第四节　染料与纤维的相互作用

前面已讲，染料上染纤维是因为染料分子对纤维有亲和力，亲和力来源于染料和纤维分子间作用力，包括范德瓦耳斯力、氢键力、库仑力等非共价键。不同染料与不同纤维的作用力形式不同，具体见表2-7。

表2-7　常用纤维与适用染料间的作用力

染料吸附上染纤维是超分子化学的研究范畴。超分子化学是研究两种以上的化学物种，通过分子间非共价键力相互作用，缔合形成具有特定结构和功能的超分子实体的科学。形成的超分子实体是有组织的多分子复杂体系，该体系的性质和功能不仅取决于形成实体的分子结构，更与分子间的结合形式，即超分子化学与结构有关。而传统的分子化学研究的是分子内的原子、基团间的相互作用和结合，这些作用的结果是改变分子结构、形成新的分子，它们之间的结合靠共价键，形成的分子结构是确定的。

超分子化学的研究目标是控制分子间价键的形成，实现超分子有序体的设计和组装。染色加工过程实质上是一个分子叠合或组装的过程，染料分子通过非共价键作用力与纤维大分子发生超分子组装需要满足以下几个条件：

（1）染料与纤维分子间存在较强的分子间作用力，即表2-1中所列的非共价键作用力，包括范德瓦耳斯力和氢键。不同染料与纤维作用时，各种非共价键作用力的贡献是不同的。

（2）染料分子与纤维分子间存在适合或匹配的组装位置或空间。

（3）染料对纤维组装时，除了在纤维表面外，还必须进入纤维内部，因此纤维内部必须存在染料分子进入的通道或足够大的空隙。

（4）必须提供组装必要的环境条件，即一定的工艺条件和程序。

染料上染纤维的过程中，分子间可以有多种作用和结合形式，有单分子吸附、定位吸附、多分子吸附、纤维表面的染料、纤维内部的染料等，但染料和纤维分子的结构并不发生变化，也就是染料和纤维分子间发生了超分子化学反应，其过程可以通过具体染色工艺条件加以控制，最终形成的超分子实体是可设计和可控的。

超分子化学，又可以称为“分子上的化学”。相对于分子化学研究共价键的拆散和形成，超分子化学研究的则是一些较弱，但具有可逆性的分子间作用，如：氢键力、静电作用力（包括离子与离子、离子与偶极）、范德瓦耳斯力（包括偶极力、诱导偶极力和色散力）、金属配位键力、疏水相互作用力和给体—受体相互作用力等。所以超分子化学有如分子的“社会学”，包括了分子的个体和整体的行为。

超分子实体形成过程存在于分子相互间的选择性、互相识别的能力及互相作用和转换，形成的超分子实体具有稳定性和易破损性、缔合或解离倾向等特性。染料上染纤维时，不同纤维选有不同的染料，表现为染料与纤维间的选择性和互相识别的能力；酸性染料上染羊毛时，电解质电离的Cl-先于染料分子与纤维结合，然后逐渐被染料分子所取代，转换成染料与纤维的稳定结合形式。染料与纤维分子间形成的体系有稳定性，又有易破损性，表现为染料上染纤维有牢度，但有时会有水解或溶解解离，宏观现象就是掉色，某项色牢度不理想。

染料分子与纤维分子通过分子间非共价键作用，经历染料对纤维的吸附和解吸，最终形成染料和纤维的超分子结合体，其保留了染料组分的颜色特征和纤维组分的微结构。超分子的形成过程存在自由能、热焓、熵和热的变化，这将在第三章具体论述。