染料的溶解状态及其影响因素

从染色理论的角度来看，要把纤维染得匀透，染料的分子必须进入纤维的内部，即把吸附推向纤维的无定形区，这是通过染料在纤维内部的扩散来完成的。一般染色是在水溶液中进行的，亚麻织物在水溶液中能充分溶胀，溶胀了的亚麻纤维的内部存在着许多曲折并相互连通的孔道，孔道里充满了水，在染料扩散的过程中，染料的分子或离子会不断地发生吸附和解吸，孔道里游离状态和吸附状态的染料处于相互平衡状态。而染亚麻织物的染料或者是溶于水的，或者是染色过程中能转变成溶于水的状态。这些染料会溶解在亚麻纤维内部孔道的水中，循着这些孔道从一个孔道扩散到另一个孔道，直至把纤维染匀透。即染料对亚麻织物的染色是按照孔道扩散模型进行的。虽然亚麻纤维在水溶液中会形成许多孔道，而且这些孔道只有在分子间作用力比较弱的无定形区内形成，但孔道孔径的大小也只允许单分子或游离状态的染料分子通过，因此染色过程就是单分子分散状态的染料进入亚麻纤维无定形区的过程。因此，凡是有利于纤维无定形区空隙加大或者能使溶液中单分子分散状态染料分子数目增多的因素，都有利于染色过程的进行。

众所周知，离子型表面活性剂在水溶液中都要发生不同程度的聚集，而染亚麻纤维织物的染料，如直接染料、活性染料和还原染料的隐色体都类似于离子型表面活性剂，毫不例外，它们在水溶液中也要发生不同程度的聚集。而染料的聚集体是难以进入纤维内部的，染料聚集倾向的大小会严重影响染色过程的进行。因此有必要讨论一下染料的聚集以及影响染料聚集的因素。

1.染料的聚集　染料聚集是一种普遍现象。亚麻织物染色所用的直接染料、活性染料以及还原染料隐色体都是水溶性的阴离子型染料，它们的分子式可以用NaD来表示。因此染料的聚集过程可以表示如下：

D-代表染料阴离子；n个染料分子聚集成胶核（NaD）n，胶核吸附m个染料阴离子。或有：

D-代表染料阴离子；n个染料分子聚集成胶核（NaD）n，胶核吸附m个染料阴离子。或有：

n个染料离子聚集成胶束Dn，然后和m个Na＋结合成［（Dn）mNa］（n-m）-。聚集过程很可能是两个染料离子聚集成，后者再聚集成等更高的聚集体。溶液中染料的聚集体和单分子分散状态的染料处于动态平衡状态。

染料主要是以单分子分散状态扩散进入纤维的无定形区的，染料的聚集体难以进入纤维内部，对于具有皮芯结构的亚麻纤维来说更是如此。染料要扩散进入纤维内部，其聚集体必须解聚，破坏染液中原来的动态平衡，随着单分子分散状态的染料不断地上到亚麻纤维上，聚集体不断地进行解聚，直到上染达到平衡为止。

2.影响染料聚集的因素

（1）染料分子结构。染料分子本身的结构对染料聚集有很大的影响。首先，染料的相对分子质量越大，染料的聚集倾向越大；染料的相对分子质量越小，染料在水溶液中的聚集倾向越小。但从染色产品的牢度方面来考虑，应选择相对分子质量较大的染料进行染色，特别是水溶性的直接染料和活性染料，虽然它们的聚集倾向较大，但可以通过提高温度，增加染液流动和搅拌等措施使染色过程顺利地进行，保证染色产品的质量。其次，水溶性基团的相对数目越多，染料的水溶性越好，染料的聚集倾向也越小。此外，水溶性基团在染料分子中的位置也会影响染料的聚集，一般水溶性基团在染料分子中间要比在染料分子两端的聚集倾向大。

（2）外界条件。除了染料分子本身的结构影响染料的聚集之外，外界条件，如染液的浓度、温度、染液的流动以及染液中电解质的种类和数量等因素对于染料的聚集也有很大的影响。染液的浓度越大，染料在染液中相互碰撞的概率越大，染料的聚集倾向也越大；反之，染料的聚集倾向越小。温度也影响染料的聚集，温度越高，染料分子本身所具有的热能越大，染料分子就越能克服分子间的相互引力变得更加地自由，聚集倾向就小；反之，聚集倾向就大。因此，一般来说，染料的相对分子质量越大，染色的温度相对来说就比较高。

（3）染液的流动性。染液的流动性也影响染料的聚集。在染色过程中，要使染液不断地流动或使被加工的织物不断地反转，可以使上染的扩散边界层变薄，并增加分子的动能，使更多的染料分子挣脱邻近染料分子对它的束缚，从而使它们相互聚集在一起的机会减少，因此染料的聚集倾向也越小。这是在染色过程中不断搅拌染液或使织物不断反转的主要原因。(www.xing528.com)

（4）染液中的表面活性剂和电解质。溶液中的表面活性剂和电解质对染料的聚集也有很大的影响。在直接染料、活性染料以及还原染料隐色体上染亚麻织物时，往往要加入食盐等电解质或相应的表面活性剂作为促染剂，以增进染料对于亚麻织物的上染；由于亚麻纤维特有的结构不容易被润湿，为了保证染色过程的顺利进行，应加入润湿剂、渗透剂等表面活性剂。这些表面活性剂或食盐等电解质的加入，无形中增加了染液中离子的强度与密度，提高了染料分子或离子的活度，更容易引起染料分子的聚集。因此用这些染料对亚麻织物染色时，在加入助剂提高染色效果的同时，应掌握好这些助剂的加入量，以免促进染料的聚集，影响染色过程的顺利进行。

染料在染液中的聚集会影响染色过程的进行，但染料上染到纤维上后在纤维无定形区内部的聚集，对于提高染色物的牢度，也会有一定的积极作用，甚至在某些染料，如直接染料的染色时，染料的聚集也是染料之所以能牢固地固着在纤维上的一个原因。染料在纤维上的聚集，也会影响染料的颜色。物质的颜色就是物质对于可见光选择吸收的结果，它们所吸收的光能与最大吸收波长成反比，而染料的最大吸收波长标志着染料的最基本颜色，最大吸收波长越长，染料的颜色越深，最大吸收波长越短，染料的颜色越浅。当染料在被染物上聚集时，光照时，聚集体首先吸收一部分光能被解聚，然后吸收的光能才能引起染料分子的激发，才能引起染料对于光的选择吸收，染料才能表现颜色。聚集体的存在增加了染料对于光能的额外吸收，使染料的最大吸收波长向短波方向移动，使被染物颜色有变浅的趋势。因此在染色时，既要利用染料的聚集，又要防止染料的聚集可能对染色造成的不良影响。

n个染料离子聚集成胶束Dn，然后和m个Na＋结合成［（Dn）mNa］（n-m）-。聚集过程很可能是两个染料离子聚集成，后者再聚集成等更高的聚集体。溶液中染料的聚集体和单分子分散状态的染料处于动态平衡状态。

染料主要是以单分子分散状态扩散进入纤维的无定形区的，染料的聚集体难以进入纤维内部，对于具有皮芯结构的亚麻纤维来说更是如此。染料要扩散进入纤维内部，其聚集体必须解聚，破坏染液中原来的动态平衡，随着单分子分散状态的染料不断地上到亚麻纤维上，聚集体不断地进行解聚，直到上染达到平衡为止。

2.影响染料聚集的因素

（1）染料分子结构。染料分子本身的结构对染料聚集有很大的影响。首先，染料的相对分子质量越大，染料的聚集倾向越大；染料的相对分子质量越小，染料在水溶液中的聚集倾向越小。但从染色产品的牢度方面来考虑，应选择相对分子质量较大的染料进行染色，特别是水溶性的直接染料和活性染料，虽然它们的聚集倾向较大，但可以通过提高温度，增加染液流动和搅拌等措施使染色过程顺利地进行，保证染色产品的质量。其次，水溶性基团的相对数目越多，染料的水溶性越好，染料的聚集倾向也越小。此外，水溶性基团在染料分子中的位置也会影响染料的聚集，一般水溶性基团在染料分子中间要比在染料分子两端的聚集倾向大。

（2）外界条件。除了染料分子本身的结构影响染料的聚集之外，外界条件，如染液的浓度、温度、染液的流动以及染液中电解质的种类和数量等因素对于染料的聚集也有很大的影响。染液的浓度越大，染料在染液中相互碰撞的概率越大，染料的聚集倾向也越大；反之，染料的聚集倾向越小。温度也影响染料的聚集，温度越高，染料分子本身所具有的热能越大，染料分子就越能克服分子间的相互引力变得更加地自由，聚集倾向就小；反之，聚集倾向就大。因此，一般来说，染料的相对分子质量越大，染色的温度相对来说就比较高。

（3）染液的流动性。染液的流动性也影响染料的聚集。在染色过程中，要使染液不断地流动或使被加工的织物不断地反转，可以使上染的扩散边界层变薄，并增加分子的动能，使更多的染料分子挣脱邻近染料分子对它的束缚，从而使它们相互聚集在一起的机会减少，因此染料的聚集倾向也越小。这是在染色过程中不断搅拌染液或使织物不断反转的主要原因。

（4）染液中的表面活性剂和电解质。溶液中的表面活性剂和电解质对染料的聚集也有很大的影响。在直接染料、活性染料以及还原染料隐色体上染亚麻织物时，往往要加入食盐等电解质或相应的表面活性剂作为促染剂，以增进染料对于亚麻织物的上染；由于亚麻纤维特有的结构不容易被润湿，为了保证染色过程的顺利进行，应加入润湿剂、渗透剂等表面活性剂。这些表面活性剂或食盐等电解质的加入，无形中增加了染液中离子的强度与密度，提高了染料分子或离子的活度，更容易引起染料分子的聚集。因此用这些染料对亚麻织物染色时，在加入助剂提高染色效果的同时，应掌握好这些助剂的加入量，以免促进染料的聚集，影响染色过程的顺利进行。

染料在染液中的聚集会影响染色过程的进行，但染料上染到纤维上后在纤维无定形区内部的聚集，对于提高染色物的牢度，也会有一定的积极作用，甚至在某些染料，如直接染料的染色时，染料的聚集也是染料之所以能牢固地固着在纤维上的一个原因。染料在纤维上的聚集，也会影响染料的颜色。物质的颜色就是物质对于可见光选择吸收的结果，它们所吸收的光能与最大吸收波长成反比，而染料的最大吸收波长标志着染料的最基本颜色，最大吸收波长越长，染料的颜色越深，最大吸收波长越短，染料的颜色越浅。当染料在被染物上聚集时，光照时，聚集体首先吸收一部分光能被解聚，然后吸收的光能才能引起染料分子的激发，才能引起染料对于光的选择吸收，染料才能表现颜色。聚集体的存在增加了染料对于光能的额外吸收，使染料的最大吸收波长向短波方向移动，使被染物颜色有变浅的趋势。因此在染色时，既要利用染料的聚集，又要防止染料的聚集可能对染色造成的不良影响。