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1、D y e in g 提出了 绝对纤维可及有效容积 ( V a r ) 的概念, 认为其具有热力学含义, 并 介绍了V a r 的可及容积的计算方法。 关键词:染料吸附;纤维;可及有效容积;计算方法 中图分类号: T S 1 0 1 . 9 2 1文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 3 一 3 0 2 5 ( 2 0 0 3 ) 0 6 一 0 1 2 6 一 0 3 西安工程科技学院化学化工系 耿信鹏 王雪燕张会芳 纤维的可及有效容积或简称有效容积 ( V a f ) ,是计 算纤维表面吸附染料、 表面活性剂等吸附质的表面浓度、 固/ 液两相的分配系数以及纤维与吸附质间亲和力的基 础。
2、 因此, V a f 的正确计算不仅对纤维染色热力学的理论 研究,而且对于指导染色工艺过程均具有重要意义。迄 今, 纤维的V a f 数值的文献报道不仅数量少, 而且很不可 靠。有的甚至随意地将V a f 以1 L / k g f( 干纤维)计算, 以便于使用平衡吸附量 ( g / k g 干纤维) 代替纤维表面浓 度 ( g / L )后, 其量纲与平衡溶液相浓度 ( g / L ) 相同。 总之,这些文献在计算吸附质与纤维亲和力时,实 际上总是将V a f 作为纤维的一个特征常数对待, 不考虑吸 附质、溶剂、外界条件的变化,也不考虑同类纤维来之 不同产地的差异,以及经不同工艺条件处理后所带
3、来的 影响。 不变的V a f 值的确令人质疑。 而依据某种物质 ( 如 一种染料或水蒸汽) 在纤维上的吸附量来确定纤维的V a f 值也过于简单。本文拟在阐述纤维V a f 受各种因素影响 而变化的观点的基础上,介绍一种准确计算特定条件下 V a f 的方法, 以便为准确计算吸附质对纤维的亲和力及其 它热力学函变的研究提供基础。 1 有效容积V a f 的热力学含义 纤维自介质中吸附染料、表面活性剂等吸附质达到 平衡时,其热力学特征集中表现在吸附质对于纤维和介 质的分配上。 纤维表面相浓度C f 与介质体相浓度C b 应具 有相同的含义,因此,从热力学角度讲,纤维有效容积 V a f 应是吸
4、附质与被吸附的溶剂均相混合所占据可及的纤 维内部容积。当纤维达到饱和或最大吸附时,假定溶剂 的吸附可忽略,因此,有理由认为,用吸附质所占据的 体积近似地表示 V a f 是合理的。当纤维吸附体系及外界 条件都不变, 即一条吸附等温线被给定时, V a f 才是不变 作者简介: 耿信鹏,男,1 9 4 8 年生, 教授,西 安, 7 1 0 0 4 8 的。否则,任何条件的变化将导致原有热力学平衡的破 坏,建立新的平衡,导致纤维有效容积V a f 的变化。 2 纤维的超分子结构 V a f 变化的基础 无论是化学纤维还是天然纤维都存在一定的超分子 结构,即不同纤维的结晶区和无定性区比例不同。纤维
5、 超分子结构不仅与纤维种类有关,而且同种纤维超分子 结构也随纤维的生长或形成条件不同而有差异,如化学 纤维的生产条件和纺丝工艺方法不同,天然纤维生长环 境不同都会引起纤维的超分子结构的变化,在与吸附作 用有关的染整工艺过程中, 超分子结构还可能发生变化。 换言之,可供吸附质进人并吸附的纤维分子的无定性区 域随纤维种类、 产地、 加工工艺条件( 温度、 介质p H 值、 盐浓度等)而变化。这正是导致纤维有效容积V a f 变化 的结构基础。 从吸附的角度可以认为纤维的有效容积V a f 部分地体现了纤维的超分子结构对纤维的内表面大小、 孔隙率、溶涨能力等性能的影响。 3 制约V a f 变化的其
6、它因素 除纤维本身的结构之外,制约V a f 变化的因素还应 包括吸附 ( 溶) 质、 溶剂 ( 介质) 、 介质p H 值、 盐浓度、 温度等。因为吸附质的饱和吸附量的大小与V a f 直接相 关,而上述因素对吸附量的大小影响极大。有文献报道 醋醋纤维在水介质和在蒸汽介质中吸附偶氮苯时纤维的 饱和吸附量分别为5 6 . 3 和2 1 4 .7 g / L ,由此表明纤维在 气态中比在水溶液中对偶氮苯饱和吸附量更大,这是将 醋醋纤维的有效容积视为定值的结果。实际上应是在气 态中偶氮苯吸附到纤维上的V a f 更大,而并非热力学含 义的表面浓度更大。 吸附质的改变对V a f 的影响可由以下所熟
7、知的事实 得出: 不同的试剂用于测定纤维材料的孔隙率、 内表面、 也包括有效容积V a f 在内,其测定结果不一致。由于试 管 才蔡 纺织导报 C h i n a T e x t i le L e a d e r 2 0 0 3 N o . 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark D y e i n g 对于同 一种吸附质, 含盐和不含盐时V a r 值 也不相同, 前者小于后者, 在这里盐的加人不利于C T A B 和D T A B 的 吸附, 加盐
8、 后n sm a x 值降低, 导致V a r 减小。 表2 2 5 时毛纤维吸附溶质的可及体积V a r 体系C T A B( 无盐)C T A B( 含盐)D T A B( 无盐)D T A B V . / n m n ,/ mo l 】 n 砚离 Va r / L k g f k g t - 2 . 2 0 2 . 2 0 0 . 1 3 6 0 . 1 0 7 0 . 1 9 0 0 . 1 4 1 1 . 8 1 0 . 0 61 0 . 0 6 6 4 1 . 8 1 0 . 0 3 7 0 . 0 3 9 8 1 尝8 纺织导报 C h i n a T e x t i le L
9、e a d e r 2 0 0 3 N o . 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark D y e i n g 第二, 不必再用其它 “ 标准物”测量V a r( 相对值) 。最近, 我 们对于几种纤维吸附体系进一步的研究还表明,以V a r 计量时能比传统的方法对吸附体积的计量更好地符合热 力学特点。如温度升高,由于纤维可供吸附质吸附的比 表面和吸附容量增大,吸附量增加。从结果看,似乎与 热力学原理相违背, 但以V a r 计量, 将吸附量换算成真正
10、 意义上的表面浓度后,就得到了随温度升高,表面浓度 减小的结果,这符合吸附放热的一般原理。而且按近年 来提出的吸附计量置换模型的热力学计算的标准态时十 二烷基硫酸钠与羊毛纤维的亲和力为合理的正值,若以 传统的对吸附层体积计量方法所计算的亲和力为负值, 得到的是吸附质对纤维无亲和力的错误结论。 由此可见, 以真实的可及容积V a r 为基础,可获得准确的吸附质对 纤维的标准亲和力。 其作用可能还不限于纤维吸附体系, 在固/ 液吸附体系中,特别是在涉及计算吸附亲和力的 G i b b s 函变, 计算基因工程中蛋白折叠自由能等净吸附 G i b b s 函变时,准确计算吸附层的体积至关重要。 5
11、结论 ( 1 ) 纤维的有效容积V o f 是一个相对值, 它随纤维种 类、 产地、 前处理工艺及条件、 吸附质、 溶剂、 吸附工艺 条件 ( 温度、盐浓度、p H值)而变化。 ( 2 ) 用标准物质在纤维上吸附所测得的V a f 值, 严格 地讲,并不具有真正的热力学含义。 ( 3 )吸附可及体积V a r 由给定吸附体系和吸附条件 时,吸附等温线上最大吸附量和吸附分子体积决定,它 随条件而变,它是既不属于纤维、也不属于吸附质的特 征值。 V a r 具有真正意义上的热力学含义, 可获得准确的 吸附质对纤维的标准亲和力,能更好地解释吸附时的热 力学现象,从而对指导实际生产,制订染色工艺条件具
12、 有重要意义。. 参考文献 1 格.叶 . 克 里切夫 斯基著, 高 敬 晾译. 染色 和印花 过程的 吸附与 扩散. 北京: 纺 织 工业出版社 ,1 9 8 5 2黑木宣彦著,陈水林译. 染色 理论化学 ( 上册) . 北京:纷织工业出版社,1 9 8 1 3 E s p i n o s a 一 J i m e n e z M, G i m e n e z - Ma r t i n E , O n t i v e r o s 一 O r t e g a A . A b s o r p t i o n o f N一 c e t y l p y r i d i n i u m C h l o
13、r i d e o n L e a c r i l F i b r e s ; K i n e t i c s a n d T h e r m o d y n a m i c s . T e x t .R e s .J . , 1 9 9 7 , 6 7 ( 9 ) : 6 7 7 4 A l b e r g h i n a G L o n g o M L , T o r r e M. A d s o r p t i o n T h e r m o d y n a m i c s a n d D i f f u s i o n o f D i s p e r s e A n t h r a q
14、 u i n o n e D y e s i n A c e t a t e F i b r e .D y e s P i g m e n t s , 1 9 8 3 , ( 4 ) : 4 9 5耿信鹅, 郊雅妮, 王雪燕等. 纤维吸附表面 活性剂的参责计算的新方法 . 印染 助剂,2 0 0 2 , 1 9 ( 6 ) :8一1 3 6 G E N G X P . S t u d y o n t h e F r a c t i o n s o f T h e r m o d y n a m i c s F u n c t i o n C h a n g e s f o r B o t h
15、A d s o r p t i o n a n d D e s o r p t i o n f r o m a L i q u i d - s o l i d S y s t e m .T h e r m o c h i m i c a A c t a , 1 9 9 8 , 3 0 8 : 1 3 1一 1 3 8 7 G E N G X D , Z H A N G J ,WE I Y M . D e t e r m i n a t i o n o f F r e e E n e r g y o f P r o t e i n F o l d i n g o n L i q u i d -
16、s o l i d I n t e r f a c e . C h i n e s e S c i e n c e B u l l e t i n , 2 0 0 0 , 4 5 ( 3 ) : 2 3 7 一2 4 1 色纺纱就是不同颜色的色纤维经均匀混合后纺制而 成的色纱。由色纺纱制成的面料具有色泽柔和丰满、层 次感强及特有的麻点效果,深受消费者喜爱。谈到色纺 纱的配色,其实和染色配色相似,染色配色以染料为材 料,而色纺纱配色则以色纤维为材料。如何提高手工配 色准确性,减少色差,提高大小样之间的符合率是保证 色纱质量,减少成本的关键一步。 1 分析配色对象 如果是自行开发的新花色品种就按照
17、设计工艺、配 色比例直接选取所需色纤维进行配色;如果是客户来 样,就要对来样进行分析,是纱线的首先拆成散纤维, 这样便于分析出纱线有几种色纤维组成并确定其颜色; 是色织面料的先要弄清面料是否经过漂白、防缩、柔软 等整理,没有整理的便可直接把它拆成纱线,再拆成散 纤维,然后确定其纤维组分及颜色。经过处理的,应慎 重考虑配色所选用的纤维颜色的色光在处理后是否会发 生改变。 2 选择合适的色纤维进行配色 2 . 1 选取配色纤维 如果所用色纤维已有,就可直接取来配色,若没有 就需要染,特别要注意的是色光应和来样色光一致。 2 . 2 估计配色比例并称取好配色纤维待用 在色纺纱生产中,配色比例就是各色
18、纤维组分与整 个配色组分的干重百分比,用重量百分比来表示。在配 色中常常遇到以下情况: ( 1 )当配由同一种纤维原料组成且具有多种颜色组 分的色纺纱时,在估计好各颜色组分所占比例而称重配 色时无需考虑纤维回潮率,可直接称其干重配色。例 如:纯棉枣红色纱各配色组分为:枣红棉6 0%、红光 黑棉2 5 %、白棉1 5 %。若整个组分干重5 0 0 m g , 则需 枣红棉5 0 0 X 6 0 % = 3 0 0 ( m g ) , 红光黑棉5 0 0 X 2 5 %= 1 2 5 ( m g ) , 白棉5 0 0 X 1 5 % = 7 5 ( m g ) o ( 2 )当配由多种纤维原料组
19、成且具有多种颜色组分 的色纺纱时,在估计好各颜色组份所占干重比例而称重 配色时必须考虑纤维回潮率, 即称重前先换算出各色纤维 在公定回潮率下的公定重量,这样才能保证配色比例正 确。 例如: 假设已估计好一混纺色纺纱各配色组分为: 红 藏青棉3 0 %, 翠蓝M o d a l 4 0 %、白棉2 0 %、 黑涤纶1 0 %, 整个组分干重5 0 0 m g ,则需称红藏青棉5 0 0 X 3 0 %X ( 1 + 8 .5 %) =1 6 2 .7 5 ( m g ) ,翠蓝M o d al 5 0 0 X 4 0 %X ( 1 + 1 3 . 1 %) = 2 2 6 . 2 ( m g ) , 白棉5 0 0 X 2 0 % X ( 1 + 作者简介:危炳正,男,1 9 7 1 年生, 助工,滨州, 2 5 1 9 0 0 1 30 纺织导报 C h i n a T e x t i le L e a d e r 2 0 0 3 N o . 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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