纤维内扩散过程控制策略优化

染料在纤维内扩散的动力来源于浓度梯度（或浓度差），浓度梯度大，染料由纤维表面向纤维内部转移的扩散系数大，扩散就快；染色温度提高，有利于提高扩散系数，即有利于扩散的进行。根据亲水性纤维和疏水性纤维的不同，按孔道扩散模型和自由体积扩散模型（见第四章第六节）分别论述，纤维内扩散过程的控制包括温度控制、纤维结构控制、助剂的合理使用。

对于天然纤维，如纤维素纤维（棉、黏胶、莫代尔等）、蛋白质纤维（羊毛、蚕丝等），亲水性好，具有良好的吸湿溶胀性能，染料在纤维内扩散按孔道扩散模型[式（4-27）]。以水为介质染色时，纤维的孔道内充满水，染料阴离子在纤维中孔道溶液中扩散转移，由于扩散活化能较低，所以染色温度较低。分子结构较小的活性染料40℃就能上染；分子结构较大的直接染料需要在80℃以上温度上染。分子结构大的染料容易发生聚集，染色温度高有利于染液中染料的溶解，同时提高在纤维内的扩散系数。酸性染料上染羊毛需要在50℃以上，因为羊毛纤维表面有鳞片层，50℃以上才充分溶胀，染料分子通过鳞片层，进入纤维内部，沸染有利于短时间内染透纤维；蚕丝织物染色90℃就可以，高温会损伤蚕丝纤维的柔和光泽。

对于合成纤维，如涤纶、锦纶、腈纶等，具有疏水性，吸湿溶胀差，但热塑性使染色温度高于纤维的Tg时，染料分子按自由体积扩散模型[式（4-30）]扩散染透纤维。不同的合成纤维具有不同的Tg（表10-1），一般染色温度要比Tg高30℃，因此涤纶用分散染料染色在130℃上染，锦纶用酸性染料染色在95℃上染，腈纶用阳离子染料染色在95℃上染。温度越高，染色温度与Tg的差值越大，纤维内部的自由体积越大，染料的扩散速率越快。但温度高会导致染料对纤维的亲和力下降，使平衡上染率降低，因此要合理选择染色温度，不宜过高。

天然纤维均为亲水性纤维，可以通过水中充分溶胀，提高扩散系数，有利于染料分子向纤维内部的扩散，见式（4-27）。(www.xing528.com)

合成纤维在纤维成型过程中，可以通过牵伸控制纤维的结晶度和取向度，结晶度高，无定形区比例就低，染料的可及度就低，扩散阻力大，不易上染；取向度高，染料扩散困难。因此纤维成型加工要有利于后期染色，结晶度、取向度适中。

载体可降低涤纶的Tg，增加染色温度和Tg之间的差值，使涤纶可以在常压条件下100℃染色，降低对设备的要求，同时节约能源。

溶胀渗透剂有利于提高亲水性纤维的吸湿溶胀效率，使染料快速扩散染透纤维。