Estimativa da concentração de corante usando Kubelka

Relatórios Científicos volume 13, Número do artigo: 2019 (2023) Cite este artigo

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Se a relação entre a função de refletância (K/S) e a concentração de corante (C) for conhecida, a cor do tecido tingido (R∞) e C podem ser previstas uma da outra. No presente trabalho, o valor da concentração estimado a partir dos dados de refletância usando dois modelos reflexivos, ou seja, o Kubelka–Munk e o Allen–Goldfinger é comparado. Primeiro, o modelo de Allen-Goldfinger foi executado usando o coeficiente de absorção de corantes na fibra, ou seja, os valores unitários de k/s em vez dos valores da solução. Os resultados mostraram que a substituição da unidade k/s para o coeficiente de absorção de Beer-Lambert no modelo de Allen-Goldfinger causa menor erro na previsão do fator de refletância espectral, bem como na concentração do corante. No entanto, este modelo não levou a melhores resultados. Em seguida, uma forma inversa foi usada para estimar a concentração de corantes a partir da refletância espectral correspondente. Consequentemente, observou-se que o modelo Kubelka-Munk ainda é um método mais confiável, embora se beneficie de mais simplicidade do que o modelo Allen-Goldfinger. A análise de erros mostrou que os resultados dependem profundamente de diferentes fatores, como a faixa de concentração aplicada, bem como o comportamento de adsorção espectral do corante.

Uma das técnicas de coloração têxtil é o tingimento, que pode ser executado durante qualquer etapa da fabricação de produtos têxteis, assumindo diferentes formas físicas, como fibras soltas, fios, estopas, tops, tecidos, não tecidos, substratos de malha ou roupas1. Estudos demonstraram que cerca de 5% dos produtos têxteis devem ser retingidos por vários motivos. Para obter uma cor precisa para um produto tingido com a profundidade e tonalidade desejadas, é necessário realizar controles em diferentes etapas do tingimento para minimizar os erros de tingimento2. Portanto, é altamente recomendável fazê-lo nas etapas iniciais do processo (banho de tingimento) e na etapa final (produto tingido). O controle no processo de tingimento pode ser feito tanto de forma descontínua (offline) quanto online. Atualmente, vários métodos foram desenvolvidos para prever o comportamento do tingimento e seu controle mais preciso, monitorando as variáveis ​​do banho de tingimento, como as concentrações do corante usado. Esses métodos são baseados nos princípios químicos e físicos do tingimento e na análise do banho de tingimento e dados espectrofotométricos de absorção3,4,5,6,7,8. Em todos eles, foi feita uma tentativa de determinar a proporção exata e a quantidade de componentes do banho de tingimento, especialmente a quantidade de corante ou concentração. A importância de determinar e controlar a concentração de corantes no processo de tingimento se deve ao seguinte5:

Corante, o produto químico mais importante no banho de tingimento.

Estudar o comportamento de corantes em diferentes condições de tingimento.

Otimizando o processo de tingimento.

Determinação da eficiência da máquina de tingimento.

Controle do processo de tingimento.

O processo de tingimento e o controle do processo no tingimento de têxteis podem ser encontrados em detalhes em livros didáticos9,10,11, de modo que seja classicamente caracterizado com base na análise de espectroscopia UV-Visível do banho de corante12. Normalmente, a conhecida lei de Beer-Lambert mostrada na Eq. (1) é empregado para determinar a concentração de corante em solução e/ou fase sólida, ou seja, fibras13,14,15,16.

onde \(\theta_{t}\) é a potência radiante monocromática transmitida pelo meio absorvedor, \(\theta_{0}\) mostra a potência radiante monocromática incidente no meio, \(\tau_{i}\) é a transmitância interna que é igual a \(\frac{{\theta_{t} }}{{\theta_{0} }}\), \(\varepsilon\) e c demonstram o coeficiente de absorção molar e a concentração de corante, respectivamente, e finalmente, b e A mostram respectivamente o comprimento do caminho de absorção e a absorbância. A lei de Beer-Lambert pode ser aplicada a um meio completamente transparente nas formas gasosa, líquida ou sólida. Dificuldades podem ser experimentadas em materiais sólidos, particularmente quando eles mostram um grau de translucidez. O problema é crítico em materiais fibrosos, que apresentam grande reflexão superficial e considerável espalhamento de casca. Além disso, o trabalho analítico, como a extração do corante da fibra e a medição da concentração do corante em uma fase sólida, é um trabalho demorado e tedioso. Tanto a dissolução de fibras quanto a extração de corantes são possíveis quando os corantes nas fibras são direcionados. Assim, é interessante desenvolver um método alternativo para determinar a concentração de corante, especialmente na fase sólida a partir de métodos mais fáceis9,16.