染料系偏光片染料液中元明粉的浓度检测方法*

周文贤

(佛山纬达光电材料有限公司，广东　佛山　528136)



染料系偏光片染料液中元明粉的浓度检测方法*

周文贤

(佛山纬达光电材料有限公司，广东佛山528136)

为了在染料系偏光片生产过程中快速地检测染料液中的元明粉浓度含量，通过对硫酸钠溶液浓度-电导率数据进行曲线拟合，建立一次、二次函数关系模型，并分析两个模型在染料液硫酸钠浓度的测量值与真实值误差。结果表明采用一次函数关系模型检测染料液中硫酸钠浓度，可以实现快速、精确地检测染料液中的硫酸钠浓度，满足染色生产的要求。

染料系偏光片；染料液；元明粉；检测

染料系偏光片用二色性直接染料进行染色，由于染色液中的染料不易被PVA膜吸尽，生产后染料液中残留染料较多。用元明粉(又称芒硝、硫酸钠)作为促染助剂，可以促进染料与纤维结合，增加染料的上染率。PVA膜素子在达到相同染色效果时，可以大大减少染料的使用量，利于生产降低材料成本及具有较大的环保意义。元明粉作为促染助剂，随着染色连续生产过程时间不同，染料液中的元明粉含量不同。元明粉的含量除了影响染料的上染速率，还影响到染料系偏光片产品的耐候性能。因此，在染料系偏光片生产过程中，检测染料料中元明粉的含量对于产品性能的影响具有极大的重要意义。因此快速、准确的元明粉含量检测方法，成了亟待解决的问题。

对于元明粉的含量测试方法，GB/T6009-2003[1]中规定了无水硫酸钠中硫酸钠含量的测定方法，但在具体操作过程中，由于硫酸钡沉淀后过滤、洗涤、烘干、灰化、恒重等步骤耗时太长，无法不能及时为生产提供指导。王雁芬等[2]对硫酸钡沉淀法进行改进，通过在酸性条件加入氯化钡，但仍需3H的分析时间。钟国清[3]、董亦斌[4]用偶氮氯膦亚指示剂、攻瑰红酸钠试纸作为氯化钡滴定法的终点变色指示，操作较繁琐。甘盛等[5]用离子色谱法测定药中的硫酸根，因设备费用较高，在生产企业的普及性不强。马冬晨等[6]用电位滴定法测定水中的硫酸根，但在染料液中不同染料以及染料浓度的电位，将会影响了终点判断。刘博文[7]、江岚[8]采用电导率法测量染料液中的硫酸钠含量。该方法操作简单、耗时短，适用于生产过程中在线检测硫酸钠的浓度含量。

因此，本文通过检测不同浓度的硫酸钠溶液电导率，以及不同染料的染料液在不同硫酸钠浓度下的电导率，建立了染料液中硫酸钠浓度与电导率的一次、二次函数关系模型。因此，通过检测染料液的电导率，简易计算出染料液中元明粉的浓度含量。

1　实　验

1.1试剂、材料和仪器

无水硫酸钠(AR)，西陇化工。

紫色1直接染料(厂内代号)；紫色2直接染料(厂内代号)；蓝色8直接染料(厂内代号)；兰色6直接染料(厂内代号)。

CT-3031电导率仪，深圳市柯迪达电子有限公司；G&G JJ500电子称，美国双杰；烧杯；容量瓶；烧杯；样品瓶等。

1.2实验方法

楚合磊等[6]总结了国内外废橡胶与废塑料在制造阻尼材料方面的研究和应用的成果。分别介绍了废橡胶作为减震降噪的阻尼材料在工程和工业中的研究应用，废胶粉与废塑料共混改性型阻尼材料、树脂型废胶粉阻尼材料的研究应用。研究表明，废橡胶和废塑料制造阻尼材料用于生产实践,不仅可以起到减震降噪作用,而且能够节约资源,具有显著的环保效益，对于资源的可持续性发展具有重要意义。

1.2.1不同浓度的硫酸钠溶液配制及电导率检测

配制不同浓度的硫酸钠溶液。配制浓度为0.01%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.15%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的硫酸钠溶液，分别测其溶液的电导率。

1.2.2不同染料的硫酸钠染料液配制及电导率检测

配制不同染料、相同浓度的硫酸钠染料液。配制紫色1、紫色2、蓝色8、兰色6不同染料的染料液，染料浓度分别为0.1%、0.05%、0.01%、0.005%、0.001%。加入相同重量的硫酸钠，即硫酸钠浓度均为0.13%。分别测其染料液的电导率。

配制不同浓度的紫色1染料、不同浓度的硫酸钠染料液。配制紫色1染料液，紫色1染料浓度分别为0%、0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.006%、0.01%、0.02%，硫酸钠浓度分别为0.132%、0.124%、0.119%、0.114%、0.103%、0.09%、0.068%、0.13%。分别测其染料液的电导率。

1.2.3生产线染料液的电导率检测

从染料系偏光片生产线上，随机取100 mL的染料液，测其染料液电导率。

2　结果与讨论

在水溶液中所含无机酸、碱、盐的含量与其电导率有一定关系。在一定浓度范围内，溶液的含盐量与电导率呈正相关，即含盐量越高，电导率也越大。从图1可以看出，硫酸溶液浓度在0.01%～0.5%范围内，电导率随着硫酸钠溶液的浓度增加耐增加，电导率与硫酸钠浓度呈正相关关系。

图1　硫酸钠溶液浓度与电导率离散点

硫酸钠溶液浓度[C]-电导率ρ散点分布图近似线性关系，对两者呈现出线性关系，直接进行线性函数拟合。为了避免线性函数拟合误差增大，同时进行了一次函数、二次函数拟合，对比一次、二次函数的拟合曲线误差，以及两个拟合模型的预测值与实测值的偏差。

表1　硫酸钠溶液的浓度与电导率一次、二次函数关系模型拟合参数

从表1可以看出，硫酸钠溶液浓度在0.011%～0.5%范围内，硫酸钠的浓度与电导率拟合成一次、二次函数关系模型，其回归线的相关系数均≥0.998，响应因子的相对标准差≤2%。说明显著相关，曲线拟合度比较好。

从图2可以看出，在硫酸钠溶液浓度在0.011%～0.5%范围内，所拟合的一次、二次函数关系模型曲线图，两条曲线基本重合，说明一次、二次函数的曲线拟合均可以。

图2　硫酸钠溶液浓度与电导率一次、二次函数关系模型拟合图

2.2不同染料中硫酸钠浓度的测量结果

从图3可以看出，在不同染料的染料液中其硫酸钠浓度与染料液电导率离散点，落在硫酸钠溶液浓度[C]-电导率ρ拟合曲线上。染料液的染料浓度在0～0.1%范围内，硫酸钠浓度为0068%～0.13%时，在染料液中硫酸钠浓度[C]与电导率ρ之间的相关特性，符合硫酸钠溶液浓度[C]与电导率ρ的函数关系模型。因此，染料液中的硫酸钠浓度可以通过测量染料液电导率，根据浓度与电导率的函数关系模型，推算染料液中硫酸钠的浓度。

图3　不同染料的染料液硫酸钠浓度与电导率离散点

染料染料浓度/%硫酸钠浓度真实值/%电导率/(ms/cm)二次函数关系模型硫酸钠浓度预测值/%相对误差/%一次函数关系模型硫酸钠浓度预测值/%相对误差/%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

从表2可以看出，不同浓度的紫色1、紫色2染料液，硫酸钠浓度约为0.13%时，采用二次函数关系模型计算的硫酸钠浓度预测值，与真实值的最大相对误差为3.53%，采用一次函数关系模型计算的硫酸钠浓度预测值，与真实值的最大相对误差为2%。

表3　在不同蓝色染料液中硫酸钠的浓度真实值与电导率测量方法结果对比

从表3可以看出，不同浓度的蓝色8、兰色6染料液，硫酸钠浓度约为0.13%时，采用二次函数关系模型计算的硫酸钠浓度预测值，与真实值的最大相对误差为3.23%，采用一次函数关系模型计算的硫酸钠浓度预测值，与真实值的最大相对误差为1.69%。

从表4可以看出，不同浓度的硫酸钠在不同浓度的紫色1染料液中，采用二次函数关系模型计算的硫酸钠浓度预测量，与真实值的最大相对误差为2.05%。采用一次函数关系模型计算的硫酸钠浓度预测值，与真实值的最大相对误差为1.02%。

表4　在紫色1染料液中不同硫酸钠浓度真实值与电导率测量方法结果对比

通过分析不同条件下的染料液电导率，包括使用不同的染料、不同染料浓度、不同硫酸钠浓度，发现硫酸钠浓度可以一次或二次函数关系模型，且使用一次函数关系模型计算的硫酸钠浓度预测量，比二次函数相对误差更小，即更加接近真实值。一次函数关系模型最大的相对误差≤2%，达到仪器分析法最大允许相对偏差不得超过2%的要求。从上可知，通过[C]-ρ一次关系函数模型测量的染料液硫酸钠浓度，可以满足染色生产的要求。

对于生产员工的来说，采用一次函数关系模型比二次函数操作更加简易、方便。因此，染料液的硫酸钠浓度测量采用[C]-ρ的一次函数关系函数模型。

2.3生产线染料液的硫酸钠浓度测量结果

在生产线连续染色生产过程中，对染料液进行随机取样并检测其电导率，根据染料液中硫酸钠浓度-电导率的一次函数关系模型，计算出染料液中的硫酸钠浓度。

表5　生产线染料液的硫酸钠浓度的测量结果分析

从表5可知，随着连续染色生产进行，硫酸钠的浓度逐渐下降。从硫酸钠浓度下降的趋势来看，硫酸钠的浓度下降速度比较慢，对于不同染料的染料液，硫酸钠浓度的下降速度也不同；不同的生产速度下，硫酸钠浓度的下降速度也不同，相同的染料液下，生产速度越低，硫酸钠浓度变化越大。

由此可见，通过在线检测染色生产过程中的染料液电导率，可以快速、及时地反馈硫酸钠的浓度变化，为稳定生产工艺提供了明确的指导。

3　结　论

(1) 硫酸钠溶液浓度在0.011%～0.5%范围内，浓度与电导率离散点数据，拟合成的一次、二次函数关系模型，其回归线的相关系数均≥0.998，相关性显著，曲线拟合度比较好，两条拟合的曲线基本重合，说明这两种函数的拟合均可以。

(2) 分析不同条件下的染料液电导率，如不同的染料、不同染料浓度、不同硫酸钠浓度，发现采用一次函数关系模弄计算的硫酸钠浓度比二次函数相对误差更小，最大相对误差≤2%。采用一次函数关系模型检测染料液中的硫酸钠浓度，可以满足染色生产的要求。本检测方法操作简易、准确，可以在线快速测量染料液的硫酸钠浓度，为稳定生产工艺提供了明确的指导。

[1]天津化工研究设计院,南风化工集团股份有限公司,四川省川眉芒硝有限公司责任公司,等.GB/T 6009-2003工业无水硫酸钠[S].GB国家标准.中国:中国标准出版,2004:2-3.

[2]王雁芬,陈红娟.元明粉中硫酸钠含量的快速测定[J].云南化工,2012,39(5):51-52.

[3]钟国清.芒硝中硫酸钠含量的快速测定[J].无机盐工业,2001,33(4):43-45.

[4]董亦斌.玫瑰红酸钠试纸作外指示剂-氯化钡滴定法测定水中硫酸根[J].冶金分析,2013,33(4):61-63.

[5]甘盛,施晓光,韩婷,等.离子色谱法测定药用芒硝中硫酸钠含量[J].中国药业,2012,21(44):39-41.

[7]刘博文.染色废水中元明粉浓度的软测量模型[J].印染,2006,(18):37-38.

[8]汪岚,金福江,常向真.元明粉质量浓度与电导率曲线模型分析[J].纺织学报,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

佛山市科技发展专项项目(2011AA100255)。

周文贤(1983-)，女，中级化工工程师，研究方向：新产品开发。

TB34, TQ619.6

B

1001-9677(2016)07-0130-04