1 . 2 . 3 染色时间 染液的组成为 1 %染料 ,0 . 1 %乙酸 ,1 %Na Cl,0 . 1 %渗透剂 ,液比 1 5∶ 1 ,染色时间设计见表 1。按要求配制 8份 3 0 0 m L染液 ,在每份染液中取 3 0 m L作染色前吸光度分析。剩余的 2 70 m L染色液分成 2等份 ,分别作染色和空白试验 ,在 90℃染色至设计时间。取出试样 ,测定残液的吸光度。
1 . 2 . 4 染料浓度 根据表 1 ,将不同浓度的染液 ,液比 2 0∶ 1 ,按配方要求配制 7份 2 0 0 m L染液 ,每份染液取 2 5m L作染色前吸光度分析 ,剩余的 1 75m L染色液进行染色试验。在 90℃下保温 2 . 5h,取出染色试样 ,测残液的吸光度。
1 . 2 . 5 酸性大红染色液比试验 染液组成为 1 %染料和 0 . 1 %乙酸 ,按表 1染液材积比配制 6份染液 ,
并作染色前吸光度分析 ,然后分别作染色试验 ,试验在 90℃保温 2 . 5h。取出染色试样 ,测吸光度。
1 . 2 . 6 乙酸浓度 染色液的组成为 1 %染料 ,按配方添加乙酸 ,液比 1 0∶ 1 ,按配方要求配制 5份 2 0 0m L染液 ,每份染液中取 2 0 m L作染色前吸光度分析 ,剩余的 1 80 m L染液分成 2等份分别作染色试验和空白试验。试件置入染液烧杯中 ,在 90℃下保温
2 . 5h。取出试样 ,分别测定残液和空白试液的吸光度。
2 结果与分析
2 . 1 Na Cl浓度对泡桐单板染料上染率的影响从上染率曲线 (图 1 )可见 ,随着 Na Cl浓度的增加 ,上染率明显上升。当 Na Cl浓度为 1 %时 ,上染率为 2 7. 2 2 %,约为不加 Na Cl时上染率的 3倍。当 Na-Cl用量继续增加时 ,上染率反而降低。当 Na Cl浓度达 1 . 5%以后又继续上升。试验表明 ,Na Cl可以提高上染率 ,对染料有促染作用 ,合适的 Na Cl浓度为1 %。
Na Cl对染料的促染作用是其能降低或克服上染过程中纤维上的电荷对染料色素的库仑斥力。木材纤维在中性染液中带有负电荷 [9],染色时 ,纤维周围的染料钠离子由于库仑引力 ,向纤维界面转移。在纤维界面附近作扩散层状态分布 ,界面上的浓度最高 ,随着距离增大 ,浓度逐渐降低 ,直至和染液本体一样。作为分子 (离子 )间的引力来说 ,范德华力的有效距离很小 ,库仑力的作用距离比其大得多。染料阴离子在接近纤维界面时 ,首先受到纤维所带电荷斥力的影响 ,只有那些由于分子碰撞 ,在瞬间里具有更高的动能 ,足以克服这种斥力的染料阴离子才能突破障碍进入到一定距离以内。这时范德华力对它们发生的作用超过库仑斥力 ,木材与染料阴离子便发生吸附。染料阴离子所受的电荷斥力大小和其本身所带的电荷数有关 ,即电荷效应和染料分子所含磺酸基的多少有关。
在染液里加入食盐 ,增加了额外的钠离子和氯离子。前者受纤维电荷的吸引 ,而后者则受到排斥。在钠离子的遮蔽作用下 ,染料阴离子接近纤维表面所受斥力大为减弱。随着 Na Cl浓度进一步提高 ,过高的Na Cl浓度会增进染料对纤维的吸附力 ,引起染料聚集 ,上染率反而下降。
2 . 2 温度对泡桐单板染料上染率的影响
温度对上染率的影响见图 2。从图 2可见 ,温度对泡桐单板染料上染率的影响极显著。温度 50℃时 ,上染率是 5. 68%,随着温度的升高 ,上染率略有增大。在 90℃时 ,上染率急剧增加 ,达到 1 2 . 58%。但过高的温度不利于木材对染料的吸着 ,如温度为 1 0 0℃时 ,上染率降为 9. 0 1 %。合适的温度是 90℃。提高温度使分子得到更大的能量 ,克服库仑力 ,增加了木材发生碰撞形成范德华力的机会。染料阴离子向纤维转移的过程中 ,必须带着自身的钠离子一起移动以维持电性中和。但是纤维界面附近的钠离子浓度本来就较染液本体中高得多 ,要使它们从浓度低的地方向浓度高的地方转移需消耗能量 ;提高温度可显著降低染料的聚集程度 ,增加染料分子的扩散性能。
上染时染料随着染液的流动到达扩散边界层 ,再通过染料自身的分子运动 ,扩散到木材纤维表面 ,进而通过细胞腔、胞间隙、胞壁毛细管系统和纤维素无定型区向木材内部扩散。由于木材的微毛细管系统孔隙较小 ,染料要扩散进入木材 ,其聚集体必须进行解聚 ,使染料呈分子状态流动 ,提高温度可增加染液的流动性。在紧贴木材的液体中总有一个边界层 ,在这个边界层里 ,物质的传递主要是通过扩散而不是通过液体对流来完成 ,这个边界层为扩散边界层。在上染过程中 ,染液里的染料浓度逐渐降低 ,这种降低首先发生在木材外的扩散层边界。为此 ,染色过程中要保证染液流动 ,使木材外围的染液不断更新。
2 . 3 染色时间对泡桐单板染料上染率的影响染色时间对上染率的影响见图 3。从图 3中可见 ,随着染色时间的延长 ,泡桐单板染料上染率逐步增加。由于木材的结构和化学成分与棉麻纺织品不同 ,染料对木材的上染是一个逐步的缓慢过程 ,在短时间内不可能达到染料的扩散和木材的吸着的平衡。从图 3还可以看出 ,在 90℃染色 4h,仍未达到平衡上染率。根据对染色单板的观测发现 ,此时单板已染透。在要求不是特别高时 ,0 . 5mm厚的泡桐单板在90℃染色 3 h以上 ,即能达到理想的染色效果。
2 . 4
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