3.3 染料的上染过程在线视频

染料是如何上染纤维的呢

今天

我们采用分步解析法

来讲解染料上染的过程

染料的上染是指

染液中的染料舍染液向纤维转移

并进入纤维内部将其染透的过程

它并非简单

像海绵的物理吸附

我们将这一过程分解为四个阶段

第一阶段

染料分子或离子随染液的流动靠近纤维界面

此阶段主要受染液流动速率的影响

什么是染液的流动速率呢

就像我们烧杯当中

用玻璃棒进行搅拌

搅拌速率越快

那么然也当中的染料

越靠近纤维界面的区域

染液的流动速率越慢

从而形成了染液本体

和纤维界面间的速度梯度

这里我们引出一个重要概念

动力边界层

一般把染液流速从染液本体到

纤维表面流速降低的区域成为动力边界层

动力边界层的体积虽小

但在染料的传递过程中

包括染色和水洗当中

都起着非常重要的作用

很显然

它的厚度与纤维表面染液的流速有关

那么

加强染液的循环和提高染液的流速

尽量减小扩散边界层厚度

是加快染色的重要途径之一

这样不仅可加快染料到达纤维表面的速度

还可以提高匀染效果

第二步

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靠近纤维表面

这样的一个液层

我们又称为扩散边界层

那么我们刚刚学到的是

动力边界层

这个扩散边界层中的染料浓度

从染液本体到纤维表面是逐渐降低的

存在着浓度梯度

我们也常称之为浓度差

染料的扩散方向由染液本体指向纤维表面

扩散边界层是动力边界层的一部分

而扩散边界层的厚度

仅为动力边界层的十分之一

扩散边界层会阻碍或降低纤维

对染料的吸附速率或解吸速率

且这种影响会随着扩散

边界层厚度的增加而增加

因此

在染色过程中

若染液流动速率有差异

这种影响会随着表面的

扩散边界层厚度不均匀

从而造成染料吸附速率

或上染速率的不均匀

那么这样的一个结果

是必会导致被染织物不匀

所以说

提高染液的流动速率

减小扩散边界层厚度是提高染色速率

获得匀染的重要途径之一

实际染色时可通过提高染液

和被染物之间的相对运动速率

来降低扩散边界层的厚度

以获得良好的匀染效果

第三步

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

并与纤维分子将产生氢键

范德华力或库仑引力结合

纤维对染料分子的吸附主要

是通过物理吸附（如范德华力和氢键）

及化学吸附（如共价键、离子键）等来完成的

吸附速率受纤维表面的电荷性质

染料的分子结构及所带电荷

染料的溶解性能

以及染料分子在扩散边界丛中的

扩散速率等因素的影响

第四步

染料向纤维内部扩散

并固着在纤维内部染料

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

这过程的扩散是在固相介质中进行的

由于染料分子在扩散过程中

受到纤维分子的机械阻力

化学吸引力及染料分子间吸引力的阻碍

扩散系数仅为在溶液中

扩散系数的千分之一到百万分之一

这一过程往往也是决定上染速率的阶段

这种扩散直到纤维和

溶液间的染料浓度达到平衡

纤维内外表面染料浓度相等

即纤维染透为止

纤维中的染料分子分布在无定型区域

有的成单分子状态吸附在纤维分子链上

有的则和纤维分子链上的染料保持平衡状态

分布在纤维内孔道的溶液中

少量染料分也可能

呈多分子层吸附在纤维分子链上

这就是给大家所说的染料上染四个过程

上染的各阶段都是可逆的

什么意思呢

即染料从溶液向纤维表面靠近的同时

也有可能远离纤维表面

吸附于纤维的同时也有可能发生解析

也就是说 从纤维上面

重新调落回我的染液当中

向纤维内扩散的同时

也有可能从纤维内向纤维外层扩散

也就是说

往纤维里面跑

也有可能从纤维里面往外面跑

上染一开始

逆过程也同时开始

随着上染不断进行

两者之间的速率不断变化

上染开始阶段

染液中的染料浓度最高

吸附速率最快

上染速率大于解析速率

主要是染液中的染料上染纤维

但是随着染色时间的延长

染液中的染料浓度不断降低

吸附速率不断减慢

随着纤维上的染料浓度的不断增加

解析的速率不断增加

最后上染和解析速率相等

这时染液和纤维上的染料浓度都不在变化

达到吸附平衡

即达到上染的平衡状态

需要注意的是

达到吸附平衡后上染过程虽已结束

但染料的吸附和解析并未停止

所以说上染过程是大量染料分子运动的结果

这一说法是宏观的

常常以染料在染液中和

纤维中的浓度变化来综合衡量

而不代表个别染料分子的行为

此时的上染百分率称为平衡上染百分率

除此之外

还有几个关键的

来衡量上染过程的指标

上染速率

上染速率通常以纤维

上染料浓度对时间的变化率来表示

也就是说横坐标是时间

纵坐标是上染百分率

或者已达到一定上染

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比

也即是说

在你投入到整个染液当中的染料

它到底有多少

是上染到了纤维当中

所以上染百分率

又简称上染率

在恒温条件下进行染色

以纤维上染料浓度或上染率为纵坐标

以染色时间为横坐标作图

所得曲线成为上染速率曲线

该曲线是研究染色动力学的基础

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

在恒定温度下

将染色达到平衡时

纤维上的染料浓度对

染液中的染料浓度作图

可得到吸附等温线

这是研究染色热力学的基础

同学们 这一讲当中的概念非常多

上染率

上染百分率

上染速率曲线

吸附等温线

那么在我们线下的实验课程当中

会让大家自己通过染色的过程

来描绘出来一条实际的

上染速率曲线

所以需要大家对这一讲的

理论知识进行一个详细的学习

那么 今天我们主要给大家

讲解的是上染的过程

今天这一讲我们就先讲解到这里

谢谢大家