Основные закономерности диффузии красителей. — фиксация красителей.
Фиксация красителей как заключительной стадии процессов крашения и печатания предшествуют стадии диффузии красителей из внешней среды к поверхности волокна, сорбции на внешней поверхности и диффузии внутри волокна.
Диффузия к поверхности и в объеме волокна подчиняется одним и тем же законам массопереноса, но характер среды, в которой она протекает, оказывает существенное влияние на скорость и механизм ее протекания.
Прежде чем перейти к изложению особенностей протекания диффузии красителей во внешней среде и в фазе волокна, необходимо рассмотреть общие законы диффузии как явления массопереноса.
Диффузия – одно из распространенных в природе явлений переноса. Различные по физической сути явления переноса имеют много общего в их математическом описании. Так, необходимо отметить существенную аналогию, подобие между явлениями трения (перенос количества энергии), тепло-, электропроводности и массопереноса.
Все четыре потока прямо пропорциональны соответствующим градиентам (движущие силы) скорости, температуры, напряжения и концентрации. Это является выражением принципа математического изоморфизма четырех явлений природы и позволяет, используя методы подобия, моделировать одно явление другим.
Диффузией называется самопроизвольное выравнивание концентраций. Это определение остается абсолютно справедливым только в том случае, если в системе не проявляются другие градиенты, кроме концентрационного, т.е. когда концентрация в различных точках образца различна, а другие параметры (температура, электрический потенциал и др.) постоянны. В противном случае наложение на систему одновременно электрического, температурного и концентрационного полей может привести к тому, что различие в концентрации в разных точках системы будет не только не выравниваться, а напротив — расти. Примером этого могут служить термо- и электродиффузия.
Первый закон Фика описывает диффузию при условии постоянства коэффициента диффузии и градиента концентрации (стационарный поток). Подобные условия могут быть соблюдены в специально выполненном эксперименте, но практически никогда не соблюдаются в реальных условиях массопереноса, в том числе при диффузии красителей в волокнах в процессах крашения и печатания.
В реальных условиях чаще всего приходится иметь дело с диффузией вещества во всех направлениях, однако без ущерба для понимания механизма этого явления и его количественного описания можно ограничиться рассмотрением одномерной диффузии. В случае текстильных материалов, представляющих собой композицию из элементарных волокон, в которых происходит диффузия красителя, ее можно считать практически одномерной, протекающей со стороны внешней поверхности волокна в его центру. Диффузией с торцов элементарного волокна можно пренебречь, так как длина волокон значительно превосходит их диаметр.
Краевые условия описывают закон изменения во времени концентрации диффундирующего вещества на границе раздела (граничные условия) внешняя среда – субстрат (волокно, пленка и др.), в которой идет диффузия вещества (краситель), и концентрации вещества в субстрате в момент начала (начальные условия) диффузии.
Существует два подхода к интерпретации механизма диффузии на молекулярном уровне: гидродинамическая и кинетическая теории диффузии.
В гидродинамической теории, развитой в работах Эйнштейна и Сазерленда, диффузионный поток рассматривается как результирующая двух противоположно действующих сил: движущей силы, толкающей диффундирующую частицу (молекулу, ион и др.) вперед, и гидродинамического сопротивления этому движению. Эта теория была развита применительно к диффузии в жидкости.
Прайсы
Наша компания готова Вам предложить следующие услуги:
- Пошив пологов из брезента
- Пошив спецодежды
- Индивидуальный выпуск
- Нанесение логотипов на брезент и спецодежду по заданию Заказчика
- Индивидуальная комплектация
- Логистика и доставка
Источник
Диффузионная теория адгезии
Представления о взаимной диффузии полимеров и о связи этих процессов с явлениями адгезии и аутогезии существуют давно. Изучение явления срастания было начато с тел одинаковой природы, и для него был предложен термин «аутогезия».
Аутогезия связывалась с присутствием на поверхности полимеров свободных подвижных концов макромолекул, за счет которых происходило «сплавление» двух приведенных в контакт поверхностей. Общепризнано мнение, что в основе этих процессов лежит явление диффузии макромолекул или их участков.
Диффузия может иметь место также при склеивании разнородных полимеров. Адгезия полимеров сводится к диффузии макромолекул или их отдельных участков и к образованию вследствие этого между адгезивом и субстратом «спайки», представляющей собой постепенный переход от одного полимера к другому. Представления о решающей роли диффузии при установлении адгезионной связи, особенно в системах полимер — полимер, получили широкое распространение под названием диффузионной теории адгезии
Роль взаимной или даже односторонней диффузии при образовании адгезионных соединений в некоторых случаях может оказаться весьма значительной. Диффузия — один из весьма эффективных способов достижения молекулярного контакта между адгезивом и субстратом. Чем глубже макромолекулы адгезива внедряются в субстрат, тем более благоприятны условия для реализации максимально возможного числа связей между молекулами адгезива и субстрата. Однако это не означает, что без диффузии макромолекул адгезива в субстрат нельзя достичь высокой адгезионной прочности. Но поскольку в реальных системах имеются факторы, снижающие величину адгезионной прочности, диффузия макромолекул адгезива в субстрат может оказаться весьма полезной. Если макромолекулы адгезива при образовании адгезионной связи продиффундируют в субстрат на значительную глубину, то суммарная величина межмолекулярных взаимодействий может превысить силы, необходимые для разрыва химических связей. Этот эффект связан с цепным строением молекул полимерных адгезивов.
Часто полагают, что движущей силой диффузии является градиент концентрации. Однако перемещение, вызванное градиентом концентрации и приводящее к постепенной гомогенизации системы, не исчерпывает все возможные проявления этого сложного процесса. Весьма часто при диффузии происходит не выравнивание концентраций, а наоборот, дальнейшее разделение компонентов системы. Поэтому более правильно считать, что движущей силой диффузии является разность термодинамических потенциалов. Выравнивание термодинамических потенциалов и приближение к термодинамическому равновесию достигается за счет теплового движения атомов (молекул).
В основу молекулярно-кинетического диффузии в полимерах положены представления о тепловых флуктуациях в жидкостях. Молекулы диффундирующего вещества передвигаются в конденсированном теле отдельными импульсами через «дырки» — микрополости, которые возникают в результате тепловых флуктуаций кинетических единиц, атомов и молекул в массе конденсированного тела в непосредственной близости от диффундирующей молекулы.
Диффузия в полимерах неразрывно связана с гибкостью макромолекул. Чем выше гибкость макромолекулы, тем богаче набор ее конформаций и тем меньше размер сегмента. Чем меньше, размер сегмента, тем более независимо движутся отдельные части макромолекулы, тем чаще по соседству с молекулой диффундирующего вещества возникают флуктуации плотности и образуются микрополости и тем быстрее передвигается диффундирующее вещество в полимере. У эластомеров величина сегмента составляет несколько звеньев. У стеклообразных полимеров размеры сегментов соизмеримы с размерами макромолекул, т. е. практически независимое перемещение звеньев отсутствует. Сетка в пространственных полимерах оказывает существенное влияние на гибкость. Особенно заметно влияние сетки, когда длина участков цепей между узлами сетки оказывается одного порядка с размерами сегментов.
Диффузия в стеклообразных и кристаллических полимерах характеризуется очень низким коэффициентом диффузии. Однако часто в подобных материалах имеется система внутренних полостей, трещин и капилляров, что оказывает существенное влияние на диффузию.
В металлах и стеклах диффундирующее вещество внедряется в кристаллы и диффундирует в междоузлия решетки. Понятно, что таким образом могут диффундировать только атомы и молекулы очень небольших размеров. Объемная диффузия может осуществляться и путем обмена местами в кристаллической решетке, а также через вакансии («дырки»). Кроме того, имеется и другой вид активированной неспецифической диффузии — диффузия вдоль трещин молекулярных размеров, по границам зерен и т. д. При понижении температуры более чувствительная к ней диффузия в решетку уменьшается и начинает возрастать диффузия вдоль границ зерен. Вообще этот вид диффузии в металлах и стеклах является преобладающим.
Кроме диффузии макромолекул следует учитывать диффузию через границу раздела различных низкомолекулярных веществ — ингредиентов, входящих в состав адгезива и субстрата, примесей, непрореагировавших мономеров и т. п. В результате диффузии этих веществ могут измениться прочностные свойства адгезива и субстрата, что в свою очередь повлияет на величину адгезионной прочности.
Положительной стороной диффузионных представлений в адгезии является именно учет особенности полимерных адгезивов — цепное строение и гибкость их макромолекул. И хотя применимость диффузионных представлений в адгезии к реальным системам весьма ограничена и определяется выполнением по крайней мере двух условий: термодинамического (полимеры должны быть взаиморастворимы) и кинетического (макромолекулы и их звенья должны обладать достаточной подвижностью), — следует учитывать их роль при изучении условий формирования молекулярных контактов.
Источник
