染料扩散到纤维内部的影响因素分析

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：一般，染料分子小、对纤维亲和力不高、纤维的结构较疏松时，染料扩散容易、染色速率较快，仅染色牢度较低。孔道模型用来描述染料在亲水性纤维中的扩散情况，如棉、黏胶等纤维。染料分子就循着这些不断变化的孔穴，逐个“跳跃”向纤维内扩散。扩散速率随链段“跳跃”概率的增多而提高。染料分子越大，越难以扩散；纤维微隙小、结构紧密、结晶度高，染料的扩散系数就低。

染料在纤维内的扩散，是一个很缓慢的过程，它是决定染色速率的关键步骤。因为染料在纤维内的扩散，既受到纤维分子的引力，又遇到纤维结构因素产生的障碍，如果染料对纤维的亲和力大，则分散更难。一般，染料分子小、对纤维亲和力不高、纤维的结构较疏松时，染料扩散容易、染色速率较快，仅染色牢度较低。

1.扩散模型

（1）孔道模型。孔道模型用来描述染料在亲水性纤维中的扩散情况，如棉、黏胶等纤维。染色时，染液使纤维溶胀，形成许多曲折而互相连通的小孔道，纤维孔道里都充满染液，染料分子（或离子）通过孔道中的水向纤维内部扩散。在扩散过程中，染料分子（或离子）会不断在纤维孔壁上吸附和解吸。孔道内可以游离扩散的染料越多，扩散就越容易。

（2）自由体积模型。自由体积模型用来描述染料在疏水性纤维内的扩散情况，自由体积是纤维总体积中未被大分子链段占据的一部分体积，在Tg以下，以微小孔穴分布于纤维中。在Tg以上，鉴于分子链段的运动，可能出现较大的自由体积。染料分子就循着这些不断变化的孔穴，逐个“跳跃”向纤维内扩散。扩散速率随链段“跳跃”概率的增多而提高。

2.影响染料扩散的因素

（1）扩散活化能。扩散活化能是染料分子克服扩散阻碍所必须具有的能量。扩散活化能越大，表示染料扩散难度越大，其关系符合阿累尼乌斯（Arrhenius）方程式：

式中：DT——扩散系数；

D0——常数；

R——气体常数；

T——绝对温度；

E——活化能。

提高染料扩散速率，不仅可以缩短染色时间，而且有利于匀染和透染。

（2）扩散速率。扩散速率首先取决于染料分子和纤维微隙的大小。染料分子越大，越难以扩散；纤维微隙小、结构紧密、结晶度高，染料的扩散系数就低。染料与纤维的亲和力越高，扩散速率越低。可提高染色温度，可以减少染料的聚集，增加染料分子的动能，可提高染料的扩散速率。纤维练漂充分、润湿性好，染色时纤维能充分溶胀，如加入有助于纤维吸湿溶胀的助剂（膨化剂）、减小扩散阻力，都有利于染料的扩散，加速上染过程。对扩散活化能较大的染料，温度的作用更为明显。一般通过提高染色温度加快上染速率，但温度提高往往使染料与纤维间的亲和力降低，从而影响染料的吸尽。为了促使染料吸附上染，可以在染色后期降低温度续染一定时间。

染料扩散到纤维内部的影响因素分析

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