及直接耐晒染料的卷染、工艺流程坯布准备染色(在98100染47

46、道，液量120200升)水洗(冷水洗13道，液量150200升)烘干上浆。（2）染色参考处方 (染细平布长480600米卷，染浴120200升)。 浅色中色深色 备注直 接 染 料 (克) 50以下50250250以上食 盐 (克) 0500 01000 5003000 预先溶化纯碱或磷酸三钠(克) 200400 200400200400 预先溶化渗透剂 适量适量适量（3）操作注意事项、染浴用标尺计量，溶化染料和食盐液量在总液量内扣除。、染料预先用90、浅、中色染料液宜分两次并从两头加入，第一次加60%，第二次加40%，加料后需充分搅匀。、部分染料(如直接橙S等)溶解度较小，须防止溶解不透，或

47、溶解后搁置未用，引起染料重新析出而造成色点疵病。、部分染料(如直接耐晒翠蓝GL等)粉质较轻，易飞扬于空气中，称料后应立即用渗透剂或扩散剂加木调成浆。、染色过程中保持布边齐整，食盐溶液沿卷染机内壁分次均匀加入。、翻改色泽时，要充分洗净卷染机和用具等。、水洗流量应按染料湿处理牢度分别控制流量，如直接耐晒翠蓝GL水洗流量不宜过大过急，否则易于产生“柳花”病疵。、染色温度95以上，染色46道，染色后水洗2（4）其它注意事项、直接染料一般不耐氯漂，如克罗兰丁紫5BLL等耐氯性更差，染坯需用95、采用促染剂染色时，卷染机大轴包上聚氯乙烯薄膜或涂烘环氧树脂，以克服盐所带来的大轴铁锈渍疵病。如用不锈钢染缸，则

48、无此疵病。 、残液继续使用，可获得基本均匀一致的色光，既降低染化料耗用量，又使操作便利。、直接染料的染色牢度和上染速率不一，拼色时应选择使用。、直接染料(特别是直接耐晒翠蓝GL)烘燥过程中易产生泳移现象，因此烘筒表面温度应依次先低后高。、直接染料对钙盐拒染的反应极为敏感(尤以直接耐晒翠蓝GL为甚)，布面如沾有钙盐斑渍，染后会呈白斑疵病。经验证明，在染色前采用酸洗(用量大)，加温处理，既可去净钙盐，又能提高渗透，有利于匀染。但处理后的染坯，应充分洗净方可染色。一般认为，直接染料对棉纤维亲和力强，上染速度快，匀染性较差。提高染色均匀度，一直是产品质量的关键。采取的措施大致可归纳如下几点： 、提高染

49、色温度，加强染料的渗透扩散。直接染料低温染色上染，渗透差，白芯现象严重，成品布面发毛，而且大部分直接染料在低温染浴中由于溶解度的限制，易于析出，造成色点次布。因此，低温染色与染色机理不合。采用高温染色，有利染料的溶解、扩散和渗透，染色均匀度较好。、染前坯布烘干烫平。染前坯布施行烘干烫平措施，克服绳状折印，使染色“条花”病疵减少。直接桃红12B、直接湖监6B、直接橙S及克罗兰丁紫5B、紫BLL等染料染色时，对布面绳状折印反应较敏感。由于布面绳状折印的存在，增加了染色条花，在湿布直接染色改为半制品烘干、烫平、浸水后进行染色的措施后，染色均匀度可得到提高。、放大浴比，分次加料。放大浴比，分次加入染料，少加、缓加或分次加促染剂，都可提高染色均匀度，克服前后色差。因为放大浴比相应降低了染液单位浓度，使上染速度缓慢。染料分次加入染浴，可克服布轴两头色差。不易染匀的染料更需分次加促染剂。、控制升温速度。对某些上染速度较快而移染性又差的染料，宜控制缓慢升温以帮助取得匀染。尤其在上染较快的一段温度，应特别注意。 第五节、染其它纤维（一）染蚕丝 牢度较好，但光泽、颜色鲜艳度、手感不及酸性染料。故只是适合染黑、翠蓝、绿色等。染色在松式染色机进行，40C开始，逐渐升温至90-95C，保温60min，水洗、固色。桑蚕绞丝的浸染、工艺流程绞丝精练水洗染色水