染色基本理论-染色的基本过程

染色Dyeing染色过程染色过程

染色过程是指染料上染纤维并与纤维结合的过程。目前绝大多数染色是将染料制成水溶液或分散液，通过吸附、扩散和固着3个阶段来完成。染色是一个复杂的过程，它与染料、纤维的结构和性能有关。染色过程:1吸附:当纤维投入染浴以后，染料先扩散到纤维表面，然后渐渐地由溶液转移到纤维表面，这个过程称为吸附。2扩散:吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散，直到纤维各部分的染料浓度趋向一致。3固着:是染料与纤维结合的过程，随染料和纤维不同，其结合方式也各不相同。

各类纤维有其各自的染色特点，各类染料又有不同的染色方法，但他们都有一个共性：都存在一个上染过程。上染：所谓上染就是染料舍染液（或介质）向纤维转移，并将纤维染透的过程。上染过程上染一般分3个阶段：

1.染料由染浴向纤维表面扩散（水溶液中的扩散）2.染料被纤维表面吸附。3.染料由纤维表面向纤维内部的扩散（固体中的扩散）。上染过程包括吸附和扩散两个过程。（一）染料的吸附

1、何谓吸附当纤维制品投入染液后，染液中染料会向纤维表面靠近，并由溶液转移到纤维表面，这种染料舍染液而向纤维表面转移的过程称为吸附。染料吸附的主要原因是染料对纤维的直接性。2、染料的直接性（1）直接性定义：

染料舍染浴而上染纤维的性能，或纤维选择性地从染液中吸附染料的性能。（2）直接性的来源直接性的来源就是染料分子与纤维分子之间的作用力。

直接性没有严格的定量表示法，一般可以用染色平衡时，纤维上染料量与染液中染料浓度的比值大小或用染色平衡时染料的上染百分率的大小来表示直接性的高低。但也有把在相同条件下染色，上染百分率高的称为直接性高，上染百分率低的称为直接性低。（3）直接性的大小衡量

直接性表示染料在一定条件下的上染性能，受到温度、压力、电解质、浴比、染液的PH值、表面活性剂、染色浓度以及染色时间等多种因素的影响。①浴比↑，直接性↓。②温度↑，直接性↓。平衡条件下温度越高，得色越浅。③电解质不同时，直接性有高也有低，是不定的。（4）影响直接性的因素3、吸附是一可逆平衡过程

染料的吸附为一可逆过程，在吸附的同时，已上染到纤维上的染料会重新扩散到液浴中去，这个过程称为解吸。

吸附/解吸速率变化示意

吸附阶段影响染料染色时的平衡上染百分率t=t∞V吸

=V解t=tiV吸变小V解变大

t=0

V吸最大V解=0时间吸附/解吸达到平衡3、吸附是一可逆平衡过程

在染色初期，∨吸＞∨解，随着t↑，[D]s↓、[D]f↑，最后V吸=V解时存在动态平衡，但吸附解吸仍然进行（但要明确一点速率相等不等于浓度相等，纤维上染料的浓度大于染浴中染料的浓度）。

影响吸附速率的因素

除了染料直接性大小外，还与染色温度、染液pH值及添加的助剂等有关。

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，即达到上染平衡状态4、染色平衡现象

染色平衡包括的两方面：（1）染液中染料浓度与纤维表面的染料浓度保持平衡。（2）纤维表面与纤维内部染料浓度保持平衡。

上染到纤维上的染料量占投入到染液中染料量的百分数，称为上染百分率。

达到染色平衡时的上染百分率称为平衡上染百分率。上染百分率和平衡上染百分率平衡上染百分率A∞（染色平衡时）

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↓∵染色是放热反应上染百分率At（染色结束时）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平衡上染百分率和上染百分率平衡上染百分率上染百分率3）影响染色平衡的因素（1）染色平衡受纤维与染料本身的影响；（2）与外界条件(如染液温度、染液pH值、电解质及浓度等)有关。

（1）染料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↑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↓影响上染百分率的因素（二）染料的扩散1、何谓扩散

染料由浓度高的向低的地方运动及染料由纤维表面向纤维内部运动的过程，称为扩散。染料在水溶液中的扩散（快）

染料在纤维中的扩散（慢）染料在染浴中的扩散1、染料上染过程中，染液中的染料浓度逐渐降低，这种降低首先发生在贴近纤维周围的染液中2、要使上染过程顺利进行，就要将纤维四周的染液不断循环，使纤维四周的染液不断更新，3、在紧接纤维表面的扩散层染料通过扩散靠近纤维表面，而不是通过液体的流动来完成的。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。

染料在纤维中的扩散染料在纤维中的扩散速率比染料在纤维上的吸附速率要缓慢得多，所以纤维染透需要的时间主要视染料在纤维中的扩散速率而定。染料在纤维内的扩散一方面受到纤维分子引力的作用；另一方面受到纤维分子的机械阻力影响，所以扩散比较困难。

影响染料扩散速率的因素①染料的分子结构及对纤维的直接性结构简单，扩散速率较快；其他染色条件相同时，直接性越小，扩散速率快。

②纤维的种类与结构

纤维无定形区多，结构疏松，染料扩散容易；纤维“微隙”小的，染料分子通过的机会较少，扩散较缓慢，需要较长的时间，才能把纤维染透；纤维微结构不均匀，染色后往往会出现竹节状的染色不匀观象。影响染料扩散速率的因素③染色温度染色温度升高，染料的扩散速率上升，从而缩短上染时间。染色温度和扩散速率之间的关系为：

D为扩散系数，Do为常数，E为染料的扩散活化能，R为气体常数，T为染色温度。影响染料扩散速率的因素

④染色助剂的影响

酸、碱、盐等对染料的上染速率也有很大的影响，染色时可以根据需要酌情酌量添加；影响染料扩散速率的因素

⑤染料的浓度

染料的浓度对其扩散的影响与染料与纤维所带的电荷有关系。当染料与纤维电相反时，染料浓度增加，扩散速率增加；当非离子型染料上染非离子型的纤维时，浓度对扩散系数的影响较小。影响染料扩散速率的因素1）染色速率曲线：在恒定温度条件下染色，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，所得到的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。5、染色速率

2）上染速率的表示方法：

染色速率通常用半染时间(tl/2)来表示。半染时间就是达到平衡上染百分率一半时所需要的时间。

5、染色速率

半染时间（t1/2）它标志着染色走向平衡的速率。t1／2值越小，表示染色走向平衡的时间越短，染色速度越快。3）上染速率曲线的实际意义①用几个染料拼色时，应当选择上染速率接近的染料，以获得所需色泽。

5、染色速率

染色速率曲线图如下图所示的A、B曲线，虽然A>B，但半染时间相同，因此适用于拼色。半染时间相同的染料，拼色时可获得前后一致的色泽。3）上染速率曲线的实际意义②可以确定平衡时的染色时间，避免无故的浪费时间和能源，提高生产率和生产效益。③可通过上染速率曲线的变化，合理的控制升温速率，以确保染色均匀。5、染色速率

6、影响染色速率的因素

影响因素：染料对纤维的亲和力染料在纤维内的扩散速率染色工艺条件染色工艺条件浓度：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（三）染料的固着

1、定义固着是指扩散到纤维内部的染料与纤维结合的过程。

结合的形式和强弱与染料分子结构、纤维化学结构和物理结构以及染色条件有关。一般有以下几种固着形式：（1）物理化学作用（2）化学作用（3）机械固着

2、固着结合形式染料-纤维间的作用力

范德华力氢键

聚集性化学作用

物理作用作用共价键离子键染料-纤维间固着力的类型和大小对染色的色牢度起着决定性的作用。

机械作用粘合剂（1）物理化学作用

即染料与纤维之间以范德华力、氢键力结合。这类结合，一般皂洗牢度较低。范德华力和氢键引起的吸附属于物理化学作用，吸附位置很多，是非定位吸附。

（2）化学作用包括离子键、共价键、配位键等。化学结合在纤维中有固定吸附位置，属于定位吸附。