染色基本理论课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,0,1,1,、染料分子,(,或离子,),随染液流动,靠近,纤维界面,动力边界层,：,一般认为染液流速从染液本体到纤维表面流速降低的区域。,速度梯度,在流体中实际上无法直接观察到这层厚度，它只是,数学上的概念,。,染液流速,的下降则绝大部分,(,99%,),发生在流体动力学边界层里。,动力边界层的厚度与纤维表面的,染液流速,有关，类似,河中水流,。,第二节 染料的上染过程,第,2,页,/,共,49,页,第1页/共49页,11、染料分子(或离子)随染液流动靠近纤维界面 动力边界层：,2,2,、染料通过纤维表面的扩散边界层,向纤维表面扩散,动力边界层内靠近纤维表面的染液几乎是静止的，此时，染料主要靠,自身的扩散,(,而不是液体的流动,),靠近纤维表面，该液层称为,扩散边界层,。,它也是一,数学概念,且随染料的扩散速率而,变化,。,染液里的,浓度梯度,(,由染液本体指向纤维表面,),绝大部分,(,99%,),发生在这一扩散边界层里。,扩散边界层厚度约为动力边界层的,1/10,为其部分。,第,3,页,/,共,49,页,第2页/共49页,22、染料通过纤维表面的扩散边界层向纤维表面扩散 动力边界层,3,3,、染料分子被纤维表面,吸附,染料在扩散边界层中靠近纤维到一定距离后,染料分子被纤维表面,迅速吸附,并与纤维分子产生,氢键,、,范德华力,(,物理吸附,),或,库仑引力,(,化学吸附,),等结合。,染料分子在纤维表面的吸附非常快速,吸附强弱决定于,染料的分子结构及所带电荷,也与,纤维分子结构和表面形态,紧密有关,还与,染料的溶解性质,、,染料分子在扩散边界层中的扩散速率,、,纤维界面所带电荷,和,染液中的电解质、助剂及染色温度,等因素有关。,第,4,页,/,共,49,页,第3页/共49页,33、染料分子被纤维表面吸附染料在扩散边界层中靠近纤维到一定,4,4,、染料,向纤维内部扩散,并,固着,在纤维内部,染料吸附到纤维表面后，在纤维内、外形成,染料浓度差,，因而向纤维内部,扩散,并,固着,在纤维内部。,染料在纤维中的扩散是在,固相介质,中进行的，为,最慢,的一个阶段，速率仅为溶液中的千,(,百万,),分之一，在大多数情况下这个阶段,决定上染的快慢,。,扩散快慢与,染料分子结构和形状,紧密相关，但,纤维分子结构和物理结构,对扩散快慢关系更为密切。,在大多数情况下，提高上染速率的关键在于,如何加快染料在纤维中的扩散,。,第,5,页,/,共,49,页,第4页/共49页,44、染料向纤维内部扩散并固着在纤维内部染料吸附到纤维表面后,5,二、,上染速率曲线,及,吸附等温线,上染速率,通常以纤维上染料浓度对时间的变化率来表示，或以达到一定上染百分率所需的时间来表示。,上染百分率,表示吸附在纤维上的染料量占投入染料总量的百分率，简称,上染率,。,在恒温条件下进行染色，以纤维上染料浓度,(,D,f,),或上染率,(,%,),为纵坐标，染色时间,(,t,),为横坐标作图，所得曲线称为,上染速率曲线,(,包括,恒温上染速率曲线,、,升温上染速率曲线,和,相对升温上染速率曲线,),该曲线为研究,染色动力学,的,基础,。,第,6,页,/,共,49,页,第5页/共49页,5二、上染速率曲线及吸附等温线上染速率通常以纤维上染料浓度对,6,染液中染料浓度不同,纤维平衡吸附浓度也不同。染色平衡时纤维上染料浓度称为,平衡吸附量,。,达到平衡，上染百分率不再增高。此时的上染百分率称为,平衡上染百分率,(,达到,吸附平衡后,的上染百分率,),，为一定条件下染色时可达到的,最高上染百分率,。,染料对纤维的上染能力常用染色达到平衡后染料在纤维上的浓度与在染液中的浓度之比，即,分配率,来表示。,第,7,页,/,共,49,页,第6页/共49页,6染液中染料浓度不同,纤维平衡吸附浓度也不同。染色平衡时纤维,7,半染时间,是上染达到平衡吸附量一半所需要的时间，用,t,1/2,来表示，表示染色达到平衡的快慢。,染色温度越高，,初染率,越高，上染速率越快，达到平衡所需时间越少，但平衡吸附量会降低，如,B,点,所示。实际染色时，为了提高染色效率，节约时间，染色往往到达,A,点即结束，显然,100,染色会获得最高的上染百分率。,纤维刚进入染液开始染色时的,上染速率,。,第,8,页,/,共,49,页,第7页/共49页,7半染时间是上染达到平衡吸附量一半所需要的时间，用t1/2来,8,(,以每升溶液中的摩尔数表示,),作图，可得到,吸附等温线,。这是研究,染色热力学,的基础。它表示达到染色平衡后染料在纤维上和染液间的,分配关系,，表示染料在一定温度下对纤维的,上染能力,。,不同染料上染不同纤维有不同的吸附等温线，而不同吸附等温线又是由上染或吸附机理不同引起的。,S,为,染色饱和值,，即在一定条件下，染色达到平衡后，纤维上的染料浓度不再随染液中的染料浓度增加而增加时的值。,在,恒定温度,下，将染色达到平衡时，纤维上的染料浓度,D,f,(,以单位质量克或千克纤维上的染料摩尔数或质量表示,),对染液中的染料浓度,D,s,第,9,页,/,共,49,页,第8页/共49页,8(以每升溶液中的摩尔数表示)作图，可得到吸附等温线。这是,9,上染的各阶段都是,可逆,的。,K,称为,直接性,或,分配系数,，可用来表示染料在纤维或水中的,分配趋势,或量度。,为染色时间,t,时纤维上的染料浓度；,为染色时间,t,时染液中的染料浓度；,k,吸,为染色速率常数；,k,解,为解吸速率常数。,三、染料上染的可逆过程,V,吸,=D,s,t,k,吸,；,V,解,=D,f,t,k,解,染色平衡时：,V,吸,=V,解,第,10,页,/,共,49,页,第9页/共49页,9上染的各阶段都是可逆的。为染色时间t时纤,10,第三节 染料在溶液中的状态,染料在,水溶液,中的,聚集,或,溶解,状态直接影响染料的,上染速率,及,平衡吸附量,。染料在溶液中可呈,分子,、,离子,、,胶体,或,悬浮状,。,只有,单分子,或,单离子,状态的染料才能顺利扩散进纤维内部。染料的,聚集体,(,胶体粒子,或,离子,),是难以进入,纤维无定形区,的，不能直接上染。,染料在水溶液中的存在状态，首先取决于它的,分子结构,，其次还与,染色浓度,、,温度,、,电解质种类及用量,、,表面活性剂的性质及用量,有关。,第,11,页,/,共,49,页,第10页/共49页,10第三节 染料在溶液中的状态 染料在水溶液中的聚集或溶解状,11,染料晶格破坏 染料分子间力拆散 染料分子水合,一、染料的,溶解,、,电离,、,聚集,和,分散,染料的溶解性能首先与染料分子中,极性基团的性能和含量,有关，还与,染料分子大小、形状,有关。并随,染料浓度,、,溶液温度,及,盐类,、,助剂的性质和浓度,等因素而变化。,第,12,页,/,共,49,页,第11页/共49页,11染料晶格破坏 染料分子间力拆散,12,1,、染料的,结构,(,内在因素,),水溶性基团的数,量和位置,(,多,难聚；中间,难聚，两边,易聚。,),2,、,浓度,3,、,温度,4,、,pH,值,5,、中性,电解质,6,、,助溶剂,7,、,表面活性剂,二、,影响,染料聚集的,因素,第,13,页,/,共,49,页,第12页/共49页,121、染料的结构(内在因素)水溶性基团的数 二、影响染,13,三、染料的,分散,难溶性染料：分散、还原染料等。,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。,第,14,页,/,共,49,页,第13页/共49页,13三、染料的分散难溶性染料：分散、还原染料等。第14页/共,14,第四节 纤维在水溶液中的性质,纤维材料微结构中存在晶区及,无定型,区,。,在无定型区中，分子排列较松弛，有无数,孔隙,分布其中。,纤维分子中含有极性基团,(,亲水基团,),，当纤维与水或水蒸汽接触时，纤维就吸收水分，使纤维发生,润湿,和,溶胀,。,一、纤维的,吸湿,和,溶胀,第,15,页,/,共,49,页,第14页/共49页,14第四节 纤维在水溶液中的性质纤维材料微结构中存在晶区及无,15,二、纤维在水溶液中的,双电层,纤维具有很大的比表面积，当其与水溶液接触时，其表面会获得,负电荷,，与其带相反电荷的正离子由于热运动距离纤维表面远近有一定的浓度分布，因此产生一个,吸附层,和一个,扩散层,，形成所谓的,双电层,。,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,；在外力作用下，当纤维和液相发生相对滑移时，离子易随液相运动，这部分液层称为,扩散层,。,第,16,页,/,共,49,页,第15页/共49页,15二、纤维在水溶液中的双电层 纤维具有很大的比表面积，当其,16,在外力的作用下，,吸附层,与,扩散层,相对运动的现象称为,界面动电现象,。,吸附层和扩散层之间形成的双电层称为,动电层,。,吸附层和扩散层发生相对运动而产生的电位差称为,动电层电位,或,(,Zeta,),电位,(,可理解为,紧密吸附于纤维表面的反离子形成的紧密吸附层，在运动状态下，紧密吸附层和,本体溶液,的电位差。,),动电层电位并,不表示纤维表面的真正电位,，,并不能完全表示纤维表面的带电情况,，而是表示,距离纤维表面某一距离的电位,。,电位的绝对值总是低于热力学电位,0,的绝对值。,第,17,页,/,共,49,页,第16页/共49页,16在外力的作用下，吸附层与扩散层相对运动的现象称为界面动电,16,17,三、,电位的,影响因素,1,、,纤维种类,的影响,2,、,pH,值,的影响,pH,|,|,3,、,电解质,种类和浓度影响,Al,3+,Mg,2+,Na,+,;,四、纤维的,电位,与,染色,亲和力,若染料离子对纤维有,直接性,，则,亲和力,来源于,Q,f,+,V,f,+,H,f,；否则，仅有,Q,f,。,带有正电荷的染料离子，存在静电引力和分子间引力；,若染料离子带负电荷，则静电斥力和分子间引力起作用。,第,18,页,/,共,49,页,第17页/共49页,17三、电位的影响因素 1、纤维种类的影响2、pH值的影响,18,第五节,染色热力学,基础,染色热力学或染料吸附热力学主要研究,染料在染色介质相及纤维相的分配趋势和量度,(,即在平衡状态下，,染料在纤维和染浴中的分布情况,，染料向纤维上转移的趋势,),。,染料热力学可以判断上染、染料聚集等过程能否进行以及进行的最大程度，也可判断某种纤维的可染性和某种染色方法的可行性。,染色热力学只是研究,大量染料分子的宏观量,(,如浓度等,),的变化，它不能告诉我们各个染料分子的行为。,第,19,页,/,共,49,页,第18页/共49页,18第五节 染色热力学基础 染色热力学或染料吸附热力学主要研,19,一、,化学位,、,亲和力,和,直接性,1,、,化学位,在染色体系中，染料在染液中的,化学位,是指,在温度、压力及其它组分数量,(,n,j,),不变的条件，加入无限小量的染料,(,i,组分,),摩尔，每摩尔所引起染液自由焓的变化，也称为该染料,(,i,组分,),的偏摩尔自由焓。,通常都是以,1,摩尔染料引起的变化来表示，所以也可以说成,在上述条件下加入,1,摩尔该染料到无限大量的染液中引起的自由焓变化。,第,20,页,/,共,49,页,第19页/共49页,19一、化学位、亲和力和直接性 1、化学位 在染色体系中，染,20,即,在温度、压力和其它组分浓度保持不变的条件下，无限小量染料,(,i,组分,),上染到纤维，每摩尔染料转移所引起染色纤维自由焓,G,f,的变化。染料在纤维上的化学位越高，染料舍纤维而发生解吸的倾向越大。,时,染色达到平衡。若,则反应自动进行,染料向纤维上转移过程是自发的。,染料在染液中的化学位越高，染料舍染液而被纤维吸附的倾向越大，染料越容易上染纤维。犹如电流、水