染整工艺原理

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①染料结构、②纤维材料、③染料用量（高-日晒牢度高；低-日晒牢度低））④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、润湿剂或渗透剂、防泳移剂等。

一般轧余率：棉织物70%、合成纤维30~50%、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，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=[D]s,t×K吸[D]s,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=[D]f,t×k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 ；（pH﹥1 全部电离）2.—SO3NH2 （pH﹤4 开始离子化）3.—COOH （pH﹥2 开始电离、pH﹥5 全部离）4.—OH（pH﹥7 开始离子化、pH﹥10-11全部电离）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D–SO3Na —D-SO3 - +Na+ 直接、酸性、活性nD-SO3- = ( nD-SO3- ) n-离子胶束nD –SO3Na= (D–SO3Na)n (n个染料分子聚集成的胶核)[(D–SO3Na)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: 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 电位（ ξ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；ξ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ξ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ζ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 = q·q ’/εr22. 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。

负电性越大，氢键越强。

氢键的强度大小顺序如下：F H F OH O OH N NH H N>>>E K =2d 12d 223 r 6 K T4. 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（π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。