第一节 上染过程及分子间作用力
一、上染过程
所谓上染过程（dyeing process），就是指染料舍染液（或介质）向纤维转移，并染透纤维的过程。上染过程存在于所有染色过程中，但不完全等同于染色过程。有些染料的染色过程实质上就是上染过程，上染完毕，只需经过水洗等加工，染色过程也就结束。例如直接染料、酸性染料、阳离子染料和分散染料的染色。有些染料在上染过程中伴随与纤维发生化学反应，即上染过程和反应过程同时进行。例如活性染料染色，染料上染棉纤维时，加入碱剂固色，活性染料分子中的活性基团与纤维发生共价结合反应，在反应时还有染料继续上染，再反应固着到纤维上，最后经过水洗等加工完成染色过程。酸性媒染染料，在染料上染前或后，引入金属离子，与染料分子发生络合反应，也是上染过程和反应过程同时进行。有些染料上染完成后还要经过一定的化学处理，染色过程才能完成，上染过程不等同于染色过程。例如还原染料、硫化染料染色，上染的是染料的隐色体，上染过程结束后，纤维上的隐色体还需经过氧化处理，隐色体转变成染料母体，才能获得所需的色泽和牢度。
上染过程如图2-2所示，可以分以下三个阶段。
图2-2 染料对纤维的上染过程示意图
1.转移（transfer）染料从染液向纤维界面转移，包括染料从染液本体向纤维界面的转移（图2-2中1）和在扩散边界层中的转移（图2-2中2）。染色时，无论哪种染色方法，都存在染液和纤维材料间的相对运动，因此染料分子随染液流动靠近纤维界面。根据流体在固体界面流动的原理可知，纤维界面有一个流速降低层，越接近界面流体流速越低，到纤维界面流速为零，这一流速降低层称为动力边界层。在接近纤维界面，染液流动速度低到一定程度后，染料分子主要靠自身的扩散接近纤维界面。由于染液本体的染料浓度远高于纤维界面的染料浓度，该浓度差使染料能自发地向纤维界面扩散转移，靠染料自身扩散转移到纤维界面的液层称为扩散边界层（diffusion boundary layer）。扩散边界层与动力边界层厚度比为1:10，当动力边界层中的流体速度低于扩散边界层中的扩散速度时，染料进入扩散边界层中。但扩散的转移速度比染液本体中的转移速度低得多。
2.吸附（absorption）染料通过扩散边界层到达纤维界面，染料分子与纤维分子间作用力足够大时，染料分子迅速吸附到纤维上（图2-2中3），实现染料分子与纤维分子的特定“组装”。
3.扩散（diffusion）染料分子吸附到纤维界面后，在纤维的内外形成了浓度差，在纤维界面的染料分子自发地向纤维内部扩散（图2-2中4）。随着染料向纤维内部的扩散，纤维界面又不断从染液中吸附染料，如此吸附、扩散的进行，直至染透纤维，达到染色平衡。
在扩散边界层中的扩散是液相中的扩散，相对容易。而染料在纤维中的扩散是在固相中的扩散，比液相中的扩散慢得多，吸附则瞬间完成，主要靠分子间的非共价键力。因此染料在纤维中的扩散是决定上染速率的关键阶段，是影响上染速率的重要环节。
必须指出的是，上染过程的三个阶段都是可逆过程，即染料会通过染液流动和扩散边界层中的扩散向纤维界面靠近，也会反方向转移；染料会吸附上纤维，也会从纤维上解吸下来；染料既能向纤维内部扩散，也能由内向外扩散。上染开始，逆过程同时开始，随着上染的不断进行，两者的速率不断变化。上染初期，染液中染料浓度最高，纤维上染料浓度为零，所以吸附速率远大于解吸速率，因此表现为染料上染纤维。随着时间的延长，染液中的染料浓度越来越低，纤维上的染料浓度越来越高，因此吸附速率逐渐变慢，而解吸速率相对而言不断提高，最后两者达到相等，这时宏观上表现为染液中染料浓度和纤维上染料浓度都不再变化，即达到平衡，称为上染平衡。此时虽然上染过程已结束，吸附速率等于解吸速率，但染料的吸附和解吸并未停止。因此，上染过程是大量染料分子运动的结果。
二、染色过程中的术语
随着染料的开发、助剂的应用、染色设备的升级换代，染色工艺得到大力发展，但总体来说，染色工艺还是以浸染（batch dyeing）和轧染（continuous dyeing）为主要形式。
浸染时，将被染纺织品材料浸渍在染浴中，染液和纺织品之间发生相对运动的情况下，染料逐渐从染液中转移到纤维上，并固着在纤维上，这种染色工艺也称为竭染法（exhaust dyeing）。浸染可以用于散纤维染色、纱线染色、织物染色、成衣染色等，其工艺实现形式变化多样，最适合小批量、多品种产品的加工，在当今纺织产品追求多样化、个性化的年代，浸染工艺具有其重要地位。
轧染时，纺织品短时间浸渍染液后，经过轧辊挤压，使染液透入纤维中，并将多余的染液去除，然后烘干，再经过一定条件的处理（汽蒸或焙烘），使染料进入纤维内部，并固着在纤维上。轧染是一种连续染色的工艺，一条轧染生产线由浸轧单元（含浸轧槽和轧车）、烘干单元（含预烘和烘干）、汽蒸或焙烘单元、水洗单元（含烘干落布）等构成，对于大批量生产是最经济的，其运行车速高达100m/min，生产效率高。图2-3是一条可对涤/棉织物染色的轧染生产线示意图。
图2-3 轧染生产线示意图
浸染涉及的工艺参数有染料浓度、助剂浓度、浴比、染色温度（升温速度、降温速度）、染色时间、水洗温度和时间等。轧染涉及的工艺参数有染料浓度（添加染液浓度）、助剂浓度、带液率、汽蒸或焙烘温度和时间等。无论哪种染色方法，评价染色产品的指标有上染百分率或固色率、表面得色（K/S值）、匀染性、透染性和各项色牢度。
1.上染百分率（exhaustion）上染百分率是衡量浸染时染料上染的重要指标，定义为上染到纤维上的染料量占初始染液中染料总投入量的百分数，简称上染率。计算式如下：
式中：C0——起始染液中的染料浓度；
Cs——染色过程中某一时刻染液中的染料浓度。
影响染料上染百分率的因素有染料浓度、电解质浓度、染色温度、染色时间、浴比、pH、染色助剂的浓度、染液搅拌速度或染液循环速度等。
当染色过程达到平衡，即吸附速率与解吸速率相等时，测得的上染率被定义为平衡上染率（exhaustion of equilibrium）。平衡上染率是一定温度条件下染料上染的最高极限值。达到染色平衡需要较长时间，染色实践中很少能达到平衡上染。
上染百分率的测定方法有残液法和剥色法两种，两种方法均需要先用可见光分光光度计测定被测染料的最大吸收波长λmax，然后进一步测定和计算。
（1）残液法。在λmax条件下测定初始染液的吸光度A0和染色后残液的吸光度A1，初始染液浓度高，需要稀释适当倍数，使吸光度测定值在0.4～0.7。根据朗伯特—比尔（Lambert—Beer）吸收定律，在稀溶液中，吸光度与溶液浓度呈正比，当采用相同尺寸比色皿测定时，吸光度值可间接表示染液浓度，所以上染率计算方法如下：
式中：A0——初始染液的吸光度；
A1——残液吸光度；
n——初始染液的稀释倍数；
m——残液的稀释倍数（残液色浅时可以不稀释）。
残液法测定比较简单，操作方便，但上述残液法测定的仅是染色过程结束时纤维上的染料量。染色实践中，染色后需要皂洗去除未固着的染料，确保达到一定的染色牢度。所以如果要准确测定纤维上的上染率，必须将皂洗过程中的染料洗脱情况一并考虑，扣除皂洗过程去除的染料，才是正真纤维上的上染率。
（2）剥色法。将染色并皂洗后的织物用适当的溶剂剥色，如分散染料染色的涤纶织物用二甲基甲酰胺（DMF）剥色。称取一定量染色织物，在一定温度下用DMF分多次进行剥色，直到织物呈白色，收集并测定剥色液的吸光度值Af，初始染液用DMF稀释n倍，测定吸光度值A0，然后计算染料的上染率。
式中：A0——初始染液的吸光度；
Af——剥色液的吸光度；
n——初始染液的稀释倍数；
m——剥色液的稀释倍数（剥色浅时可以不稀释）。
剥色法可准确测定上染纤维的染料量占总投入量的百分率。但有些染料一旦上染纤维很难从染色织物上剥离，所以要根据不同染色情况合理选择上染率测定方法。
2.固色率（percentage of dye-fixing）固色率是评价活性染料上染的重要指标，定义为固着在纤维上的染料量占初始染液中染料总投入量的百分数。
式中：Cf——固着在纤维上的染料量；
C0——初始染液中染料总投入量。
活性染料的染色过程包括染料上染和染料固着两个阶段。上染阶段，染料分子吸附并扩散进入纤维内部；固色阶段，吸附到纤维上的染料与纤维反应形成共价键结合，才真正固着在纤维上，获得一定的色泽和色牢度。
固色率的测定方法有残液法和纤维分解法。残液法同上染率测定，同时考虑染色残液和皂洗残液，计算固着到纤维上的染料占染料总投入量的百分率。纤维分解法是用硫酸将染色棉织物溶解，测定溶解液的吸光度，计算纤维上的染料浓度（Cf），测定初始染液的吸光度，得到C0，然后计算固色率。
3.上染速率曲线（dyeing rate curve）上染速率曲线是上染率对时间的变化曲线（图2-4），有时也用上染到纤维上染料量[D]f对时间的变化曲线表示（图2-5）。图2-4所示，起始的曲线斜率较大，即起始上染速率较大，随着染色时间延长，曲线斜率越来越小，即上染速率越来越低，直至达到染色平衡，上染速率为零，此时上染率数值就是平衡上染率。上染速率是染色动力学研究的基础。影响上染速率的因素有染料浓度、电解质浓度、染色温度、染色时间、浴比、pH、染色助剂的浓度、染液搅拌速度或染液循环速度等。
图2-4 上染率速率曲线
图2-5 纤维上染料量[D]f对时间的变化曲线
4.瞬染（strike）染色初始阶段，如果染料分子与纤维分子间作用力很强，染料上染速率很快，称之为瞬染，也用初染率表示，即染色初期较短时间（如5min）内，染料的上染百分率。还原染料隐色体上染时就存在瞬染现象。瞬染会导致染色不匀，因为染料与纤维间的强作用力，导致染料一旦吸附上纤维，很难再解吸下来，转移到得色浅的部位。因此需要严格控制初始的上染速率，确保染色的均匀性。
染料瞬染的测定方法：
（1）短时间染色比较法。在一定染色条件下，将一绞纱线染色数分钟，加入另一同质量的纱线一起再染几分钟，然后取出漂洗，观察两绞纱线的表面得色。高亲和力的染料，第一绞纱线得色明显比第二绞纱线深，说明存在瞬染。
（2）系列染色比较法。将一组同质量的纱线依次放入染液中，在一定条件下分别染2min取出。每次放入一绞纱线，取出后放入第二绞纱线，再取出放入第三绞，如此重复，直至染液变无色。然后晾干后比较系列纱线的得色。评价上染速率随时间变化的规律。
5.移染（migration）移染是浸染时实现匀染（leveling）的主要方法之一。所谓移染，就是指染料从纤维上染料浓度高的位置解吸，通过染液转移到纤维上染料浓度低的位置，最终实现均匀染色。移染分为界面移染和全过程移染（具体见第五章）。在染色初期，如果工艺条件控制不当或染料对纤维的亲和力较高都会产生染色不匀的现象，但随着染色时间的延长，纤维界面染料吸附解吸的反复进行，染料的移染使纤维表面得色均匀。移染性好的染料匀染性好，但由于易解吸会使上染率降低，耐水洗色牢度较低。因此要合理选择染料和染色工艺。理想的染色应具有较高的上染率、良好的匀染性和色牢度。
移染率的测试方法：取两块材质、大小完全一样的白色织物，一块先在一定条件下染色，然后将已染色的织物和白色的织物一起放到同一浴中，该浴液中含有染色所需的助剂但不含染料。在原染色条件下处理一段时间，取出织物，测定两块织物的表面得色K/S值，按下列公式计算移染率M：
式中：[K/S]白——移染后白色织物的表面色深；
[K/S]色——移染后染色织物的表面色深。
当移染率达到75%以上，则移染性为优，65%～75%为良，55%～65%为一般，55%以下为差。图2-6中曲线（1）表示已染色织物在处理过程中织物上染料量的变化，曲线（2）表示白色织物在处理过程中织物上染料量的变化，曲线（3）表示处理过程中染浴中染料量的变化。由图2-6（a）可知，随着染色时间延长染色织物上染料解吸到水中，然后转移到白色织物上，最后两块织物上的染料量相当，表示移染性好，匀染性就好。图2-6（b）中染色织物上染料解吸量很少，白色织物上得到的染料量也很少，染浴中染料量为零，移染性很差，匀染性就差。移染性差的主要原因是染料对纤维的亲和力很高，一旦吸附上纤维就很难解吸，延长时间也不能发生移染，对于这种染料染色，就必须通过控制升温速度等方法，使染料缓慢、均匀地上染到纤维上。
图2-6 移染性测试
6.配伍性（compatibility）配伍性是间接表示染料上染速率的一个指标。测试方法：准备同等质量的5绞白色纱线，选择两种合适的染料拼色，如红色染料和黄色染料（也可以是黄色和蓝色），按1:1配制成橙色染液，然后在一定条件下染色，每次放入一绞纱，染5min后取出，再放入第2绞纱，染5min后取出，依次进行，直到放入第5绞纱染5min后取出，晾干，比色评定。如果两个染料配伍性很好，每一绞纱都是橙色，只是颜色深浅的不同；如果两个染料配伍性不好，会出现两种现象：一种是前几绞纱的色光偏红，然后是橙色，后几绞纱色光偏黄；另一种是前几绞纱的色光偏黄，然后是橙色，后几绞纱色光偏红。产生这两种现象说明两个染料的上染速率不一致，前者是红色染料的上染速率高于黄色染料，染色初期红色染料上染多，偏红光，到染色后期，染液中黄色染料浓度高，上染多，导致偏黄光。与其相反，当黄色染料的上染速率高于红色染料，就出现了后一种现象。由此可知，拼色染色时应选择配伍性好的染料，否则很难控制染色织物的色光。
阳离子染料有配伍值（K）指标，分为1～5。K值为1说明染料对纤维的亲和力高，上染速率快，K值2、3、4、5递增，染料对纤维的亲和力依次降低，上染速率随之减慢。拼色染色时，选择K值相同或相邻的染料，以确保染色过程色光的控制。
7.半染时间t1/2（half-dyeing time）半染时间t1/2是表示上染速率的另一个参数，定义为染料上染量达到平衡上染量的一半时所需的时间。如果两个染料的半染时间一致，就认为上染速率一致，即配伍性好，图2-7中染料（2）和染料（3）尽管上染速率曲线不重合，但半染时间一致，有很好的配伍性，而染料（1）有不同的半染时间，与染料（2）或染料（3）没有很好的配伍性，不能拼色染色。
图2-7 不同半染时间的染料上染率对时间的曲线
在实际染色加工中，经常需要进行拼色染色，必须选择半染时间一致的染料进行拼色，结合一定的染色工艺，才能得到理想的染色产品。
8.浴比（liquor-to-goods ratio）浴比指浸染时染液质量与所染纺织品干重之比，如10:1表示染液重10kg，纺织品干重1kg。在给定条件下染色，浴比小则单位重量的染色织物染色时耗水就少，同时减少染液加热所需的能耗。同等量的染料在小浴比染液中的浓度高，有利于提高染料的上染率。如果染色平衡常数用K表示，纤维上染料用Cf（单位：g染料/kg纤维）表示，染液中染料用Cs（单位：g染料/kg染液）表示，则：
式中：E——平衡上染率；
L——浴比。
上式可转化为：
因为K是常数，在给定条件下，随着浴比L提高，平衡上染率降低。
染色过程有时需要加盐促染，加碱固色，或加助剂提高染色效果，在小浴比条件下，同样可以减少这些化学品的用量。如染10kg织物，浴比20:1时，盐浓度20g/L需要加4kg盐，浴比为5:1时盐仅需要1kg。但浴比小，染液不能浸没织物时，易造成染色不匀。所以浴比越小，染液与织物的相对运动越要加剧，才能确保染色均匀性。德国特恩公司开发的气流染色机浴比5:1以下，染液借助压缩空气雾化后喷到织物上，确保雾化液均匀地上染到织物的不同位置，最低浴比可达到3:1。与大浴比染色相比，小浴比染色可节水、节能、节约化学品，还可节约加工时间，是一种值得推广的技术。
图2-8 浸轧装置简图
9.带液率（pick-up）带液率是轧染工艺中浸轧环节的重要控制指标。浸轧（pad-ding）是织物浸渍染液，经轧辊挤压去除多余的染液，并使织物沿轧辊的左中右得色一致。织物必须充分前处理，具有高吸水性能（毛细效应），因为在浸轧液中浸渍的时间很短，可能只有0.5s。如图2-8所示，轧点处是向浸渍后织物施加压力的区域，压力越大，被轧的织物带液量越少；均匀轧车可确保轧辊的每个位置压力一致，避免左右色差（side to side）。浸轧后织物的带液率决定了染料的上染量。
带液率定义为织物上所带染液量占干布重量的百分率。
式中：G1——浸轧前织物的质量，g；
G2——浸轧后织物的质量，g。
10.泳移（migration）泳移是指织物在浸轧染液后烘干时，织物表面水分蒸发，染料随水分子向受热面迁移，从而产生受热面和非受热面之间颜色差异的现象。用接触式烘干设备（如烘筒烘干机）会产生泳移，宏观表现是织物的正反面产生色差（face to face）。预防的措施有：
（1）降低带液率防止泳移现象。带液率低于30%，泳移基本可以避免。
（2）采用非接触式烘干设备，如红外线烘干或热风烘干预烘，使织物两面同时受热，水分蒸发一致。红外线穿透性好，是很好的预烘设备。
（3）降低染料的可移动性防止泳移。在染液中加入一定量的高分子化合物（如海藻酸钠），浸轧到织物上后，高分子化合物与染料分子间随机缠绕，并对纤维有高亲和力，烘干时，可阻碍染料分子随水分子的移动，达到防泳移的目的。
三、染料与纤维分子间作用力
染料对纤维具有亲和力，重要原因是染料分子（或离子）与纤维分子之间存在作用力。染料上染并固着纤维的作用力包括库仑力（Coulomb force）、范德瓦耳斯力（Van Der Waals force）、氢键力（hydrogen bond）、共价键力（covalent bond）、配位键力（coordinate covalent bond）和电荷转移力（charge-transfer force）等。
1.库仑力 离子之间同性电荷相斥，异性电荷相吸，这种斥力与引力称为库仑力，也称作离子键力，用f表示。
式中：ε——介质的介电常数；
r——q与q′之间的距离，f与r2成反比。
带相反电荷的离子相互吸引发生键合，r降低，f增大，即形成离子键（ionic bond）。这种键合力的本质为一个原子中的带负电电子与相邻分子中原子的带正电核子的相互吸引力。
离子通过电荷的诱导效应，会使离子周围的非极性分子产生诱导偶极，从而产生引力f=dE/dr,E为位能，与距离r4成正比。
离子与极性分子间会产生离子—偶极引力（ion-dipole forces），如离子在水中，会在离子周围形成水化层，水化层的半径r=1/K。
式中：N——阿伏伽德罗常数；
e——电子所带的电荷量；
h——玻尔兹曼常数；
T——热力学温度；
I——总离子强度。
有些纤维上基团在染色条件下发生电离，使纤维带有电荷，当具有相反电荷的染料离子与纤维靠近时，产生静电引力（库仑力）。染料因库仑引力的作用而被纤维吸附，并发生离子键结合形式。例如，酸性染料染羊毛时，羊毛大分子在酸性条件下形成
，带正电荷，酸性染料在水中电离形成
，带负电荷，两者通过库仑引力结合形成离子键。离子键的强弱与两者的电荷强弱成正比。
2.范德瓦耳斯力1873年，范德瓦耳斯（Van Der Waals）在研究气体分子间或晶体中质点间作用力时第一次提出了分子间力的概念，故称为范德瓦耳斯力。而范德瓦耳斯力的本质在1912年以后才逐渐被了解。1912年W.H.凯森（W.H.Kesson）提出了极性分子的永久偶极矩之间的静电相互作用，即偶极力（dipole interaction）。1920年德拜（Debye）提出永久偶极矩和诱导偶极矩之间的诱导力作用，即诱导偶极力（induction dipole interaction）。1930年伦敦（London）用两种力学近似计算法和量子电子动力学证明了分子间存在另一种力，即色散力（dispersion）。
（1）偶极力。偶极力是极性分子与极性分子之间的作用力。极性分子具有永久的偶极，它们之间发生取向作用，产生引力，而分子热运动则扰乱它们的取向，这种偶极取向的位能Ek与两个不同分子的偶极矩d1、d2的平方乘积成正比，分别和偶极间的距离r的六次方、热力学温度T成反比。
式中：Ek——偶极取向的位能，Ek在13～21 kJ/mol；
k——玻尔兹曼常数。
（2）诱导偶极力。极性分子接近非极性分子时，极性分子的永久偶极电场会使非极性分子发生变性极化，产生诱导偶极。它们相互作用的位能ED为：
式中：a01、a02——极性分子与非极性分子的变性极化度；
d1、d2——极性分子与非极性分子的偶极矩；
r——偶极间距离。
极性分子与非极性分子的变性极化度a0和偶极矩d的关系为a0=d/u,u为电场强度，u=f/q0。ED在6～12kJ/mol。
（3）色散力。分子里的电子是不断运动的，在非极性分子里，这种运动产生瞬时偶极。两个非极性分子接近时，这种运动产生同步诱导效应，发生分子间引力，相互作用的位能EL为：
式中：I1，I2——两个不同分子的电离位能；
a01、a02——两个不同分子的变性极化度。
EL在0.5～5kJ/mol。
（4）Ek、ED、EL的比较。
①Ek、ED、EL与距离的六次方成反比，而库仑力与距离的平方成反比。因此，范德瓦耳斯力都是近距离引力，作用范围0.3～0.5nm（3～5
），而库仑引力属于相对远距离引力。
②比较Ek、ED，偶极距d的4次方出现在Ek中，d的2次方出现在ED中，对偶极矩比较大的分子来说，偶极力是分子间引力的主要来源。
③比较ED、EL，变性极化度的一次方出现在ED中，a01与a02的乘积出现在EL中。因此，对于体积比较大的分子来说，色散力显然比较重要。
范德瓦耳斯力存在于所有染料上染纤维的过程中，作用的大小与染料结构、纤维结构和两者之间距离有关。染料的相对分子质量越大、共轭体系越长、共平面性越好、与纤维的分子结构相适宜，范德瓦耳斯力就越大。染料与纤维分子间的距离越近，作用力越大。
3.氢键 氢原子与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X—H……Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键。氢键主要发生在H与N、O和F原子之间，氢键的强弱主要与H所作用的原子的负电性大小有关。电负性越强，氢键越强。
氢键作用分为五种方式：
（1）多分子的分子间氢键，如在水中：
（2）两个分子结合形成二聚体的分子间氢键，如在醋酸中：
（3）由碳碳双键或芳香族分子的π电子体系产生供电作用形成分子间氢键，如：
（4）形成螯合环的分子间氢键，如橙Ⅱ：
（5）离子中的分子间氢键，如
：
氢键是一种定向的、较强的分子间作用力。在各类染料对各类纤维的染色中都存在氢键，其作用大小和重要性各不相同。
4.共价键 染料与纤维的共价键结合发生在含有反应性基团的染料和具有反应性基团的纤维之间。如活性染料在碱性条件下上染纤维素纤维，活性染料上的反应性基团与纤维素纤维上的羟基反应形成共价键结合。
5.配位键 配位键是一种特殊的共价键。形成配位键的条件是，一个原子有孤电子对，而另一个原子有空轨道。当共价键中共用的电子对是由其中一个原子独自供应时，就称配位键。酸性媒染染料或酸性含媒染料上染羊毛纤维时，产生配位键结合。如：1:1酸性含媒染料与羊毛纤维之间配位键结合如下所示。
6.电荷转移力 分子中的吸电子原子与分子中的另一个供电子原子形成键合作用，这种结合产生所谓的电荷转移复合体。它们可以被看作是介于路易斯酸和路易斯碱之间的复合体，形成原理与离子化复合物的酸碱结合有某些相似之处。
供电子体的电离能越低（即容易释放电子），受电子体的亲电子性越强（即容易吸收电子），两者之间则越容易发生电子转移。电荷转移发生在分散染料与疏水性纤维间的结合。例如，分散染料中的氨基与聚酯纤维中的苯环，或聚酯纤维中的酯基与分散染料中的芳环之间易发生电荷转移，生成电荷转移复合体。
表2-1为各种作用力的键能及作用特点。六种作用力形式中，库仑力、范德瓦耳斯力和氢键力为非共价键力，配位键是一种特殊的共价键。由表2-1可知，共价键力远大于非共价键力，价键稳定性好于后者，是形成分子的主要化学键。
表2-1 各种作用力的键能及作用特点
超分子化学是基于分子有序体和分子间价键（非共价键）而存在，研究超分子体系的形成和功能，目标是控制分子间价键，并通过非共价键相互作用而形成超分子和有组织的多分子复杂体系。不同染料、不同纤维、不同的染色机理形成了由染料和纤维构成的超分子和有组织的多分子复杂体系，属于超分子化学的范畴。染料上染纤维通过染料分子和纤维分子间的非共价键力，如范德瓦耳斯力、氢键力或库仑力，上染过程就是超分子实体形成的过程。
库仑力是唯一的远距离作用力，作用力大小根据所带电荷量不同有所不同，但远大于范德瓦耳斯力和氢键力。其他作用力均为近距离作用。氢键力是一种比范德瓦耳斯力稍强，比共价键和库仑力弱很多的相互作用。