纸浆色浆固色初步研究

2018-08-25黎意满陈培群廖功胜颜进华黄丁源

造纸化学品 2018年1期

黎意满，陈培群，廖功胜，颜进华，，黄丁源

（1.广东轻工职业技术学院，广东广州 510300；2.封开县嘉诚纸业有限公司，广东封开 526500）

彩色纸是带有颜色的纸种，颜色一般用染料与纸浆混合进行染色处理获得。染料的耐光/耐候性差，颜色鲜艳度不高，高档色纸应用受到限制。水性色浆是有机颜料通过适当处理获得的以水为介质的颜料分散液，其优秀耐光耐候性和明亮鲜艳色彩度特点，可以克服这些缺点，但水性色浆，与纸浆没有亲合力，必须采用适当的助留和有效固色方法，提高色浆的着色效果。

以蓝色水性色浆为例，本文尝试采用不同的固色方法，研究它们的固色效果，并尝试其他色浆，以获得水性色浆的专用固色剂及固色方法。实验结果可以为色浆进一步应用于浆内着色提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器

精密电子天平，恒温水浴锅，小型疏解器，抄纸烘干一体机，色差仪等。

1.2 材料

漂白针叶木浆板、蓝色水性色浆（PB15：0，有效份为质量分数30%），红色水性色浆（R43：0，有效份为质量分数30%），黄色水性色浆（Y13，有效份为质量分数30%），黑色水性色浆（炭黑7，有效份为质量分数30%）；所有颜料由南海骏能造纸材料公司提供；硫酸铝、丙烯酰胺（化学纯试剂，含量≥98%）、交联型自制固色剂等。

1.3 方法

3 g浆板疏解1 min，加入计量色浆，混合5 min，随后与固色剂混合1 min，即用抄片机抄成纸片，保存1天后测量色度。

1.4 性能测试

色差：直接采用色差仪对手抄片样品进行L、a、b值测量，每个样品至少测量10个点，由平均值表示。

抗张强度：对手抄片纸样裁切固定尺寸进行抗张强度测试。

2 结果与分析

2.1 硫酸铝固色

硫酸铝是常用的染料媒染剂，能与染料形成螯合物而使染料分子牢固地吸附在纤维上。有机颜料与染料具有很大的不同，虽然颜色鲜艳耐久，但在纸品抄造中应用有难度。为了开发水性色浆对纸浆的着色，纸用色浆需要考虑色浆对纤维的吸附和固着。而色浆制备过程添加的表面活性剂、分散剂、稳定剂等非呈色物质，均与色粉产生作用，固色过程因而变量较多，硫酸铝的固色作用需要进行实验。

图1是不同硫酸铝用量（对浆绝干用量，下同）对蓝色色浆固色结果。

图1 硫酸铝不同添加量对蓝色色浆的固色结果

从图1可看出：少量的硫酸铝用量能快速提升色浆着色效果，色差显著增大。硫酸铝用量为1%时，色差值已大于40，硫酸铝用量为5%时达色差最大值；继续增加硫酸铝用量，色差值反而稍有降低。因此，硫酸铝对蓝色色浆固色用量1%～5%较好。一般认为硫酸铝的添加会造成成纸强度下降。从图1的强度曲线可看出，硫酸铝用量大于1%以后，随着硫酸铝用量增加，强度明显下降。这是由于硫酸铝是酸性较强的物质，在抄造系统已采用中性的当下，这种固色方法必须进行改进。因为硫酸铝的添加不但引起系统设备腐蚀程度增加，也不利于成纸强度和成纸的保存。

2.2 自制固色剂的固色结果

色浆是有机颜料采用润湿、分散、稳定和电性调整等助剂配制成的混合物，特别是用于纸品浆内着色，为了增加其对纸浆的吸附，往往色浆具有阳离子特性，以实现自留着。但这种离子强度并不高，与纸浆吸附力弱，容易脱落，因而必须添加固色剂，帮助色浆牢固着色。图2是自制固色剂用量对蓝色色浆的固色结果。

图2 自制固色剂用量的固色效果

从图2可看出：固色剂用量增加，色差提高。固色剂用量为0.5%时，色差达到最大值；再增加固色剂用量，色差稍有下降。图2色差值说明，固色剂作用明显，且具有最佳用量。

不同固色剂用量下色浆的强度测量结果也列在图2中。色差增加时，强度下降。最大色差值后，增加固色剂用量，色纸强度又继续上升。固色剂将色浆更多地保留在纸品中，而色浆色料是不亲水的有机颜料，与纤维间无作用力，越多保留于纸品中，必然减少纤维间的结合，造成成纸强度下降。这与图1中硫酸铝固色强度结果一致。与图1不同的是，硫酸铝用量继续增加，成纸强度一直下降，而自制固色剂则不同，固色剂用量增加，成纸强度提升。这说明自制固色剂可以提高成纸强度，且用量很少。

对自制固色剂进行了固色时间对色纸色差影响的实验，结果如图3所示。

由图3可看出：固色时间很短，与色浆混合接触1 min，即可达到固色的效果；固色时间延长，并不能增大色差值。图3说明固色剂与色浆作用迅速。

前期关于有机颜料对纤维着色实验研究中，5种固色剂（硫酸铝、PAE、CPAM、PDADMAC和壳聚糖）对酞菁蓝色浆的固色进行了对比，发现硫酸铝、湿强剂和助留剂是较好的固色剂[1]。表1是3种固色剂对本实验色浆固色效果对比。

图3 自制固色剂固色时间对色纸色差影响

从表1可看出，硫酸铝固色效果最好。对本实验用色浆，跟硫酸铝相比，湿强剂和助留剂不再有较强的固色效果，说明固色剂选用有针对性。色浆开发过程所用方法和配方成分的不同，对应的固色剂也必须进行调整。采用纸浆用色浆着色时，必须选择匹配的固色剂。

表1还对比了硫酸铝与自制固色剂的固色效果。虽然这里硫酸铝色差值高，但结合图1和图2，硫酸铝用量偏多，且色纸的强度下降严重。综合来看，自制固色剂有优势。

色纸颜色丰富多彩，抄制过程需要添加不同色浆或多色调配，以满足产品颜色要求。自制固色剂对其他颜色色浆的固色结果如表2所示。

表1 硫酸铝、湿强剂和助留剂固色效果对比

由表2可看出，自制固色剂对其他颜色色浆固色效果好，色差值高。表2中色浆真实抄片图片部分如图 4（a）所示。

由图4（a）可看出：色浆颜色纯正，色彩艳丽；固色色纸颜色稳定，不掉色不粘手。

表2 自制固色剂对其他颜色色浆固色结果

图4 不同色浆品种固色效果（a）及分别回抄1次和5次的固色牢度（b）

色浆固色需要吸附黏结作用，配方中色粉、表面活性剂、分散剂和稳定剂等与固色剂相互作用，同时与纤维间需要牢固化学键合，固色效果影响因素多，还有抄纸过程的真空抽吸作用，固色效果具有不确定性，需要检测固色牢度。这里对固色色纸采用回抄方式，说明固色牢度。从表2可以看出各色回抄后色纸色差结果：回抄1次色差均有下降，但不多，色差保留率均在80%以上，推测生产线中真空抽吸会影响少量色浆的固着。以蓝色为例，对多次回抄结果对比看出，5次和1次回抄结果相近，结果如图4（b）所示。由图4（b）可以看出颜色色差变化很少，说明色浆已牢固固着。色纸固色后的回抄与色差变化如表3所示。