任務二 染色理論基本知識

一、上染與染色

1.定義

染色是指染料與纖維間通過物理的、化學的或物理化學的作用，或者染料在織物上形成色淀，而使紡織品獲得指定色澤，且色澤均勻而堅牢的加工過程。包括吸附、擴散及固著三個階段。

2.解讀

（1）上染與染色兩個概念不完全等同。一般情況下，上染指染料的吸附與擴散階段，即染浴中的染料向纖維轉移，并進入纖維內部將纖維染透的過程。但染色的三個階段并不是完全獨立的，多數情況下是同時進行的，只有活性染料染棉時，固著是在加堿后進行的，有著較為明顯的界限。所以兩個概念有時混用。

（2）染料舍染液而向纖維表面轉移的過程稱為吸附。染料吸附的原因是染料對纖維的直接性。而在染料發生吸附的同時也發生染料的解吸，所以吸附過程是一個可逆平衡過程。

（3）染料由染液濃度高的地方向濃度低的地方運動及染料由纖維表面向纖維內部運動的過程，稱為擴散。染料擴散的原因是在染液或纖維中存在染料濃度梯度差。影響染料擴散速率大小的因素主要有：染料的分子結構——結構簡單，擴散速率較快；對纖維的直接性——其他染色條件相同時，直接性小，擴散速率快；纖維的種類與結構——纖維無定形區多，結構疏松，染料擴散容易；染色溫度——染色溫度升高，染料的擴散速率上升，從而縮短上染時間。

（4）不同染料染色過程一般有三種情況：染料上染纖維后，染色即完成，如陽離子染料染腈綸、分散染料染滌綸等即屬該種情況；染料上染纖維后，要經過一定的化學處理，才能完成染色，如還原染料隱色體染棉后的氧化處理、酸性媒染染料上染羊毛后的媒染劑處理、活性染料上染棉后的加堿固著處理等；染料上染到纖維上后，為提高牢度，要經過固色劑固色處理后，染色才完成，如酸性染料染蛋白質纖維、直接染料染棉等。

二、上染百分率（簡稱上染率）

1.定義

指染色至某一時間時，上染到纖維上的染料量占投入染浴中染料總量的百分比。

2.解讀

（1）上染百分率的數學表達式為：

式中：E_t——染色至某一時間時染料上染百分率；

D_ft——染色至某一時間時纖維上的染料量；

D_st——染色至某一時間時殘留在染液中的染料量；

D_T——染色時投入染液中的染料總量。

（2）染料上染百分率與染料上染纖維的親和力大小及染色工藝有關。親和力大的染料上染百分率高。

（3）一般而言，染料的上染百分率越高，說明染料的利用率越高。既可降低生產成本，又減輕了染色廢水的處理負擔。

（4）提高染料的上染百分率，是各種染料染色工藝改進的重要目標之一。

3.上染百分率測定

用722型可見分光光度計，無色染浴（除染料外，其他染色助劑按工藝加入的溶液）作參比，在染料的最大吸收波長處分別測定染色前后染浴的吸光度，從而計算出染料的上染百分率。方法如下：

（1）配制合適濃度的待測染料母液。

（2）按照染色工藝處方及浴比要求，吸取需要體積（如V）的染料母液置于染杯中，并加入需要的助劑、水等配好染液，攪勻，加熱至入染溫度。

（3）將被染物投入染液，按照規定的染色工藝進行染色。

（4）染畢后取出染杯，冷卻至室溫。取出被染物，并擠出纖維上的染液，并入染杯殘液中。用少量蒸餾水沖洗被染物，將沖洗液也并入染色殘液中，并將其移入100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，待測色用。

（5）從已經配制好的染料母液中，吸取V（與染色用量相同）染液，并加入其他助劑等，移至另一100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。在分光光度計上首先測定該染液的最大吸收波長，然后在其波長下測定其吸光度A₁（即為染色前染液吸光度）。必須注意，為使測得的吸光度值和染液濃度之間有良好的線性關系，應盡可能使吸光度值在0.1～0.8之間。這可以通過初步試驗，找到染液的合適沖稀倍數N₁達到。

（6）對染色后殘液按同樣辦法，首先找出合適的沖稀倍數N₂后，測出其吸光度值A₂（即為染色后染液吸光度）。

（7）將測得的染色前及染色后殘液的吸光度值A₁、A₂代入下列公式計算出上染百分率：

式中：A₂——染色后染液稀釋一定倍數后的吸光度；

N₂——染色后染液稀釋倍數；

A₁——染色前染液稀釋一定倍數后的吸光度；

N₁——染色前染液稀釋倍數。

三、平衡上染百分率

1.定義

染色達到平衡時，纖維上的染料量占投入染浴中染料總量的百分比。即染色達平衡時染料的上染百分率。

2.解讀

（1）平衡上染百分率是在一定染色條件下，染料可以達到的最高上染百分率。染色達到平衡后，染料的上染率不再隨時間延長而變化。

（2）染色工藝條件相同時，具有較高親和力的染料，其平衡上染百分率也較高。

（3）上染是放熱過程，提高上染溫度會使染色親和力降低，平衡上染百分率下降。

3.平衡上染百分率測定

平衡上染百分率測定同上染百分率一樣，可以通過測定染色后殘液吸光度的方法，計算出平衡上染百分率。以活性染料對棉織物染色為例，方法如下：

（1）按制訂的工藝處方要求配制染液，并按規定的染色工藝對裁剪好的棉布小樣（如2g/塊）進行染色。

（2）染色過程中染杯加塞（避免水分蒸發），染色至一定時間，在振蕩中吸取染液2mL置于25mL容量瓶，同時染杯中補加2mL水，測定取出染液的吸光度（稀釋一定倍數）。

（3）隨著染色時間的延長，吸附達到平衡，染液的吸光度值不再發生變化。

（4）此時計算得出上染百分率，即表示該染料的平衡上染百分率，同時也可表示染料直接性的大小。

四、上染速率曲線

1.定義

在恒定溫度條件下染色，通過測定不同染色時間下染料的上染百分率，以上染百分率為縱坐標，染色時間為橫坐標作圖，所得到的關系曲線稱為上染速率曲線。

2.解讀

（1）上染速率曲線反映了染色趨向平衡的速率和平衡上染百分率大小。它是在固定染色溫度條件下染料上染過程的特征曲線，也稱為恒溫上染速率曲線。

（2）上染速率通常用半染時間（t_1/2）來表示。半染時間就是指染色達到平衡上染百分率一半時所需要的時間。t_1/2值越小，表示染色趨向平衡的時間越短，染色速率越快。

（3）在實際生產中，測定染料上染速率即半染時間的重要意義是：幾只染料拼混染色時，應選擇上染速率接近的染料，即半染時間（t_1/2）相同或相近的染料，以獲得所需色澤。

3.上染速率曲線測定

在實際染色時，整個染色過程中溫度常隨染色時間而變化，但在測定上染速率曲線時，溫度應保持不變。即保持染色溫度恒定不變的條件下，通過測定不同時間的染料上染百分率，作出上染百分率和時間的關系曲線。以測定活性染料染棉的上染速率曲線為例，方法如下：

（1）按染色處方和浴比要求配制染液，并把配好染液的染杯置于水浴鍋加熱至規定溫度（保持恒溫）。

圖1-3-2 染料上染速率曲線

（2）將準備好的棉織物投入染液開始計時，染至5min、10min、20min、40min時取染液2mL至25mL容量瓶中，每次取完后，向染液里補加2mL相同溫度的水（保持染液體積不變）。

（3）從加堿固色起，同樣在染至5min、10min、20min、40min時各取染液2mL至25mL容量瓶中，在每次取完后向染液里補加2mL同樣溫度的水。

（4）將容量瓶定容，按時間順序編號測A值，并計算出對應的上染百分率。

（5）建立坐標系，以上染百分率為縱坐標，時間為橫坐標作圖。得到規定溫度下的染料上染速率曲線。如圖1-3-2所示為A、B兩種染料的上染速率曲線。

注意：該方法操作容易，但不夠嚴格，是一種近似方法，同一結構的染料所得上染速率曲線會由于染料商品化條件的不同而有差異。

五、吸附等溫線

1.定義

溫度恒定的條件下，染色達到平衡時，纖維上的染料濃度［D］_f與染液中的染料濃度［D］_s的分配關系曲線。

2.解讀

（1）不同類型的染料在上染纖維時，對纖維的吸附性質有著顯著區別。吸附等溫線可以直觀地表示出隨著染料用量的改變，纖維上和染液中的染料量（濃度）的分配規律。從吸附等溫線的形狀上可推斷出染料上染纖維的基本原理，從而可判斷合理的染料用量范圍。

（2）染料吸附等溫線有三種類型：分配型吸附等溫線、弗萊因德利胥（Freundlich）型吸附等溫線、朗格繆爾（Langmuir）型吸附等溫線。

圖1-3-3 分配型吸附等溫線

（3）分配型吸附等溫線又稱能斯特型（Nernst）或亨利（Henry）型吸附等溫線，如圖1-3-3所示。染料的吸附性質表現為：染料的上染可看成是染料在纖維中的溶解，上染機理又稱固溶體機理。如分散染料上染滌綸、腈綸、錦綸符合分配型吸附等溫線。

（4）弗萊因德利胥型吸附等溫線如圖1-3-4所示。染料的吸附性質表現為：染料的上染屬于多分子層物理吸附，該上染機理又稱多分子層吸附機理。如色酚鈉鹽、活性染料、還原染料隱色體、直接染料等離子型染料染棉，以氫鍵、范德華力吸附、固著，符合此類型等溫線。

（5）朗格繆爾型吸附等溫線如圖1-3-5所示。染料的吸附性質表現為：染料上染屬于化學定位吸附，該上染機理又稱為成鹽機理。如陽離子染料染腈綸、強酸性染料染羊毛等，染料以單分子（離子）以離子鍵吸附在染座上，當單分子占完染座時，染料對纖維染色達到飽和。

圖1-3-4 弗萊因德利胥型吸附等溫線

圖1-3-5 朗格繆爾型吸附等溫線