纸浆色浆固色初步研究

2018-08-25 02:00黎意满陈培群廖功胜颜进华黄丁源
造纸化学品 2018年1期
关键词:硫酸铝色差用量

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。

3 结论

纸浆着色可以采用色浆。色浆制备过程不同,与之匹配的固色剂也不一样。对本实验采用的多色色浆,通过以上色浆固色实验及分析,可以得出以下结论。

表3 色纸固色后的回抄与色差变化

(1)硫酸铝固色效果好,添加量为1%以上时,固色效果突出,但成纸强度下降明显;硫酸铝添加量大于5%后,固色效果反而下降。

(2)湿强剂和助留剂固色效果较差。

(3)自制固色剂固色好,添加量0.5%时,固色效果高,且成纸强度增加;自制固色剂添加量大于0.5%后,固色效果下降。

(4)自制固色剂的固色时间短,延长接触时间不会帮助固色。

(5)自制固色剂具有广泛适应性,对各种颜色色浆的固色效果和固色牢度均较好。

总之,从本实验的抄纸用色浆实验对比看,自制的交联型固色剂具有固色好、成纸强度高的综合优势。

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