第四節　染料與纖維的相互作用

前面已講，染料上染纖維是因為染料分子對纖維有親和力，親和力來源于染料和纖維分子間作用力，包括范德瓦耳斯力、氫鍵力、庫侖力等非共價鍵。不同染料與不同纖維的作用力形式不同，具體見表2-7。

表2-7　常用纖維與適用染料間的作用力

染料吸附上染纖維是超分子化學的研究范疇。超分子化學是研究兩種以上的化學物種，通過分子間非共價鍵力相互作用，締合形成具有特定結構和功能的超分子實體的科學。形成的超分子實體是有組織的多分子復雜體系，該體系的性質和功能不僅取決于形成實體的分子結構，更與分子間的結合形式，即超分子化學與結構有關。而傳統的分子化學研究的是分子內的原子、基團間的相互作用和結合，這些作用的結果是改變分子結構、形成新的分子，它們之間的結合靠共價鍵，形成的分子結構是確定的。

超分子化學的研究目標是控制分子間價鍵的形成，實現超分子有序體的設計和組裝。染色加工過程實質上是一個分子疊合或組裝的過程，染料分子通過非共價鍵作用力與纖維大分子發生超分子組裝需要滿足以下幾個條件：

（1）染料與纖維分子間存在較強的分子間作用力，即表2-1中所列的非共價鍵作用力，包括范德瓦耳斯力和氫鍵。不同染料與纖維作用時，各種非共價鍵作用力的貢獻是不同的。

（2）染料分子與纖維分子間存在適合或匹配的組裝位置或空間。

（3）染料對纖維組裝時，除了在纖維表面外，還必須進入纖維內部，因此纖維內部必須存在染料分子進入的通道或足夠大的空隙。

（4）必須提供組裝必要的環境條件，即一定的工藝條件和程序。

染料上染纖維的過程中，分子間可以有多種作用和結合形式，有單分子吸附、定位吸附、多分子吸附、纖維表面的染料、纖維內部的染料等，但染料和纖維分子的結構并不發生變化，也就是染料和纖維分子間發生了超分子化學反應，其過程可以通過具體染色工藝條件加以控制，最終形成的超分子實體是可設計和可控的。

超分子化學，又可以稱為“分子上的化學”。相對于分子化學研究共價鍵的拆散和形成，超分子化學研究的則是一些較弱，但具有可逆性的分子間作用，如：氫鍵力、靜電作用力（包括離子與離子、離子與偶極）、范德瓦耳斯力（包括偶極力、誘導偶極力和色散力）、金屬配位鍵力、疏水相互作用力和給體—受體相互作用力等。所以超分子化學有如分子的“社會學”，包括了分子的個體和整體的行為。

超分子實體形成過程存在于分子相互間的選擇性、互相識別的能力及互相作用和轉換，形成的超分子實體具有穩定性和易破損性、締合或解離傾向等特性。染料上染纖維時，不同纖維選有不同的染料，表現為染料與纖維間的選擇性和互相識別的能力；酸性染料上染羊毛時，電解質電離的Cl-先于染料分子與纖維結合，然后逐漸被染料分子所取代，轉換成染料與纖維的穩定結合形式。染料與纖維分子間形成的體系有穩定性，又有易破損性，表現為染料上染纖維有牢度，但有時會有水解或溶解解離，宏觀現象就是掉色，某項色牢度不理想。

染料分子與纖維分子通過分子間非共價鍵作用，經歷染料對纖維的吸附和解吸，最終形成染料和纖維的超分子結合體，其保留了染料組分的顏色特征和纖維組分的微結構。超分子的形成過程存在自由能、熱焓、熵和熱的變化，這將在第三章具體論述。