武汉纺织大学染整工艺原理（下）期末考试试卷解析
名词解释：
2011年11月13日1. 直接染料的盐效应：直接染料染中，在染液中加元明粉或者食盐，增加本体中的钠离子浓度以减少染液本体和纤维界面附近的浓度差产生的迁移能阻，增加染料活度，从而起到提高染料的上染速率及上染百分率的作用。 2. 直接染料的温度效应：直接染料染中，对于不同分子量、结构的染料，控制不同的染温度，以改善染料的移染速率及平衡上染百分率的作用，从而改善直接染料的染不匀。 3. 轧余率：织物上带的染液质量占干布质量的百分率。
4. 稳态扩散：在扩散过程中，扩散介质各处的浓度梯度始终保持不变的扩散过程。 5. 非稳态扩散：在扩散过程中，扩散介质各处的浓度梯度不断变化的扩散过程。
术尔泰6. 活性染料固率：染料与纤维发生共价键结合的染料量占投入染料总量的百分率。
7. 固过程：在一定的碱性和温度条件下，染料的活性基团与纤维发生反应形成共价结合而固着在纤维上的过程。
8. 无限染浴：浴比很大，足以维持染液浓度基本不变的染浴。
9. 有限染浴：充分搅拌条件下，浴比有限，在上染过程中染液浓度逐渐降低的染浴。
简答：
1.扩散模型：适用的染料纤维
孔道扩散模型－适用于亲水性纤维（棉、黏胶、铜氨）
陈独秀身世婚恋后代模型描述：溶胀的纤维里存在许多曲折而互相连通的小孔道。染时，这些孔道里都充满着水，染料分子(或离子)通过孔道扩散进入纤维内部。在扩散过程中，染料分子(或离子)会不断发生吸附和解吸。孔道里游离状态的染料和吸附状态的染料成动平衡状态。
-Δµ°↑，dc p /dc f ↓，D ↓；纤维无定形区↑，α↑，D ↑；
M 染↑，共平面性↑，吸附几率↑，D ↓。
自由体积模型－适用于疏水性纤维（聚酯、聚丙烯腈）
模型描述：纤维的自由体积是指其总体积中没有被分子链占据的那部分空间，它以微小的空穴形式散布在纤维中。聚酯、聚丙烯腈等合成纤维染时，染料分子吸附在纤维大分子链上，当温度超过纤维的玻璃化温度以后，大分子的链段发生绕动，原来微小的空穴合并成较大的空穴，染料分子沿着这些不断变化的空穴，逐个 “跳跃”扩散。
改变玻璃化温度↓，相同T 染，扩散速率↑
（加少量低分子物质）
2.活性染料特征值
直接性S ：中性盐存在下染料达第一次平衡的上染率。
上染率E ：加碱后，最终染料的上染率。
固着速率R ：加入碱剂10min 时的固率与最终固率的比值。（粗略反映反应性）
半固时间T 50：达到最终固率一半所需的时间。
固率F ：洗去浮后染料的固着率
E-S ：二次上染能力，反映染料在不同阶段的匀染性。
移染指数：MI=Q 1/Q 2×100% Q 1、Q 2分别为移染织物和被移染织物颜深度，
对应于S 和E 值的大小。
匀染因子LDF ：活性染料染全过程的匀染性。LDF=(S/E)×MI
盐控型染料：S 值较大，E-S 值相对较小；
温控型染料：S 值很高，E-S 值较小；
碱控型（自匀型）染料：S 值较低，加碱后E-S 值较大。
3.泳移的控制（分散染料热熔染法）
泳移：织物在浸轧染液以后的烘干过程中，染料随水分的移动通过毛细管效应向受热面迁移的现象。 A 织物浸轧后不宜立即用接触式烘干，采用红外线预烘和热风烘干相结合的方式。
B 涤棉混纺织物，带液率降低到20%-30%后，不会发生明显的泳移。
C 加防泳移剂：① 线型大分子，结合水；② 烘干，此态介质粘度↑，形成凝胶体。
4.直接染料固对染效果的影响（直接铜盐染料：固后颜变暗变深，适用于深品种；使羊毛降解严重）
A封闭染料的水溶性基团，防止染料在水中电离和溶解而从织物上脱落。
B与染料和纤维之间形成氢键、范德华力，能显著提高湿处理牢度；在纤维表面形成立体网状的薄膜，可以进一步封闭染料，增加布面平滑度，降低摩擦系数，进一步提高湿摩擦牢度。 C与纤维素纤维反应发生交联，形成交联网状体系，使染料和纤维更加紧密的结合在一起，防止染料从纤维上脱落，从而提高其牢度。
D与染料形成低水溶性的金属离子络合物，从而提高其牢度。
5.染扩散过程p2p cache
吸附在纤维表面的染料分子，由于纤维表面的染料浓度提高，与纤维内部存在着浓度梯度。染料在染液中扩散的比较迅速，在纤维内的扩散比较缓慢，而且只能在无定形区内扩散。染液在充分流动的条件下，后者往往是决定上染快慢的阶段，即对上染速率往往起着决定性的作用，扩散不是单个分子的运动行为，而是大量染料运动的结果。对一个分子来说，它向周围任何方向运动的机会是均等的，但大量染料分子运动的结果是向浓度低的方向扩散。
影响扩散的因素
A 染料分子结构的大小和纤维的微隙大小：染料聚集体比较大，一般不能通过纤维的微隙。凡是使微隙增大的因素都有利于染料的扩散。纤维的结晶度高，分子排列整齐，玻璃态转化温度高，不利于扩散。
B 染料与纤维之间的引力：亲和力、直接性较高的染料扩散速率一般比较低。由于在扩散过程中，它们对纤维的吸附几率高、发生自身分子间的聚集倾向大。
C 染料浓度：非离子染料-非离子纤维系统：染料浓度对扩散系数的影响较小；
离子染料-具有相反电荷的纤维系统：扩散系数受染料浓度的影响则较大。
D扩散的温度效应—扩散活化能：提高染温度，可以提高染料的扩散速率，因为温度升高增加了染
料分子的动能，
使更多的染料分子能克服阻力向纤维内部扩散。
扩散活化能越大，表示分子扩散时克服阻力的所需的能量越大，扩散速率较低，扩散受温度的影响也就越大。
6.上染过程中的几个基本概念
A动力边界层－染液流速从染液本体到纤维表面流速降低的区域称为动力边界层。动力边界层的体积虽小，但在染料的传递过程（包括染和水洗）中却起着非常重要的作用。动力边界层的厚度与纤维表面的染液流速有关。
B扩散边界层－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，该液层称为扩散边界层。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，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，厚度约为动力边界层的1/10，它会阻碍或降低纤维对染料的吸附速率或解吸速率。在染过程中，若染液流动速率有差异，会使得纤维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。提高染液的流动速率，减小扩散边界层厚度是提高
染速率、获得匀染的重要途径之一。
C影响上染过程的因素
漫散双电层－吸附层、扩散层
Ψ：界面附近溶液对溶液内部的电位差。
动电层（zeta）电位：纤维在溶液中相对滑移界面对溶液内部的电位差。
A由于双电层电位测定困难，往往测定其zeta电位；
B zeta电位并不能完全代表纤维表面的带电情况。
由于吸附层中有反离子存在，纤维表面的部分负电荷被阳离子电荷所抵消，因此∣zeta∣<∣Ψ∣，但当纤维表面对反离子发生强烈吸附，而使吸附层中含大量的反离子时，动电层电位符号可能与Ψ的符号相反。
影响zeta电位因素
1 pH：普通纤维：pH↑，-COOH离解↑，zeta电位绝对值↑；pH↑↑，异电离子进入紧密层↑↑，
zeta电位绝对值↗→↘；
二性纤维：当pH＞PI，pH↑，zeta电位↑；当pH＜PI，纤维带正电，pH↑，zeta电位↓；当pH＝PI，纤
维不带电。
2 电解质：C盐很低时，zeta电位↑（可能因为水合钠离子体积大，而不易吸附，而Cl- 被优先吸附所致）；
C盐较高时，C盐↑，zeta电位↓。
不同电解质阳离子具有不同的电荷数和水合性，因此具有不同的促染效果！
zeta电位与染
7.活性染料的活性顺序
常见的活性基团反应性大小顺序为：X＞F>二氯喹噁啉＞KN＞M＞K＞氯化嘧啶＞丙烯酰胺
理由：
8.活性染料活性与成键稳定性/耐水解稳定性的关系
问答
1.中性电解质的促染/缓染作用，为什么？
直接染料：①降低了纤维表面的zeta电位：使染-纤斥力↓，有利于染料对纤维吸附。
②降低了染料迁移的位阻：D-上染纤维时伴随着等量的Na+迁移。然而[Na+]S﹤[Na+]f ，迁移位阻↑；加盐后，[Na+]S↑，迁移位阻↓。③电解质加入，增加了染料在染浴中的活度。④电解质加入，染料胶粒负电性↓，有利
于向纤维吸附；使染料溶解度↓，染料吸附密度↑，使[D]f /[D]S↑。
活性染料：①加入电解质可提高染料的吸附速率、平衡吸附量及纤维上的吸附密度。染料的固率、竭染常数均随硫酸钠浓度的增加而增加。②由唐能膜平衡原理可知：加盐可缩小内外相pH值差，使[Cell-O－]/[OH－]↑，因而固效率Ed↑；③电解质过多会引起染料聚集、染料吸附上染过快，对固和匀染不利。
-在染浴中与染料阴离子一起对纤维发生竞染作用，它们的扩散酸性染料：pH﹤PI 缓染；pH﹥PI 促染。元明粉中SO
3
速率比染料阴离子快，先于染料上染纤维，又由于亲和力比染料低，故随后被逐渐取代下来，起到缓染作用
阳离子染料：中性电解质在染浴中离解阳离子（Na+）扩散得快，可优先与纤维上的酸性基团结合，同时也可有效减少或削弱纤维表面的zeta电位对燃料的作用，从而延缓染料上染，尤其对含羧酸基团的纤维，缓染效果更显著。
2.涤棉混纺织物分散/活性染料浸染工艺条件，轧染工艺配方及各组分的作用。
染要点
留白、异容易实现，同需要配才能实现；
分散染料对棉纤维易于沾；
染浴中性电解质对分散染料水分散体系稳定性的影响较大；加重棉沾和设备的沾污；
活性染料的固用碱对分散染料浮和棉织物沾的去除有重要意义，因此应注意对分散染料的选择；
高温下，活性染料的水解稳定性受到严峻考验；
高温下，活性染料的直接性下降。
工艺分析
选择直接性高的低盐活性染料－分子量较大、亲水性较小、活性较低、亲和力大、扩散强；
选择对棉不易沾且易于碱洗的分散染料－分子量较小、平面性较差、极性较弱…；
适当选用染助剂－分散剂、螯合分散剂、匀染剂…；
轧染一浴一步法：
轧染一浴两步法：
填空
1.亲和力受哪些因素的影响？
亲和力：在标准状况下，1mol 染料由染浴转移到纤维上的化学位和纤维上所引起的染体系自由能的变化，大小标志着这种转移趋势的强弱。亲和力是温度和压强的函数，与染平衡时染料在纤维上的活度和染液中的活度有关，和体系的组成、浓度无关。
2.染料聚集
胶体性质：大多数情况下，染料溶液中的染料可能有若干种不同的可逆形态存在：
① 单离子态D -SO 3-
② nNaD (NaD)n 胶核 nD - (D)n -离子胶束
③ 胶粒状态 [m(D-SO 3Na)•n(D-SO 3-)]n-中性胶核
④ 胶粒状态 [(nD -)mNa +](n-m)-
泵效率以分子聚集体为胶核，吸附多个染料阴离子形成胶粒，在胶粒外表吸附成离子而形成胶团。
不同状态的染料在染浴中保持一定的平衡关系：
Ⅰ：溶解（单分子溶解态）；Ⅱ：分散剂胶束中溶解；Ⅲ：染料聚集体；Ⅳ：染料晶体；
聚集的吸收光谱测定法
① 聚集程度－ 用聚集数来表示，聚集数是染料胶束或胶团中染料分子（离子）的数目。
② 测定方法－ 扩散、电导或吸收光谱等。
影响染料聚集的因素
① 染料结构－ 分子量、分子结构、分子同平面性；水溶性基团的数量与分布、分子空间位阻。
② 染液浓度－ C 染↑，聚集倾向↑；
③ 温度－ T ↑，聚集倾向↓（聚集为一放热反应）；非离子染料…
④ 中性电解质及其它助剂－ …；
⑤ 染助剂－ 尿素等助剂削弱染料分子间作用力，使聚集倾向↓；表面活性剂…
⑥ pH －
3.增溶剂的作用原理
常用的助溶剂有尿素及表面活性剂等。它们能与染料分子形成氢键等，使染料分子之间的作用力减弱，而容易溶解。 聚氧乙烯非离子表面活性剂通过分子结构中的亲水部分和水分子形成氢键，从而获得水溶性。疏水部分则引起它们自身分子间的聚集，在水溶液里存在着聚集和解聚的平衡。
anit4.直接染料的固
湿牢度差的原因：染料的水溶性、缺少染料与纤维间的化学结合。
改善途径－ 染后降低水溶性；染料或纤维改性、交链染料成膜等。
固机理1 封闭染料的水溶性基团；2 与染料形成低水溶性的金属离子络合物；
3 在纤维表面形成立体网状的聚合物薄膜封闭染料；
4 与纤维和染料发生交联，形成多元化交联网状体系。
固剂分类：直接铜盐染料；阳离子固剂（ 阳离子表面活性剂、 非表面活性剂型的阳离子固剂、 阳离子合成树脂、 反应型固剂）
5.还原染料隐体还原能力的高低
① 环上含吸电子基，则易被还原，如靛系（硫靛、四溴靛蓝）及黄蒽酮还原染料的隐体电位绝对值较小；
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