影響染料應(yīng)用的主要因素
時(shí)間:2005-09-07
每種染料都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),水溶性直接染料在造紙工業(yè)中已得到普遍的應(yīng)用.而顏料常用于有色涂布紙中,染料與紙纖維以共價(jià)鍵、離子鍵、配合鍵、氫鍵及分子間力結(jié)合,其染色牢度主要取決于結(jié)合力的強(qiáng)弱,究竟以何種結(jié)合為主,視染料分子的結(jié)構(gòu)而定.
1.與不同紙漿的作用
在造紙的染色過(guò)程中,染料作用的對(duì)象是紙纖維.染料與不同紙漿的作用機(jī)理不同,如堿性染料對(duì)木素有很大的親合力,適宜于染木素含量高的紙漿;而直接染料對(duì)纖維素纖維有很大的親合力,在漿中含有較多木素時(shí),易產(chǎn)生色斑,因此主要用于纖維素纖維含量高的紙漿染色.
紙漿表面帶有強(qiáng)負(fù)電性,則對(duì)直接染料的負(fù)離子幾乎不吸附,隨實(shí)在表面電荷的減少,染料接近纖維表面而被固著.這種吸附是非靜電力造成的,它主要發(fā)生在纖維的孔隙中,極少發(fā)生在纖維的表面上.對(duì)于染料離子帶正電荷的堿性染料,則有相反的表現(xiàn),強(qiáng)負(fù)電荷的纖維表面容易吸附染料,隨著電荷的減少,吸附量減少,即使纖維表面帶有負(fù)電荷,吸附量也顯著下降.
鋁釩是造紙中常用的染料留著劑,因大多數(shù)造紙染料是陰離子性的,陽(yáng)離子鋁化合物可和陰離子染料形成陽(yáng)離子沉淀并吸附在纖維表面而被留住,這種機(jī)理在pH值4.0-5.2時(shí)發(fā)生,此時(shí)鋁離子的電荷密度高,電荷作用強(qiáng).
2.打漿度
只在纖維充分分散時(shí),才能有更多的活性基與染料作用;細(xì)小纖維較之長(zhǎng)纖維對(duì)染料有更多的吸附.Hinton等人發(fā)現(xiàn),細(xì)小纖維的吸附量(Df)和長(zhǎng)纖維的吸附量(Dl)有很大差異.如果這種差異只是由表面積造成的,那么Df/Dl應(yīng)該一定,而與染料的種類無(wú)關(guān).但實(shí)際上的細(xì)小纖維和長(zhǎng)纖維之間,存在著化學(xué)性質(zhì)上的差異.根據(jù)Hinton等人的電滲測(cè)定證明,在電解質(zhì)濃度為3.45×10-2mol/L、溫度25℃時(shí),細(xì)小纖維的電位為mV,而長(zhǎng)纖維的電位僅為mV.
在染料染色過(guò)程中,細(xì)小纖維對(duì)于所有的染料的吸附較強(qiáng);同時(shí)其對(duì)染料的吸附,又因染料種類不同而變化.直接染料與纖維的親合性很強(qiáng),因此受電位的影響較小;而本性染料及堿性染料的吸附,對(duì)電位有重要影響,這一點(diǎn)很早就為Neale等人的證明.只有在電位基本為零時(shí),染料的吸附量達(dá)到最大.
3.與媒染劑配合
酸性染料必須在加入明礬及其他陽(yáng)離子媒染劑后才有明顯的染色效果.而在加入脲醛樹脂或陽(yáng)離子PEI作為媒染劑后,其對(duì)于含有陽(yáng)離子基的直接染料有排斥作用,故使直接染料難以和用明礬時(shí)有更好的效果,如紙能夠保持其特殊的強(qiáng)度、透氣性和柔軟性等,色調(diào)則由于PEL等用量的增多而變深.
4.填料的影響
許多填料與染料有較強(qiáng)的親合力,從而對(duì)含有填料的紅漿進(jìn)行染色時(shí),由于部分染料被填料所吸收,使得成紙的色澤要淺一些,并且顏色也不均一.因此一些薄型彩色紙的加工中一般不加填料.為了減少填料對(duì)染色的不良影響,在染色過(guò)程中,可先加染料再加松香膠和明礬,先將染料固著在纖維上,最后再加填料.
5.染料的留著
染料的留著與細(xì)小纖維和填料的留著有著密切的關(guān)系,添加劑傾向于依照相應(yīng)的表面面積大小吸附在各組分上.所以染料的吸附是其留著的關(guān)鍵.而由于大部分染料是陰離子性的,與負(fù)電荷的纖維合力差,在紙料中留著較低,一般可應(yīng)用染料助留劑或使染料本身進(jìn)行陽(yáng)離子化,從而增加對(duì)纖維的吸附,提高其留著.
直接染料的溶解性低,只能與纖維有少量的結(jié)合,但當(dāng)明礬加到染料的漿中后,通過(guò)明礬與染料的反應(yīng),可賦予直接染料正電荷,這樣就增加了染料對(duì)纖維的吸附.
纖維表面的羥基可參與氫鍵的形成而增加其與染料的結(jié)合力,在染料分子與纖維表面的結(jié)合中,分子間力也起著非常重要的作用.
酸性染料分子中有大量的可溶性基團(tuán)影響染料分子和纖維表面的進(jìn)一步結(jié)合.染料分子上的負(fù)電荷與纖維上的負(fù)電荷間有一定的排斥力,所以,酸性染料一般也要使用陽(yáng)離子助留劑來(lái)增加其留著.
堿性染料帶有正電荷,與纖維有靜電吸附引力,陽(yáng)離子基團(tuán)可與未漂化學(xué)漿和機(jī)械漿中的任何負(fù)電荷基團(tuán)作用,但是,由于某種原因漂白漿的負(fù)電荷基團(tuán)少,對(duì)染料的吸引了小.必須運(yùn)用其他方法增加其留著.
染色時(shí),當(dāng)染料加到漿料中后,在懸浮纖維、細(xì)小纖維和水之間建立吸附平衡,如果紙料的顏色變淡,說(shuō)明吸附平衡移動(dòng)使得染料吸附在纖維上;如果紙料顏色變深,則必須加入如明礬和施膠劑使吸附平衡向纖維吸附染料方向移動(dòng)來(lái)提高染料的留著.
提高染料留著的其他方法還有加熱漿料或者加鹽以及染料助留劑等.
染料助留劑在市場(chǎng)上作為一種專門產(chǎn)品出售,通常是低分子量高電荷密度的陽(yáng)離子聚合物,濕強(qiáng)樹脂和陽(yáng)離子淀粉也可賦予染料分子正電荷以改善其留著.
6.染料對(duì)其他添加劑的影響
染料一般都是帶電荷的物質(zhì),可與其他帶電添加發(fā)生反應(yīng).造紙用染料主要是帶有陰離子電荷的酸性染料和直接性染料,應(yīng)盡可能不要將帶負(fù)電荷的染料在靠近陽(yáng)離子添加劑的地方加入.
