摘要:為了提高染料強度評價的精準(zhǔn)性，對國內(nèi)外染料強度評價的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。區(qū)分了中外關(guān)于染料強度的相關(guān)術(shù)語，剖析了中外標(biāo)準(zhǔn)推薦的各種方法的實質(zhì)，并給予簡潔的名稱以方便描述，如主觀法、儀器法、K/S法，簡化Integ法、SWL法、SUM法、WSUM法(雙簡Integ法)，以及僅能作為補充方法的簡便快捷的吸光度法，分析了各種方法的異同、適用性、難點和問題，以及可能的解決方案，為探求更精準(zhǔn)的染料強度評價方法和標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

　　關(guān)鍵詞:染料;染料強度;顏色深度;標(biāo)準(zhǔn)深度;K/S

　　染料強度是指染料對其他材料的賦色能力，通常用某一染料相對于其標(biāo)準(zhǔn)品的賦色能力表征，又稱染料的相對強度(relativestrengthofdye/colorant，或relativecolorstrength)，俗稱染料力份。染料強度是染料的重要評價指標(biāo)之一，在染料的染色、印花效果研究[1-2]，纖維、織物的染色性能研究[3-4]以及染整工藝研究[5]等方面均需要染料強度。因此，只有準(zhǔn)確地測定染料強度，才能生產(chǎn)高質(zhì)量的染料以及高效率地利用染料。根據(jù)《GB/T6687-2006染料名詞術(shù)語》[6]，染料的相對強度，通稱染料的強度，表示某染料賦予被染物顏色的能力相對于染料標(biāo)樣賦色能力的比例;通常用染得相等深度顏色時，染料標(biāo)樣與試樣的用量之比，以百分?jǐn)?shù)形式表示。

　　可見，染料強度可通過染色深度和染料用量來評價。關(guān)于染料強度的評價，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和方法有所不同。1國內(nèi)染料強度的評價標(biāo)準(zhǔn)和方法國內(nèi)評價染料強度的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個:一是《GB/T6688-2008染料相對強度和色差的測定儀器法》，適用于儀器法評價所有非熒光染料的強度[7];二是《GB/T2374-2017染料染色測定的一般條件規(guī)定》[8]，除采用GB/T6688的儀器法之外，亦提供了一種主觀評價法。

　　1.1GB/T6688的儀器法

　　首先采用樣品染料和標(biāo)準(zhǔn)染料按照標(biāo)準(zhǔn)要求制備色樣并進(jìn)行測定，將試樣和標(biāo)樣的染色深度根據(jù)GB/T4841.3-2006中的1/3標(biāo)準(zhǔn)深度進(jìn)行調(diào)控，使兩者的顏色深度盡量接近，其差別不應(yīng)大于10%，否則，應(yīng)調(diào)整試樣或標(biāo)樣的染色濃度重新制備染樣，使其顏色深度盡可能地接近。然后按照下述兩種方法計算染料強度。

　　1.1.1K/S的計算方法

　　K/S的計算方法，本文簡稱K/S法，其實質(zhì)是將試樣與標(biāo)樣的顏色深度調(diào)節(jié)到1/3標(biāo)準(zhǔn)深度附近，且相差不大于10%，然后測試、計算試樣與標(biāo)樣的單位濃度K/S之比，用分(或%)表示，如公式(1)～(3)所示。ST=100f2/f1(1)f=(K/S)max/C(2)K/S=(1-R∞)2/2R∞(3)式中:ST———染料相對強度，分(或%);f2———單位染色濃度的試樣在最大吸收波長下的Kubelka-Munk函數(shù)值;f1———單位染色濃度的標(biāo)樣在最大吸收波長下的Kubelka-Munk函數(shù)值;(K/S)max———染樣在最大吸收波長下的Kubelka-Munk函數(shù)值;C———染色濃度;R∞———完全不透明體的反射率。

　　K/S法適用于試樣與標(biāo)樣之間目測具有相同或接近色光且最大吸收波長相同的情況，不適用于拼混染料、具有兩個以上吸收峰或沒有明顯的吸收峰的染料、以及試樣與標(biāo)樣之間雖目測具有相同的色光但反射曲線具有不同最大吸收波長的情況(同色異譜)。

　　1.1.2基于積分的K/S和偽三刺激值的計算方法

　　該方法的實質(zhì)是通過調(diào)節(jié)染色濃度，使試樣和標(biāo)樣的偽三刺激值之和I(K/S的權(quán)重和，又稱得色深度)相等(I1=I2)，然后求標(biāo)樣與試樣的染色濃度之比，如公式(4)～(6)所示。F(λ)=(1-R∞(λ))22R∞(λ)-(1-R��∞(λ))22R��∞(λ)(4)I=∑700λ=400SD65(λ)F(λ)(x10(λ)+y10(λ)+z10(λ))Δλ(5)ST=C1C2×100(6)式中:F(λ)———試樣在某一波長下的KubelkaMunk函數(shù)值;R∞(λ)———染樣在波長λ下的反射率;R��∞(λ)———空白樣在波長下的反射率。

　　I———染樣的偽三刺激值之和;SD65(λ)———CIE推薦D65標(biāo)準(zhǔn)照明體光譜能量分布;x10(λ)，y10(λ)，z10(λ)———CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者配色函數(shù);Δλ———波長間隔。ST———染料相對強度，分(或%);C1———標(biāo)樣的染色濃度;C2———試樣的染色濃度。這里的I值類似于Integ顏色深度，Integ計算公式中F比I的F多考慮了表面反射率R0，如公式(7)所示。因此，本文簡稱該方法為簡化Integ法。F(λ)=[1-(R∞(λ)-R0)]22(R∞(λ)-R0)-[1-(R��∞(λ)-R0)]22(R��∞(λ)-R0)(7)計算時，如果試樣與標(biāo)樣的偽三刺激值之和不等，即I1≠I2，那么必須通過逼近法迭代計算，利用理論上改變樣品的染色濃度，使試樣和標(biāo)樣的偽三刺激值之和最終達(dá)到相等(I1=I2)，然后再用方程(6)求出染料樣品的相對強度。簡化Integ法適用于求取染料相對強度的一切情況，但也需要將試樣和標(biāo)樣調(diào)整至1/3標(biāo)準(zhǔn)深度，制樣相對困難。

　　1.2GB/T2374的主觀法

　　GB/T2387-2013、GB/T2378-2012、GB/T2394-2013等約20項染料(如反應(yīng)染料、酸性染料、分散染料、還原染料等)的色光和強度測定標(biāo)準(zhǔn)，均采用GB/T6688和GB/T2374，表1給出部分示例。GB/T2374-2007已被GB/T2374-2017標(biāo)準(zhǔn)取代，其中，7.1.1.4染料強度目視評定中以目視染得相等顏色深度時，試樣和標(biāo)樣用量的百分比表示，計算方法同公式(6)。

　　此外，該標(biāo)準(zhǔn)建議，測定染料強度時，染色深度既要滿足分檔清晰易于評定，又要適當(dāng)降低操作誤差，因此顏色深度一般在 SANDCOLORATION第58卷第6期GB/T2374-2007已被GB/T2374-2017標(biāo)準(zhǔn)取代，其中，7.1.1.4染料強度目視評定中以目視染得相等顏色深度時，試樣和標(biāo)樣用量的百分比表示，計算方法同公式(6)。此外，該標(biāo)準(zhǔn)建議，測定染料強度時，染色深度既要滿足分檔清晰易于評定，又要適當(dāng)降低操作誤差，因此顏色深度一般在GB/T4841.1和GB/T4841.3規(guī)定的1/3～1/1標(biāo)準(zhǔn)深度之間為宜。對于藏青色和黑色染料，選擇染色深度時還應(yīng)考慮保證能反映出染料的真實顏色。

　　1.3國標(biāo)三種方法的比較

　　將國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的主觀法、K/S法與簡化Integ法進(jìn)行對比，并分析其難點和評價精度。此外，還有一些問題，其中GB/T2387-2013規(guī)定染色濃度為2%～4%(o.w.f.)，若1/3標(biāo)準(zhǔn)深度在此范圍之外該如何處理;GB/T6688的1/3標(biāo)準(zhǔn)深度無疑是增加了制樣的難度，為什么要染至1/3標(biāo)準(zhǔn)深度;想了解其他深度時染料的相對強度是否也可以采用此方法。

　　2國外染料強度的測試標(biāo)準(zhǔn)與方法

　　國外定義colorstrength為染料對其他材料的賦色能力[15]，以colorstrengthvalue(顏色強度值)表征，類似于中國標(biāo)準(zhǔn)的得色深度，相當(dāng)于染料的絕對強度。定義染料的相對強度(relativecolorstrength，或者relativestrengthofdye)為標(biāo)樣和試樣顏色強度值的比值，其中，將標(biāo)準(zhǔn)染料的相對強度視為100%。

　　2.1K/S權(quán)重和的方法

　　與中國標(biāo)準(zhǔn)類似，最初，國外在計算相對染料強度時，也是先將試樣和標(biāo)樣調(diào)至相同的顏色深度，再通過計算試樣和標(biāo)樣染料用量的比值得出相對染料強度，如公式(6)所示。WernerBaumann等人認(rèn)為將試樣和標(biāo)樣調(diào)至相同的深度存在一定的困難，因此他們推薦借助Kubelka-Munk方程的K/S(見公式(3))作為顏色強度值(colorstrengthvalue，類似顏色深度)計算染料的相對強度[15]。然而由于直接采用K/S計算時，在光譜區(qū)域兩端會出現(xiàn)與視覺評判的沖突，因此，他們推薦采用以標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值為權(quán)重的K/S和作為顏色強度值，提出了公式(8)，染料強度即可通過計算試樣和標(biāo)樣的單位濃度的顏色強度值得到。

　　2.2美國AATCC標(biāo)準(zhǔn)方法

　　美國AATCCEP-62008InstrumentalColorMeasurement標(biāo)準(zhǔn)推薦了4種方法計算顏色強度值，即:SWL、SUM、WSUM和TSVSTR[16]，然后利用公式(9)計算染料的相對強度。為方便描述，本文稱之為SWL法、SUM法、WSUM法和TSVSTR法。SWL、SUM、WSUM可通過反射率或透射率計算，公式(10)～公式(12)所示為利用反射率計算，透射率的計算方法類似。TSVSTR是以三刺激值(X、Y、Z)的Y值直接表征顏色強度值，該方法僅在一些紡織工廠粗略使用，不適合于科學(xué)研究。 可見，不管采用國際標(biāo)準(zhǔn)還是國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，評價染料強度都非常繁瑣，并且不同方法所得結(jié)果不一致甚至相互矛盾。為此，有人創(chuàng)新出不用染色的溶液法，但是溶液法僅適用于部分染料，不適用于明顯不同吸收曲線和光致變色的染料，僅能作為染料強度評價的補充方法。

　　3染料強度評價的補充方法———溶液法(吸光度法)

　　溶液法，也叫吸光度法，它通過測定染液的吸光度計算染料強度，省去了染色過程，更為快速和便捷。但是此方法僅適用于透明、無顆粒、不散光、符合朗伯-比爾定律且染色過程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的染液[18]，如分散染料、活性染料和陽離子染料等[19-20];并且要求測試樣品和標(biāo)準(zhǔn)品在光譜可見區(qū)應(yīng)具有相同或相似的吸收曲線[18]。

　　因此，文獻(xiàn)[18]指出，溶劑法只能是一種補充方法(supplementarymethod)，并且必須經(jīng)過傳統(tǒng)染色法證明可行才能使用。這也容易理解，因為染料在溶液中的呈色性能與其對著色物的上染性能之間還存在一定的差異。中國標(biāo)準(zhǔn)推薦了GB/T27594-2011分散染料原染料相對強度的測定分光光度法，其實質(zhì)是吸光度法，即通過配制標(biāo)樣懸浮液和試樣懸浮液，測試兩者的吸光度，然后以試樣的單位濃度吸光度對標(biāo)樣的單位濃度吸光度的百分比表示(干品染料)。對于潮品染料，需要再乘以原染料含固量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

　　該標(biāo)準(zhǔn)命名為分光光度法欠妥，因為前述第1和第2部分的染色法也都采用分光光度儀測試染品的分光反射率，因此，將這種方法命名為溶液法或者吸光度法更恰當(dāng)。剛頒布的GB/T39824-2021溶液中染料相對強度的測定[21]，標(biāo)準(zhǔn)名字就更準(zhǔn)確，它是對國際標(biāo)準(zhǔn)ISO105-Z10[22]做了稍許改進(jìn)，兩種方式的實質(zhì)相同。相關(guān)研究認(rèn)為此類方法雖便捷、快速，但測試結(jié)果不夠精準(zhǔn)，建議僅作為參考使用[23]。

　　4總結(jié)

　　染料強度對于染料研發(fā)生產(chǎn)及其著色加工極其重要，現(xiàn)有染料強度評價方法已不能滿足高質(zhì)量發(fā)展的需求，本文對國內(nèi)外主要染料強度評價標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行系統(tǒng)地研究，為遴選、改進(jìn)和創(chuàng)新發(fā)展染料強度評價方法和標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

　　(1)關(guān)于概念:理論上，染料強度有絕對強度和相對強度，但絕對強度無法直接表征，實際應(yīng)用中采用染料的相對強度即可解決問題。因此，在國內(nèi)，為了簡潔表達(dá)和方便使用，常將染料的相對強度簡稱為染料強度。在美國等英文國家，采用colorstrength表示染料的絕對強度，用colorstrengthvalue表征colorstrength，并間接地采用了具有染色深度含義的一些指標(biāo)表征，如K/S、SWL、SUM、WSUM等;使用relativecolorstrength或者relativestrengthofdye表示染料的相對強度。因此，中英互譯時要注意，中文的染料強度不能翻譯成colorstrength。

　　(2)關(guān)于標(biāo)準(zhǔn):中國標(biāo)準(zhǔn)評價染料強度有主觀法和儀器法，本文分析儀器法中2種算法的實質(zhì)，分別簡稱之為“K/S法”和“簡化Integ法”。美國標(biāo)準(zhǔn)同時采用染料強度值和染料濃度計算染料的相對強度，為染料強度值的求解提供4種方法，本文分別簡稱之為SWL法、SUM法、WSUM法和TSVSTR法，其中WSUM法的實質(zhì)是“雙簡化Integ法”。此外，中國標(biāo)準(zhǔn)、美國AATCC標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)都提供了一種溶液法(吸光度法)，用于測定溶液中染料的相對強度;該方法不用染色，簡便快捷，但僅能做參考使用。

　　(3)難點:中國標(biāo)準(zhǔn)的儀器法需要將顏色深度調(diào)整到1/3標(biāo)準(zhǔn)深度且標(biāo)樣與試樣相差不超過10%，主觀法需要將顏色深度調(diào)整到1/3～1/1標(biāo)準(zhǔn)深度，這在實際操作中很難執(zhí)行而常被忽略，因為標(biāo)準(zhǔn)深度的主觀評價缺乏標(biāo)準(zhǔn)色樣，客觀評價缺少標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，而在實際應(yīng)用中又需要獲知染料在更大濃度范圍的強度。美國AATCC標(biāo)準(zhǔn)提供了4種方法，雖然它對濃度和染色深度沒有明確的規(guī)定，但是相關(guān)文獻(xiàn)亦說明其色樣的反射率在10%～25%之間時效果最好，不在此范圍可進(jìn)行一些修正或制備多濃度梯度樣品求平均值，以降低誤差。

　　(4)問題:現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法的測試精度不夠高。染料強度是染料性能表征的重要指標(biāo)，決定染料品質(zhì)和價值，精準(zhǔn)地計算和表征染料強度對染料和紡織染整行業(yè)具有重要的意義。國內(nèi)外染料強度的計算方法雖多，但大都是基于KubelkaúMunk公式進(jìn)行計算。K/S值僅在低濃度時與染料濃度呈線性關(guān)系，致使國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中試樣和標(biāo)樣染至1/3標(biāo)準(zhǔn)深度存在困難。國外標(biāo)準(zhǔn)雖對染色深度沒有要求，但仍有研究表明它對較淺的色樣(反射率在10%～25%之間)的計算效果更好，這也許是國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定染制1/3顏色深度色樣的原因。

　　(5)解決方案:隨著顏色科學(xué)的不斷發(fā)展，一些計算結(jié)果精準(zhǔn)、適用范圍廣泛的色深表征公式被提出，顏色科學(xué)領(lǐng)域的新成果、新技術(shù)或許能提供解決方案。本課題組也基于前期研究的Yangn公式嘗試了一種新的染料強度評價方法，操作簡單方便，精度也明顯高于傳統(tǒng)方法，后續(xù)將進(jìn)行更多的應(yīng)用檢驗。隨著生態(tài)發(fā)展、環(huán)保要求和科技進(jìn)步，越來越多的新型生物染料、改性的纖維和織物被研究出，與之密切相關(guān)的染料強度的評價方法和精度也亟待改進(jìn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]ABATEMT，ZHOUYY，GUANJP，etal.ColourationandbioactivationofpolyesterfabricwithcurcumininsupercriticalCO2:PartⅡ-Effectofdyeconcentrationonthecolourandfunctionalproperties[J].TheJournalofSupercriticalFluids，2020，157:104703.

　　[2]CHAKVATTANATHAMK，PHATTANARUDEES，KIATKAMJORNWONGS.Anionicallysurface-modifiedpigment/binderinkjetinksforsilkfabricprinting[J].PigmentandResinTechnology，2010，39(6):327-341.

　　[3]TAWFIKTM，EL-MASRYAMA.PreparationofChitosanNanoparticlesanditsUtilizationasNovelPowerfulEnhancerforBothDyeingPropertiesandAntimicrobialActivityofCottonFabrics[J].BiointerfaceResearchinAppliedChemistry，2021，11(5):13652-13666.

　　[4]MORRISM，YEXP，DOONACJ.SoybeanOilandNonthermalPlasmaPretreatmenttoDyePara-AramidWovenFabricswithDisperseDyeUsingaGlycerol-BasedDyeBath[J].JournaloftheAmericanOilChemists'Society，2021，98(4):463-473.

　　[5]PRANSILPP，PRUETTIPHAPM，BHANTHUMNAVINW，etal.Surfacemodificationofcottonfabricsbygasplasmasforcolorstrengthandadhesionbyinkjetinkprinting[J].AppliedSurfaceScience，2016，364:.208-220.

　　[6]中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會.染料名詞術(shù)語:GB/T6687-2006[S].2006.

　　[7]中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會.染料相對強度和色差的測定儀器法:GB/T6688-2008[S].2008.

　　[8]中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會.染料染色測定的一般條件規(guī)定:GB/T2374-2017[S].2017.

　　作者：張靖晶1楊紅英1謝宛姿2楊志暉1齊夢園1馮諾亞1