（材料学专业论文）真丝绸连缸染色计算机测配色技术研究.pdf

摘要 纺织品连缸染色技术，具有现代化的科学水平，该技术具有节能、节水、节 工时的优点，可降低真丝绸的染色成本，同时可减少污水排放量，利于环保，对 生态平衡具有深远意义。应用于生产上，不但能降低产品回修率，稳定产品质量， 而且能节约大量的染化料、助剂和能源，对提高我国丝绸面料在国际上的竞争力 具有深远意义。 论文在对真丝绸结构特点和染色理论进行分析基础上，主要对连缸染色技术 进行了深入探讨。连缸染色技术是近年来发展起来的一种染色新技术，该技术的 特点是：将染色后的染料残液，补足计算量的染料、助剂和水后，再进行染色， 使缸与缸之间的色差达到3 4 级。连缸染色的关键问题是染色残液中染化料和 助剂的补加量的计算。论文通过大量实验，建立了适用于柔性智能计算技术的单 色染料和拼混染料数据库。实验表明，使用该数据库数据所得计算结果与实际浓 度吻合非常好，单染料数据的平均精度为o 2 1 7 ，相关系数达到o 9 9 9 以上； 混合染料数据的平均精度为o 5 1 8 ，相关系数火部分仍达到0 9 9 9 以上。 在染色工艺方面进行了连缸染色小样实验，结果表明，使用本软件包数据 库的计算结果，一次性补加染料及助剂后，单染料连缸与原缸染色绸之间的色差 均达到4 5 级；多染料拼混配色后的连缸染色绸与原缸染色绸之间的色差保持 在3 4 级以上。己符合实际生产的质量要求。 论文在染料数据库的基础上，又对染料的配伍性问题进行了初步的探讨。研 究了染料的上染率和不同染料之问的相互作用，发现有的染料之间具有相互促染 性，有的则表现为相互阻染，这表明拼混染料的吸收曲线并不是单染料的简单叠 加，不能用一般的刚性模型来处理。同时，论文还研究了同一染料在不同浓度时 的上染率，发现染料的上染率随浓度的增加先上升，后下降。这说明，染料在真 丝绸上的上染，有一个饱和上染率的问题，不同染料的饱和上染率不同。 本课题为国家“十五”攻关项目计算机智能方法研究真丝绸连缶i 染色测配 色技术的一部分，目前该项目已通过国家鉴定，并达到了国际先进水平。 关键词：真丝绸：连缸染色：数据库；上染率 a b s t r a c t t h et e c h n o i o g y0 ft e x l i l e sd y e i n gj ns u c c e s s i v ev a t sh a sm o d e m i z e d s c i e n t i f i c i e v e i s i lc a nn o to n f yr e d u c et h ec o n s u m p t i o n0 fe n e r g y ，w a t e r ， m a n t i m e ，b u ta i s 0r e d u c et h ed y e i n gc o s to fi h er e a ls i l k ，a tt h es a m et i m e ，c a n r e d u c et h ee m j s s i o n0 fs e w a g e ，b e n e f i te nv j r o n m e n l a ip r o t e c t i o n ，h a v e f a 卜r e a c h l n gm e a n l n g st 0t h ee c o l o g i c a ib a i a n c e a p p i yt h i sp r o d u c t i o n ，c a n r e d u c et h er a t eo fr e d y e i n gp r o d u c t s ，s t a b i i j z ep r o d u c t sq u a i j t y ，a n dc a ns a v e d y e i n ga n dm e | l i n gm a t e r i a i ，a u x 川a r ya n dai a r g ea m o u n t0 fe n e r g y h a v e f a 卜r e a c h j n gm e a n i n g si ni m p r 0 v i n gt h es u n 裔c ef a b cj n t e m a i i o n a ic o m p e t i t i o n 0 fs j | ko fo u rc o u n t 吖 1 nt h i sa r t j c i e ，w ed i s c u s s e dt h ed y e i n gj ns u c c e s s i v ev a l s 1 tj sak i n do fn e w d y e i n gt e c h n 0 i o g yd e v e l o p e d i nr e c e n ty e a r s t h ec h a r a c t e r i s t i c0 ft h i s t e c h n o i o g yi s ：f i l l l n gt h ed y e s t u 仟s ，a s s i s t a n t sa n dw a t e rt h a tc a l c u i a t eq u a n t 谴y oi n c o m p l e t el i q u i do fd y e s t u f f sa f t e rd y e i n g ，t h e nk e e po nd y e i n g t h ec o l o u r d j f f e r e n c e9 fi o i t i a lv a t sa n ds u c c e s s i v ev a t sc a ns t a yj n3 4g r a d e s ，t h ek e y p r o b f e mo ft h i st e c h n 0 i o g yl sh o wt 0f i l i i n gt h ed y e s t u 仟s ，a s s i s l a n t sa n dw a t e r ， w h i c hc a i c u l a t eq u a n t 时，t o ；n c o m p l e t ei i q u i do fd y e s t u f sa f t e rd y e i n g h a v e e s t a b i i s h e dt h em o n o c h r o m a t i cd y e s t u f f sa n dm i x e dd y e s t u f f sd a t a b a s ew h i c h w a ss u | t a b i ef o rt h ei n t e i i e c t u a ic o m p u t i n gt e c h n o l o g yo ff l e x i b i i t yt h r o u g ha i a r g en u m b e ro fe x p e r l m e n t si nt h e s i s e x p e r i m e n ti n d i c a t e ，u s et h sd a t a b a s e d a t a t h er e s u | l0 fb e t w e e nc a i c uj a t e dd e n s i t yt oa c t u a id e n s i t yi si d e n t l c a l t h e p r e c i s i o no fm o n o c h r o m a t i cd y e s l u f f si s0 2 17 ，a n dt h ep r e c i s i o no fm i x e d d y e s t u f f sj so 5 18 ，t h ec d r r e i a t i o nc o e f 厅c j e n to ft h e mr e a c h e do v e r0 9 9 9 i nl h ec r a f to fd y e i n g w eh a 、，et h eg a i l e yp r d o fe x p e m e n t t h er e s u i t i n d l c a t e s ，u s et h er e s u l to fc a l c u l a t i o no f0 u rs o f t w a r e ，a d dd y e s t u f f sa n d a s s i s t a n t s0 n c e0 n j y ，t h ec o i o u rd e v i a t i o nt 0d y es i l kf a b r i cr e a c h4 一g r a d e s t h ec o l o u rd e v i a l j o no ft h em i x e dd y e s f u 仟sc a nr e a c h3 4g r a d e s q u a l i t y r e q u i r e m e n l0 fp r o d u c t i o nh a v ea i r e a d yc o r r e s p o n d e dt or e a i i t y o ni h eb a s i so fd y e s t u f f sd a t a b a s e ，t h et h e s i sh a v ec a r r j e d0 nt h e p r e l i m i n a r yd i s c u s s i o nt ot h ec o m p a t j b i l i l yq u e s t i o no ft h ed y e s i u 仟s h a v e s t u d i e dt h ed y e u p t a k eo ft h em o n o c h r o m a t i cd y e s t u 仟sa n dt h ei n t e r a c t l o no f t h ed i 仟e r e n td y e s t u 忏s ，f l n dt h a tu r g e sd y e i n gn a t u r ee a c h0 t h e rb e t w e e ns o m e d y e s t u f f s s o m ea r es h o w na sh i n d e r e dd y e i n ge a c ho t h e r ，w h i c hi n d j c a t e a b s o r p t i o no fm j x e dd y e s t u f t sc u r v ec a n fd e a lw i t ht h eg e n e 阳i g i d j l ym o d e i m e a n w h 订e ，t h e s i ss t u d ym o n o c h r o m a l i cd y e s t u f f sd y e u p l a k ea td i 仟e r e n t d e n s i t y ，订n dt h ed y e u p t a k eo ft h ed y e s t u f f s s e sw i l ht h ei n c r e a s eo ft h e d e n s i t y 啊r s t a n dt h e nd r o p t h i sp r o v e s ，t h ed y e s t u 仟s ，w h i c hd y e do nl h er e a l s i i k ，h a sq u e s t i o no fas a t u r a t i o nd y e u p t a k e ，t h es a t u r a t i o nd y e u p f a k eo f d i f e r e n td y e s l u f f si sd i 何色r e n t t h i ss u b j e dj s “l h et e n l h 稍v e - y e a r p i a n ”b r a i n s t o m lp r o j e c t s ” ，t h j sp 几d j e c th a sa j r e a d yp a s s e d c o u n t r yq u a i i 靠c a t j o na tp r e s e n t r e a c ht h ei n t e m a t i o n a im o s ta d v a n c e dl e v e i k e y w o r d s ： r e ajs i i k d y e j n gi ns u c c e s s i v e v a t ，d a t a b a s e d y e u p t a k e i l 浙江理工大学硕七学位论文 第一章绪论 我国素以“丝绸之国”著称于世，是丝绸业的发源地，早在2 0 0 0 多年以前 的黄帝时代，我国黄河流域的人们就由采集野蚕茧发展到采用饲养家蚕的方法取 丝。到了商代，丝织技术已成熟，织机也出现率了提花装置。从西周到战国，桑 蚕、丝绸的生产已经遍及全国，花色品种也丰富多彩，除了帛、素、锦、绣、彩 之外，还出现了缦、绨、缟、纱、绮等十多个品种，制作工艺发展到了一定水平。 可以说，丝绸是中华民族贡献给人类的一颗璀璨明珠。 1 1 论文研究的背景和意义 1 1 1 我国丝绸印染业现状 我国是世界上最大的丝绸生产国和出口国，生产的丝绸7 0 以上用于出口。 中国生丝占世界产量的7 0 和出口量的8 5 左右，绸缎出口量占世界出口量的 4 0 以上，在世界丝绸贸易中占主导地位并享有盛誉。 我国丝绸产量虽然在国际上处于领先地位，但是，由于我国真丝绸所用原料 品种、规格不够多样化，特别是印染、后整理质量水平不高，致使目前我国丝绸 产品在国际茧丝绸产业格局中所处的地位依然不尽如人意，主要生产加工中、低 档产品，出口附加值很低，创汇率为韩国产品的4 0 ，仅及意大利产品的8 。 国家茧丝绸行业“十五”规划亦指出，我国还只是一个丝绸生产大国，而不 是丝绸强国。我国加入世贸组织后，纺织业得到迅速发展，市场和消费观念 发生了转变，国际丝绸贸易和消费格局的变化，世界丝绸业科技、生产中心正在 逐步向中l 翌转移。多品种、小批量、高质量、快交货已成为纺织行业生产的一大 特点。因此，时间就是效益，能否适应这一特点，将意味着一个企业能否在激烈 的竞争中立足，而在整个纺彭 行业中，染整加工是关键，其在很大程度上决定着 纺织产品的质量和交货期。为了能更好的适应这一特点必须加强技术力量瞳 因此，为了提高我国丝绸产业的国际地位，变丝绸大国为丝绸强国，我们应 当从我国实际出发，努力提升我国丝绸产品质量。其中印染业作为丝绸产业的前 端，对整个丝绸产品的质量起着决定性作用。因此要提升我国丝绸产品质量应首 先从印染做起。现在我国的印染企业参差不齐，有些还是几十年前的设备和工艺， 随着科学技术的进步，高新技术的发展，传统的纺织印染行业也应逐步趋向现代 浙江理t 大学硕上学位论文 化、科学化。要紧紧围绕生态平衡、环境保护、控制成本的主题，挖掘潜力，提 高市场竞争能力。 目前，我国纺织品染色，特别是真丝绸染色的生产技术主要是沿袭传统工艺， 常采用卷染、挂染、吊染、溢流染色及绳状染色等方法婚1 ，这些染色方法大多 数是间隙式、高温大浴比染色，浴比一般在l ：4 0 1 0 0 ，甚至更高，致使染料 及助剂的用量大，水、电、汽等能耗高，尤其是一次染色后的染色残液直接排放， 污染严重，给企业排污造成很大的负担。因此，生产成本一直居高不下。随着国 家和全社会对环保的要求日益提高，以及我国加入w t o ，提高产品在国际上的竞 争力变得日趋重要，丝绸质量及生产成本面临着严重的挑战。 为了解决这种情况，提高企业效益，人们提出了多种改进方法，但一直进展 不大。根据我国的实际生产情况，有的企业提出了大浴比连缸染色，即利用染色 后的残液，补充定量的染料、助剂及水后进行重复染色。该工艺具有节水、节 能、节工时、节染化料及少污染等优点。 但是，该技术的最大难点是染料补加量的快速、准确的定量计算。如果不能 快速确定需补加染料的用量，在连缸染色时，不仅浪费工时，而且会造成色光不 准确，原缸与连缸染色绸之间色差大的病疵。即使回修，也难以弥补造成的损失， 使生产成本提高。因此，如何改进研究方法，开拓新的研究途径，引进计算机人 工智能学科的最新研究成果，通过对染料各色谱模态进行分析与计算，建立科学 定量的测配色模型，对染色残液中的各染料残留量进行快速、定量的测定、分析， 并准确地给出补加配方，一次性地解决连缸染色中染料补加量问题，提高连缸染 色的重演性，稳定产品质量，是目前传统纺织印染技术研究领域所亟待解决的重 大课题。 1 1 2计算机测配色技术现状 目前国内外对计算机测配色技术的研究已取得了一些重大成果，开发成功的 测配色软件已经被广泛应用于各印染企业。但是比较成熟的计算机测配色技术大 多是基于纺织品反射率的测试，例如国内沈阳化工研究院思维士颜色科技公 司已研制成功的纺织品反射率测试计算机测配色软件5 1 ，它使纺织品染色的打 样，从人工估算配方反复多次打样升级到计算机配方、修正系数的科学打样，大 大地提高了打样的准确性，缩短了打样的时间，该软件己在国内棉纺织印染行业 2 浙江理t 大学颅b 学位论文 推广应用。但实际生产应用中还有一些问题，特别是在对一些光谱透射特征比较 接近甚至重叠得混合染液进行测算时，该软件拒绝计算，更不能绘出测算结果和 配方。 国外有许多家公司，如美国d a t ac 0 1 0 u r 公司等，已开发成功计算机测色配 色仪，并配套开发研制了测配色的系统软件确刀，包括纺织品的反射率测试及染 液透射率测试的测配色软件。 国内外这些公司通过染液透射率测试而研制的透射率测配色软件，只能用于 测定单个染料染液的浓度，对多只染料的混合液，特别是几个染料最大吸收波峰 相似或重叠的混和液，就无法正确得出各个染料的浓度，有的甚至拒绝计算。 出现这些问题主要是由于这些系统基本上都采用刚性信息处理方法，即其计 算部基于精确的数学模型。如沈阳化工研究院思维士颜色科技公司的“丝绸染色 计算机测配色”软件，其基本理论依据为真溶液的b e e r l a m b e r t 定律唔1 ，并认 为溶液中不同染料的光密度值具有加和性。通过测量不同波长时染液的透射率 值，推导出配色方程组，并由此得出混合染液中各染料浓度。这种刚性处理方法 对于解决过程较为简单、数学模型明确的体系，是有效的。但对复杂体系所得结 果常不能令人满意。这有两种原因：在求解过程中，若边界条件不恰当，所 得常为局部最优解。所建模型与实际体系不完全符合。 染料测配色的过程较为复杂，主要表现在两个方面： 不确定性( 包含两个含义：一是表征这种规律的数学模型未知或知之甚 少；二是模型的结构和参数可能在很大范围内变化) 。由于温度、水量、杂质及 染色助剂的影响，染液的透射值及光谱特征吸收曲线有较大变化，这种不确定性 在实际生产中更为突出： 高度的非线性。在染色过程中由于染色助剂、丝胶等杂质影响及染料分 子间作用力不同，混合染液的光谱性能不再是简单的线性叠加。上述复杂性使得 传统的基于精确数学模型的模式信息处理方法在解决这类问题时有时会显得无 能为力。 近年来，柔性计算智能技术( 包括神经计算、模糊计算及进化算法为代表的 概率计算等) 在许多领域中得到高度重视。由于其擅长在没有数学模型的情况下 处理那些不精确、非确定、带有部分错误信息的知识，计算成本低且在数据处理 浙江理工大学硕上学位论文 过程中具有鲁棒性强和易使用等特点，已获得广泛的推广应用。目前科技界已形 成一种共识：传统信息处理技术走向智能信息处理是信息处理学科发展的趋势。 由于传统染色配色经验的不统一或难以描述，现有的计算机信息处理方法对染色 系统的仿真还有一定的误差，建立计算机柔性信息系统分析及计算方法，完善测 配色技术，就显得十分迫切。 1 1 3 论文研究的意义 论文通过大量实验，建立了适用于柔性智能技术的染料数据处理系统数据 库。该数据库应用于连缸染色，可使缸间色差达到3 4 级，真正实现了节水、 节能、节工时、节染化料及少污染，可提商传统丝绸印染行业的运作效率和竞争 力，增加出口创汇，对振兴丝绸行业有着重要作用。该连缸染色技术可适用于丝、 毛、棉、麻、化纤、交织等纺织品印染行业可连缸生产的所有染色设备，不但能 降低回修率，稳定产品质量，而且能节约大量的染化料助剂和能源，减少污水排 放，利于环保，对保持生态平衡具有深远意义。 1 2 论文研究的内容 连缸染色过程中所需要解决的关键问题在于测定染色残液中各染料的浓度 及相应的补加量，论文的主要任务就是研究各种染料在各种助剂条件下的光谱特 性，为适用于柔性智能计算的数据库提供大量准确的数据，使其适用于真丝绸的 连缸染色。该数据库应用于本课题自行编著的“染料数据处理系统”软件包中， 在实验室中已取得良好效果。证明本数据库所提供的光谱数据准确、可靠。在此 基础上，我们又进行了各种条件下真丝绸的连缸染色小试。对于单色染料，连缸 2 3 次，原缸与续缸间色差达到4 5 级：拼混染料连缸染色2 3 次，原缸与 续缸间色差达到3 级以上，有的甚至达到4 级。本软件已在实际生产中进行应用， 达到了厂家的质量要求。为了进一步对拼混染料的性能进行研究，论文又研究了 各种染料的上染率和竞染问题，对生产实践中染料的拼混提供了一定的理论依 据。 具体工作如下： 一、研究了各种染色助剂对染料光谱性能的影响： 二、建立单染料和拼混染料数据库。经验证表明该数据库可以快速、准确的 给出拼混染料的浓度，能够适应工业化生产的需要； 浙江理工大学顾上学位论文 三、进行单染料连缸染色小样试验。研究了单染料连缸染色过程中染化料 和助剂的补加量问题，并在小试的基础上进行放大试验，取得了良好的效果。真 丝绸连缸染色原缸与连缸染色绸之间的色差都达到了4 级，有时甚至达到了5 级； 四、进行多染料拼混连缸染色小样试验。研究了多染料拼混连缸染色的染化 料补加量问题，并在小试的基础上进行放大试验，取得了良好的效果。一次性补 加染料及助剂后，原缸与连缸染色绸之间的色差达到了3 级以上，部分达到4 级： 五、测定了单染料上染率，并初步探讨了染料上染率随浓度变化关系，分析 了影响染料上染性能的各种因素； 六、测定了双染料拼混时染料上染率的变化，总结了其变化规律。发现两种 染料拼混时，有的染料对其它染料有促染作用，有的有阻染作用。在双染料的拼 混染色中，通过自编的“染料数据处理系统”软件包，分别测算出染料的上染率， 分析了两种染料的竞染性能。初步探讨了染料拼色规律。 浙江理工大学硕士学位论文 第二章染色助剂对染料光谱性能的影响 织物在浸染时会出现色花、色差、条花或染斑等不匀染染疵，其原因是多方 面的，如织物、设备、染料、工艺等。解决这些不匀染现象，可以采取各种措旌， 如控制升温速度、选择染料、加大染液流量、加快布动速度等。但这些往往受到 染料、设备的限制。最简单易行的办法，还是加入恰当的染色助剂咖。 在织物染色过程中，常使用各种染色助剂以提高染色效果。在真丝绸的染色 中，常使用平平加o 或雷米邦a 等作匀染剂，用氯化钠或元明粉、醋酸等作促染 剂。 由于各种助剂对染料吸光性能的影响不同，研究不同助剂对染料吸光性能的 影响，对连缸染色时助剂的补加量问题可起到一定的指导作用。本实验采用平平 加o 作为匀染剂，氯化钠作为促染剂，研究了助剂在不同浓度条件下对染料吸收 光谱的影响。 2 1 染色助剂及其与染料的相互作用 染色助剂分为无机助剂，低分子量有机物和表面活性剂三类旧“1 0 1 2 ，其中 用的最多的是表面活性剂。真丝绸染色用助剂主要有匀染剂、促染剂、染料助溶 剂、固色剂等。国内常用的匀染剂有平平加o 、匀染剂o p 、雷米邦a 、分散剂w a ； 常用促染剂有元明粉食盐和醋酸：常用染料助溶剂主要是尿素；常用固色剂有固 色剂y 、固色剂m 、和固色交联剂d e 等旧1 。 2 1 1 匀染剂 匀染剂是指染色中能延缓染料上染纤维的速度( 缓染) ，并能使染料在纤维 上从原色处移至浅色处( 移染) ，从而不出现深浅不均和色斑等现象的一类助剂。 匀染剂都是水溶性的，根据其作用机理和结构的不同，可分为两种，一种是对纤 维有亲和力的匀染剂即亲纤维型，另一种是对染料有亲和力的匀染剂即亲染料 型。最广泛使用的匀染剂是脂肪醇与环氧乙烷的加成物，其1 的水溶液呈中性， 具有匀染、乳化、浸润、扩散、助溶和保护胶体等作用。由于它能与阴离子染料 结合生成松弛的暂时陛的复合物，降低上染速度，因此可作为各种天然纤维用直 接、活性、酸性络合和中性染料的匀染剂，也可用作还原染料的匀染剂，并可防 止某些冰染染料显色时的分解物对染品所造成玷污。经常使用的平平加0 、匀染 6 浙江理工大学硕士学位论文 剂0 和匀染剂1 0 2 均属这类匀染剂悖1 。 平平加0 为乳白色或米黄色软膏状物，是高级脂肪醇聚乙烯醚化合物，其结 构式为：c n h 2 n + 1 ( 0 c h 2 c h 2 ) m o h ( n = 1 2 1 6 ，m = 1 5 2 2 ) 它属于非离子性表面活性剂，易溶于水，在酸性染料染真丝绸过程中通常作 为匀染剂使用。平平加o 是一种亲染料型的匀染剂，它对染料的亲和力大于染料 对纤维的亲和力。在染料被纤维吸附前，匀染剂首先与染料结合生成稳定程度不 同的聚集体。因此染料必须脱离匀染剂后才能与纤维结合，从而降低了染料迁移 率和扩散速度，延缓了染色时间。在高温时，匀染剂与染料生成的聚集体分解， 释放出染料，染料再与纤维结合，达到匀染的目的9 1 。丝绸染色中常用平平加0 作匀染剂。平平加o 还具有良好的匀染性、渗透性、分散性和乳化性，它在印染 行业中的应用十分广泛。 低泡匀染剂o 为淡黄或微黄色膏状物，是硅氧烷聚醚、烷基聚氧乙烯醚复合 物，属非离子型。它易溶于水，l 水溶液的p h 值为6 7 ，耐酸、碱及硬水， 能与各种表面活性剂混用，具有匀染、分散、渗透和乳化作用，主要用于直接、 还原等染料的染色。3 1 2 1 _ 2 促染剂 在直接染料、酸性染料的中性浴染色中，可用元明粉和食盐作为促染剂。为 了降低初染速率，一般都在染色中途加入，且用量不宜多，以免影响蚕丝的光泽 和手感。 食盐和元明粉均为强电解质，它可以降低或部分消除纤维对染料的电荷斥 力，有助于染料对纤维的上染；同时，食盐或元明粉的加入破坏了原来的染色平 衡并达到新的平衡，从而增加了染料的上染率钔。酸性染料对真丝绸的染色可 简单表示如下： n h ，n h 3 +n h 3 + a h h 3 + d h + a d p + f l _ p _ + p 十 a 。 c o o c o o hc o o hc 0 0 h 式中a 表示c l 一等阴离子，d 表示染料阴离子。 酸剂在染液中产生的i + 与蚕丝结合形成能与阴离子结合的一n h 。+ ，n h 。+ 越 多，染料越容易上染。酸性促染剂在实际生产中由于促染效果不好，实际生产中 不易掌握，易引起色花，因此在实际生产中较少使用，只有在很深的黑色等颜色 浙江理工大学硕士学位论文 时使用。 在实际染色时，一般需加入多种助剂，我们研究了当匀染剂平平加o 与促染 剂氯化钠同时存在时，对染料光谱性能的影响。通过实验发现，实验所用的几十 种染料，绝大多数的吸收曲线的变化与只加平平加o 时基本相同，这表明影响大 部分染料吸光性能的主要因素是平平加o 印。 2 2实验部分染色助剂对真丝绸染色常用染料光谱性能影响的研究 研究了收集到的常用于真丝绸染色的各种酸性染料、中性染料等共5 0 余种。 对它们的基本光谱性能进行研究，包括一下几个方面： 确定一定波长范围内纯染料在不同浓度下的光谱性能： 确定波长范围内不同量的匀染剂对染料光谱性能的影响： 确定波长范围内不同量的染色促染剂对染料光谱性能的影响； 确定波长范围内匀染剂和促染剂共同作用时对染料光谱性能的影响。 2 2 1 实验仪器、材料 实验仪器：紫外可见吸收光谱仪u v 2 5 0 l p c ( 日本岛津) 实验材料：普拉红l o b 、弱酸性大红f 3 g l 、普拉黄6 n 、冲性深黄g l 、弱酸 性深蓝5 r 、中性黑b l 等5 0 余种染料 平平加o 、氯化钠( 工业品) ( 以上实验材料均为喜得宝提供) 2 2 2 实验方法 实验方法：影响染料吸光性能的因素包括温度、染料浓度、酸度及助剂等1 6 1 8 1 。对于同一种染料，在一定温度、浓度、波长范围的情况下，设计正交实验讨 论助剂对染料吸光性能的影响驯。实验设计如表2 一l ： 表2 1 助荆对染料吸光性能影响实验设计 亢 食盐( 2 o g 1 ) 2 5 食盐( 3 o g 1 ) 一一 6 注：上述编号为染液配制序号 浙江理工大学硕 学位论文 吸光度的测定：在测定吸光度时，为了保证得到高的灵敏度和准确度，必须 注意选择和控制吸光度测定时的条件。这些条件包括入射辐射波长的选择控制、 参比溶液的选择以及吸光度范围的适当控制等跎叫。 ( 1 ) 选择控制入射辐射波长 将各种不同波长的单色光分别通过某一浓度的溶液，测定此溶液对每一种单 色光的吸光度，然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制吸光度一波长曲线， 此曲线即为吸收光谱曲线。再根据此曲线，选择具有最大吸收波长的辐射 。，作 为入射辐射。因为此处的吸光系数数值最大，测定的灵敏度最高，在此处波长的 一个较小范围内吸光度值变化不大，测定时偏离朗伯一比尔定律的程度相对较 小，测量的准确性也有提高。在本实验中，不同染料有不同的 。；值，其总体范 围为3 5 0 7 0 0 nr f l 。 ( 2 ) 控制适当的吸光度范围 为了使测量结果得到较高的准确度，一般应使吸光度控制在o 2 5 0 的范围 内，这样可使误差较小。 ( 3 ) 选择适当的参比溶液 当采用光学性质相同，厚度也相同的比色皿盛参比溶液来调节仪器，并使透 过参比比色皿的吸光度为零时，测得试样溶液的吸光度为： ， 彳= l o g 等1 0 9 等 f 试 即以通过溶液的辐射强度作为入射辐射强度。这样测得试样的吸光度就比较 真实地反映了试样物质对光的吸收。根据选择参比溶液的原则之一：如果溶液中 仅试样有吸收，可采用纯溶剂作为参比溶液。在本实验中仅染料有吸收，纯溶剂 为蒸馏水，我们将蒸馏水作为参比溶液。 配制o 0 5 9 l 的各种染料溶液，按照表2 1 实验设计的编号，加入一定量平 平加o 、食盐、元明粉或醋酸等助剂，使用u v 2 5 0 l p c 型紫外一可见吸收光谱仪， 蒸馏水做参比液，在3 5 0 7 0 0 n m 范围内测定其吸收光谱。 通过对纯染料在不同浓度下光谱性能的研究，我们发现波长范围为3 5 0 7 0 0 n m 时，染料溶液的吸收光谱曲线重现性好，吸光系数稳定，测定的灵敏度高。 因此确定各种情况下染料光谱性能测定的波长扫描范围为3 5 0 7 0 0 n j i 】。 9 浙江理t 大学硕士学位论文 2 3 实验结果与讨论 2 3 1 平平加o 对染料吸光性能的影响 平平加o 为真丝绸染色中最常用、价格较便宜的匀染剂，实验中选用平平加 o 作为匀染剂。通过纯染料的光谱曲线与加入不同量平平加o 后染料的光谱曲线 相对比，我们看出匀染剂对染料光谱性能的影响表现为以下几种类型： a ) 有的染料如普拉红1 0 b 吸收峰的峰形、位黄、强度基本不变，即平平加o 对 其吸收光谱基本无影响： b ) 有的染料如中性深黄g l 和中性黑b l 吸收峰的强度改变，并发生红移，但 是吸收峰峰形不变； c ) 有的染料如弱酸性深蓝5 r 吸收峰的强度有变化，并且发生紫移。 以上几种染料溶液的吸收光谱图如下： ( a ) 普拉红1 0 b ( b ) 中性深黄g l 1 0 浙江理工大学顿 一学位论文 ( c ) 中性黑b l ( d ) 弱酸性深蓝5 r 纯染料溶液，一一力0 1 9 l 平甲加0 。 图2 - l染料加平平加o 的紫外司见光谱吸收曲线图 平平加o 是一种亲染料型的匀染斋l j ，它对染料的亲和力大于染料对纤维的亲 和力，在染料被纤维吸附前，匀染剂与染料结合生成稳定的聚集体。我们测出的 吸光度实际上就是这一聚集体的吸光度。因此相对于纯染料溶液，加助剂后大多 数染料的光谱性能发生了显著变化，这一变化反映了聚集体的吸光特性。 2 3 2 氯化钠对染料吸光性能的影响 实验发现，在多数情况下，氯化钠对染料的吸收光谱影响不大。主要有以下 浙江理t 大学硕l 学位论文 几种情况： a ) 有的染料如普拉红1 0 b 只在主峰附近有较小的强度变化，峰形、位置基本不 变； b ) 有的染料如中性深黄g l 和中性黑b l 的峰形、强度和位置没有任何变化； c ) 有的染料如弱酸性深蓝5 r 吸收峰的强度有明显的变化，并且主峰发生紫移。 上述几种染料溶液的吸收光谱图如下： ( b ) 中性深黄g l 浙江理工大学硕上学位论文 ( c ) 中性黑b l ( d ) 弱酸性深蓝5 r 纯染料溶液， 加0 4 9 九氯化钠 图2 - 2 染料加氯化钠的紫外可见光谱吸收曲线图 氯化钠是强电解质，不含任何发色基团和助色基团，氯化钠的加入只是抑制 染料水溶性基磺酸钠的电离，降低染料溶解度，把染料推向纤维，起促染作用。 2 3 3 平平加o 和氯化钠同浴对染料吸光性能的影响 在实际染色时，一般需加入多种助剂，因此我们研究了当匀染剂平平加o 与促染剂氯化钠同时存在时，对染料光谱性能的影响。几种典型的染料图谱如下： 浙江理工大学硕j 二学位论文 ( a ) 普拉红1 0 b ( b ) 中性深黄g l ( c ) 中性黑b l 1 4 浙江理工大学硕卜学位论文 ( d ) 弱酸性深蓝5 r 纯染科溶液，一一加o 4 9 九氯化钠和o lg ，l 平平加0 ，一加06 创氯化钠和0 1 5 9 门平卜加0 图2 3 染料加平平加o 和氯化钠的紫外可见光谱吸收曲线图 通过实验发现，在我们研究范围内的几十种染料，绝大多数染料的吸收曲线 与只加平平加o 时基本相同，这表明影响大部分染料吸光性能的主要因素是平平 加o 。这也为我们连缸染色中助剂的补加提供了一定的实验依据。另外，实验还 发现当平平加0 和氯化钠的用量达到一定程度后，染料的紫外可见吸收光谱曲线 不再随助剂浓度的增加而改变。连缸染色实验中所选用的助剂浓度已远远超过这 一浓度，从而助剂浓度的改变对染料吸光度的影响可以忽略不计。 浙江理工大学硕士学位论文 第三章染料数据库的建立和连缸染色 当前，真丝绸的染色生产技术，仍采用间隙式、高温大浴比的传统工艺，因 此耗水量大，能量和染料助剂的浪费大，治污负担重，生产成本一直居高不下。 在这种背景下。一种低消耗的真丝绸染色技术连缸染色应运而生。该技术的 特点是：将染色后的染料残液，补足计算量的染料、助剂和水后，再进行染色， 使缸与缸之间的色差达到3 4 级。这就是连缸染色技术。该技术具有节能、节 水、节染化料、节工时和减少污染等优点。但连缸染色的技术难点是对染色残液 中所残留的多种染料助剂组分进行快速测定分析，并准确地给出各相应染化料的 补加量。这需要运用多种技术融合的手段。在这方面国内外的研究报导不多。常 用染色助剂对染料吸光性能影响的研究引，为该技术提供了基础。本文使用自 编的基于柔性计算智能的染料浓度定量计算模型基础上的计算程序软件包和紫 外分光光度法，快速测定染色残液中各残留染料的浓度，准确给出连缸染色的染 料助剂的补加配方，实现真丝绸的连缸染色。 3 1 连缸染色流程 真丝绸染色一般约需2 4 只染料进行拼色，生产实际中应用最多的是三种染 料拼混。由于染色是一个复杂过程，不仅由于各只染料的染色性能不同，而且在 拼混染色时，还存在各染料之间的相互作用和竞染问题瞳，再则各种染色助剂 对各只染料的染色性能和光谱性能的影响也是不相同的，真丝绸连缸染色流程见 图3 1 。 浙江理工大学硕 学位论文 紫外可见分光光度测定 输入染料名称和配方浓度 染液吸收光普数据和吸收曲线 染液浓度计算 输 n 异染料补加量 输染液中各染料的浓度 掣 染色残液 染料基础数据库 补加染料、助剂和水 图3 一l 真丝绸迕缸染色流程幽 3 2 连缸染色计算基础 连缸染色中第一缸染色依然是按照传统的染色工艺进行，第一缸染色结束后 染色残液要在续缸中继续利用，从而减少了污水排放，降低了能耗、成本。但由 于续缸中染液是前缸染色残液，因此要想达到预想的染色效果，需补加染料、助 剂等，这也就是我们所要探讨的染料补加量问题。 因不能确切地知道染色残液中各残余染料的含量，所以在连缸染色时，人为 补加染料或助剂的次数较多，误差较大，极易造成色光不准确，缸与缸色差大的 问题，回修率变高，正品率降低。因此用简单的刚性信息处理方法是不能得到理 想的结果的。因此改进研究方法，开拓新的研究途径，引进计算机人工智能学科 的最新研究成果，通过对染料各色谱模态进行柔性分析与计算，建立科学定量的 测色模型【2 刁，对染色残液中的各染料残留量进行快速地测定、分析、准确地给 出补加配方，一次性地解决连缸染色染料补加量的问题，提高连缸染色的重演性， 稳定产品质量，是目前传统纺织印染技术研究领域所亟待解决的重大攻关课题。 本文所用的软件包是采用白适应模糊神经计算技术用于染料特征信息提取的网 络模型，利用自组织模糊神经网络建立柔性定量分析吃3 2 钔，为连缸染色提供科 学规范的配方。 连缸染色中残液浓度的测定一般是通过测定残液透射率的方法求得，基于透 射率的计算机信息处理技术在染料测配色的应用中已取得一定的成果。 浙江理工大学硕士学位论文 基于透射率的刚性信息处理方法是根据朗伯一比尔定律 彳= - 。g 鲁= - 。g ；= 以c 6 建立精确的数学模型嗡埘1 a o = 1 b c l + 82 b c 2 + 扣c 3 + a l = 8 | b c l i + 。2 i b c 2 i + 83 l b c 3 l + a 2 = 8i 2 b c l 2 + 。2 2 b c 2 2 + 。 2 6 c 3 2 + 4 n = j h 6 c j ，f + 知6 c 加+ p 如西o n + 式中p 为染料吸光系数，6 为比色皿厚度，c 为染料浓度，爿为吸光度。 一般染料配方数n = l 4 ，选择波长数m 远大于染料数，即胁 仍所以系数 矩阵p “为超定矩阵，爿。 解此超定线性方程组，就可得到待测染料配方中各染料浓度值。 由于拼混染料溶液的光谱曲线不仅受到染色助剂的影响，而且不同染料分子 间作用力的不同，也会引起光谱曲线吸收蜂的位移及强度变化。因此拼混染料的 光谱曲线不再是几种单色染料光谱曲线的简单线性加和，而具有特定的复杂规 律。由于以往的刚性模型，只是几种染料光谱的简单叠加，它在处理简单的体系 时，能够得到较好的结果。然而，染料测配色的过程极为复杂，主要表现在两个 方面：一、不确定性( 包含两含义：是表征这种规律的数学模型未知或知之甚 少；模型的结构和参数可能在很大范围内变化) 。二、高度的非线性呓钔。上述 复杂性使得传统的基于精确数学模型的模式信息处理方法在解决这类问题时显 得无能为力。尤其是各种染料相互影响较大时，往往得不到可靠的结果，或者程 序拒绝计算。 自组织神经网络具有自适应、自组织进化学习、自判别模式的柔性分析能力， 不需要人为指定判别函数，擅长在没有数学模型的情况下处理不精确的、非确定 的、带有部分错误信息的知识，这使它在输入信息不完整和不确定、原始模式有 却损的情况下能有效地进行特征提取，能够以任意精度逼近任意非线性映射，在 浙江理丁大学颁卜学位论文 作用机理不清楚的情况下从学习样本中获取其中的隐含规律，同时由于自组织神 经网络具有竞争学习的特点，因此在它的分析过程中能体现出一定程度的排它 性。 模糊系统可有效利用现有的专家经验，通过其前馈式结构、隶属度函数及模 糊规则来精确地描述，具有很强的结构性知识表达能力，能够充分利用学科领域 的知识，用较少的规则来表达知识。它利用常识规则取代数学模型，具有非模型 仿真的特点。 我们根据模糊系统来构造网络结构，其结构与b p 网络非常相似，如图3 2 所示。它具有多层网络的自学习和自适应功能，网络中各个节点及所有参数具有 明显的物理意义，这些参数的初始值可以根据对研究对象已有的模糊和定性的领 域知识来加以确定，然后利用学习算法可很快地收敛到所要求的输入一输出关 系。 使_ i 辆 t 屉住理层反便瑚化居 幽3 2 模糊系统网络结构图 融合两种计算技术所产生的模糊神经网络系统将兼具两种方法和优势：在已 有专家经验的时候可加速网络的学习速度；当没有专家经验或专家经验不足时， 可利用神经网络的学习功能来构造合适的模糊隶属度函数，从而实现各种颜色对 于各自拼色染料隶属度函数的自学习：由于模糊计算的引入，模式问重叠的信息 得到充分考虑，网络可进行柔性分析，允许多种可能性的存在；同时网络本身具 有的竞争机制又能有效地避免那些与专家经验相矛盾结果的出现。因此，基于这 1 9 浙江理t 大学硕士学位论文 种融合技术的柔性信息处理计算方法会明显改善分析结果。此外，通过智能演化 学习机制，根据实际大生产中数据动态地修正所提取的特征、隶属度函数与分类 器的性能，不断地积累有关染料配色的基本知识，可逐步完善对其的仿真。因而， 建立在智能柔性信息分析方法上的模糊神经网络体系，能够解决各个拼色特征信 息的提取，并自动提供连缸染色所需配方。 由于柔性处理技术擅长在没有数学模型的情况下处理那些不精确、非确定、 带有部分错误信息的知识，计算成本低且在数据处理过程中具有鲁棒性强和易使 用等特点，已获得令人注目的推广应用啪一3 舶。 本论文以柔性智能计算技术为基础，通过大量实验，为该算法的数据库的建 立提供了大量准确、可靠的数据，并对数据进