影響染料應用的主要因素
時間:2005-09-07
每種染料都有優點和缺點,水溶性直接染料在造紙工業中已得到普遍的應用.而顏料常用于有色涂布紙中,染料與紙纖維以共價鍵、離子鍵、配合鍵、氫鍵及分子間力結合,其染色牢度主要取決于結合力的強弱,究竟以何種結合為主,視染料分子的結構而定.
1.與不同紙漿的作用
在造紙的染色過程中,染料作用的對象是紙纖維.染料與不同紙漿的作用機理不同,如堿性染料對木素有很大的親合力,適宜于染木素含量高的紙漿;而直接染料對纖維素纖維有很大的親合力,在漿中含有較多木素時,易產生色斑,因此主要用于纖維素纖維含量高的紙漿染色.
紙漿表面帶有強負電性,則對直接染料的負離子幾乎不吸附,隨實在表面電荷的減少,染料接近纖維表面而被固著.這種吸附是非靜電力造成的,它主要發生在纖維的孔隙中,極少發生在纖維的表面上.對于染料離子帶正電荷的堿性染料,則有相反的表現,強負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,因大多數造紙染料是陰離子性的,陽離子鋁化合物可和陰離子染料形成陽離子沉淀并吸附在纖維表面而被留住,這種機理在pH值4.0-5.2時發生,此時鋁離子的電荷密度高,電荷作用強.
2.打漿度
只在纖維充分分散時,才能有更多的活性基與染料作用;細小纖維較之長纖維對染料有更多的吸附.Hinton等人發現,細小纖維的吸附量(Df)和長纖維的吸附量(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應該一定,而與染料的種類無關.但實際上的細小纖維和長纖維之間,存在著化學性質上的差異.根據Hinton等人的電滲測定證明,在電解質濃度為3.45×10-2mol/L、溫度25℃時,細小纖維的電位為mV,而長纖維的電位僅為mV.
在染料染色過程中,細小纖維對于所有的染料的吸附較強;同時其對染料的吸附,又因染料種類不同而變化.直接染料與纖維的親合性很強,因此受電位的影響較小;而本性染料及堿性染料的吸附,對電位有重要影響,這一點很早就為Neale等人的證明.只有在電位基本為零時,染料的吸附量達到最大.
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離子PEI作為媒染劑后,其對于含有陽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有更好的效果,如紙能夠保持其特殊的強度、透氣性和柔軟性等,色調則由于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的親合力,從而對含有填料的紅漿進行染色時,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.為了減少填料對染色的不良影響,在染色過程中,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
染料的留著與細小纖維和填料的留著有著密切的關系,添加劑傾向于依照相應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鍵.而由于大部分染料是陰離子性的,與負電荷的纖維合力差,在紙料中留著較低,一般可應用染料助留劑或使染料本身進行陽離子化,從而增加對纖維的吸附,提高其留著.
直接染料的溶解性低,只能與纖維有少量的結合,但當明礬加到染料的漿中后,通過明礬與染料的反應,可賦予直接染料正電荷,這樣就增加了染料對纖維的吸附.
纖維表面的羥基可參與氫鍵的形成而增加其與染料的結合力,在染料分子與纖維表面的結合中,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影響染料分子和纖維表面的進一步結合.染料分子上的負電荷與纖維上的負電荷間有一定的排斥力,所以,酸性染料一般也要使用陽離子助留劑來增加其留著.
堿性染料帶有正電荷,與纖維有靜電吸附引力,陽離子基團可與未漂化學漿和機械漿中的任何負電荷基團作用,但是,由于某種原因漂白漿的負電荷基團少,對染料的吸引了小.必須運用其他方法增加其留著.
染色時,當染料加到漿料中后,在懸浮纖維、細小纖維和水之間建立吸附平衡,如果紙料的顏色變淡,說明吸附平衡移動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來提高染料的留著.
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.
染料助留劑在市場上作為一種專門產品出售,通常是低分子量高電荷密度的陽離子聚合物,濕強樹脂和陽離子淀粉也可賦予染料分子正電荷以改善其留著.
6.染料對其他添加劑的影響
染料一般都是帶電荷的物質,可與其他帶電添加發生反應.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,應盡可能不要將帶負電荷的染料在靠近陽離子添加劑的地方加入.
