·助染劑·

染料助染劑在彩色紙生產(chǎn)中的應用

武建峰

(河南省衛(wèi)輝市鑫森紙業(yè)有限公司,河南衛(wèi)輝,453100)

摘要：結合生產(chǎn)實踐,對彩色紙生產(chǎn)中常用的染料助染劑的種類、助染機理、單雙元助染劑使用的工藝條件及優(yōu)缺點和應用時的注意事項進行了介紹。

關鍵詞：助染劑；應用工藝；助染原理

作者簡介：武建峰先生；主要從事特種紙的研發(fā)工作。

中圖分類號：TS761.1

文獻標識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)06- 0071- 03

收稿日期：2015- 01- 22(修改稿)

Abstract：The application of dyeing aids in color paper production was discussed, which mainly included application purpose, process, assisted dyeing principle, and the matters needing attention.

Application of Dyeing Aids in Color Paper Production

WU Jian-feng

(He’nanWeihuiXinsenPaperCo.,Ltd.,Weihui,He’nanProvince, 453100)

(E-mail: wujianfeng19979@126.com)

Key words：dyeing aids; application process; assisted dyeing principle

與普通紙張相比,彩色紙的生產(chǎn)工藝相對復雜且生產(chǎn)中存在的問題較多。彩色紙生產(chǎn)中普遍存在的主要問題有：①紙張存在明顯的兩面顏色差,特別是深色卡紙；②高定量卡紙平滑度相對較低且兩面差較大,表面細膩度不好,經(jīng)染色后視覺差別更加明顯；③紙張整體染色勻整性差,易出現(xiàn)色花、色斑和彩色纖維絲,紙張顏色日曬牢度低；④各種不同顏色染色工藝變化大和個別顏色染色存在染色障礙等技術難題。目前國內現(xiàn)狀是,大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的彩色紙其產(chǎn)品質量上與進口高檔彩色紙相比還存在一定差距,一般定位為中低檔彩色紙[1-2],個別企業(yè)生產(chǎn)的彩色紙質量接近進口高檔彩色紙的標準。國內市場上的高檔彩色紙主要以進口印度尼西亞色卡紙、荷蘭色卡紙、日本紀州色紙為主。作為彩色紙生產(chǎn)中關鍵的染色工序,染料助染劑的選擇和應用對彩色紙產(chǎn)品質量和生產(chǎn)操作影響很大。

染料助染劑是指為了提高染色質量和解決染色障礙為目的的一種或多種助劑和輔料,通常為低相對分子質量、高電荷密度的陽離子聚合物,鹽、濕強樹脂、陽離子淀粉、固色劑等均可作為染料助染劑。高檔彩色紙一般采用以漿內染色為主,以紙機流送系統(tǒng)和表面施膠系統(tǒng)補色為輔助染色的染色工藝。紙張顏色主體色由漿料顏色決定,最常用的染料為直接染料,直接染料大部分屬于陰離子染料,溶解性低，與纖維有少量的結合,因此染色過程中需要加入助染劑以提高染色效果和染色質量,常用于高檔彩色紙的染料助染劑有無鐵硫酸鋁、陽離子淀粉、精制鹽、固色劑、元明粉(硫酸鈉,無水的稱為元明粉)等。

1染料助染劑的作用

染料助染劑的作用為：①可以提高染料使用效率及染料保留率,減少染料流失和降低染料用量；②提高紙張上染百分率以及染色深度和染色牢度,特別是日曬牢度,降低漿料與染料混合染色時間,提高生產(chǎn)效率；③解決紙張染色障礙,降低紙張兩面顏色差、提高染色勻整性,減緩個別染料上染速度，防止紙張色花和色斑現(xiàn)象；④平衡紙機濕部系統(tǒng)電荷,減輕紙機改產(chǎn)和換色清洗難度，提高清洗速度,助染劑的添加有利于提高紙機濕部細小纖維和其他輔料的留著率；⑤降低紙機白水色度,提高白水回用量和循環(huán)次數(shù),減輕廢水處理負荷,特別是廢水處理過程中的脫色負荷。

2染料助染劑的助染機理[3]

紙張染色首要條件是染料在紙張中要有高的留著,染料的吸附是其留著的關鍵,由于大部分染料是陰離子性的,與帶負電荷的纖維結合力差,在紙料中留著較低。染料助染劑通常為低相對分子質量、高電荷密度的陽離子聚合物,助染劑的添加可以優(yōu)先及有效與染料反應賦予染料正電荷,這樣就增加了染料對纖維的吸附,從而提高染料在紙張中的留著,起到助染作用。

硫酸鋁、陽離子淀粉和精制鹽助染機理是,加入漿料中的陰離子染料優(yōu)先與強電荷陽離子助染劑發(fā)生吸附使其陽離子化,從而增加對纖維的吸附,提高染料留著，達到助染的目的。固色劑助染原理是,能在染料與纖維間“架橋”形成化合物,即同時與染料分子反應,與纖維素纖維交聯(lián)形成高度多元化交聯(lián)體系,使染料與纖維更牢固地結合,防止染料從纖維上脫落,提高染色牢度；固色劑中的活性物質可以相互縮合,在纖維表面形成體網(wǎng)狀薄膜將染料封閉,可以輕度增加紙張的平滑度；適用于活性染料、直接染料、硫化染料的助染。元明粉助染原理是,可以減小染料在水中的溶解度,從而增加了纖維吸附染料的機率,增加染料上染率,使染色色澤加深。

3染料助染劑應用工藝及優(yōu)缺點

3.1單元染料助染劑應用工藝

單元染料助染劑應用工藝條件見表1。

3.2單元染料助染劑優(yōu)缺點分析

單元染料助染劑優(yōu)點是：應用單元染料助染劑具有助染效果,可以有效提高染色效率,提高染色牢度,減少染料用量和降低兩面顏色差,使用簡單方便。

單元染料助染劑存在的缺點是：染料助染劑用量大,相對于雙元染料助染劑助染效果差,紙張依然存在輕度的兩面顏色差。而常用的助染劑單獨使用也存在缺點,其中無鐵硫酸鋁適用于酸性造紙的染料助染劑；精制鹽對深色紙助染效果差,用量過大成本高；固色劑對個別染料助染和吸附作用過于激烈,易出現(xiàn)彩色纖維絲；元明粉助染效果差，用量大，主要用于淺色紙助染,優(yōu)點是起到緩染作用,針對個別顏色、個別染料應用可以防止出現(xiàn)彩色纖維絲和色斑問題。

3.3雙元染料助染劑應用工藝

(1)無鐵硫酸鋁+叔胺陽離子淀粉

用量：無鐵硫酸鋁5.0～10.0 kg/t漿,叔胺陽離子淀粉5.0～10.0 kg/t漿。

加入順序：染料→無鐵硫酸鋁→叔胺陽離子淀粉→其他輔料。

適用于酸性造紙淺色紙和中色紙系列的助染劑,助染效果顯著。

(2)無鐵硫酸鋁+固色劑

用量：無鐵硫酸鋁5.0～10.0 kg/t漿,固色劑2.0～4.0 kg/t漿。

加入順序：染料→無鐵硫酸鋁→固色劑→其他輔料。

適用于酸性造紙深色紙的助染劑,助染效果顯著,助染速度快。

(3)固色劑+季銨陽離子淀粉

表1　單元染料助染劑應用工藝條件

注淺色是指染料總用量≤3.0 kg/t漿,中色是指染料總用量3.0～15.0 kg/t漿,深色是指染料總用量≥15.0 kg/t漿。

用量：固色劑2.0～4.0 kg/t漿,季銨陽離子淀粉5.0～8.0 kg/t漿。

加入順序：染料→季銨陽離子淀粉→固色劑→其他輔料。

適用于中性造紙中色紙和深色紙系列的助染劑,助染過程強烈,助染速度快。

(4)精制鹽+季銨陽離子淀粉

用量：精制鹽4.0～8.0 kg/t漿,季銨陽離子淀粉5.0～10.0 kg/t漿。

加入順序：染料→精制鹽→季銨陽離子淀粉→其他輔料。

適用于中性造紙淺色系列的助染劑,助染過程比較緩和。

(5)精制鹽+元明粉

用量：精制鹽2.0～5.0 kg/t漿,元明粉2.0～4.0 kg/t漿。

加入順序：元明粉→染料溶液→精制鹽→其他輔料。

適用于中性造紙淺色系列的助染劑,助染過程比較緩和,可以有效解決色斑和彩色纖維絲等質量問題。

3.4雙元染料助染劑優(yōu)缺點分析

雙元染料助染劑優(yōu)點：可以更有效提高染色效率和質量,解決部分顏色染色障礙問題。比單元染料助染劑助染效率高,效果好,特別是紙張兩面顏色差更小,可以有效防止色斑出現(xiàn),染色牢度更高,特別適合中色和深色紙系列染料助染,綜合用量相對小,助染成本低。

雙元染料助染劑存在的缺點：需要配套溶解制備系統(tǒng),工藝操作相對繁瑣。

4染料助染劑應用注意事項

(1)應用單元染料助染劑首先必須保證助染劑充分溶解,可采取通汽升溫和控制適宜的溶解濃度以及溶解罐配置合適的攪拌器等措施,其次需要控制合理的添加順序和添加流量,助染劑添加過程中漿料濃度控制不能太高,必須保證漿料在漿池內具有良好的循環(huán)效果,建議漿料染色及添加助染劑濃度控制在2.5%～3.2%。添加流量過大或速度過快以及漿料循環(huán)效果差都會導致紙張表面出現(xiàn)彩色纖維絲和色斑現(xiàn)象。

(2)不同的施膠工藝應選擇不同的助染劑。一般酸性造紙應優(yōu)先選擇無鐵硫酸鋁、叔胺陽離子淀粉或季銨陽離子淀粉作為染色助染劑，助染效果較好,便于紙機生產(chǎn)和解決染色障礙問題。在配料中加入硫酸鋁可同時起到松香施膠固著劑的作用,對皂化松香膠的溶解性和吸附性起主導作用。陽離子淀粉的添加有利于提高膠料和其他輔料的留著,選用以上助染劑有利于降低生產(chǎn)成本。但存在的缺點是：酸性造紙相對于中性造紙工藝落后,紙張生產(chǎn)綜合成本高,添加硫酸鋁的紙張會出現(xiàn)發(fā)脆現(xiàn)象,紙張強度和耐久性相對差。中性造紙一般應優(yōu)先選擇固色劑、季銨陽離子淀粉、精制鹽、元明粉作為染色助染劑。不能選用無鐵硫酸鋁和叔胺陽離子淀粉,因為無鐵硫酸鋁的加入：①會造成紙機系統(tǒng)pH值降低,出現(xiàn)漿內施膠障礙；②中性造紙一般選用碳酸鈣作為填料,碳酸鈣填料在酸性條件下會發(fā)生化學反應生成鈣鹽,影響紙機正常連續(xù)生產(chǎn)并且系統(tǒng)泡沫增多,深色紙紙張表面會形成染料點,淺色紙紙張表面會形成半透明點；③加入無鐵硫酸鋁的紙張會出現(xiàn)發(fā)脆現(xiàn)象；④中性造紙系統(tǒng)pH值一般在6.5～7.5之間,而叔胺陽離子淀粉在pH值大于5.0時,電荷降低,特別是pH值大于7.0時,電荷顯著降低影響助染作用。針對于個別染料如直接耐曬翠蘭BL、直接大紅4BS及部分熒光染料染色速度極快,極易造成彩色纖維絲和色斑質量問題,可以選用元明粉作助染劑，起到緩染作用，有效杜絕以上問題。

(3)新材料固色劑種類較多，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，適合于高檔彩色紙的染料助染劑主要有：陽離子型季銨鹽、胺醛樹脂、酚醛縮合體和活性染料固色劑。固色劑的使用要充分稀釋、溶解和嚴格過濾,否則固色劑中未溶解的絮聚物與存在的雜質在紙張表面會形成色點子。

(4)染料助染劑使用其他注意事項,選擇陽離子淀粉需要考慮其取代度,陽離子淀粉取代度越高所含的陽離子電荷就越高,其分散性、溶解性、助染作用越強烈,一般情況建議選擇取代度為0.3的陽離子淀粉,其助染效果好,用量低。

參考文獻

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(責任編輯：馬忻)