4. Các loại thuốc nhuộm cụ thể
1.10. bền của thuốc nhuộm trong hồ in
Chỉ tiêu này được xác định bằng khoảng thời gian ổn định (tính theo ngày hoặc theo giờ) của các loại hồ in. Sự ổn định kể từ khi bắt đầu pha chế thuốc nhuộm vào hồ in cho
đến khi tính chất lên màu và định vị thuốc nhuộm trên vật liệu bắt đầu bị giảm đi.
1.11. Độ nhạy của thuốc nhuộm với một số ion kim loại nặng
Chỉ tiêu này xác định điều kiện nhuộm cũng như yêu cầu khi pha chế dung dịch nhuộm. Đánh giá chỉ tiêu này theo các cấp qui định sau khi nhuộm so sánh mẫu trong điều kiện có muối kim loại nặng (đồng, sắt, crôm) và điều kiện không có chúng.
1.12. Khả năng di tản thuốc nhuộm
Tính chất này đặc trưng cho sự dây màu từ vật liệu nhuộm sang vật liệu trắng khi xử
lý trong cùng dung dịch, có nghĩa là thuốc nhuộm có khả năng di chuyển từ vật liệu nhuộm ra dung dịch trong khi nhuộm. Chỉ tiêu này được xác định bằng sự sai khác về
cường độ màu của vải nhuộm và vải trắng dây màu sau khi xử lý chúng trong cùng dung dịch. Đánh giá chỉ tiêu này bằng cấp màn qui định hoặc bằng phần trăm lượng thuốc nhuộm dây từ vải màu sang vải trắng.
1.13. Mức độ sử dụng thuốc nhuộm
Chỉ tiêu này đặc trưng cho hiệu quả sử dụng thuốc nhuộm khi nhuộm và in. Nó được
đánh giá bằng tỷ lệ lượng thuốc nhuộm đã được bắt màu trên vật liệu với lượng thuốc nhuộm cần sử dụng trong đơn nhuộm và in.
1.14. Mức độ giặt sạch thuốc nhuộm
Sau khi nhuộm và in, những phần thuốc nhuộm không được định vị trên vật liệu sẽ
phải giặt sạch. Mức độ dễ giặt sạch càng cao thì độ bền màu với gia công ướt trong quá trình sử dụng sau này càng cao.
1.15. Độ nhạy của màu thuốc nhuộm với các chế phẩm hoàn tất
Tính chất này đặc trưng cho những loại thuốc nhuộm có khả năng tăng độ bền màu khi tiến hành cầm màu sau khi nhuộm hoặc gia công với các chế phẩm hoàn tất để tăng
giá trị sử dụng. Ảnh hưởng này được đánh giá bằng sự so sánh cường độ màu, ánh màu, trước và sau khi gia công.
1.16. Độ bền màu
Đây là một trong những tính chất quan trọng nhất của thuốc nhuộm, nó xác định phương pháp nhuộm cũng như công dụng của mỗi thuốc nhuộm. Độ bền màu được chia làm hai loại:
1- Độ bền màu công nghệ là chỉ tiêu bền màu trong các quá trình gia công tiếp theo sau nhuộm;
2- Độ bền màu sử dụng là chỉ tiêu bền màu dưới tác dụng của các điều kiện sử dụng như: giặt, là, cọ xát, mồ hôi, ánh sáng, thời tiết v.v. Về nguyên tắc, hai chỉ tiêu trên không có sự khác biệt, vì đó là tất tả các tác nhân hoá lý tác dụng lên vật liệu nhuộm trong quá trình sản xuất và sử dụng.
2. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG THUỐC NHUỘM
Phương pháp phân tích định lượng thuốc nhuộm rất có ý nghĩa khoa học cũng như
trong sản xuất. Định lượng thuốc nhuộm trong dạng bột thành phẩm, trong dung dịch, trong bột nhão, huyền phù hay trên vật liệu nhuộm màu đều rất cần thiết để đánh giá chất lượng thuốc nhuộm, để thiết lập các qui trình công nghệ nhuộm phù hợp, để nghiên cứu cơ chế nhuộm và đểđánh giá độ bền màu của thuốc nhuộm.
Trong sản xuất thuốc nhuộm, việc phân tích định lượng là cần hiết để khống chế
nồng độ chất màu trong thuốc nhuộm sản phẩm. Bởi vì hầu hết các thuốc nhuộm xuất xưởng không phải là thuốc nhuộm thuần khiết mà chúng thường bị pha loãng bởi các chất phụ trợ khác nhằm làm tăng tính chất sử dụng của thuốc nhuộm. Trong việc sử dụng thuốc nhuộm, phân tích định lượng cũng quan trọng để khống chế nồng độ thuốc nhuộm trong quá trình nhuộm, để kiểm tra chất lượng sản phẩm nhuộm và đặc biệt nó phục vụ cho quá trình tựđộng hoá trong sản xuất. Với nội dung trên, phân tích định lượng có nhiều phương pháp.
2.1. Xác đinh nồng độ thuốc nhuộm bằng phương pháp nhuộm so sánh
Phương pháp này được sử dụng khi đã có mẫu chuẩn để so sánh đối chứng. Mỗi loại thuốc nhuộm được thử với cùng loại vật liệu nhuộm và tiến hành trong cùng điều kiện với các màu nhạt, trung bình và đậm. Ngoài ra, có thể nhuộm thêm hai mẫu với giới hạn nồng
độ trên và dưới (tỷ lệ tăng giảm từ 5 - 10% so với hàm lượng thuốc nhuộm tối ưu theo chỉ
dẫn). Riêng đối với các màu vàng, cần phải cho thêm một lượng thuốc nhuộm màu xanh lam để tăng cường độ màu và dễ so sánh. Lượng thuốc nhuộm màu xanh chỉ được lấy không cao hơn 20% so với thuốc nhuộm màu vàng và cần thống nhất trong tất cả các thí nghiệm. Sử dụng nước cất để pha thuốc nhuộm và các hoá chất khác. Các điều kiện thí nghiệm như: tỷ lệ giữa dung dịch nhuộm và khối lượng mẫu (mođun); nhiệt độ, thời gian và qui trình thao tác phải thực hiện giống nhau cho tất cả các mẫu thí nghiệm. Các bước thí nghiệm cụ thể như sau.
2.1.1. Chuẩn bị dung dịch nhuộm
Các chất rắn cân với độ chính xác 0,01g, các chất lỏng đong với độ chính xác 0,1 ml. Đối với hầu hết các loại thuốc nhuộm màu thí nghiệm được dùng 0,5 - 1 g, riêng thuốc nhuộm lưu huỳnh dùng 2,5 g. Thuốc nhuộm được hoà tan trong bình định mức (loại 500
ml), nhiệt độ hoà tan của từng loại thuốc nhuộm có khác nhau: thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính (nhóm nhuộm nóng) hoà tan ở nhiệt độ 80 - 90oC; thuốc nhuộm hoạt tính nhóm ấm hoà tan ở nhiệt độ 40 - 50oC. Thuốc nhuộm hoàn nguyên và thuốc nhuộm lưu huỳnh chỉ được khử và hoà tan trước khi thí nghiệm nhuộm. Tất cả các dung dịch thuốc nhuộm cần được kiểm tra độ hoà tan bằng cách nhỏ giọt dung dịch thuốc nhuộm lên giấy lọc.
2.1.2. Chuẩn bị mẫu vật liệu nhuộm
Có thể nhuộm sợi, nhuộm vải dệt thoi, vải dệt kim v.v. Chất liệu mẫu lựa chọn sao cho phù hợp với phạm vi sử dụng của thuốc nhuộm.
Các mẫu vải sợi bông, lanh, vixco phải qua xử lý làm sạch ở điều kiện sản xuất và có độ mao dẫn 10 cm/h. Mẫu thí nghiệm cân với khối lượng không nhỏ hơn 5 g.
Mẫu vải, sợi len, len pha phải được làm sạch ở điều kiện sản xuất nhưng cần gia công thêm trong dung dịch gồm: chất hoạt động bề mặt 2 g/l ở nhiệt độ 80oC, thời gian 30 ph, mođun 40. Sau đó giặt nóng giặt lạnh. Tơ tằm sau khi đã qua xử lý làm sạch ở điều kiện sản xuất cũng phải xử lý thêm trong dung dịch: NH4OH 25%; 3 m/l, natri hexametaphotphat: 2 g/l, nhiệt độ 50oC, thời gian 20 ph, sau đó giặt nóng rồi giặt lạnh.
Các mẫu len và tơ tằm chỉ cân với khối lượng không nhỏ hơn 2 g. Nếu các mẫu sợi thì phải cuộn vào đũa thủy tinh hình chữ U.
2.1.3. Nhuộm mẫu
Trước khi nhuộm các mẫu vải hoặc sợi phải được thấm nước đều và vắt đến lượng
ẩm 120 - 150% (tức là 1 g vải đem theo 1,5 - 2 g nước). Cho mẫu ngập trong dung dịch nhuộm và trong 15 ph đầu phải khuấy đảo liên tục, sau đó giảm dần 3 - 4 ph khuấy một lần, không được để mẫu vải nổi lên trên dung dịch. Nhiệt độ nhuộm và thời gian nhuộm cho từng loại thuốc nhuộm thực hiện theo các chỉ dẫn cụ thể. Kết thúc mẫu nhuộm đầu, nước lưu được giữ lại rồi bổ sung nước đến mức cũ và nhuộm tiếp mẫu sau (lượng vật liệu lấy giảm đi 5 lần so với lần trước). Các điều kiện nhuộm giữ nguyên cho tất cả các lần thí nghiệm. Các mẫu nhuộm được giặt sạch và sấy khô ở nhiệt độ không quá 70 - 80oC.
2.1.4. Đánh giá kết quả nhuộm mẫu
Các mẫu nhuộm sau khi sấy khô được giữ trong bóng tối ít nhất 2 h rồi đem so sánh và chỉ sử dụng các mẫu nhuộm đều màu không bị loang. Việc quan sát so sánh được thực hiện trong ánh sáng tự nhiên hoặc dưới ánh sáng đèn nêon, không dùng đèn màu ở nơi thí nghiệm. Đèn chiếu sáng vào mẫu vải phải đặt cách bề mặt mẫu 50 cm và nghiêng một góc 40 - 50o. Hướng quan sát phải vuông góc với bề mật mẫu nhuộm. Các mẫu vải phải để
cùng trên mặt phẳng và cùng chiều sợi như nhau. Để tránh bị lóa khi quan sát cần xếp các mẫu thành 2 - 4 lớp, và thay đổi chỗ của các mẫu 2 - 3 lần.
Đối với các mẫu sợi phải cuộn chúng lại với nhau thành các con sợi có bề dày ít nhất 15 mm ở trạng thái tự do và dễ chải. Các con sợi được xếp song song với nhau, đổi chỗ
cho nhau ba lần để so sánh, lần cuối cùng xếp một phần của con sợi này lên giữa hai đầu của con sợi kia và quan sát. Kết quả đánh giá trong các lần quan sát cho phép sai số nhỏ
hơn 5%. Để xác định nồng độ và ánh màu của thuốc nhuộm cần phải tính cả các mẫu nhuộm trong nước lưu. Phương pháp xác định nồng độ thuốc nhuộm bằng cách so sánh sẽ
chỉ cho kết quả tương đối và chỉ thực hiện được khi người làm thí nghiệm đã có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực này.
2.2. Phương pháp quang trắc phổ
Cơ sở của phương pháp này là dựa trên tính chất hấp thụ ánh sáng có chọn lọc của thuốc nhuộm trong vùng quang phổ thấy được (có bước sóng λ = 400 - 760 nm). Mỗi thuốc nhuộm tương ứng với một dạng đường cong hấp thụ nhất định, dựa vào đường cong
đó mà thiết lập phương pháp phân tích định lượng và định tính thuốc nhuộm. Định tính thể hiện màu sắc và độ thuần sắc của mỗi thuốc nhuộm. Định lượng thuốc nhuộm chỉ có thểđược xác định theo định luật Lambert Bera:
Dλ = lg
I Io
= ελ.C.l
trong đó: Io - cường độ ánh sáng trước khi đi qua dung dịch; I - cường độ ánh sáng sau khi
đi qua dung dịch; Dλ - cho trước; ελ - hệ số phân tử hấp thụ; C - nồng độ của dung dịch thuốc nhuộm (mol/l, mg/l, %); l - bề dày của lớp dung dịch.
Khi đo được D, biết C, l sẽ xác định được hệ số phân tử hấp thụ:
ε =
l. C
D
trong đó: D - mật độ quang học ởđiểm hấp thu cực đại.
Khi hai thuốc nhuộm: mẫu thử và mẫu chuẩn đồng nhất thì chúng sẽ có hệ số phân tử hấp thụ giống nhau: εc = εt = t t t l. C D = c c c l. C D → Ct = c t t c c D . l D . l. C
So sánh Dc (của dung dịch thuốc nhuộm chuẩn) và Dt (của dung dịch mẫu thử) sẽ
cho phép tính được nồng độ thuốc nhuộm của mẫu thử Ct. Khi xác định được Ct sẽ tính
được hàm lượng chất màu thực trong thuốc nhuộm. Độ chính xác của phương pháp còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó phương pháp pha dung dịch thuốc nhuộm cần đặc biệt lưu ý.
Để pha dung dịch thuốc nhuộm: việc đầu tiên cần tính toán là lựa chọn nồng độ dung dịch thuốc nhuộm tối ưu. Để có được nồng độ đó, trước tiên cần pha dung dịch thuốc nhuộm với nồng độ 0,05 g/l, rồi đo mật độ quang học của dung dịch ở bước sóng cực đại λmax. Nồng độ tối ưu sẽ được tính toán theo công thức:
G = max D 10 . 05 , 0 . 1 , g/l
trong đó: 1- mật độ quang học cho trước cực đại; 0,05 - nồng độ dung dịch thuốc nhuộm, g/l; 10 - hệ số pha loãng dung dịch, g/l; Dmax - mật độ quang học đo được.
Biết được G, cân lượng thuốc nhuộm tối ưu pha trong một lít nước. Sau đó lấy 10 ml dung dịch thuốc nhuộm pha loãng vào bình định mức 100 ml (hệ số pha loãng là 10). Nếu
ở nhiệt độ thường thuốc nhuộm hoà tan chưa tốt thì cần phải đun dung dịch thuốc nhuộm
đến 80 - 90oC.
Những thuốc nhuộm không hoà tan trong nước phải sử dụng các dung môi khác như
cồn, benzen, piriđin, H2SO4 hoặc phải thêm vào dung dịch các chất trợ khác như: chất hoạt động bề mặt Na2CO3, NH4OH v.v. Trong mọi trường hợp cần có được dung dịch thuốc nhuộm không đục, trong suốt, không chứa tạp chất. Việc đo mật độ quang học được thực hiện ngay sau khi pha dung dịch thuốc nhuộm (trừ khi có chỉ dẫn thì mới pha trước).
Để đảm bảo chính xác cần phải đo mật độ quang học của các mẫu trong cùng một
điều kiện: kích thước hình dạng, chất liệu của cốc đo (cuvet) phải hoàn toàn giống nhau và có bề dày 1 cm. Trước khi đo cần kiểm tra và điều chỉnh các thang chỉnh bước sóng cũng như thang chỉ mật độ quang học. Những thuốc nhuộm kém bền với ánh sáng thì khi pha dung dịch cũng như khi đo cần tránh tiếp xúc với ánh sáng. Những thuốc nhuộm có khả
năng hấp phụ lên thạch anh hoặc thủy tinh thì trước khi thí nghiệm cần ngâm rửa các cuvet trong dung dịch thuốc nhuộm. Nếu thuốc nhuộm nhạy thay đổi theo môi trường thì cần ổn định trị số pH của môi trường trong quá trình đo bằng các dung dịch đệm. Máy quang trắc phổ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ 18 - 25oC. Đầu tiên cho dòng ánh sáng
đi qua cuvet chứa dung môi, sau đó qua cuvet chứa dung dịch thuốc nhuộm. Với khoảng bước sóng 400 - 760 nm sẽ thực hiện đo mật độ quang học sau mỗi đoạn 20 nm. Riêng ở
những điểm uốn và điểm cực đại sẽ phải đo nhiều hơn, phải đo cách đoạn 10 nm hoặc ngắn hơn để có được nhiều điểm cực trị và điểm uốn rõ ràng. Mỗi mẫu thuốc nhuộm cần pha ba loại dung dịch có nồng độ khác nhau nhưng sai số khi đo mật độ quang học (trung bình của ba lần đo) không được vượt quá giới hạn cho phép. Thông thường D sai số không vượt quá 0,01; nếu lớn hơn 0,04 thì phép đo không hợp lý. Sai số trung bình được tính toán như sau:
Với mỗi bước sóng λ xác định, đo được các giá trị D; giá trị trung bình:
Dtb =
n D
Σ
trong đó giá trị n - số lượng điểm phổđo được cho mỗi loại dung dịch thuốc nhuộm. Giá trị sai số tuyệt đối của mật độ quang học Δi = Dtb − Di, i là số dung dịch được pha ra đểđo.
Giá trị sai số trung bình:
Δitb =
n i
Σ
trong đó không lấy các điểm có D < 0,2.
Từ các giá trị thu được xây dựng đồ thị có trục hoành là bước sóng (10 mm tương
ứng 20 nm) và trục tung là mật độ quang học trung bình Dtb ( 10 mm tương ứng 0,1 đơn vị
D). Khi đó nồng độ dung dịch thuốc nhuộm được tính theo nồng độ dung dịch mẫu chuẩn:
Ct =
a b
100%
trong đó: a - tổng trục tung của mật độ quang học của mẫu chuẩn; b - tổng trục tung của mật độ quang học mẫu thử.
Với những thuốc nhuộm có khả năng hấp thụ chọn lọc thì đường cong của chúng có các điểm cực đại rõ rệt, trong tính toán chỉ cộng những giá trị ở giữa hai điểm cực đại và trong khoảng λ = 30 nm. Đặc biệt đối với những thuốc nhuộm có độ thuần khiết cao, có thể tính nồng độ theo kết quảđo trong phạm vi bước sóng hẹp và cộng tất cả các điểm trục tung trên đường cong chỉ trừ những điểm có D < 0,2.
Các thuốc nhuộm có đường cong với các điểm cực đại không rõ rệt (thuốc nhuộm màu ghi, màu đen, màu gạch, màu ôliu...) thì phải tính nồng độ theo tất cả các điểm của các phổ.
Các sai số tính toán nồng độ của mẫu thử so với mẫu chuẩn cho phép ở các giới hạn sau:
Δitb sai số nồng độ cho phép %
0,005 - 0,01 ±2
0,011 - 0,02 ±3
0,021 - 0,03 ±4
0,031 - 0,04 ±5
Dựa vào đường cong hấp thụ trên đồ thị còn có thể tính toán mức độ sai khác về ánh màu giữa mẫu thử và mẫu chuẩn. Với mỗi bước sóng tương ứng trên đồ thị có thể tính
được hiệu số mật độ quang học q1 = Dc1 − Dt1