染料系偏光片染料液中元明粉的濃度檢測方法*

周文賢

(佛山緯達(dá)光電材料有限公司，廣東　佛山　528136)

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染料系偏光片染料液中元明粉的濃度檢測方法*

周文賢

(佛山緯達(dá)光電材料有限公司，廣東佛山528136)

為了在染料系偏光片生產(chǎn)過程中快速地檢測染料液中的元明粉濃度含量，通過對硫酸鈉溶液濃度-電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，建立一次、二次函數(shù)關(guān)系模型，并分析兩個(gè)模型在染料液硫酸鈉濃度的測量值與真實(shí)值誤差。結(jié)果表明采用一次函數(shù)關(guān)系模型檢測染料液中硫酸鈉濃度，可以實(shí)現(xiàn)快速、精確地檢測染料液中的硫酸鈉濃度，滿足染色生產(chǎn)的要求。

染料系偏光片；染料液；元明粉；檢測

染料系偏光片用二色性直接染料進(jìn)行染色，由于染色液中的染料不易被PVA膜吸盡，生產(chǎn)后染料液中殘留染料較多。用元明粉(又稱芒硝、硫酸鈉)作為促染助劑，可以促進(jìn)染料與纖維結(jié)合，增加染料的上染率。PVA膜素子在達(dá)到相同染色效果時(shí)，可以大大減少染料的使用量，利于生產(chǎn)降低材料成本及具有較大的環(huán)保意義。元明粉作為促染助劑，隨著染色連續(xù)生產(chǎn)過程時(shí)間不同，染料液中的元明粉含量不同。元明粉的含量除了影響染料的上染速率，還影響到染料系偏光片產(chǎn)品的耐候性能。因此，在染料系偏光片生產(chǎn)過程中，檢測染料料中元明粉的含量對于產(chǎn)品性能的影響具有極大的重要意義。因此快速、準(zhǔn)確的元明粉含量檢測方法，成了亟待解決的問題。

對于元明粉的含量測試方法，GB/T6009-2003[1]中規(guī)定了無水硫酸鈉中硫酸鈉含量的測定方法，但在具體操作過程中，由于硫酸鋇沉淀后過濾、洗滌、烘干、灰化、恒重等步驟耗時(shí)太長，無法不能及時(shí)為生產(chǎn)提供指導(dǎo)。王雁芬等[2]對硫酸鋇沉淀法進(jìn)行改進(jìn)，通過在酸性條件加入氯化鋇，但仍需3H的分析時(shí)間。鐘國清[3]、董亦斌[4]用偶氮氯膦亞指示劑、攻瑰紅酸鈉試紙作為氯化鋇滴定法的終點(diǎn)變色指示，操作較繁瑣。甘盛等[5]用離子色譜法測定藥中的硫酸根，因設(shè)備費(fèi)用較高，在生產(chǎn)企業(yè)的普及性不強(qiáng)。馬冬晨等[6]用電位滴定法測定水中的硫酸根，但在染料液中不同染料以及染料濃度的電位，將會(huì)影響了終點(diǎn)判斷。劉博文[7]、江嵐[8]采用電導(dǎo)率法測量染料液中的硫酸鈉含量。該方法操作簡單、耗時(shí)短，適用于生產(chǎn)過程中在線檢測硫酸鈉的濃度含量。

因此，本文通過檢測不同濃度的硫酸鈉溶液電導(dǎo)率，以及不同染料的染料液在不同硫酸鈉濃度下的電導(dǎo)率，建立了染料液中硫酸鈉濃度與電導(dǎo)率的一次、二次函數(shù)關(guān)系模型。因此，通過檢測染料液的電導(dǎo)率，簡易計(jì)算出染料液中元明粉的濃度含量。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1試劑、材料和儀器

無水硫酸鈉(AR)，西隴化工。

紫色1直接染料(廠內(nèi)代號)；紫色2直接染料(廠內(nèi)代號)；藍(lán)色8直接染料(廠內(nèi)代號)；蘭色6直接染料(廠內(nèi)代號)。

CT-3031電導(dǎo)率儀，深圳市柯迪達(dá)電子有限公司；G&G JJ500電子稱，美國雙杰；燒杯；容量瓶；燒杯；樣品瓶等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

楚合磊等[6]總結(jié)了國內(nèi)外廢橡膠與廢塑料在制造阻尼材料方面的研究和應(yīng)用的成果。分別介紹了廢橡膠作為減震降噪的阻尼材料在工程和工業(yè)中的研究應(yīng)用，廢膠粉與廢塑料共混改性型阻尼材料、樹脂型廢膠粉阻尼材料的研究應(yīng)用。研究表明，廢橡膠和廢塑料制造阻尼材料用于生產(chǎn)實(shí)踐,不僅可以起到減震降噪作用,而且能夠節(jié)約資源,具有顯著的環(huán)保效益，對于資源的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

1.2.1不同濃度的硫酸鈉溶液配制及電導(dǎo)率檢測

配制不同濃度的硫酸鈉溶液。配制濃度為0.01%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.15%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的硫酸鈉溶液，分別測其溶液的電導(dǎo)率。

1.2.2不同染料的硫酸鈉染料液配制及電導(dǎo)率檢測

配制不同染料、相同濃度的硫酸鈉染料液。配制紫色1、紫色2、藍(lán)色8、蘭色6不同染料的染料液，染料濃度分別為0.1%、0.05%、0.01%、0.005%、0.001%。加入相同重量的硫酸鈉，即硫酸鈉濃度均為0.13%。分別測其染料液的電導(dǎo)率。

配制不同濃度的紫色1染料、不同濃度的硫酸鈉染料液。配制紫色1染料液，紫色1染料濃度分別為0%、0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.006%、0.01%、0.02%，硫酸鈉濃度分別為0.132%、0.124%、0.119%、0.114%、0.103%、0.09%、0.068%、0.13%。分別測其染料液的電導(dǎo)率。

1.2.3生產(chǎn)線染料液的電導(dǎo)率檢測

從染料系偏光片生產(chǎn)線上，隨機(jī)取100 mL的染料液，測其染料液電導(dǎo)率。

2　結(jié)果與討論

在水溶液中所含無機(jī)酸、堿、鹽的含量與其電導(dǎo)率有一定關(guān)系。在一定濃度范圍內(nèi)，溶液的含鹽量與電導(dǎo)率呈正相關(guān)，即含鹽量越高，電導(dǎo)率也越大。從圖1可以看出，硫酸溶液濃度在0.01%～0.5%范圍內(nèi)，電導(dǎo)率隨著硫酸鈉溶液的濃度增加耐增加，電導(dǎo)率與硫酸鈉濃度呈正相關(guān)關(guān)系。

圖1　硫酸鈉溶液濃度與電導(dǎo)率離散點(diǎn)

硫酸鈉溶液濃度[C]-電導(dǎo)率ρ散點(diǎn)分布圖近似線性關(guān)系，對兩者呈現(xiàn)出線性關(guān)系，直接進(jìn)行線性函數(shù)擬合。為了避免線性函數(shù)擬合誤差增大，同時(shí)進(jìn)行了一次函數(shù)、二次函數(shù)擬合，對比一次、二次函數(shù)的擬合曲線誤差，以及兩個(gè)擬合模型的預(yù)測值與實(shí)測值的偏差。

表1　硫酸鈉溶液的濃度與電導(dǎo)率一次、二次函數(shù)關(guān)系模型擬合參數(shù)

從表1可以看出，硫酸鈉溶液濃度在0.011%～0.5%范圍內(nèi)，硫酸鈉的濃度與電導(dǎo)率擬合成一次、二次函數(shù)關(guān)系模型，其回歸線的相關(guān)系數(shù)均≥0.998，響應(yīng)因子的相對標(biāo)準(zhǔn)差≤2%。說明顯著相關(guān)，曲線擬合度比較好。

從圖2可以看出，在硫酸鈉溶液濃度在0.011%～0.5%范圍內(nèi)，所擬合的一次、二次函數(shù)關(guān)系模型曲線圖，兩條曲線基本重合，說明一次、二次函數(shù)的曲線擬合均可以。

圖2　硫酸鈉溶液濃度與電導(dǎo)率一次、二次函數(shù)關(guān)系模型擬合圖

2.2不同染料中硫酸鈉濃度的測量結(jié)果

從圖3可以看出，在不同染料的染料液中其硫酸鈉濃度與染料液電導(dǎo)率離散點(diǎn)，落在硫酸鈉溶液濃度[C]-電導(dǎo)率ρ擬合曲線上。染料液的染料濃度在0～0.1%范圍內(nèi)，硫酸鈉濃度為0068%～0.13%時(shí)，在染料液中硫酸鈉濃度[C]與電導(dǎo)率ρ之間的相關(guān)特性，符合硫酸鈉溶液濃度[C]與電導(dǎo)率ρ的函數(shù)關(guān)系模型。因此，染料液中的硫酸鈉濃度可以通過測量染料液電導(dǎo)率，根據(jù)濃度與電導(dǎo)率的函數(shù)關(guān)系模型，推算染料液中硫酸鈉的濃度。

圖3　不同染料的染料液硫酸鈉濃度與電導(dǎo)率離散點(diǎn)

染料染料濃度/%硫酸鈉濃度真實(shí)值/%電導(dǎo)率/(ms/cm)二次函數(shù)關(guān)系模型硫酸鈉濃度預(yù)測值/%相對誤差/%一次函數(shù)關(guān)系模型硫酸鈉濃度預(yù)測值/%相對誤差/%紫色10.1070.1311.820.1273.10.1291.550.0540.131.810.1262.920.1281.370.0170.131.810.1262.880.1281.330.0050.131.820.1272.260.1290.690.0010.131.80.1253.530.1272.00紫色20.1100.1311.830.1282.390.130.830.0550.131.810.1263.060.1281.510.0100.131.820.1272.480.1290.920.0050.131.830.1281.700.1130.120.0010.1311.830.1282.160.130.58

從表2可以看出，不同濃度的紫色1、紫色2染料液，硫酸鈉濃度約為0.13%時(shí)，采用二次函數(shù)關(guān)系模型計(jì)算的硫酸鈉濃度預(yù)測值，與真實(shí)值的最大相對誤差為3.53%，采用一次函數(shù)關(guān)系模型計(jì)算的硫酸鈉濃度預(yù)測值，與真實(shí)值的最大相對誤差為2%。

表3　在不同藍(lán)色染料液中硫酸鈉的濃度真實(shí)值與電導(dǎo)率測量方法結(jié)果對比

從表3可以看出，不同濃度的藍(lán)色8、蘭色6染料液，硫酸鈉濃度約為0.13%時(shí)，采用二次函數(shù)關(guān)系模型計(jì)算的硫酸鈉濃度預(yù)測值，與真實(shí)值的最大相對誤差為3.23%，采用一次函數(shù)關(guān)系模型計(jì)算的硫酸鈉濃度預(yù)測值，與真實(shí)值的最大相對誤差為1.69%。

從表4可以看出，不同濃度的硫酸鈉在不同濃度的紫色1染料液中，采用二次函數(shù)關(guān)系模型計(jì)算的硫酸鈉濃度預(yù)測量，與真實(shí)值的最大相對誤差為2.05%。采用一次函數(shù)關(guān)系模型計(jì)算的硫酸鈉濃度預(yù)測值，與真實(shí)值的最大相對誤差為1.02%。

表4　在紫色1染料液中不同硫酸鈉濃度真實(shí)值與電導(dǎo)率測量方法結(jié)果對比

通過分析不同條件下的染料液電導(dǎo)率，包括使用不同的染料、不同染料濃度、不同硫酸鈉濃度，發(fā)現(xiàn)硫酸鈉濃度可以一次或二次函數(shù)關(guān)系模型，且使用一次函數(shù)關(guān)系模型計(jì)算的硫酸鈉濃度預(yù)測量，比二次函數(shù)相對誤差更小，即更加接近真實(shí)值。一次函數(shù)關(guān)系模型最大的相對誤差≤2%，達(dá)到儀器分析法最大允許相對偏差不得超過2%的要求。從上可知，通過[C]-ρ一次關(guān)系函數(shù)模型測量的染料液硫酸鈉濃度，可以滿足染色生產(chǎn)的要求。

對于生產(chǎn)員工的來說，采用一次函數(shù)關(guān)系模型比二次函數(shù)操作更加簡易、方便。因此，染料液的硫酸鈉濃度測量采用[C]-ρ的一次函數(shù)關(guān)系函數(shù)模型。

2.3生產(chǎn)線染料液的硫酸鈉濃度測量結(jié)果

在生產(chǎn)線連續(xù)染色生產(chǎn)過程中，對染料液進(jìn)行隨機(jī)取樣并檢測其電導(dǎo)率，根據(jù)染料液中硫酸鈉濃度-電導(dǎo)率的一次函數(shù)關(guān)系模型，計(jì)算出染料液中的硫酸鈉濃度。

表5　生產(chǎn)線染料液的硫酸鈉濃度的測量結(jié)果分析

從表5可知，隨著連續(xù)染色生產(chǎn)進(jìn)行，硫酸鈉的濃度逐漸下降。從硫酸鈉濃度下降的趨勢來看，硫酸鈉的濃度下降速度比較慢，對于不同染料的染料液，硫酸鈉濃度的下降速度也不同；不同的生產(chǎn)速度下，硫酸鈉濃度的下降速度也不同，相同的染料液下，生產(chǎn)速度越低，硫酸鈉濃度變化越大。

由此可見，通過在線檢測染色生產(chǎn)過程中的染料液電導(dǎo)率，可以快速、及時(shí)地反饋硫酸鈉的濃度變化，為穩(wěn)定生產(chǎn)工藝提供了明確的指導(dǎo)。

3　結(jié)　論

(1) 硫酸鈉溶液濃度在0.011%～0.5%范圍內(nèi)，濃度與電導(dǎo)率離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，擬合成的一次、二次函數(shù)關(guān)系模型，其回歸線的相關(guān)系數(shù)均≥0.998，相關(guān)性顯著，曲線擬合度比較好，兩條擬合的曲線基本重合，說明這兩種函數(shù)的擬合均可以。

(2) 分析不同條件下的染料液電導(dǎo)率，如不同的染料、不同染料濃度、不同硫酸鈉濃度，發(fā)現(xiàn)采用一次函數(shù)關(guān)系模弄計(jì)算的硫酸鈉濃度比二次函數(shù)相對誤差更小，最大相對誤差≤2%。采用一次函數(shù)關(guān)系模型檢測染料液中的硫酸鈉濃度，可以滿足染色生產(chǎn)的要求。本檢測方法操作簡易、準(zhǔn)確，可以在線快速測量染料液的硫酸鈉濃度，為穩(wěn)定生產(chǎn)工藝提供了明確的指導(dǎo)。

[1]天津化工研究設(shè)計(jì)院,南風(fēng)化工集團(tuán)股份有限公司,四川省川眉芒硝有限公司責(zé)任公司,等.GB/T 6009-2003工業(yè)無水硫酸鈉[S].GB國家標(biāo)準(zhǔn).中國:中國標(biāo)準(zhǔn)出版,2004:2-3.

[2]王雁芬,陳紅娟.元明粉中硫酸鈉含量的快速測定[J].云南化工,2012,39(5):51-52.

[3]鐘國清.芒硝中硫酸鈉含量的快速測定[J].無機(jī)鹽工業(yè),2001,33(4):43-45.

[4]董亦斌.玫瑰紅酸鈉試紙作外指示劑-氯化鋇滴定法測定水中硫酸根[J].冶金分析,2013,33(4):61-63.

[5]甘盛,施曉光,韓婷,等.離子色譜法測定藥用芒硝中硫酸鈉含量[J].中國藥業(yè),2012,21(44):39-41.

[7]劉博文.染色廢水中元明粉濃度的軟測量模型[J].印染,2006,(18):37-38.

[8]汪嵐,金福江,常向真.元明粉質(zhì)量濃度與電導(dǎo)率曲線模型分析[J].紡織學(xué)報(bào),2006,27(12):55-58.

Measurement Method for Sodium Sulfate Concentration in Dye Solution of Dye Polarizer*

ZHOUWen-xian

(WINDA Opto-Electronic Co., Ltd., Guangdong Foshan 528136, China)

The sodium sulfate concentration from dye solution can be detected on line quickly in dye polarizer production. A kind method was proposed. The experiment date between concentration and conductivity of sodium sulfate solution was fitted with cure. Two function model relation concentration to conductivity, linear function model and nonlinear function model, was introduced, respectively. The two function model relative error between measured value and true value was discussed. The results showed that the concentration of sodium sulfate in the dye solution can be measured quickly and accurately by using one functional relationship model, so the method met the requirement of dye polarizer production.

dye polarizer; dye solution; sodium sulfate; measuring

佛山市科技發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目(2011AA100255)。

周文賢(1983-)，女，中級化工工程師，研究方向：新產(chǎn)品開發(fā)。

TB34, TQ619.6

B

1001-9677(2016)07-0130-04