染色基本原理市公开课一等奖省赛课获奖课件

染色基本原理第一节染色概念第二节染料在染液中存在基本形式第三节纤维在染液中状态第四节染色基本过程第五节染色牢度及其测定染色基本原理第1页本章要求掌握内容1、染色概念2、双电层概念3、亲和力概念4、染色速率概念5、上染速率曲线6、中性电解质对染色作用7、匀染概念染色基本原理第2页第一节染色概念染色概念上染过程几个阶段染色基本原理第3页染色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、鲜艳色泽过程。主要指标染色色泽均匀性染色牢度鲜艳度染色基本原理第4页染色均匀性概念即：色泽均匀性指染料在纤维上分布均匀程度染料在纤维上分布越均匀，染色均匀性越好不然，将会出现色差或色花染色基本原理第5页染色色牢度概念即：色泽坚牢度指染料在纤维上固着力和稳定性大小染料在纤维上固着力和稳定性越大，染色色牢度越高不然，将会出现褪色或变色染色基本原理第6页色泽鲜艳度概念即：色泽饱合度或纯度指色泽中染料光谱色含量大小色泽中染料光谱色含量越大，色泽越鲜艳不然，色泽萎暗染色基本原理第7页第二节染料在染液中存在基本形式染料电离染料溶解染料分散染料聚集染色基本原理第8页概述染色是以水为介质染液中进行，所以染色前必须先将染料配制成染液。配制染液过程较为复杂，不一样结构染料发生不一样改变，包含：染料电离染料溶解染料分散染料聚集染色基本原理第9页一、染料电离离子型染料在水溶液中会发生电离，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这类D上阴离子基团通常为磺酸基（—SO3-）、硫酸酯基（—OSO3-）、羧基（—COO-）等染色基本原理第10页一、染料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这类D上阳离子基团通常为季铵离子（—N+HR1R2）X普通为氯离子（Cl-）染色基本原理第11页二、染料溶解概念当染料投入水中，染料晶体结构因受水分子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，称为染料溶解。该体系称为染料溶液。普通是澄清、透明体系。染料溶解度普通用每升水中所溶解染料克数表示（g/L）。染色基本原理第12页二、染料溶解影响染料溶解度原因染料结构：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提升，利于溶解加入助剂尿素、表面活性剂等助溶剂，使溶解度提升中性电解质，使溶解度降低染色基本原理第13页三、染料分散概念当染料投入水中，染料晶体结构不能受水分子极性作用而遭到破坏，染料只能以晶体态形式均匀地分布在水中，称为染料分散。该体系称为染料分散液或染料悬浮液。普通是混浊、不透明体系。染料分散必须在分散剂作用下才能进行，不然会因染料重力而产生染料沉降，使体系分层。染色基本原理第14页三、染料分散影响分散液（悬浮液）稳定性原因粒子细化：<2μm越小，越稳定分散剂性质及用量：分散作用强，用量大，稳定分散液温度：低，稳定要及时配制染色基本原理第15页四、染料聚集概念电离后单离子染料或溶解后单分子染料又可能聚集在一起，形成染料和聚集态，这一过程称为染料聚集。染料聚集是染料溶解逆过程。分子型染料nDDn阴离子型染料nD-Dnn-阳离子型染料nD+Dnn+染色基本原理第16页四、染料聚集影响聚集原因凡是不利于染料溶解就利于染料聚集控制染料聚集对染料上染极为主要染色基本原理第17页第三节纤维在染液中状态一、纤维吸湿和溶胀二、纤维在染液中电现象及其对染色影响染色基本原理第18页概述纤维投入染液后，形态、性质发生改变对染色影响最大是纤维在染液中吸湿溶胀纤维在染液中电现象染色基本原理第19页一、纤维吸湿和溶胀特点:发生在无定形区溶胀异向性各种纤维结构不一样，吸湿溶胀性不一样吸湿性好，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染色基本原理第20页一、纤维吸湿和溶胀发生在无定形区染色基本原理第21页一、纤维吸湿和溶胀溶胀异向性染色基本原理第22页惯用纤维在水中吸湿膨胀率纤维横向溶胀（％）纵向溶胀（％）直径面积棉20~2340~421.1麻20~21400.37粘胶纤维3565~672.7~7羊毛14.825~261.2~2蚕丝16.3~18.7191.3~1.6锦纶1.9~2.61.6~3.22.7~6.9染色基本原理第23页一、纤维吸湿和溶胀纤维结构不一样，吸湿溶胀性不一样染色基本原理第24页惯用纺织纤维回潮率纤维回潮率(%)20℃,65%RH20℃,95%RH棉7.524~27麻7~1023~31羊毛1622蚕丝9~1036~39粘胶纤维12~1425~30涤纶0.4~0.50.6~0.7腈纶1.2~2.01.5~3.0锦纶3.5~58~9维纶4.5~510~12染色基本原理第25页二、纤维在水溶液中电现象（一）纤维在染液中带电原因纤维与染液接触时，在纤维表面通常会带有一定量电荷。在中性或碱性条件下，纤维表面普通带负电荷。原因：纤维中羧基、磺酸基等或纤维氧化生成羧基发生电离纤维在染液中吸附带负电粒子，如OH-纤维介电常数<染液介电常数染色基本原理第26页（一）纤维在染液中带电原因两性纤维所带电荷与当液PH值相关PH>等电点，纤维带负电荷PH<等电点，纤维带正电荷PH=等电点，纤维呈电中性染色基本原理第27页（二）界面动电现象和动电层电位1、染液中带电离子所受力纤维表面电荷静电作用力电性相反时，为引力电性相同时，为斥力本身运动和染色时搅拌作用使带电离子均匀分布染色基本原理第28页（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离子，其浓度伴随与纤维表面距离增加而逐步降低，直到和染液深处一样带有与纤维表面电荷电性相同离子，其浓度伴随与纤维表面距离增加而逐步提升，直到和染液深处一样染色基本原理第29页（二）界面动电现象和动电层电位2、双电层electricaldoublelayer当纤维与溶液接触时，纤维表面带有负电荷，因为电荷作用以及为了整个体系保持中性，在纤维表面附近溶液内聚集着与表面电荷相反离子（反离子），形成双电层。染色基本原理第30页（二）界面动电现象和动电层电位2、双电层electricaldoublelayer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离子，形成所谓吸附层或固定层。当在外力作用下，纤维和染液发生相对运动时，吸附层普通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吸附形成了两层，这就是界面双电层。染色基本原理第31页（二）界面动电现象和动电层电位染色基本原理第32页（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现象称为界面动电现象。扩散层和吸附层之间形成双电层又称为动电层。吸附层表面与染液深处间电位差称为动电层电位，或称ξ电位。染色基本原理第33页常见纤维动电层电位纤维动电层电位（mV）纤维动电层电位（mV）棉-40~-50涤纶-95羊毛-40腈纶-81蚕丝-20维纶-114~-125锦纶6-59~-66丙纶-140~-150染色基本原理第34页（三）纤维电现象对染料上染影响亲和力：染料与纤维间存在吸引力。亲和力=染料与纤维间分子间力+静电力力大小与作用距离相关分子间力与分子间距离六次方成反比静电力与分子间距离平方成反比亲和力越大，表示染料从溶液向纤维移动趋势越大，即推进力大，故可用来判断染料上染能力。引力或斥力引力染色基本原理第35页（三）纤维电现象对染料上染影响染色基本原理第36页（三）纤维电现象对染料上染影响结论:当染料与纤维带有同号电荷时，不利于染料上染；当染料与纤维带有异号电荷时，有利于染料上染。染色基本原理第37页（四）染色体系中盐效应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）影响分类促染效应：加速染料上染缓染效应：延缓染料上染染色基本原理第38页（四）染色体系中盐效应惯用：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，提升上染速率，提升上染率。如：直接染料染棉。缓染效应：染料与纤维带有异号电荷，降低染料上染速率，提升匀染性。如强酸性染料染羊毛，阳离子染料染腈纶等。影响原因染料结构：染料所带电荷与质量之比越大，盐效应显著.盐种类：促染效果Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+染色基本原理第39页（四）染色体系中盐效应2、盐效应影响原因染料结构染料所带电荷与质量之比越大，盐效应显著染料结构中所含电性基团数目越多，盐效应显著盐种类取决于金属离子化合价和离子半径大小促染效果：Na+<K+<Mg2+<Ni2+<Mn2+<Zn2+<Al3+染色基本原理第40页一、中性电解质染色基本原理第41页第四节染色基本过程染色基本原理第42页上染过程几个阶段1、染料吸附染料从染液中转移到纤维表面过程2、染料扩散吸附在纤维表面染料向纤维内部转移，直至染色平衡或基本平衡3、染料固色染料在纤维内固着染色基本原理第43页染色基本原理第44页一、染料吸附染料吸附：染料从染液中转移到纤维表面过程。当纤维投入染液中后，因为染料与纤维间存在着亲协力，所以染料便很快地被吸附到纤维表面，从而使纤维表面染料浓度提升。吸附解吸当染料吸附与解吸速率相等，染液和纤维上染料浓度不在发生改变，即到达平衡状态。染色基本原理第45页一、染料吸附染料吸附阶段是染色过程中主要阶段，它对染色平衡时上染百分率起主要意义。染色平衡：当染色到达一定程度时，染料吸附与解吸速率相等，染液和纤维上染料浓度不在发生改变，即到达上染平衡状态。（三个阶段同时到达平衡）染液中染料与纤维表面染料平衡纤维表面与纤维中心部分平衡染色基本原理第46页（一）平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率A∞是指染色到达平衡时，纤维上染料量占投入染浴中染料总量百分数。式中：A∞——染色平衡时上染百分率Df∞——染色平衡时纤维上染料量Ds∞——染色平衡时残留在染液中染料量DT——染色时投入染浴中染料总量染色基本原理第47页（一）平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率是染色程度指标也用直接性来表示染色平衡时上染百分率，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相关T↑，平衡上染百分率↓∵染色是放热反应染色基本原理第48页（一）平衡上染百分率和上染百分率上染百分率At是指染色结束时，上染到纤维上染料量占投入染液中染料总量百分数。式中：At——染色上染百分率Dft——染色至某一时间时纤维上染料量Dst——染色至某一时间时残留在染液中染料量DT——染色时投入染液中染料总量染色基本原理第49页（一）平衡上染百分率和上染百分率影响上染百分率原因染料与纤维性能、染色温度染料相对分子质量小，染色速率大，在要求时间内能到达染色平衡，T↑，上染百分率↓染料相对分子质量大，染色速率小，在要求时间内不能到达染色平衡，T↑，上染百分率↑染色基本原理第50页（一）平衡上染百分率和上染百分率影响上染百分率原因浴比浴比大，染色残液中染料量大，上染百分率↓染料浓度达一定值时，C↑，上染百分率↓染液中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↓

染色基本原理第51页（二）吸附等温线吸附等温线：恒定条件下，染色到达平衡时，纤维上染料浓度与染料在染液中浓度分配关系曲线。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染色基本原理第52页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，染料在纤维上浓度与染料在染液中浓度之比为一常数，纤维上染料浓度伴随染液浓度增加成百分比增加，直到饱和为止。

染色基本原理第53页1、分配型吸附等温线[D]f——染色平衡时，纤维上染料浓度，mol/kg；[D]s——染色平衡时，染液中染料浓度，mol/L；K——百分比常数，或称分配系数以[D]f为纵坐标，以[D]s为横坐标作图，可得到一条斜率为K直线。如图中曲线1。染色基本原理第54页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吸附基本上属于这种吸附染色基本原理第55页2、弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线[D]f=K[D]sn式中：K——常数n——常数将[D]f对[D]s作图，可得弗莱因德利胥吸附等温线，如图中曲线2。染色基本原理第56页2、弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线特点：纤维上染料度[D]f随染液中染料浓度[D]s增加而不停增加，但增加速率越来越慢。离子型染料以范德华力、氢键被纤维吸附固着且染液中有其它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染色基本原理第57页3、郎格谬尔(Langmuir)型吸附等温线式中：K——常数[S]f——染料对纤维染色饱合值将[D]f对[D]s作图，可得郎格谬尔吸附等温线，如图中曲线3。染色基本原理第58页3、郎格谬尔(Langmuir)型吸附等温线特点：[D]s增加时，[D]f随之迟缓增加，但[D]s当增大到一定值时，[D]f不再随[D]s增加而改变，即到达染色饱合值。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：纤维上染料浓度不再随染液中染料浓度增加而增加，此时纤维上染料浓度成为染色饱和值。染色基本原理第59页二、染料扩散染料扩散指染料由纤维表面向纤维内部转移过程。因为染料在纤维表面吸附，使纤维表面染料浓度提升，从而造成纤维里表间染料浓度差。在此浓度差推进下，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，到达染匀、染透目标。染料在纤维上扩散对染色速率及染色匀染性起着决定性作用。扩散速率高，染透纤维所需时间短，易取得均匀效果。染色基本原理第60页（一）染色速率染色速率在染色过程中，通惯用上染速率或染色速率来表示上染或染色快慢。通惯用半染时间t1/2来衡量。半染时间t1/2染色过程中，染料上染量到达平衡上染量二分之一时所需染色时间称为半染时间，以t1/2表示。它标志着上染走向平衡一个惯用速率指标。t1/2越小，则染色速率越大，染色越快。拼色时，选取半染时间相近或上染速率曲线相近染料轻易染得前后一致颜色。纤维上染料浓度对上染时间改变率。染色基本原理第61页（一）染色速率上染速率曲线在恒温条件下染色，经过测定不一样染色时间下染料上染百分率，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。它反应了染色趋向平衡速率和染色平衡上染百分率。染色基本原理第62页（一）染色速率上染速率曲线染色基本原理第63页（一）染色速率影响染色速率原因染料结构：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，染料动能大，纤维膨化度大，利于染料扩散，染色速率大染色基本原理第64页（一）染色速率影响染色速率原因（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相对运动猛烈，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：染色速率小染色基本原理第65页（二）匀染和移染初染率：染色早期百分率（或上染速率）匀染：是指染料在纤维上均匀分布过程。包含染料在纤维表面上均匀分布和染料在纤维内部均匀分布。染料在纤维内分布色差或色花：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耐摩擦牢度和耐洗牢度匀染透染染色基本原理第66页（二）匀染和移染染料匀染性与染料扩散性有着亲密关系染料扩散性越好，染料匀染性越好有利于提升染料扩散性原因都有利于染料匀染。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过程。普通需较长时间，作为匀染辅助伎俩当染料分子质量较大，染料与纤维间结协力较大时，移染效果将大大降低。染色基本原理第67页造成染色不匀原因被染物本身不均匀前处理染料染料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，无接触烘干染色基本原理第68页三、染料固着染料固着是指扩散后均匀分布在纤维上染料经过染料-纤维间作用力而固着在纤维上过程。染料-纤维间作用力化学力：共价键和离子键物理力：范德华力、氢键和聚集性其类型和大小对染色牢度起着决定性作用染色基本原理第69页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染色基本原理第70页一、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）在各种外界原因影响下，能否保持原来色泽状态能力。是衡量染色产品质量主要指标之一。引发褪色或变色外界原因后续加工过程中酸、碱、氧化剂、还原剂等服用过程中日晒、洗涤、摩擦、汗渍、熨烫等染色牢度主要包含：耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐日晒牢度、耐汗渍牢度、耐熨烫牢度等染色基本原理第71页一、染色牢度对染色牢度要求：不一样用途纺织品要求不一样衬里布：耐摩擦牢度窗帘：耐日晒牢度服装：耐日晒牢度、耐洗牢度耐、摩擦牢度染色基本原理第72页一、染色牢度影响染色牢度原因染料结构纤维性质染料在纤维上物理状态：分散、聚集、结晶染料与纤维结合情况染料浓度染色方法染色工艺条件ISO制订了一套色牢度测试方法和染色牢度标准，我国也有对应国家标准。染色基本原理第73页二、常见染色牢度及其测定种类很多，主要介绍以下几个：耐洗牢度耐摩擦牢度耐日晒牢度染色基本原理第74页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、不变色能力包含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改变白布沾色：指与染品同时皂洗白布因染品褪色而沾染情况。耐洗牢度测定方法按《纺织品耐