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上染
shangran
上染
dye up-take
  染浴中的染料向纤维转移并进入纤维内部的过程。上染通常是在一定温度的染料水溶液中进行的。其过程大致是:①染料随着染浴的流动到达纤维周围;②染料依靠本身的热运动扩散,通过纤维周围液层接近纤维表面;③染料因分子间各种力的作用被纤维吸附,纤维周围的染浴浓度随之降低;④染料在纤维无定形区向纤维内部扩散并被吸附。
  平衡 在上染过程中,一般染料与纤维不发生共价键结合,上染是可逆的。在一定温度下,初始阶段上染速率较高,随着时间增加纤维上染料浓度逐渐增加,染浴中的染料浓度相应降低,上染速率也逐渐减慢,最后,上染百分率不再随时间而变化,达到平衡状态。这时的上染百分率称为平衡上染百分率。由于上染有可逆性,浸染时,上染在纺织物一个部位上的染料,通过解吸、扩散和染液的流动,会转移到另一部位上,使纺织物上染均匀,这种现象称为移染。上染达到平衡时,纤维上的染料活度af和染浴中的染料活度as的关系,可用热力学函数标准染色亲和力(简称染色亲和力)-△μ°来衡量: □ 式中R为气体常数,T为热力学温度,活度是浓度的函数。上染是放热过程,提高上染温度,会使平衡上染百分率下降,染色亲和力降低。


   吸附 在恒温条件下,上染达到平衡后,纤维上的染料浓度对染浴中染料浓度关系,可用吸附等温线表示。分散染料上染醋酯等疏水性纤维的吸附等温线基本上是直线(下页图中a上染的不同吸附等温线图),上染的染料随着染浴浓度增加而递增,直到纤维和染液都达到饱和为止。羊毛和锦纶用匀染性酸性染料上染,吸附等温线的斜率随染浴浓度的增加而逐渐降低(图中上染的不同吸附等温线图b)。最后,上染的染料不再随染浴浓度变化而达到纤维的染色饱和值,它的大小与纤维的氨基含量有关。聚酰胺66的氨基含量较低,用匀染性酸性染料在一般条件下难以染得浓色。拼色染色时,浓度过量就会发生两种染料竞染现象。阳离子染料上染腈纶的吸附等温线也属这种类型。纤维素纤维用直接、还原等染料上染的吸附等温线如图中 C上染的不同吸附等温线图所示。
  扩散 染料在纤维中的扩散速率比在染液中要慢几个数量级。染料垂直通过单位面积的速率与染料的浓度梯度成正比。 □ 式中 s为通过单位面积的染料重量;t为时间;c为浓度; □为距离;D为扩散系数,是浓度梯度为1时通过单位面积的扩散速率;负号表示染料向浓度较低的方向扩散。
  在染液中,染料本身分子间会发生缔聚。纤维素纤维和蛋白质纤维虽然能在水中发生溶胀,使无定形区的微隙增大,但染料主要是以单分子或单离子状态扩散进入纤维的。提高染浴温度可促使染料分散成单分子或单离子状态,增加它们的动能,提高扩散速率。合成纤维在水中不易溶胀,染料分子难以进入纤维内部,只当加热超过纤维玻璃化温度时,在纤维无定形区形成瞬间“孔穴”,才能使染料分子进入并扩散。
  上染达到平衡需要较长的时间。提高染浴温度是加速上染的主要方法,但上染过于迅速会产生不匀现象,染淡色时尤为显著。在上染过程中,染浴中纤维周围的染料因被吸附必须及时补充,因此染液应具有一定的流动速率并与升温速率相适应。                  (王菊生)
 
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