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.

Механизм 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.