【正文】 上海上平儀器有限公司石墨電極 新石墨電極 HH2S數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市華峰儀器有限公司 器材：250ml燒杯、500ml量筒、2ml移液管、玻璃棒、膠頭滴管、溫度計(jì)、銅導(dǎo)線若干、100ml容量瓶、洗瓶、洗耳球。 實(shí)驗(yàn)原理 染料的上染包括三個(gè)過程：（1）染料隨染液的流動(dòng)而到達(dá)纖維表面的擴(kuò)散邊界層；（2）通過自身的擴(kuò)散到達(dá)纖維的表面，被纖維的表面吸附；（3）從纖維的表面向纖維的內(nèi)部擴(kuò)散，其中染料在纖維內(nèi)部的擴(kuò)散是決定上染速率的主要步驟。染色過程實(shí)質(zhì)是染料與織物（纖維）之間發(fā)生相互作用通常被解釋為氫鍵、范德華力、鹽鍵、共價(jià)鍵及配位鍵。借助這些作用，染料從染液中轉(zhuǎn)移到纖維上去，最后達(dá)到平衡。具體關(guān)系可通過化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)予以定量描述。除分散染料外，絕大部分染料分子在水中均能電離為正或負(fù)離子，當(dāng)染浴中加以電極通電后，正負(fù)離子必將發(fā)生定向移動(dòng)，從而強(qiáng)化了染料離子與織物（纖維）之間的作用力，有利于染料從液相向固相的移動(dòng) 。從化學(xué)熱力學(xué)角度分析，外加電場(chǎng)的存在有可能導(dǎo)致染料在染液中化學(xué)位的提高，打破染色平衡，增加染料從液相向固相轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，從而達(dá)到利用電化學(xué)染色的目的[4]。蠶絲染色中一般以弱酸性染料為主。弱酸性染料對(duì)蠶絲纖維有較高的染著能力，能在弱酸浴或中性浴中上染。應(yīng)用最多的是弱酸浴酸性染料，中性浴酸性染料次之。強(qiáng)酸性染料雖然色澤鮮艷，勻染性良好，但是染色飽和值較低，濕處理牢度較差，而且絲素在強(qiáng)酸性介質(zhì)中會(huì)受到損傷，故不宜采用。也可采用中性、直接或活性等染料進(jìn)行染色。蠶絲的酸性染料染色機(jī)理基本上與羊毛染色相同。在蠶絲的等電點(diǎn)pH值附近染色時(shí)，染料與纖維的結(jié)合中有離子鍵結(jié)合，氫鍵和范德華引力起著重要作用。當(dāng)染浴的pH值大于蠶絲的等電點(diǎn)時(shí)，染料主要靠氫鍵和范德華引力上染纖維。弱酸性染料染絲綢時(shí)，必須根據(jù)染料的結(jié)構(gòu)和性能來調(diào)節(jié)染浴的pH值。從蠶絲特性和染料給色量的角度考慮，以弱酸浴染色為好。一般選用醋酸或醋酸銨調(diào)節(jié)染浴的pH值。對(duì)于勻染性較差的染料。則以中性浴染色為好，有的在后階段逐步加一些酸，以提高上染率。弱酸性染料在高于蠶絲等電點(diǎn)的染浴中染色時(shí)，電解質(zhì)（如食鹽、元明粉等）的加入，可以降低染料與纖維之間的電荷斥力，起促染作用。為了防止上染過速而造成染色不勻，宜在中途分次加入。生產(chǎn)中不常使用電解質(zhì)，因?yàn)樗鼘?duì)絲綢的光澤和手感可能帶來不良影響。為了改善勻染性，可以加入勻染劑。蠶絲的表面沒有鱗片層，在水中較易膨化，弱酸性染料在蠶絲纖維上的上染速率比羊毛的快，但它的濕處理牢度比染羊毛的差些，尤其是部分中深色。為了提高濕處理牢度，有必要進(jìn)行固色處理。為了使染料均勻上染，需要逐步升溫。由于絲綢的質(zhì)地輕薄，長(zhǎng)時(shí)間沸染會(huì)使蠶絲受損傷，影響絲綢的光澤，最高溫度宜控制在95℃左右。弱酸性染料一般是以膠體狀態(tài)分散在水溶液中。在室溫（25℃）時(shí)，弱酸性染料的溶解度一般比較低（除普拉黃GN外），大多在10g/L以下。隨著溫度的升高，其溶解性能有不同程度的提高。在70℃時(shí)，不同結(jié)構(gòu)染料的溶解性能表現(xiàn)出明顯的差異。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到90℃時(shí)，有些染料的溶解度雖有提高，但提高幅度不大。70℃時(shí)，溶解度小于10g/L的染料中大多為三芳甲烷結(jié)構(gòu)的。柴林艷藍(lán)G染液在放置2h后，其溶解度提高，說明它的溶解速率較慢。溶解度在60g/L以上的染料中大多為偶氮結(jié)構(gòu)的。溶解度在10～60g/L范圍的染料有蒽醌和偶氮結(jié)構(gòu)的。染料的溶解性能不僅與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與商品染料的劑型與添加劑等也有很大關(guān)系。弱酸性大紅GN、色派拉諾大紅FGN與尼龍山大紅F—3GL三只染料的色光相近。其中，大紅FGN與大紅F—3GL的結(jié)構(gòu)是相同的。數(shù)據(jù)表明，不僅結(jié)構(gòu)不同的染料的溶解性能存在差異，結(jié)構(gòu)相同的兩只染料的溶解性能也有一定差異。實(shí)踐中反映，某些溶解性能差的染料易造成染色中色點(diǎn)、色斑的產(chǎn)生。對(duì)于溶解速率慢的染料，可以將所配染液或印花色漿在適當(dāng)條件下放置一定時(shí)間，以提高染料的溶解性能。 勻染劑各種纖維在染色時(shí),難免會(huì)產(chǎn)生染色色澤的不勻。最常用的解決染色不勻的方法是染色加工過程加人適量的勻染劑。所謂勻染劑就是在染色上染過程中,可以增強(qiáng)移染并且延緩上染速率使染色效果均勻的助劑。染色過程中要根據(jù)染料和纖維的種類合理選擇勻染劑。酸性染料分子中含有羧基、磺酸基等酸性基團(tuán)在溶液中以陰離子的形式存在,在酸性、中性環(huán)境下可以上染蛋白質(zhì)纖維以及聚酰胺纖維。根據(jù)染色時(shí)染浴的PH不同，酸性染料可以分為強(qiáng)酸浴、弱酸浴和中性浴酸性染料。另外根據(jù)酸性染料與金屬離子的絡(luò)合方式不同可分為酸性媒染染料和酸性絡(luò)合染料。由于這類染料對(duì)纖維的親和力比較大, 染色時(shí)易染花, 一般情況要加入勻染劑。酸性染料常用的勻染劑分兩大類。一類是陰離子親纖維型勻染劑,它是通過加入相對(duì)分子質(zhì)量小，遷移速度快的陰離子與染料陰離子的發(fā)生競(jìng)?cè)咀饔?，從而達(dá)到勻染效果。另一種為非離子、兩性表面活性劑型,此類勻染劑與染料離子有一定的結(jié)合力，可以提高染料的溶解度，并有一定緩染性,采用移染、緩染的兩方面共同作用達(dá)到勻染效果,國外許多公司和研究機(jī)構(gòu)都在開發(fā)這一類型的勻染劑。硫酸鈉屬于親纖維性勻染劑，當(dāng)加入染浴中，染浴中同時(shí)存在無機(jī)酸、勻染劑、酸性染料，它們都能產(chǎn)生陰離子。染色時(shí)，首先是相對(duì)分子質(zhì)量小、擴(kuò)散速度最快的無機(jī)酸陰離子與蠶絲纖維中NH3+結(jié)合，然后親纖維性勻染劑陰離子置換無機(jī)酸陰離子，先占有纖維上的結(jié)合位置，然后酸性染料陰離子緩緩擴(kuò)散至纖維內(nèi)部，代替勻染劑陰離子而與纖維結(jié)合，從而達(dá)到勻染目的。 平衡上染百分率染料上到纖維上去的染料量占所投入染料量的百分比Ct%。式中：At—染后染色殘液的吸光度； A0—染前染色殘液的吸光度；維克斯塔夫雙曲線的吸收方程：將1/Ct對(duì)1/t作圖，可得直線關(guān)系。其斜率為1/C∞。從直線斜率可得到染料平衡上染濃度C∞?？椢锷先玖衔胶徒馕龅乃俾蔬_(dá)到平衡時(shí)的上染百分率即平衡上染百分率C∞。 擴(kuò)散系數(shù)D擴(kuò)散速率是隨溫度而改變的。擴(kuò)散是一種分子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)。在氣體介質(zhì)中，分子間的自由程度很大，分子運(yùn)動(dòng)比較自由、擴(kuò)散比較迅速。在溶液里，分子運(yùn)動(dòng)的自由程度小的多，分子間的碰撞頻繁，擴(kuò)散速率就低的多。在纖維里擴(kuò)散障礙更多，情況比較復(fù)雜，只有具有足夠能量可以克服能阻的分子（活化分子）才可以完成擴(kuò)散，所以纖維中的擴(kuò)散很緩慢?；罨肿拥臄?shù)量隨著溫度的提高而增加，和eE/RT成正比。溫度為T的擴(kuò)散系數(shù)D T為：式中：Do—為常數(shù)；E—為擴(kuò)散活化能，它標(biāo)志著擴(kuò)散的能阻。 試驗(yàn)裝置在常規(guī)條件下，施加電化學(xué)染色裝置。（見圖1）1晶體管直流穩(wěn)壓電源；2電流表；3電壓表；4布樣；5電極；6燒杯；7染?。?恒溫水浴鍋圖1 電化學(xué)染色裝置圖 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 工藝處方及流程 工藝處方： 染料 4%（owf） %的醋酸 1%（owf） 硫酸鈉 15g/l 浴比 1:500 pH 4～5 工藝流程: 蠶絲織物→染色→水洗→烘干 染浴30min升至染色溫60min上染溫水洗，冷水洗烘干 染色具體步驟（1）確定染液的最大吸收波長(zhǎng)λmax ，移取10ml于100ml容量瓶，稀釋至刻度。倒入比色皿中，在721型分光光度計(jì)下轉(zhuǎn)動(dòng)波長(zhǎng)旋鈕，使波長(zhǎng)從400nm依次增大，分別測(cè)定不同波長(zhǎng)下的吸光度A，用電腦作圖，取其A最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為該染料的最大吸收波長(zhǎng)λmax。（2）測(cè)定不同電極、不同溫度時(shí)間下染液的吸光度At ①將石墨電極置于配置好的染浴中，蠶絲纖維織物布樣放置于陽極，并與陽極有一定的間隙，然后接通直流電源，分別做60℃、90℃溫度下的常規(guī)染色和不同電壓下的電化學(xué)染色。在60℃、90℃溫度下，蠶絲纖維織物分別在不同電壓（、、、）下分別上染60min，在不同電壓下取每組實(shí)驗(yàn)染前和不同染色時(shí)間（5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、50min、60min）的染色殘液，采用721型分光光度計(jì)在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)其吸光度Ao和At，并記錄數(shù)據(jù)。②將新石墨電極置于配置好的染浴中，蠶絲纖維織物布樣放置于陽極，并與陽極有一定的間隙，然后接通直流電源，分別做60℃、70℃、80℃、90℃溫度下的常規(guī)染色和不同電壓下的電化學(xué)染色。在60℃、70℃、80℃、90℃溫度下，新石墨電極電極，蠶絲纖維織物在不同電壓（、、、）下分別上染60min，在不同電壓下取每組實(shí)驗(yàn)染前和不同染色時(shí)間（5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、50min、60min）的染色殘液，采用721型分光光度計(jì)在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)其吸光度Ao和At，并記錄數(shù)據(jù)。（3）求兩種電極下不同染液的C∞ 利用公式計(jì)算每組染液的Ct%，因?yàn)?作1/Ct～1/t102圖為一直線，圖中截距即為1/C∞，便可求得C∞。（4）求兩種電極在不同溫度下的擴(kuò)散系數(shù)：Mt 和M∞實(shí)際上是相同重量纖維上的染著量，所以Ct/C∞＝ Mt/M∞。在無限染浴的條件下（把本實(shí)驗(yàn)的染浴近似地看成為無限染浴），根據(jù)Ct/C∞與Dt/a2(a為纖維的平均半徑)之間的關(guān)系，利用Ct/C∞＝ Mt/M∞查表（附錄1），用內(nèi)差法求得Dｔ/ a2 的值，進(jìn)而求出不同時(shí)間ｔ下的染料擴(kuò)散系數(shù)Di，將不同時(shí)間上的Di 作平均值D，近似地把D看作為染料上染速率快慢的衡量指標(biāo)，已知蠶絲纖維的半徑a約為105nm。第3章 數(shù)據(jù)處理 最大吸收波長(zhǎng)表31 不同波長(zhǎng)下的吸光度λ（nm）400410420430432434436438A04390451 λ（nm）440442444446448A根據(jù)表31作最大吸收曲線圖如下：圖31 最大吸收波長(zhǎng)曲線圖 吸光度A0、At用分光光度計(jì)測(cè)定空白染液的吸光度Ao及不同溫度、電壓、染色時(shí)間下染色殘液的吸光度At，結(jié)果見表3333337表32 60℃時(shí)新石墨電極在不同電壓及時(shí)間的Ao 及At數(shù)據(jù)U(v)Ao 時(shí)間（min）U(v) 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 表33 70℃時(shí)新石墨電極在不同電壓及時(shí)間的Ao 及At數(shù)據(jù)U(v)Ao 時(shí)間（min）U(v) 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 表34 80℃時(shí)新石墨電極在不同電壓及時(shí)間的Ao 及At數(shù)據(jù)U(v)Ao 時(shí)間（min）U(v) 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60