染料助染剂在彩色纸生产中的应用

·助染剂·

染料助染剂在彩色纸生产中的应用

武建峰

(河南省卫辉市鑫森纸业有限公司,河南卫辉,453100)

摘要：结合生产实践,对彩色纸生产中常用的染料助染剂的种类、助染机理、单双元助染剂使用的工艺条件及优缺点和应用时的注意事项进行了介绍。

关键词：助染剂；应用工艺；助染原理

作者简介：武建峰先生；主要从事特种纸的研发工作。

中图分类号：TS761.1

文献标识码：A

文章编号：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

与普通纸张相比,彩色纸的生产工艺相对复杂且生产中存在的问题较多。彩色纸生产中普遍存在的主要问题有：①纸张存在明显的两面颜色差,特别是深色卡纸；②高定量卡纸平滑度相对较低且两面差较大,表面细腻度不好,经染色后视觉差别更加明显；③纸张整体染色匀整性差,易出现色花、色斑和彩色纤维丝,纸张颜色日晒牢度低；④各种不同颜色染色工艺变化大和个别颜色染色存在染色障碍等技术难题。目前国内现状是,大多数企业生产的彩色纸其产品质量上与进口高档彩色纸相比还存在一定差距,一般定位为中低档彩色纸[1-2],个别企业生产的彩色纸质量接近进口高档彩色纸的标准。国内市场上的高档彩色纸主要以进口印度尼西亚色卡纸、荷兰色卡纸、日本纪州色纸为主。作为彩色纸生产中关键的染色工序,染料助染剂的选择和应用对彩色纸产品质量和生产操作影响很大。

染料助染剂是指为了提高染色质量和解决染色障碍为目的的一种或多种助剂和辅料,通常为低相对分子质量、高电荷密度的阳离子聚合物,盐、湿强树脂、阳离子淀粉、固色剂等均可作为染料助染剂。高档彩色纸一般采用以浆内染色为主,以纸机流送系统和表面施胶系统补色为辅助染色的染色工艺。纸张颜色主体色由浆料颜色决定,最常用的染料为直接染料,直接染料大部分属于阴离子染料,溶解性低，与纤维有少量的结合,因此染色过程中需要加入助染剂以提高染色效果和染色质量,常用于高档彩色纸的染料助染剂有无铁硫酸铝、阳离子淀粉、精制盐、固色剂、元明粉(硫酸钠,无水的称为元明粉)等。

1染料助染剂的作用

染料助染剂的作用为：①可以提高染料使用效率及染料保留率,减少染料流失和降低染料用量；②提高纸张上染百分率以及染色深度和染色牢度,特别是日晒牢度,降低浆料与染料混合染色时间,提高生产效率；③解决纸张染色障碍,降低纸张两面颜色差、提高染色匀整性,减缓个别染料上染速度，防止纸张色花和色斑现象；④平衡纸机湿部系统电荷,减轻纸机改产和换色清洗难度，提高清洗速度,助染剂的添加有利于提高纸机湿部细小纤维和其他辅料的留着率；⑤降低纸机白水色度,提高白水回用量和循环次数,减轻废水处理负荷,特别是废水处理过程中的脱色负荷。

2染料助染剂的助染机理[3]

纸张染色首要条件是染料在纸张中要有高的留着,染料的吸附是其留着的关键,由于大部分染料是阴离子性的,与带负电荷的纤维结合力差,在纸料中留着较低。染料助染剂通常为低相对分子质量、高电荷密度的阳离子聚合物,助染剂的添加可以优先及有效与染料反应赋予染料正电荷,这样就增加了染料对纤维的吸附,从而提高染料在纸张中的留着,起到助染作用。

硫酸铝、阳离子淀粉和精制盐助染机理是,加入浆料中的阴离子染料优先与强电荷阳离子助染剂发生吸附使其阳离子化,从而增加对纤维的吸附,提高染料留着，达到助染的目的。固色剂助染原理是,能在染料与纤维间“架桥”形成化合物,即同时与染料分子反应,与纤维素纤维交联形成高度多元化交联体系,使染料与纤维更牢固地结合,防止染料从纤维上脱落,提高染色牢度；固色剂中的活性物质可以相互缩合,在纤维表面形成体网状薄膜将染料封闭,可以轻度增加纸张的平滑度；适用于活性染料、直接染料、硫化染料的助染。元明粉助染原理是,可以减小染料在水中的溶解度,从而增加了纤维吸附染料的机率,增加染料上染率,使染色色泽加深。

3染料助染剂应用工艺及优缺点

3.1单元染料助染剂应用工艺

单元染料助染剂应用工艺条件见表1。

3.2单元染料助染剂优缺点分析

单元染料助染剂优点是：应用单元染料助染剂具有助染效果,可以有效提高染色效率,提高染色牢度,减少染料用量和降低两面颜色差,使用简单方便。

单元染料助染剂存在的缺点是：染料助染剂用量大,相对于双元染料助染剂助染效果差,纸张依然存在轻度的两面颜色差。而常用的助染剂单独使用也存在缺点,其中无铁硫酸铝适用于酸性造纸的染料助染剂；精制盐对深色纸助染效果差,用量过大成本高；固色剂对个别染料助染和吸附作用过于激烈,易出现彩色纤维丝；元明粉助染效果差，用量大，主要用于浅色纸助染,优点是起到缓染作用,针对个别颜色、个别染料应用可以防止出现彩色纤维丝和色斑问题。

3.3双元染料助染剂应用工艺

(1)无铁硫酸铝+叔胺阳离子淀粉

用量：无铁硫酸铝5.0～10.0 kg/t浆,叔胺阳离子淀粉5.0～10.0 kg/t浆。

加入顺序：染料→无铁硫酸铝→叔胺阳离子淀粉→其他辅料。

适用于酸性造纸浅色纸和中色纸系列的助染剂,助染效果显著。

(2)无铁硫酸铝+固色剂

用量：无铁硫酸铝5.0～10.0 kg/t浆,固色剂2.0～4.0 kg/t浆。

加入顺序：染料→无铁硫酸铝→固色剂→其他辅料。

适用于酸性造纸深色纸的助染剂,助染效果显著,助染速度快。

(3)固色剂+季铵阳离子淀粉

表1　单元染料助染剂应用工艺条件

注浅色是指染料总用量≤3.0 kg/t浆,中色是指染料总用量3.0～15.0 kg/t浆,深色是指染料总用量≥15.0 kg/t浆。

用量：固色剂2.0～4.0 kg/t浆,季铵阳离子淀粉5.0～8.0 kg/t浆。

加入顺序：染料→季铵阳离子淀粉→固色剂→其他辅料。

适用于中性造纸中色纸和深色纸系列的助染剂,助染过程强烈,助染速度快。

(4)精制盐+季铵阳离子淀粉

用量：精制盐4.0～8.0 kg/t浆,季铵阳离子淀粉5.0～10.0 kg/t浆。

加入顺序：染料→精制盐→季铵阳离子淀粉→其他辅料。

适用于中性造纸浅色系列的助染剂,助染过程比较缓和。

(5)精制盐+元明粉

用量：精制盐2.0～5.0 kg/t浆,元明粉2.0～4.0 kg/t浆。

加入顺序：元明粉→染料溶液→精制盐→其他辅料。

适用于中性造纸浅色系列的助染剂,助染过程比较缓和,可以有效解决色斑和彩色纤维丝等质量问题。

3.4双元染料助染剂优缺点分析

双元染料助染剂优点：可以更有效提高染色效率和质量,解决部分颜色染色障碍问题。比单元染料助染剂助染效率高,效果好,特别是纸张两面颜色差更小,可以有效防止色斑出现,染色牢度更高,特别适合中色和深色纸系列染料助染,综合用量相对小,助染成本低。

双元染料助染剂存在的缺点：需要配套溶解制备系统,工艺操作相对繁琐。

4染料助染剂应用注意事项

(1)应用单元染料助染剂首先必须保证助染剂充分溶解,可采取通汽升温和控制适宜的溶解浓度以及溶解罐配置合适的搅拌器等措施,其次需要控制合理的添加顺序和添加流量,助染剂添加过程中浆料浓度控制不能太高,必须保证浆料在浆池内具有良好的循环效果,建议浆料染色及添加助染剂浓度控制在2.5%～3.2%。添加流量过大或速度过快以及浆料循环效果差都会导致纸张表面出现彩色纤维丝和色斑现象。

(2)不同的施胶工艺应选择不同的助染剂。一般酸性造纸应优先选择无铁硫酸铝、叔胺阳离子淀粉或季铵阳离子淀粉作为染色助染剂，助染效果较好,便于纸机生产和解决染色障碍问题。在配料中加入硫酸铝可同时起到松香施胶固着剂的作用,对皂化松香胶的溶解性和吸附性起主导作用。阳离子淀粉的添加有利于提高胶料和其他辅料的留着,选用以上助染剂有利于降低生产成本。但存在的缺点是：酸性造纸相对于中性造纸工艺落后,纸张生产综合成本高,添加硫酸铝的纸张会出现发脆现象,纸张强度和耐久性相对差。中性造纸一般应优先选择固色剂、季铵阳离子淀粉、精制盐、元明粉作为染色助染剂。不能选用无铁硫酸铝和叔胺阳离子淀粉,因为无铁硫酸铝的加入：①会造成纸机系统pH值降低,出现浆内施胶障碍；②中性造纸一般选用碳酸钙作为填料,碳酸钙填料在酸性条件下会发生化学反应生成钙盐,影响纸机正常连续生产并且系统泡沫增多,深色纸纸张表面会形成染料点,浅色纸纸张表面会形成半透明点；③加入无铁硫酸铝的纸张会出现发脆现象；④中性造纸系统pH值一般在6.5～7.5之间,而叔胺阳离子淀粉在pH值大于5.0时,电荷降低,特别是pH值大于7.0时,电荷显著降低影响助染作用。针对于个别染料如直接耐晒翠兰BL、直接大红4BS及部分荧光染料染色速度极快,极易造成彩色纤维丝和色斑质量问题,可以选用元明粉作助染剂，起到缓染作用，有效杜绝以上问题。

(3)新材料固色剂种类较多，根据实际生产经验，适合于高档彩色纸的染料助染剂主要有：阳离子型季铵盐、胺醛树脂、酚醛缩合体和活性染料固色剂。固色剂的使用要充分稀释、溶解和严格过滤,否则固色剂中未溶解的絮聚物与存在的杂质在纸张表面会形成色点子。

(4)染料助染剂使用其他注意事项,选择阳离子淀粉需要考虑其取代度,阳离子淀粉取代度越高所含的阳离子电荷就越高,其分散性、溶解性、助染作用越强烈,一般情况建议选择取代度为0.3的阳离子淀粉,其助染效果好,用量低。

参考文献

[1]MA Yu-chun, YANG Cheng, QIN Xiao-li, et al. Production Practice of Fluorescent Color Adhesive Paper[J]. China Pulp & Paper, 2012, 31(11): 69.

马玉春, 杨成, 秦晓黎, 等. 荧光彩色胶版纸的生产实践[J]. 中国造纸, 2012, 31(11)： 69.

[2]ZHEN Dong-fa. Color Tissue Production with 100% Recycled Pulp[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(1): 72.

郑冬发. 100%废纸浆生产彩色薄页纸[J]. 中国造纸, 2014, 33(1)： 72.

(责任编辑：马忻)