温度效应与扩散活化能的相关性

影响染料扩散速率的因素很多，其中温度的影响是最重要的。染色温度升高，染料的扩散速率便上升，从而缩短上染时间。染料的扩散也是一种分子运动，只有那些具有足够能量的染料分子才能克服扩散能阻进入纤维的内部。温度越高，能够克服扩散能阻的染料分子的数目就越多，即活化分子的数目越多，染料的上染速率就越快。染色温度和扩散系数的关系可以表示为：

即：

式中：DT——温度为T时的染料扩散系数；

D0——常数；

E——染料扩散的活化能，标志着扩散能阻；

R——普朗克气体常数，R＝3.14；

T——绝对温度，K。(www.xing528.com)

从上式可以看出，对于一个固定的染料染亚麻纤维，只要用前面介绍的方法，求出不同染色温度下染料的扩散系数DT，在一定温度间距范围内，如果扩散机制不变，由作图可以得一条直线，如图7-5所示。

图7-5　超声波染色的lnDT与的关系曲线

该直线斜率为-E／R，或采用内插法求得染料上染的活化能E。染料的活化能越低，表示在一定条件下扩散进纤维内部的染料分子的数目越多，染料对于纤维的上染速率越快。

上式表示提高染色温度可以提高染料的扩散系数。因为提高染色温度，增加了分子的动能，使更多的染料分子具有克服能阻进行扩散的能量，这部分能量称为染料扩散的活化能。染料扩散活化能的大小表示染料分子在扩散过程中，所能克服能阻的难易程度；染料的扩散活化能大，提高染色温度，染料扩散系数增大得越多。

纤维结构和染料结构都会影响染料的扩散。染料上染是将染料扩散推向纤维无定形区的过程。无定形区的空隙越大，越有利于染料分子的扩散，扩散就比较快，在较短时间内就可以把纤维染得匀透。而亚麻纤维由于表面的皮芯结构和表面不易被润湿的性能，会严重阻碍染料向纤维内部的扩散。

染料对纤维直接性的大小，也影响染料的扩散。在其他染色条件相同的情况下，直接性低的染料扩散速率较高；直接性高的染料扩散速率较低。例如，溶蒽素蓝IBC与还原蓝BC的分子结构相比，要多4个水溶性的基团。溶蒽素蓝IBC的相对分子质量比还原蓝BC的相对分子质量大很多，但是由于溶蒽素蓝IBC的结构中水溶性基团较多，对纤维素纤维的直接性小，所以扩散速率比还原蓝BC快很多，用室温轧染法就可以把纤维染得匀透；而还原蓝BC隐色体需要室温轧染后再经汽蒸的方法，才能把纤维染得匀透。还原蓝BC的直接性大，汽蒸时，染料在纤维微隙里扩散，由于分子间引力的影响，会发生吸附和聚集，染料的扩散便相应地降低了。

扩散性能比较好的染料，容易染得均匀。但染色物的牢度也会相应降低，因此染色过程中选择染料时要兼顾二者之间的平衡。染色过程中染料吸附到纤维上后，通过吸附和扩散，会从纤维上重新转移到染液中，然后重新上染到染色物的另一部位上，这就是染料的移染性能。扩散性能好的染料，移染性能好，具有良好的匀染性，容易染得均匀的色泽。