染料和纤维间的相互作用力

分子间的作用力无处不在。染料在染液中的溶解、聚集，染料对纤维的吸附、上染以及染料与纤维之间的牢固结合过程都离不开分子间作用力的拆散与重建。染料的溶解要拆散一部分水分子间的作用力代替以染料与水分子间的作用力；染料的聚集是拆散染料与水分子间的作用力代替以染料分子间的作用力；染料对纤维的吸附是拆散染料与水分子间的作用力代替以染料与纤维之间的作用力；而染料从纤维上解吸下来是拆散染料与纤维之间的作用力代替以染料与水分子或染料与染料分子间的作用力。在染色理论中，对染色起主要作用的分子间作用力主要有范德瓦耳斯力、氢键、共价键、库仑力以及配位键等。

1.范德瓦耳斯力　范德瓦耳斯力是无处不在的，任何分子间都存在着范德瓦耳斯力。无论是非极性分子间、极性分子和非极性分子间还是极性分子间都存在着范德瓦耳斯力，因此将之分为偶极间引力、偶极与诱导偶极间引力以及非极性分子间的色散力三种。偶极间引力就是极性分子和极性分子间的作用力；偶极与诱导偶极间的作用力是极性分子和非极性分子间的作用力；色散力就是非极性分子和非极性分子间的作用力。但不论是哪种分子间都会发生特殊的取向作用，而且它们相互作用的位能都与分子间的距离的六次方成反比。由范德瓦耳斯力结合的能量一般只有几个到十几个千卡／摩尔，比一般共价键的键能小。它与许多因素有关，例如，相对分子质量越大，它们之间的范德瓦耳斯力就越大，反之，相对分子质量越小，它们之间的范德瓦耳斯力就越小；分子的平面性越强，它们之间的范德瓦耳斯力就越强，反之，分子的平面性越差，分子间的范德瓦耳斯力就越弱。对于分子中具有比较大共轭体系的染料分子来说，色散力就显得格外重要。

2.氢键　在许多化合物的分子中或许多化合物的分子间，原子半径比较小、电负性比较强的原子都会和缺电子的氢发生一种特殊的取向结合，叫氢键。存在氢键是比较普遍的现象，例如，水分子间就会形成大量的氢键。氢键既可以在一个分子内部形成，也可能在不同的分子间形成。例如，在酸性条件下使用的染料，如果分子中的氨基与邻位的一些基团能形成氢键的话，就不会在染色过程中由于吸附质子H＋而由供电子的氨基—NH2转变成强的吸电子的氨基正离子—NH＋3而导致染料色光的变化；碱性条件下使用的染料，如果分子中的—OH能与邻位的一些基团形成分子内氢键的话，不会在染色的条件下电离成供电性很强的氧负离子—O-，而导致色光的变化。

在染料与纤维结合时，很多染料分子和纤维的大分子中都具有能形成氢键的基团，例如，亚麻纤维大分子中具有大量能形成氢键的羟基，而染亚麻纤维所用的直接染料、活性染料以及还原染料的分子中也具有许多能形成氢键的基团，虽然单个氢键的键能比较小，但如果能在染料与纤维之间形成大量氢键，也会使染料很好地染着在纤维上。这些染料之所以能牢固地固着在亚麻纤维上，氢键也起着一定的作用。因此，分子间氢键的作用，对染料的溶解、染料分子在染色过程中的稳定性以及吸附等方面都是相当重要的。

氢键的键能、作用半径与范德瓦耳斯力处于同一个数量级。氢键的强弱与许多因素有关。例如，氢原子两端所连接原子的半径越小或电负性越强，氢键的结合越牢，反之，氢原子两端所连接的原子的半径越大或电负性越弱，氢键的结合越不稳定；在染色过程中，染料与纤维大分子中能形成氢键基团的数目越多或能形成氢键基团之间的距离越接近，则染料与纤维间形成的氢键越牢，对染色的贡献就越大。(www.xing528.com)

3.共价键　在所有的染料中，只有活性染料分子中具有能与纤维中的官能团，如羟基、氨基、酰胺基发生反应的活性基，是唯一的能与纤维发生共价结合的染料。活性染料对亚麻纤维的染色主要是靠其能与亚麻纤维中的羟基发生亲核取代反应或消去亲核加成反应，使染料与亚麻纤维之间生成共价键，它是活性染料与亚麻纤维之间的主要作用力。当然其他作用力，如范德瓦耳斯力、氢键也起一定的作用。共价键的键能要比范德瓦耳斯力和氢键的键能大得多，因此，同样都是水溶性的阴离子型染料对亚麻纤维染色，活性染料染色物的耐水洗牢度要比直接染料染色物的耐水洗牢度好。

4.库仑力　两个带电粒子间会发生一种取向作用，这种作用叫库仑力。库仑力与两个带电粒子所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。该作用力的大小与两个带电粒子所带电荷的大小和粒子间的距离有关。带电粒子所带的电荷数越大或两个带电粒子间距离越小，它们之间的库仑力就越大。库仑力也是染料与纤维之间作用力的一种。直接染料、活性染料以及还原染料等对亚麻织物的上染就是不断克服纤维表面的负电荷对染料色素阴离子的排斥作用进入范德瓦耳斯力起主要作用范围之内的过程，它们不是靠库仑力来进行结合。另外，为了提高直接染料以及活性染料的亚麻纤维染色物的耐水洗牢度，有时可以采用阳离子型表面活性剂处理它们的染色物，它主要靠该助剂的阳离子与阴离子型染料的色素阴离子发生库仑引力结合，可以起到封闭水溶性的基团或增加分子量或降低水溶性基团的相对含量，从而降低纤维上染料的水溶性，达到提高染色物湿牢度的目的。可见，库仑力在染色中也有很大作用。

5.配位键　配位键在酸性媒染染料染羊毛等蛋白质纤维中比较普遍。在亚麻纤维的染色中，有些特殊结构的直接染料、活性染料，如偶氮类染料在偶氮基的邻和邻′有能与金属离子络合的基团，这些特殊结构的染料染色后，为了提高染色物的耐水洗牢度或耐日晒色牢度等性能，有时可以用金属盐如氯化铜等处理，由于金属铜能与染料分子中的有关官能团，如—COOH或—OH、—NH2等发生络合，这样不但封闭了水溶性基团，降低了染料分子的相关官能团的电子云密度，也由于增加相对分子质量，使水溶性基团的相对含量减少，这样不但可以提高染色物的湿处理牢度，使颜色转深变暗，还可以提高染色物的耐日晒色牢度，从而提高染色产品的质量。因此在亚麻纤维的染色中，配位键对于提高染色产品质量也具有一定的作用。