一、染料強(qiáng)度概念

染料生產(chǎn)廠家以某一質(zhì)量分?jǐn)?shù)的染料作為染料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)染料強(qiáng)度為100%）,其它與之相對(duì)比而確定的相對(duì)濃度,用百分號(hào)表示。

若染料的強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)染料濃一倍。則其強(qiáng)度為200%，以此類(lèi)推，所以染料的強(qiáng)度通常是一個(gè)相對(duì)的數(shù)字。

染料強(qiáng)度（力份）是按一定濃度的染料做標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)染料強(qiáng)度為100%。若染料的強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)染料濃一倍。則其強(qiáng)度為200%，以此類(lèi)推，所以染料的強(qiáng)度通常是一個(gè)相對(duì)的數(shù)字。

染料力份也稱(chēng)染料強(qiáng)度（Strength），是一個(gè)半定量指標(biāo)，指樣品染料與標(biāo)準(zhǔn)染料染色深度相比的相對(duì)著色強(qiáng)度，是一個(gè)表示染料產(chǎn)品著色能力的重要指標(biāo)。對(duì)一具體染料，染料廠選擇某一指定染料樣品為標(biāo)準(zhǔn)；將每批染料產(chǎn)品在一定條件下染色，與標(biāo)準(zhǔn)染料的得色深度相比；根據(jù)染得同樣顏色深度所需 的用量，計(jì)算出每批染料產(chǎn)品的力份。一般印染廠也必須自行檢驗(yàn)每批購(gòu)入染料的力份。

二、國(guó)內(nèi)外染料強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

為了提高染料強(qiáng)度評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)性，對(duì)國(guó)內(nèi)外染料強(qiáng)度評(píng)價(jià)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(qiáng)度的相關(guān)術(shù)語(yǔ)，剖析了中外標(biāo)準(zhǔn)推薦的各種方法的實(shí)質(zhì)，并給予簡(jiǎn)潔的名稱(chēng)以方便描述，如主觀法、儀器法、K/S法，簡(jiǎn)化Integ法、SWL法、SUM法、WSUM法(雙簡(jiǎn)Integ法)，以及僅能作為補(bǔ)充方法的簡(jiǎn)便快捷的吸光度法，分析了各種方法的異同、適用性、難點(diǎn)和問(wèn)題，以及可能的解決方案，為探求更精準(zhǔn)的染料強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

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

　　染料強(qiáng)度是指染料對(duì)其他材料的賦色能力，通常用某一染料相對(duì)于其標(biāo)準(zhǔn)品的賦色能力表征，又稱(chēng)染料的相對(duì)強(qiáng)度(relativestrengthofdye/colorant，或relativecolorstrength)，俗稱(chēng)染料力份。染料強(qiáng)度是染料的重要評(píng)價(jià)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(qiáng)度。因此，只有準(zhǔn)確地測(cè)定染料強(qiáng)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(yǔ)》[6]，染料的相對(duì)強(qiáng)度，通稱(chēng)染料的強(qiáng)度，表示某染料賦予被染物顏色的能力相對(duì)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(shí)，染料標(biāo)樣與試樣的用量之比，以百分?jǐn)?shù)形式表示。

　　可見(jiàn)，染料強(qiáng)度可通過(guò)染色深度和染料用量來(lái)評(píng)價(jià)。關(guān)于染料強(qiáng)度的評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和方法有所不同。1國(guó)內(nèi)染料強(qiáng)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)染料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè):一是《GB/T6688-2008染料相對(duì)強(qiáng)度和色差的測(cè)定儀器法》，適用于儀器法評(píng)價(jià)所有非熒光染料的強(qiáng)度[7];二是《GB/T2374-2017染料染色測(cè)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(píng)價(jià)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(cè)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(jì)算染料強(qiáng)度。

　　1.1.1K/S的計(jì)算方法

　　K/S的計(jì)算方法，本文簡(jiǎn)稱(chēng)K/S法，其實(shí)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(cè)試、計(jì)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(duì)強(qiáng)度，分(或%);f2———單位染色濃度的試樣在最大吸收波長(zhǎng)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(zhǎng)下的Kubelka-Munk函數(shù)值;(K/S)max———染樣在最大吸收波長(zhǎng)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(cè)具有相同或接近色光且最大吸收波長(zhǎng)相同的情況，不適用于拼混染料、具有兩個(gè)以上吸收峰或沒(méi)有明顯的吸收峰的染料、以及試樣與標(biāo)樣之間雖目測(cè)具有相同的色光但反射曲線具有不同最大吸收波長(zhǎng)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(jì)算方法

　　該方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)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(chēng)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(zhǎng)下的KubelkaMunk函數(shù)值;R∞(λ)———染樣在波長(zhǎng)λ下的反射率;R∞(λ)———空白樣在波長(zhǎng)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(zhǎng)間隔。ST———染料相對(duì)強(qiáng)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(lèi)似于Integ顏色深度，Integ計(jì)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(jiǎn)稱(chēng)該方法為簡(jiǎn)化Integ法。F(λ)=[1-(R∞(λ)-R0)]22(R∞(λ)-R0)-[1-(R∞(λ)-R0)]22(R∞(λ)-R0)(7)計(jì)算時(shí)，如果試樣與標(biāo)樣的偽三刺激值之和不等，即I1≠I(mǎi)2，那么必須通過(guò)逼近法迭代計(jì)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(duì)強(qiáng)度。簡(jiǎn)化Integ法適用于求取染料相對(duì)強(qiáng)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(duì)困難。

　　1.2GB/T2374的主觀法

　　GB/T2387-2013、GB/T2378-2012、GB/T2394-2013等約20項(xiàng)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(qiáng)度測(cè)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(qiáng)度目視評(píng)定中以目視染得相等顏色深度時(shí)，試樣和標(biāo)樣用量的百分比表示，計(jì)算方法同公式(6)。

　　此外，該標(biāo)準(zhǔn)建議，測(cè)定染料強(qiáng)度時(shí)，染色深度既要滿足分檔清晰易于評(píng)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(qiáng)度目視評(píng)定中以目視染得相等顏色深度時(shí)，試樣和標(biāo)樣用量的百分比表示，計(jì)算方法同公式(6)。此外，該標(biāo)準(zhǔn)建議，測(cè)定染料強(qiáng)度時(shí)，染色深度既要滿足分檔清晰易于評(píng)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(duì)于藏青色和黑色染料，選擇染色深度時(shí)還應(yīng)考慮保證能反映出染料的真實(shí)顏色。

　　1.3國(guó)標(biāo)三種方法的比較

　　將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的主觀法、K/S法與簡(jiǎn)化Integ法進(jìn)行對(duì)比，并分析其難點(diǎn)和評(píng)價(jià)精度。此外，還有一些問(wèn)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(wú)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(shí)染料的相對(duì)強(qiáng)度是否也可以采用此方法。

　　2國(guó)外染料強(qiáng)度的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與方法

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

　　2.1K/S權(quán)重和的方法

　　與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)似，最初，國(guó)外在計(jì)算相對(duì)染料強(qiáng)度時(shí)，也是先將試樣和標(biāo)樣調(diào)至相同的顏色深度，再通過(guò)計(jì)算試樣和標(biāo)樣染料用量的比值得出相對(duì)染料強(qiáng)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(jiàn)公式(3))作為顏色強(qiáng)度值(colorstrengthvalue，類(lèi)似顏色深度)計(jì)算染料的相對(duì)強(qiáng)度[15]。然而由于直接采用K/S計(jì)算時(shí)，在光譜區(qū)域兩端會(huì)出現(xiàn)與視覺(jué)評(píng)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(qiáng)度值，提出了公式(8)，染料強(qiáng)度即可通過(guò)計(jì)算試樣和標(biāo)樣的單位濃度的顏色強(qiáng)度值得到。

　　2.2美國(guó)AATCC標(biāo)準(zhǔn)方法

　　美國(guó)AATCCEP-62008InstrumentalColorMeasurement標(biāo)準(zhǔn)推薦了4種方法計(jì)算顏色強(qiáng)度值，即:SWL、SUM、WSUM和TSVSTR[16]，然后利用公式(9)計(jì)算染料的相對(duì)強(qiáng)度。為方便描述，本文稱(chēng)之為SWL法、SUM法、WSUM法和TSVSTR法。SWL、SUM、WSUM可通過(guò)反射率或透射率計(jì)算，公式(10)～公式(12)所示為利用反射率計(jì)算，透射率的計(jì)算方法類(lèi)似。TSVSTR是以三刺激值(X、Y、Z)的Y值直接表征顏色強(qiáng)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(jiàn)，不管采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還是國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)染料強(qiáng)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(qiáng)度評(píng)價(jià)的補(bǔ)充方法。

　　3染料強(qiáng)度評(píng)價(jià)的補(bǔ)充方法———溶液法(吸光度法)

　　溶液法，也叫吸光度法，它通過(guò)測(cè)定染液的吸光度計(jì)算染料強(qiáng)度，省去了染色過(guò)程，更為快速和便捷。但是此方法僅適用于透明、無(wú)顆粒、不散光、符合朗伯-比爾定律且染色過(guò)程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的染液[18]，如分散染料、活性染料和陽(yáng)離子染料等[19-20];并且要求測(cè)試樣品和標(biāo)準(zhǔn)品在光譜可見(jiàn)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(bǔ)充方法(supplementarymethod)，并且必須經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)染色法證明可行才能使用。這也容易理解，因?yàn)槿玖显谌芤褐械某噬阅芘c其對(duì)著色物的上染性能之間還存在一定的差異。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)推薦了GB/T27594-2011分散染料原染料相對(duì)強(qiáng)度的測(cè)定分光光度法，其實(shí)質(zhì)是吸光度法，即通過(guò)配制標(biāo)樣懸浮液和試樣懸浮液，測(cè)試兩者的吸光度，然后以試樣的單位濃度吸光度對(duì)標(biāo)樣的單位濃度吸光度的百分比表示(干品染料)。對(duì)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?yàn)榍笆龅?和第2部分的染色法也都采用分光光度儀測(cè)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(duì)強(qiáng)度的測(cè)定[21]，標(biāo)準(zhǔn)名字就更準(zhǔn)確，它是對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO105-Z10[22]做了稍許改進(jìn)，兩種方式的實(shí)質(zhì)相同。相關(guān)研究認(rèn)為此類(lèi)方法雖便捷、快速，但測(cè)試結(jié)果不夠精準(zhǔn)，建議僅作為參考使用

三、染料強(qiáng)度：力份測(cè)量方法