CN104034633B - 测定染料在色浆中扩散性的模型 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测定染料在色浆中扩散性的模型，包括恒温金属浴装置（4），恒温金属浴装置（4）的顶部设有保温盖（2），保温盖（2）采用透明材料制成，恒温金属浴装置（4）内设有至少一个顶部敞口的圆柱形的容器（1），容器（1）采用透明材料制成，所述容器（1）的底部设有取浆孔（3），取浆孔（3）处设有堵头。其目的是提供一种操作步骤简单，无需高温高压，实验安全可靠，测试数据的稳定性高，结果重现性好，可精确测定色浆中染料扩散速率的方法；同时其灵敏度高，针对某一特定的染料选择性好，可用于测定色浆中除分散染料之外的染料扩散性能。

Description

测定染料在色浆中扩散性的模型

技术领域

本发明涉及一种测定染料在色浆中扩散性的模型，属纺织染整技术领域。

背景技术

根据国内外文献报道，纺织品的现代染色基本理论中有关染料在固体纤维表面吸附，以及染料在纤维内相的扩散都取得了相当成熟的研究成果。其中染料在纤维大分子上的吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要跟分子间范德华力、氢键、疏水作用等有关，而化学吸附则主要靠离子键、配价键、共价键等来实现，作用力大小与化学键性质有关（染色和印花过程的吸附与扩散[M].北京：纺织工业出版社，1985.144-149）。而其中染料在纤维上的三种典型吸附等温线，即能斯特型吸附，朗缪尔型吸附和弗莱因得利胥型吸附，都是为了描述染料在纤维上的吸附与外部介质中染料浓度的关系（染整工艺与原理(下册)[M].北京：中国纺织出版社，2009，30-33）。而吸附染料在纤维内相中的扩散则更复杂和缓慢，是决定染料染色速率的关键阶段。吸附染料在纤维内的扩散，首先需克服染料与纤维间发生吸附的各种作用力，同时还需克服纤维大分子链网状结构所带来的机械阻力，以及链段上部分官能团可能存在的排斥力，此外，染料分子扩散前进时与纤维链段因非弹性碰撞也会产生动能损耗等。因而，染料在纤维内相中的扩散阶段是染色速率的决定阶段。

上述理论同样也适用于印花加工时染料在纤维上吸附和扩散阶段。然而，染料在印花加工时所处的介质为高分子糊料组成的色浆，与染色加工时的溶液介质存在显著不同，因而染料分别在这两种介质中所发生的转移也存在很大差别。其中染料在色浆中的转移或扩散比在溶液介质中的转移，其所受的影响因素更多，情况也更复杂，染料扩散也更困难。故有相当比例的染料仍滞留在色浆膜中，直接导致了染料在印花加工中的利用率较低。因而，研究染料在色浆中的扩散性能对纺织品印花生产工艺的制定和控制，提高色浆中染料的转移利用率具有重要意义。

然而，目前国内外对染料在印花色浆介质中的扩散性能、扩散模型等理论研究，非常缺乏。就其原因可能是在实际印花工艺实施过程中，织物表面的色浆膜较薄，而且印花加工时染料的转移、吸附、扩散大多在高温或高压条件下一步完成，缺乏相关有效的实验模型或手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作步骤简单，无需高温高压，实验安全可靠，测试数据的稳定性高，结果重现性好，可精确测定染料在色浆当中的扩算速率，测试方法中的扩算速率灵敏度高，针对某一特定的染料选择性好，可测定除分散染料之外的全部染料在色浆中的扩散性能的测定染料在色浆中扩散性的模型。

本发明的测定染料在色浆中扩散性的模型，包括恒温金属浴装置，恒温金属浴装置的顶部设有保温盖，保温盖采用透明材料制成，恒温金属浴装置内设有至少一个顶部敞口的圆柱形的容器，容器采用透明材料制成，所述容器的底部设有取浆孔，取浆孔处设有堵头。

进一步的，所述容器的侧壁上设有温度传感器探头，容器的半径为6.8mm，容器的高为50mm。

进一步的，所述取浆孔位于所述容器底部的中心。

进一步的，所述温度传感器探头有多个，多个温度传感器探头自上而下间隔排列。

进一步的，所述温度传感器探头的数量为2—4个。

本发明的测定染料在色浆中扩散性的模型，其包括恒温金属浴装置，恒温金属浴装置的顶部设有保温盖，保温盖采用透明材料制成，恒温金属浴装置内设有至少一个顶部敞口的圆柱形的容器，容器采用透明材料制成，容器的底部设有取浆孔，取浆孔处设有堵头。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：在技术原理上，本发明以实际印花加工过程为基础，首次建立了可方便实现对色浆中染料的扩散性进行研究和测定的实验模型；同时，本发明技术在兼顾实际印花加工中主要影响因素的基础上，对影响实验模型中染料扩散的因素进行了适当简化，使技术方案易于进行和开展；在实际操作方法上，本发明操作步骤简单，无需高温高压，安全可靠，测试的稳定性高，结果重现性好；同时其测试方法中的扩算速率灵敏度高，针对某一特定的染料选择性好。因而，本发明技术对开拓印花色浆中染料扩散性能、扩散模型等理论研究，奠定了较好的基础。因此，本发明的测定染料在色浆中扩散性的模型具有操作步骤简单，无需高温高压，实验安全可靠，测试数据的稳定性高，结果重现性好，可精确测定染料在色浆当中的扩算速率，测试方法中的扩算速率灵敏度高，针对某一特定的染料选择性好，可测定除分散染料之外的全部染料在色浆中的扩散性能的特点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的容器的结构示意图；

图2为测定染料在色浆中扩散性的模型的结构示意图；

图3为酸性湖蓝A在海藻酸钠浆中的浓度-吸光度标准曲线。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明的测定染料在色浆中扩散性的模型，包括恒温金属浴装置4，恒温金属浴装置4的顶部设有保温盖2，保温盖2采用透明材料制成，恒温金属浴装置4内设有至少一个顶部敞口的圆柱形的容器1，容器1采用透明材料制成，所述容器1的底部设有取浆孔3，取浆孔3处设有堵头。

作为本发明的改进，上述容器1的侧壁上设有温度传感器探头6，容器1的半径为6.8mm，容器1的高为50mm。

作为本发明的进一步改进，上述取浆孔3位于所述容器1底部的中心。

作为本发明的进一步改进，上述温度传感器探头6有多个，多个温度传感器探头6自上而下间隔排列。

作为本发明的进一步改进，上述温度传感器探头6的数量为2—4个。

本发明的测定染料在色浆中扩散性的模型，其使用方法如下：

A、配制一定含固量的海藻酸钠原浆7，然后将定量原浆7置于一定规格的透明圆柱状形容器1中，静置1～24h，充分除去原浆7中残留气泡，使圆柱状容器1中原浆7上端面平整；

B、采用上述同种原浆，并加入一定量溶解染料配制成色浆5，然后在步骤A中圆柱体容器1内原浆7上端面，平整均匀地施加一层定量的、含待测染料的此色浆5；

C、将上述步骤B中含色浆5和原浆7的圆柱体容器1至于恒温金属浴装置4中，并密封后在温度为60℃～95℃条件下恒温处理1～5h，以完成染料在原浆7中的扩散；

D、扩散完成后，从透明圆柱形容器1底部的取浆孔3对经染料扩散的色浆取样0.5g，并将取样色浆用去离子水稀释至10ml，采用紫外-可见分光光度计测试待测染料最大吸收波长处的吸光度值；

E、依据标准工作曲线，可得出取样色浆中待测染料的浓度，并根据已知扩散前色浆浓度和色浆体积，扩散面积，扩散时间等因素，可计算出单位时间单位面积内色浆中染料扩散通过的摩尔数，即扩散速率。

上述步骤A中一定含固量率的海藻酸钠原浆，其含固量率为3～10% 。

上述步骤A中一定规格的透明圆柱状容器1，其规格为半径r=0.0068m，高l=0.05m，且下端带有可封闭的取样孔3。

上述步骤A、B中原浆与色浆的唯一区别在于是否含溶解染料。

上述步骤（A）中原浆中可以含有适量助剂，如甘油，尿素，硫酸铵，摩尔浓度分别为甘油7.0×10^-8mol·L^-1～5.0×10^-7mol·L^-1；尿素4.0×10^-7mol·L^-1～1.5×10^-6mol·L^-1；硫酸铵1.0×10^-7mol·L^-1～3.0×10^-7mol·L^-1。

上述步骤B中色浆含一定量溶解染料为酸性染料，其浓度为5.79×10^-3mol L^-1或4g· L^-1。

实施例1

称取6g海藻酸钠糊料，在搅拌条件下缓慢加入94ml去离子水中，制得含固量为6%的原浆备用。然后取上述密度为1.73g·ml^-1，体积为7.5ml的原浆,并加入经溶解好的酸性湖蓝A染料0.03g，搅拌均匀，制得含染料浓度为4g·L^-1的色浆备用。

参见附图1，取1.3g海藻酸钠原浆置于一规格为r=0.0068m，l=0.05m的透明圆柱状容器1中，然后静置2h，并充分除去原浆中残留气泡，使圆柱状容器1中原浆上端面平整。取上述色浆0.2g，平整均匀地施加于圆柱体容器1中的原浆上端面，然后将含色浆和原浆的圆柱体容器1置于恒温金属浴装置4中，参见附图2，并开始对实验原浆和色浆组合体进行快速升温。用温度记录器记录图1中三个不同位置处的温度，当各点温度都达到目标温度80℃后，染料的扩散实验开始并计时。记录和观察容器内酸性湖蓝A的扩散情况，至其扩散到容器1中圆柱形原浆的下端面时，所需时间为t。然后取出容器1，开启其底部的取样孔3进行取样。并将定量的取样经稀释后，在UV-1810型紫外-可见分光光度计上进行光谱测试，记录酸性湖蓝A最大吸收波长处的吸光度A_i。

参见附图3，用已知系列染料浓度的海藻酸钠色浆经稀释后测得的吸光度，得到其吸光度与染料浓度的标准工作曲线图，其吸光度-染料浓度的拟合方程为：

A=1.9350×C+0.0075 （1）

其中A是吸光度，C是酸性湖蓝A在海藻酸钠浆中的浓度，单位是g· L^-1。

然后，依据方程（1）和取样色浆测得的吸光度A_i，可计算得到取样色浆中的染料浓度为b g· L^-1。由已知扩散前施加的色浆中染料浓度为C₀=4 g· L^-1，取样色浆体积为V₀=2×10^-4L，透明柱体容器1的内截面积S=1.4375×10^-4m²，酸性湖蓝A的摩尔质量为M=690.80 gmol^-1，已知扩散时间为t=1.248×10⁴s,于是染料在海藻酸钠色浆中的扩散速率v，可依据下列公式计算：

(2)

按照上述实施方案中所述步骤及方法，酸性湖蓝A在80℃的海藻酸钠浆中的扩散速率为3.302×10^-8 mol/（m²·s）。

实施例2

按照实施例1中的方法，测定了酸性湖蓝A在95℃的海藻酸钠浆中的扩散性能。扩散时间为7.2×10³s，其它实验条件及步骤同实施例1。

在上述条件下实验测得酸性湖蓝A在95℃的海藻酸钠浆中的扩散速率为5.57×10^-8mol/（m²·s）。

实施例3

称取6g海藻酸钠糊料，在搅拌条件下缓慢加入94ml去离子水中，制得含固量为6%的空白浆，再取99g空白浆，加入1g甘油，搅拌均匀，得到甘油浓度为1.41×10^-7mol·L^-1的原浆备用。然后取上述原浆13g，加入酸性湖蓝A染料0.03g，搅拌均匀，制得含染料浓度为5.79×10^-3mol· L^-1、助剂甘油浓度为1.41×10^-7mol·L^-1的色浆备用。

按照实施例1中的方法测定酸性湖蓝A在90℃、助剂甘油浓度为1.41×10^-7mol·L^-1的海藻酸钠浆中的扩散性能。其它实验条件及步骤同实施例1。

实验测得酸性湖蓝A在90℃、助剂甘油浓度为1.41×10^-7mol·L^-1、扩散时间为t=7.8×10³s的海藻酸钠浆中的扩散速率为8.54×10^-8 mol/（m²·s）。

实施例4

按照实施例3中的方法，在扩散时间为7.2×10³s时测定了酸性湖蓝A在90℃、尿素浓度为6.49×10^-7 mol·L^-1的海藻酸钠浆中的扩散性能。其他实验条件及步骤同实施例1。

在上述条件下实验测得酸性湖蓝A在海藻酸钠浆中的扩散速率为1.244×10^-7mol/（m²·s）。

实施例5

按照实施例3中的方法，在扩散时间为5.8×10³s条件下，测定了酸性湖蓝A在90℃、硫酸铵浓度为1.48×10^-7 mol·L^-1的海藻酸钠浆中的扩散性能。其他实验条件及步骤同实施例1。

在上述条件下实验测得酸性湖蓝A在海藻酸钠浆中的扩散速率为1.061×10^-7mol/（m²·s）。

实施例6

称取5g海藻酸钠糊料，在搅拌条件下缓慢加入95ml去离子水中，制得含固量为5%的原浆备用。然后取上述原浆12.6g，加入酸性湖蓝A染料0.03g，搅拌均匀，制得含染料浓度为5.79×10^-3mol L^-1(或4 g· L^-1)的色浆备用。按照实施例1中的方法，测定了酸性湖蓝A在90℃上述海藻酸钠原浆中的扩散性能。扩散时间为1.8×10³s，其它实验条件及步骤同实施例1。

在上述条件下实验测得酸性湖蓝A在海藻酸钠浆中的扩散速率为2.13×10^-7 mol/（m²·s）。

实施例7

按照实施例3中的方法测定酸性湖蓝A在90℃、助剂甘油浓度为4.23×10^-7mol·L^-1、海藻酸钠含固率为6%的浆中的扩散性能。扩散时间为3.0×10³s，其它实验条件及步骤同实施例1。

在上述条件下实验测得酸性湖蓝A在海藻酸钠浆中的扩散速率4.67×10^-7 mol/（m²·s）。

实施例8

按照实施例3中的方法测定酸性湖蓝A在90℃、助剂硫酸铵浓度为2.95×10^-7mol·L^-1、海藻酸钠含固率为6%的原浆中的扩散性能。扩散时间为2.1×10³s，其它实验条件及步骤同实施例1。

实验测得酸性湖蓝A在90℃、助剂硫酸铵浓度为2.951×10^-7mol·L^-1、含固率为6%的海藻酸钠原浆中的扩散速率为7.43×10^-7 mol/（m²·s）。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.测定染料在色浆中扩散性的模型，其特征在于：包括恒温金属浴装置(4)，恒温金属浴装置(4)的顶部设有保温盖(2)，保温盖(2)采用透明材料制成，恒温金属浴装置(4)内设有至少一个顶部敞口的圆柱形的容器(1)，容器(1)采用透明材料制成，所述容器(1)的底部设有取浆孔(3)，取浆孔(3)处设有堵头；

所述容器(1)的侧壁上设有温度传感器探头(6)，容器(1)的半径为6.8mm，容器(1)的高为50mm。

2.根据权利要求1所述的测定染料在色浆中扩散性的模型，其特征在于：所述取浆孔(3)位于所述容器(1)底部的中心。

3.根据权利要求2所述的测定染料在色浆中扩散性的模型，其特征在于：所述温度传感器探头(6)有多个，多个温度传感器探头(6)自上而下间隔排列。

4.根据权利要求3所述的测定染料在色浆中扩散性的模型，其特征在于：所述温度传感器探头(6)的数量为2—4个。