Stima della concentrazione del colorante utilizzando Kubelka

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2019 (2023) Citare questo articolo

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Se si conosce la relazione tra la funzione di riflettanza (K/S) e la concentrazione del colorante (C), è possibile prevedere il colore del tessuto tinto (R∞) e C l'uno dall'altro. Nel presente lavoro, viene confrontato il valore di concentrazione stimato dai dati di riflettanza utilizzando due modelli riflettenti, ovvero Kubelka-Munk e Allen-Goldfinger. Innanzitutto, il modello Allen-Goldfinger è stato eseguito utilizzando il coefficiente di assorbimento dei coloranti nella fibra, ovvero i valori unitari k/s invece di quello nella soluzione. I risultati hanno mostrato che la sostituzione dell’unità k/s per il coefficiente di assorbimento di Beer-Lambert nel modello Allen-Goldfinger provoca un errore inferiore nella previsione del fattore di riflettanza spettrale e della concentrazione del colorante. Tuttavia, questo modello non ha portato a risultati migliori. Quindi, è stata utilizzata una forma inversa per stimare la concentrazione dei coloranti dalla corrispondente riflettanza spettrale. Di conseguenza, è stato osservato che il modello Kubelka-Munk è ancora un metodo più affidabile pur beneficiando di una maggiore semplicità rispetto al modello Allen-Goldfinger. L'analisi degli errori ha mostrato che i risultati dipendono profondamente da diversi fattori come l'intervallo di concentrazione applicato e il comportamento di adsorbimento spettrale del colorante.

Una delle tecniche di colorazione tessile è la tintura che può essere eseguita durante qualsiasi fase della produzione di prodotti tessili che assumono diverse forme fisiche come fibre sciolte, filati, stoppa, substrati superiori, tessuti, non tessuti, lavorati a maglia o indumenti1. Gli studi hanno dimostrato che quasi il 5% dei prodotti tessili deve essere tinto nuovamente per diversi motivi. Per ottenere un colore preciso per un prodotto tinto con la profondità e la tonalità desiderate, è necessario effettuare controlli nelle diverse fasi della tintura per ridurre al minimo gli errori di tintura2. Pertanto è fortemente consigliato effettuarlo nelle fasi iniziali del processo (bagno di tintura) e nella fase finale (prodotto tinto). Il controllo nel processo di tintura può essere effettuato sia in modalità discontinua (offline) che in linea. Al giorno d'oggi sono stati sviluppati diversi metodi per prevedere il comportamento della tintura e il suo controllo più preciso monitorando le variabili del bagno di tintura come le concentrazioni di colorante utilizzato. Questi metodi si basano sui principi chimico-fisici della tintura e sull'analisi del bagno di tintura e dei dati spettrofotometrici di assorbimento3,4,5,6,7,8. In tutti si è tentato di determinare l'esatto rapporto e la quantità dei componenti del bagno di tintura, in particolare la quantità di colorante o la concentrazione. L’importanza di determinare e controllare la concentrazione dei coloranti nel processo di tintura è dovuta a quanto segue5:

Colorante, la sostanza chimica più importante nel bagno di tintura.

Studio del comportamento dei coloranti nelle diverse condizioni di tintura.

Ottimizzazione del processo di tintura.

Determinazione dell'efficienza della macchina di tintura.

Controllo del processo di tintura.

Il processo di tintura e il controllo del processo nella tintura dei tessuti possono essere trovati in dettaglio nei libri di testo9,10,11 in modo che siano caratterizzati classicamente sulla base dell'analisi spettroscopica UV-visibile del bagno di tintura12. Di solito, la nota legge di Beer-Lambert mostrata nell’Eq. (1) viene utilizzato per determinare la concentrazione del colorante in soluzione e/o in fase solida, ovvero nelle fibre13,14,15,16.

dove \(\theta_{t}\) è la potenza radiante monocromatica trasmessa dal mezzo assorbente, \(\theta_{0}\) mostra la potenza radiante monocromatica incidente sul mezzo, \(\tau_{i}\) è la trasmittanza interna che è uguale a \(\frac{{\theta_{t} }}{{\theta_{0} }}\), \(\varepsilon\) e c dimostrano il coefficiente di assorbimento molare e la concentrazione del colorante, rispettivamente, e infine, b e A mostrano rispettivamente la lunghezza del percorso di assorbimento e l'assorbanza. La legge di Beer-Lambert potrebbe essere applicata a un mezzo completamente trasparente in forma gassosa, liquida o solida. Si possono riscontrare difficoltà con i materiali solidi, in particolare quando mostrano un certo grado di traslucenza. Il problema è critico nei materiali fibrosi, che presentano una grande riflessione superficiale e una notevole dispersione dei gusci. Inoltre, il lavoro analitico come l'estrazione del colorante dalla fibra e la misurazione della concentrazione del colorante in una fase solida è un lavoro noioso e dispendioso in termini di tempo. Sia la dissoluzione delle fibre che l'estrazione del colorante sono possibili quando si mirano i coloranti nelle fibre. Pertanto, è interessante sviluppare un metodo alternativo per determinare la concentrazione del colorante, soprattutto nella fase solida, partendo da metodi più semplici9,16.