CN102706824B

CN102706824B - 一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法

Info

Publication number: CN102706824B
Application number: CN201210209447.0A
Authority: CN
Inventors: 屠天民; 靳晓松; 傅菊荪
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: CN102706824A

Abstract

本发明涉及一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，包括：（1）使用分光光度计、流动池比色皿、染液泵、染液冷却器和数据采集/处理电脑组成的染料上染率在线检测装置；（2）使用空白染色方法对照法利用上述自动装置实时得到活性染料上染速率。本发明方法直观简单，易于操作，可靠性较高，适合于实验室及工业生产应用。

Description

一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法

技术领域

本发明属染料浓度在线监测领域，特别是涉及一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法。

背景技术

当前，困扰印染生产的一个重要问题是染色重现性差，“一次准确”加工合格率很低。据统计即使应用先进的染色生产设备，选用合格的染化料，传统的间歇式染色方式也可能只有小于50％的产品只要一次染色就可达到合格的产品标准。染色不合格，多次修色会导致设备利用率降低30％～60％，有的甚至更多。生产成本也随修色次数增加而增高，还会严重增加污水排放和耗能，产品的内在质量也会受到影响。要想改变目前印染企业这一落后的生产面貌，就必须对生产全过程进行有效精确控制，加强染色过程的监测。可发展为染料上染率在线监测的常用方法有直接分光光度法和流动注射分析结合分光光度法等。由于流动注射分析操作复杂，需要有专业知识的人员来操作，并对所得到的数据进行解释，对染液的检测也需要一定时间，因此限制了其发展。而直接应用分光光度法，由于活性染料加入中性盐或者碱后吸光度会产生很大变化，测试时染液的温度对吸光度也有很大影响，同时碱的存在会加速染料水解并且在加入碱之后的时间内水解无时无刻不在发生，而这种水解作用对吸光度的影响是不可忽略的，对吸光度的准确测试造成了很大的误差。当前，仍然没有一种行之有效的实现在线监测染料上染率的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，实现直接应用分光光度法在线监测染料的上染率。本发明的方法测试染色过程中染料上染率准确度高，方法简单，成本低，易于操作，而且设备低廉，具备实验室试验及工业生产应用的可能性。

本发明的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，包括：

（1）使用染色罐、分光光度计、流动池比色皿、染液泵、过滤器、染液冷却器和数据采集/处理的电脑组成一套在线监测装置；

（2）按活性染料的染色方法处方配制两个相同的染液，分别作为织物空白染液和实际染色染液；

（3）做不加入织物的空白染液染色流程的在线吸光度测试，染色流程包括：起始染色、加盐续染、加碱固色三个阶段；

（4）每间隔10-100秒，使用步骤（1）装置中的电脑和分光光度计采集染液的吸光度数据，采集到的数据组为织物空白染液在整个染色流程的的实时吸光度；

（5）去除染色罐内的空白染液，加入实际染色染液，放入织物后，并启动同样的吸光度数据采集程序，时间间隔为10-100秒，按步骤（3）染色流程操作，所得的数据组为实际染色过程的实时吸光度；

（6）将所得的织物空白染液和实际染色染液的两组实时检测的吸光度数据，按时间对齐后，计算实际染色过程中每一时刻的上染率。

所述步骤（2）中的活性染料为商品染料。

所述步骤（2）中根据所测染液浓度选用相应光程流动池比色皿，其光程范围在0.1mm-50mm。

所述可测的染料浓度范围为：≤8g/L。

所述步骤（2）中的染料用量为：活性染料用量按需要的染色深度添加；中性盐和碱剂用量按常规染色需要量添加。

所述步骤（3）测试染液、加盐染液及加碱固色的染液在20-65℃不同温度的吸光度变化。

所述步骤（3）和（5）使用的中性盐为氯化钠或硫酸钠。

所述步骤（3）和（5）使用的碱为碳酸钠或氢氧化钠。

所述步骤（6）两组实时监测到的吸光度数据应根据染料的吸收光谱曲线选择相同波长下的吸光度。

有益效果

本发明的方法测试染色过程中染料上染率准确度高，方法简单，成本低，易于操作，而且设备低廉，具备实验室试验及工业生产应用的可能性。

附图说明

图1为活性染料染液浓度在线测试系统组成示意图；

图2为染色方法流程；

图3为活性红HF-3B织物空白染色染浴吸光度随时间变化（516nm，每30s采集数据一次，在加料时停止采样1min）；

图4为红HF-3B染色过程中λ_max=516nm处吸光度；

图5为红HF-3B染色上染率（框图为染色起始部分的放大）；

图6为藏青HF-GN织物空白染色染浴吸光度随时间变化（594nm，每30s采集数据一次，在加料时停止采样1min）；

图7为藏青HF-GN染色过程中吸光度变化及上染速率曲线（a）为染料染色过程中吸光度变化图（b）为上染速率曲线；

图8为黄CL-2R织物空白染色染浴吸光度随时间变化（408nm，每30s采集一次数据）；

图9为黄CL-2R染色过程中吸光度变化及上染速率曲线（a）为染料染色过程中吸光度变化图（b）为上染速率曲线；

图10为红HF-3B模拟染色吸光度（516nm）；

图11为红HF-3B模拟染色上染率曲线；

图12为藏青HF-GN 4g/L染色织物空白染色吸光度（594nm，使用0.1mm比色皿，每30s采集一次数据）；

图13为藏青HF-GN模拟染色吸光度随时间变化（594nm）(a)为0.5g/L染料的模拟染色，(b)为4g/L染料的模拟染色；

图14为藏青HF-GN模拟染色上染率曲线；

图15为黄CL-2R模拟染色吸光度随时间变化（408nm，0.1mm比色皿，每30s测试一次）

图16为黄CL-2R模拟染色上染率曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

在以下实例的所有实验中，染液均经过恒温槽恒温在20℃下测试吸光度。

染色的方法流程均采用所用染料生产商推荐的染色方法，科莱恩公司黛棉丽系列活性染料的方法过程（如图2）。

其中染布实验的方法配方为：

布（全棉府绸练漂半制品）：3g

活性染料：X%（o.w.f）

中性盐：NaCl 60g/L

碱剂：Na₂CO₃15g/L

溶剂为水

浴比40:1

染液吸光度使用Cary 60型紫外-可见分光光度计测试。流动池比色皿光径长度按初始染液吸光度不超出分光光度计可用范围为原则进行选择。

上染率计算：

（式1）

式中：

A_0t——时间为t时的无织物空白染液吸光度

A_t——时间为t时的有织物染液吸光度

实施例1

活性染料黛棉丽红HF-3B染棉织物，包括：

1.织物空白染液吸光度测试：

选用科莱恩公司黛棉丽红HF-3B染料，用量为2%（o.w.f）。根据以上方法中的浴比，染料初始浓度为0.5g/L。配制好两个染料溶液后，经初步测试吸光度值，选用比色皿光径1mm。先取一个染液，不放织物，按以上整个方法流程处理，测试织物空白染液在该染料最大吸收波长516nm处的吸光度，每隔30秒由电脑从分光光度计读取一次数据，所得数据作为织物空白染液吸光度数据存储。测试获得的数据如图3。

2.有织物的染色过程及上染率在线监测：

清洗染色罐，取以上配置好的第二个染液加入染色罐，按上述同样的方法及配方，加入织物进行染色。比色皿规格、吸光度测试波长、数据采集间隔与上相同。测试获得的染液吸光度数据如图4：

3.上染率（曲线）计算

将上述采集到的两组数据导入Excel或其它合适的数据处理软件；把每个阶段的初始采样时间数据点对齐，以吸光度值按（式1）计算每个时间点的上染率。采集的吸光度值以及上染率计算结果，如表1所示：

表1染色过程上染率的列表计算

将上表中的时间数据列为横坐标，计算得到的上染率数据列为纵坐标作图，即可得到该染料染色过程中的实时上染曲线。所得在线检测染色过程的上染率曲线如图5，其中框图为染色起始部分的放大。

因此，将所测织物空白染液吸光度作为已知数据存储后，即可实现在线（实时）监测初始染液浓度和染色方法与织物空白实验都相同的染色过程的上染率。通过上表数据及上染率曲线图可知在染色过程的加布升温阶段，染料的上染率出现负值，这应该是由于在染液中加入布的初期，织物吸水速度高于染料吸附速度造成染液浓度增加形成的。由此也可以看出，通过对染料的上染率进行监测，可以更好的了解染料的上染过程，为染色过程的精确化控制打下基础。

实施例2

活性染料黛棉丽藏青HF-GN染棉织物，包括：

1.织物空白染液吸光度测试

选用科莱恩公司藏青HF-GN染料作为实验对象，染料用量、实验配方、染色方法和实验操作均与实例1中第1节相同，得到该染料织物空白染液在该染料最大吸收波长594nm处的吸光度如下图6。

2.有织物的染色过程染液吸光度及上染率在线监测

该染料用来染色，实验条件和上染率计算方法完全与实例1第2、3节相同，得到染料的染色过程的吸光度和上染速率曲线图7，其中（a）为染料染色过程中吸光度变化图；（b）为上染速率曲线。

实施例3

黛棉丽黄CL-2R染料染棉织物，包括：

1.织物空白染液吸光度测试

按上述染色方法、中性盐和碱剂用量和实例1第1节中的实验操作方法，选用染料浓度为7.5g/L（通过对吸光度的初步测试应选用0.1mm流动池比色皿），测试染色过程中织物空白染液在该染料最大吸收波长408nm处的吸光度（实验中每隔30s读取一次数据），测试结果如图8

2.有织物的染色过程染液吸光度及上染率在线监测

利用本例第1节中空白实验得到的数据对该浓度染料的染色过程进行监测，该染料染色实验的具体染色方法、数据采集方案和染料试剂等用量同本实施例第1节，在染色过程中测试染液在408nm处吸光度，并按实例1第3节上染率计算方法进行数据处理，得到染料的染色过程的吸光度和上染速率曲线如图9。

实施例4

三种染料的模拟染色

模拟染色是在不加织物情况下，在初始染液中用逐步添加不含染料的空白溶液稀释的方法，模拟染色过程中染料浓度渐渐下降的现象。因为，在控制加入无染料溶液过程中，每个时刻染液总体积是可知的，所以任一时间的染料浓度也能算出来。这个模拟染色试验主要是为了检验上述染液浓度在线检测与实际情况的偏离程度。

在染液中不加织物，启动分光光度计检测吸光度，其后按染色方法操作，在加盐上染阶段定量注入一定体积的盐溶液，在加碱固色阶段则定量注入一定体积的盐和碱的混合溶液用以稀释染浴。按不同时间加入溶液的体积从而得到染浴中的染料浓度（见式2），进而得到该时刻的上染率。利用模拟染色可以对上述计算染料上染率的方法进行检验。

染液稀释后的浓度计算：

C_{t} = \frac{C_{0} V_{0}}{V_{0} + V_{t}}

（式2）

式中：

C₀——染料初始浓度

C_t——时间为t时染液中染料的浓度

V₀——初始染液的体积

V_t——时间为t时注入到染液中的稀释溶液的体积

溶液的注入选用兰格LSP02-1B型注射泵进行精确的控制。

1.红HF-3B模拟染色

模拟染色的具体染色方法、药品用量、数据采集方案和上染率计算方法完全同实例1，染料浓度为0.5g/L，用量为50ml。

注入溶液的方法为：

升温阶段：7min内注入9ml蒸馏水；

加入盐后上染阶段：50min内注入30ml 60g/L盐水溶液；

加入碱后固色剂段：80min内注入50ml含60g/L盐和15g/L碱的混合溶液。

首先测试模拟染色过程中在516nm处吸光度变化如图10。

利用实例1中织物空白实验得到的吸光度数据和式（1）可以得出模拟染色的实时上染率；根据式（2）通过计算不同时间注入染浴中的溶液体积得到染料的浓度同样可以得到相应时刻染料的上染率。与上述实例1的结果对比，这两种方法分别得到的染料上染率如图11。

从以上图中可以看出通过空白方法对照法计算染料上染率的方法准确度很高，两种方法得到的上染率之差最大仅为0.99%，能够满足实验检测和工业应用的需求。

2.藏青HF-GN模拟染色实验

利用模拟染色检验上述实时监测该染料上染率方法的准确度。

按上述染色的方法及盐和碱的用量做不加入布的模拟染色，该染料做两个不同浓度的模拟染色分别进行验证，浓度分别采用0.5g/L和4g/L，经初步测试，4g/L的染料应使用0.1mm流动池比色皿进行测试。

首先用配好的浓度为4g/L的染液按上述方法做出织物空白染色实验，其吸光度数据如图12。

注入溶液的方法为：两个浓度的染料用量均为50ml

加入盐后上染阶段：50min内注入80ml 60g/L盐水溶液；

加入碱后固色剂段：80min内注入120ml含60g/L盐和15g/L碱的混合溶液；

依然每隔30s在594nm处采集一次吸光度数据，结果图13。

实时监测模拟染色上染率的计算同实例1的表1，同时通过计算加入的溶液的体积计算出染浴中染料的浓度从而得到上染率。与实例2相比，这两种方法得到的染料上染率如图14。

从以上图中可以看出对于该染料通过空白方法对照法计算染料上染率的方法准确度很高，浓度为0.5g/L时两种方法得到的上染率之差最大仅为2.9%，浓度为4g/L时两种方法得到的上染率之差最大仅为2.72%，能够满足实验检测和工业应用需求。

3.黄CL-2R模拟染色实验

浓度为7.5g/L黄CL-2R模拟染色做模拟染色，染液依然使用50ml，染色方法、中性盐和碱的用量以及数据采集方案与实例3相同，注入溶液的方法同本实施例第2节，所得模拟染色过程中吸光度结果如图15。

实时监测模拟染色上染率的计算同实例1的表1，同时通过加入的溶液的体积计算出染浴中染料的浓度从而得到上染率。这两种方法得到的染料上染率如图16：

从以上图中可以看出通过空白方法对照法监测染料上染率的方法准确度很高，两种方法得到的上染率之差最大为2.47%。

通过以上实例可以看出利用空白染色方法对照法实现染料上染率的监测，不仅方法简单，易于操作，而且设备低廉，监测准确度高，可在工业化生产中应用。

Claims

1.一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，包括：

(1)使用染色罐、分光光度计、流动池比色皿、染液泵、过滤器、染液冷却器和数据采集/处理的电脑组成一套在线监测装置；

(2)按活性染料的染色方法处方配制两个相同的染液，分别作为织物空白染液和实际染色染液；

(3)做不加入织物的空白染液染色流程的在线吸光度测试，染色流程包括：起始染色、加盐续染、加碱固色三个阶段；

(4)每间隔10-100秒，使用步骤(1)装置中的电脑和分光光度计采集染液的吸光度数据，采集到的数据组为织物空白染液在整个染色流程的的实时吸光度；

(5)去除染色罐内的空白染液，加入实际染色染液，放入织物后，并启动同样的吸光度数据采集程序，时间间隔为10-100秒，按步骤(3)染色流程操作，所得的数据组为实际染色过程的实时吸光度；

(6)将所得的织物空白染液和实际染色染液的两组实时检测的吸光度数据，按时间对齐后，计算实际染色过程中每一时刻的上染率；

其中上染率计算公式为：

式中A_0t：时间为t时的无织物空白染液吸光度

A_t：时间为t时的有织物染液吸光度。

2.根据权利要求1所述的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的活性染料为商品染料。

3.根据权利要求1所述的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，其特征在于：所述步骤(2)中根据所测染液浓度选用相应光程流动池比色皿，其光程范围在0.1mm-50mm。

4.根据权利要求3所述的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，其特征在于：所述可测的染料浓度范围为：≤8g/L。

5.根据权利要求1所述的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，其特征在于：所述步骤(3)测试染液、加盐染液及加碱固色的染液在20-65℃不同温度的吸光度变化。

6.根据权利要求1所述的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，其特征在于：所述步骤(3)和(5)使用的中性盐为氯化钠或硫酸钠。

7.根据权利要求1所述的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，其特征在于：所述步骤(3)和(5)使用的碱为碳酸钠或氢氧化钠。

8.根据权利要求1所述的一种可实现活性染料在线监测染料上染率的方法，其特征在于：所述步骤(6)两组实时监测到的吸光度数据应根据染料的吸收光谱曲线选择相同波长下的吸光度。