Новый метод инструментальной оценки устойчивости окраски

Анализ отечественных и зарубежных стандартов показывает, что они устанавливают расчет и нормы устойчивости окраски х/б тканей, их сравнение с нормами международных и отечественных стандартов. В стандарте ЭКО-ТЕКС 100 и в российских стандартах устанавливается устойчивость окраски к воде, поту, трению. В отечественных стандартах нормы зависят от назначения текстильного материала. Устойчивость окраски оценивается после воздействия сухого и мокрого трения в соответствии с методами испытаний, регламентируемыми ГОСТ 9733-83.

По существующей методике определения устойчивости окраски к трению конечный результат в баллах оценивается визуально по шкале серых эталонов. Это может вносить в конечный результат оценки некоторые погрешности, связанные со здоровьем, общим эмоциональным состоянием наблюдателя. Устранить эти недостатки можно через инструментальный метод оценки конечного результата. Разработка метода инструментального определения устойчивости окраски к трению позволяет заменить органолептическое оценивание прочности окраски к механическим воздействиям при трении по шкале серых эталонов, что является актуальной и перспективной научно-технической задачей.

Цель исследования – разработка инструментального способа определения прочности окраски текстильного материала к трению вместо визуального метода по шкале серых эталонов.

Материалы и методы иследований

Измерение координат цветности нелюм-инесцирующих прозрачных и отражающих образцов в системе XYZ, установленной международной комиссией по освещению (МКО) для стандартного наблюдателя, при источнике света с ГОСТ 7721-76 в спектральном диапазоне 380-720 нм с числом точек выборки спектральной информации не менее 24 проводили с применением прибора «Спектротон». Этот прибор также можно использовать для измерения спектральных коэффициентов пропускания и спектральных апертурных коэффициентов отражения. При его помощи можно определить координаты цвета и цветности при источниках света А, С, Д 65 ГОСТ 7721-76 в системе XYZ. Кроме того, он позволяет измерить такие колористические показатели, как цветовое различие, насыщенность, светлоту, цветовой тон. Могут быть дополнительно измерены цветовые различия по светлоте и тону. Кроме колористических показателей можно измерить индекс метамеризма, степень белизны образца в системе CIEL*a*b*.

Литературный обзор

Оценка качества окраски текстильных материалов по устойчивости окраски к промывке, сухому и мокрому трению проводится практически во всех работах, связанных с колорировани-ем и специальными видами отделок.

Колористическому качеству напечатанного рисунка с позиций цвета и стойкости окраски [1] уделяется большое внимание. В работе приведено описание качества экопечати шелковых тканей с различными природными красителями с точки зрения эстетики рисунка, цвета и стойкости к стирке и истиранию. Результаты оценки стойкости окраски на шелковых тканях тканей к стирке мылом показали хорошие результаты. Устойчивость окраски составила 4 балла в категории «хорошо». Значение стойкости к мокрому трению на шелковых тканях экопринт в целом дает оценку 4-5 баллов.

Оценка качества окраски и ее влияние на физические и размерные свойства полотен проводится и в процессе их производства [2]. Среди физических свойств оценивалась стойкость окраски к стирке и трению. Использованы одобренные на международном уровне методы ISO для тестирования стойкости окраски к стирке. По стойкости окраски к трению обнаружены небольшие различия.

Оценка устойчивости окраски проводится и в работах, направленнных на уменьшение загрязнения, вызванного текстильной печатью, решение проблем использования синтетических красителей, загустителей для экологического баланса и здоровья человека [3]. При печати на натуральных тканях натуральными красителями использовали хитозан и наночастицы хитозана. Установлено, что ткани, обработанные наночастицами хитозана, имеют высокие значения стойкости к стирке, поту и трению.

Оценка устойчивости окраски к стирке и мокрому трению позволяет сравнить результаты крашения шерсти и шерстяных тканей в магнитообработанной и необработанной воде [4]. Испытания окрашенных таким образом тканей показали, что они обладают повышенной абсорбцией красителя и значительно улучшают стойкость окраски к стирке и мокрому трению.

Проведено сравнение свойств цветостой-кости шелковых тканей тутового шелкопряда и тусса в смесях с целлюлозными волокнами [5]. В данном исследовании изучались свойства стойкости окраски волокон дикого шелка тусса в сравнении с шелковым волокном тутового дерева. Для оценки характеристик были проведены тесты на стойкость окраски. Результаты показывают, что оба типа шелковых волокон подходят для процессов прядения и ткачества, а результаты по стойкости показали, что волокна тутового дерева обладают лучшими свойствами стойко- сти окраски по сравнению с шелковыми волокнами туссы.

В работе [6] исследуется использование реактивных и кислотных красителей при крашении полиэстера после химической модификации. Модификация полимера при 130°С в течение 60 минут перед дисперсионным окрашиванием обеспечивала большую глубину цвета, чем окрашивание полиэстера традиционным дисперсионным высокотемпературным методом. Стойкость окраски модифицированных и реактивно окрашенных тканей к стирке и поту достигла уровня от хорошего до отличного (4/5).

Работа [7] посвящена экстракции красителя из листьев тикового дерева и крашению натуральных тканей с использованием различных водных сред. При этом проведена оценка цветности и прочностных свойств окрашенных образцов по устойчивости к стирке, трению, свету и поту. Экстрагированный краситель показал свойства стойкости от умеренных до хороших с точки зрения светостойкости, стирки, трения и воздействия пота на шерсти и шелке и отличные свойства на нейлоне. Использование методов оценки устойчивости окраски позволяет показать крашение с использованием листьев тикового дерева как шаг к устойчивому развитию и эффективной утилизации отходов с многообещающим потенциалом для применения на натуральных и синтетических тканях.

Определение различных параметров тканей является одним из важных методов оценки качества тканей [8]. Интеллектуальный контроль сегодня является популярной тенденцией развития. В последние годы технология компьютерного контроля широко используется в области измерения плотности ткани, анализа цвета и распознавания узоров переплетения. Анализируются недостатки текущих исследований и возможные направления исследований в будущем. Технология компьютерного контроля имеет не только объективную оценку, но также обладает преимуществами точности и эффективности и имеет хорошие перспективы развития в области текстиля.

В статье [9] представлен всесторонний обзор автоматического распознавания структурных параметров ткани в последние годы. Структурные параметры ткани в основном включают плотность ткани, рисунок переплетения, цветовой рисунок и т. д., которые необходимо предварительно установить перед производством и тщательно проверить во время контроля качества. Анализ этих параметров считается самым ответственным шагом в тек- стильной промышленности. Обычно используемые ручные операции, основанные на человеческом взгляде и опыте, требуют много времени и труда. Методы на основе компьютерного контроля или другие автоматические методы обладают преимуществами быстрого реагирования, объективной оценки и высокой стабильности. Представленный материал может помочь исследователям в понимании и использовании автоматизированных методов распознавания структурных параметров ткани, предоставляет некоторые новые идеи для других задач распознавания в текстильной промышленности.

В работе [10] оценивали и сравнивали цветостойкость и прочностные свойства тканей, окрашенных экстрагированными красителями с использованием ИК Фурье-спектроскопии.

В работе [11] используется определенный метод оценки устойчивости окраски. Оценка качества окраски проведена по уровню фиксации красителей в работе. Для достижения фиксации красителя почти на 100% разработаны макромолекулярные сшивающие реактивные красители, обсужден механизм их окрашивания и фиксации. В работе также активно используется определенный метод оценки устойчивости окраски.

Авторы [12] показали, что реактивные красители обладают хорошей устойчивостью окраски к стирке и истиранию. Использование методов оценки устойчивости окраски позволило показать, что нанесение закрепителя, не содержащего формальдегида, на окрашенные изделия повысило устойчивость окраски к стирке и истиранию, особенно для смесовой пряжи.

[13] представили подробное описание испытательного устройства с обзором результатов светостойкости и результирующего набора данных при исследовании светостойко- сти более 100 синтетических красителей. Сравнения даны с данными о светостойкости и значениями ISO, доступными в цветовом индексе. Авторы предполагают, что набор данных послужит основой для расширения интересов к дополнительным материалам и методам испытаний.

Использование красителей на основе ореховой скорлупы [14] может обеспечить чистый и устойчивый источник красителей, которые можно использовать для замены синтетических аналогов. При использовании методов оценки устойчивости окраски показано, что достигнута хорошая устойчивость к стирке (4–5), свету (3–8) даже без использования протравы.

Из опыта проведенных исследований видно, что в процессе проведения испытаний окраски на прочность к трению первоначальная окраска испытуемого обьразца изменяется. Эти изменения можно оценить по изменению насыщенности окраски, ее светлоты и тона. Эти показатели после трения могут измениться и одновременно, но при разном их сочетании. Как бы не изменялся характер этих изменений учитывают видимую глазу разность окраски исходного образца и образца после трения. Эту разность сравнивают с данными по серой шкале. В связи с этим разработка метода инструментального определения устойчивости окраски к физико-химическим воздействиям, позволяющего заменить способ оценки прочности окраски к трению по шкале серых эталонов является актуальной и перспективной научно-технической задачей.

Результаты и их обсуждение

Некоторые показатели прочности окраски в баллах и условия, при которых они определены, представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Прочность окраски к трению в баллах*

Показатели устойчивости окраски		Норма по ГОСТу 7779-75			Норма по стандарту ЭКО-ТЕКС 100
		ОК	ПК	ОПК
Трение	сухое	3	3-4	3-4	4
	мокрое	-	-	-	2-3

*Примечание. ОК- обыкновенная устойчивость окраски; ПК- прочная устойчивость окраски; ОПК- особо прочная устойчивость окраски.

По методике стандарта ЭКО-ТЕКС 200 устойчивость окраски текстильных материалов оценивается только по закрашиванию белого материала. По ГОСТу 9733.0-83 оценка устойчивости окраски осуществляется и по изменению окраски исходного образца с использованием прибора ПТ-4.

1 – рукоятка; 2 – столик; 3 – резиновая пробка; 4 – пружинное кольцо; 5 – кольцо

Рисунок 1 – Прибор ПТ-4 для испытания прочности окраски к механическим воздействиям

Колористические показатели окраски окрашенной и напечатанной ткани проводили на цветоизмерительном оборудовании «Спек-тротон». Вместе с тем проводили измерения значения ΔЕ окраски с целью сравнить различия между начальным окрашенным образцом и образцом, прошедшим испытание по трению. Общее цветовое различие характеризует изменение показателей окраски по ее светлоте, насыщенности и цветовому тону. Для исходного образца и образца после трения ΔЕ измеряли в системе CIEL*a*b*. Затем, чтобы показать конечные значения прочности окраски в баллах, соответствующих шкале серых эталонов, проводили перерасчет значений ΔЕ.

Конструкция прибора «Спектротон» обеспечивает:

• 1)    возможность учета или исключения зеркальной составляющей отражения;

• 2)    геометрию измерения отражающих образцов (диффузное освещение, наблюдение под углом и т.д.).

В работе цветоизмерительного прибора «Спектротон» использованы два принципа. Первый – это измерение коэффициентов отражения. Второй – это измерение коэффициентов пропускания образца. При этом измерения основаны на 24 фиксированных длинах волн в видимой области спектра. Причем эти измерения проводятся в момент вспышки импульсной лампы. Затем следует математическая обработка результатов измерения. Для этой обработки используется встроенный программируемый универсальный контроллер.

Рисунок 2 – Колориметр «Спектротон»

Пробы для испытаний готовили по следующей схеме. После проведения испытаний образца на трение из него вырезали часть определенных размеров. Размеры вырезанной части определяются размером той части прибора «Спектротон», где проводится закрепле- ние образца для измерения цветовых различий. Тестируемый образец должен быть без посторонних дефектов. Образец располагают на белой подложке, которая непроницаема для света. Так как измеряется ΔЕ, то исходный образец до трения и испытуемая проба после тре- ния должны подготавливаться к измерению одинаково. Таким образом, сначала измеряли колористические показатели на исходном образце. Затем эти же показатели измеряли на образце после трения. За счет их сравнения между собой прибор показывает значение ΔЕ, т.е. ту разницу между образцами по светлоте, насыщенности и цветовому тону. После измерения ΔЕ в системе CIEL*a*b*, проводили перерасчет по формуле (1), чтобы перевести величину ΔЕ в баллы, отображаемые на шкале серых эталонов.

ДЕ = 0,125 (2 — -1) ^v 2 ^У

n = 10 - 2N.

где N – величина устойчивости окраски к свету в баллах.

Прочность окраски в баллах выражали численно с округлением до 0,5 балла.

N = 5,5 – log (ΔE + 1) / log2

Таблица 2 – Пределы изменения значения ΔЕ и градация изменения окраски в баллах

Значение ΔЕ	Эквивалентный балл устойчивости окраски по серой шкале
Менее 0,40	5
0,40 ≤ ΔЕ < 1,25	4,5
1,25 ≤ ΔЕ < 2,10	4
2,10 ≤ ΔЕ < 2,95	3,5
2,95 ≤ ΔЕ < 4,10	3
4,10≤ ΔЕ < 5,80	2,5
5,80 ≤ ΔЕ< 8,20	2
8,20 ≤ ΔЕ < 11,60	1,5
Более 11,60	1

Оценку в баллах по значению ΔЕ рассчитывали на компьютере с использованием среды Ecsel. После ввода значения ΔЕ балл устойчивости окраски выводится на экран дисплея компьютера. На рис.1 слева представлена картинка ввода значения ΔЕ, т.е. компью- тер запрашивает значение ΔЕ, которое необходимо ввести в верхнее поле. Затем нажимается клавиша «расчитать» и появляется результат расчета. Например, после ввода значения ΔЕ=15, устойчивость окраски в баллах равна 1 (рис.1, картинка справа).

Рисунок – Вывод на экран компьютера результата устойчивости в баллах по значению ΔЕ

Заключение, выводы

Предложен новый способ по определению прочности устойчивости окраски текстильных материалов к трению и подтверждено соответствие требованиям стандартов. Совершенствование методов оценки прочности окрасок текстильных материалов к трению позволяет не только эффективно и в кратчайший срок выявить качество текстильного материала, но и упростить саму процедуру проведения испыта- ний и одновременно сократить время и общие затраты на проведение испытаний.