紙漿色漿固色初步研究

黎意滿 ，陳培群 ，廖功勝 ，顏進華 ，，黃丁源

（1.廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510300；2.封開縣嘉誠紙業(yè)有限公司，廣東封開 526500）

彩色紙是帶有顏色的紙種，顏色一般用染料與紙漿混合進行染色處理獲得。染料的耐光/耐候性差，顏色鮮艷度不高，高檔色紙應(yīng)用受到限制。水性色漿是有機顏料通過適當處理獲得的以水為介質(zhì)的顏料分散液，其優(yōu)秀耐光耐候性和明亮鮮艷色彩度特點，可以克服這些缺點，但水性色漿，與紙漿沒有親合力，必須采用適當?shù)闹艉陀行Ч躺椒ǎ岣呱珴{的著色效果。

以藍色水性色漿為例，本文嘗試采用不同的固色方法，研究它們的固色效果，并嘗試其他色漿，以獲得水性色漿的專用固色劑及固色方法。實驗結(jié)果可以為色漿進一步應(yīng)用于漿內(nèi)著色提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器

精密電子天平，恒溫水浴鍋，小型疏解器，抄紙烘干一體機，色差儀等。

1.2 材料

漂白針葉木漿板、藍色水性色漿（PB15：0，有效份為質(zhì)量分數(shù)30%），紅色水性色漿（R43：0，有效份為質(zhì)量分數(shù)30%），黃色水性色漿（Y13，有效份為質(zhì)量分數(shù)30%），黑色水性色漿（炭黑7，有效份為質(zhì)量分數(shù)30%）；所有顏料由南海駿能造紙材料公司提供；硫酸鋁、丙烯酰胺（化學(xué)純試劑，含量≥98%）、交聯(lián)型自制固色劑等。

1.3 方法

3 g漿板疏解1 min，加入計量色漿，混合5 min，隨后與固色劑混合1 min，即用抄片機抄成紙片，保存1天后測量色度。

1.4 性能測試

色差：直接采用色差儀對手抄片樣品進行L、a、b值測量，每個樣品至少測量10個點，由平均值表示。

抗張強度：對手抄片紙樣裁切固定尺寸進行抗張強度測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫酸鋁固色

硫酸鋁是常用的染料媒染劑，能與染料形成螯合物而使染料分子牢固地吸附在纖維上。有機顏料與染料具有很大的不同，雖然顏色鮮艷耐久，但在紙品抄造中應(yīng)用有難度。為了開發(fā)水性色漿對紙漿的著色，紙用色漿需要考慮色漿對纖維的吸附和固著。而色漿制備過程添加的表面活性劑、分散劑、穩(wěn)定劑等非呈色物質(zhì)，均與色粉產(chǎn)生作用，固色過程因而變量較多，硫酸鋁的固色作用需要進行實驗。

圖1是不同硫酸鋁用量（對漿絕干用量，下同）對藍色色漿固色結(jié)果。

圖1 硫酸鋁不同添加量對藍色色漿的固色結(jié)果

從圖1可看出：少量的硫酸鋁用量能快速提升色漿著色效果，色差顯著增大。硫酸鋁用量為1%時，色差值已大于40，硫酸鋁用量為5%時達色差最大值；繼續(xù)增加硫酸鋁用量，色差值反而稍有降低。因此，硫酸鋁對藍色色漿固色用量1%～5%較好。一般認為硫酸鋁的添加會造成成紙強度下降。從圖1的強度曲線可看出，硫酸鋁用量大于1%以后，隨著硫酸鋁用量增加，強度明顯下降。這是由于硫酸鋁是酸性較強的物質(zhì)，在抄造系統(tǒng)已采用中性的當下，這種固色方法必須進行改進。因為硫酸鋁的添加不但引起系統(tǒng)設(shè)備腐蝕程度增加，也不利于成紙強度和成紙的保存。

2.2 自制固色劑的固色結(jié)果

色漿是有機顏料采用潤濕、分散、穩(wěn)定和電性調(diào)整等助劑配制成的混合物，特別是用于紙品漿內(nèi)著色，為了增加其對紙漿的吸附，往往色漿具有陽離子特性，以實現(xiàn)自留著。但這種離子強度并不高，與紙漿吸附力弱，容易脫落，因而必須添加固色劑，幫助色漿牢固著色。圖2是自制固色劑用量對藍色色漿的固色結(jié)果。

圖2 自制固色劑用量的固色效果

從圖2可看出：固色劑用量增加，色差提高。固色劑用量為0.5%時，色差達到最大值；再增加固色劑用量，色差稍有下降。圖2色差值說明，固色劑作用明顯，且具有最佳用量。

不同固色劑用量下色漿的強度測量結(jié)果也列在圖2中。色差增加時，強度下降。最大色差值后，增加固色劑用量，色紙強度又繼續(xù)上升。固色劑將色漿更多地保留在紙品中，而色漿色料是不親水的有機顏料，與纖維間無作用力，越多保留于紙品中，必然減少纖維間的結(jié)合，造成成紙強度下降。這與圖1中硫酸鋁固色強度結(jié)果一致。與圖1不同的是，硫酸鋁用量繼續(xù)增加，成紙強度一直下降，而自制固色劑則不同，固色劑用量增加，成紙強度提升。這說明自制固色劑可以提高成紙強度，且用量很少。

對自制固色劑進行了固色時間對色紙色差影響的實驗，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可看出：固色時間很短，與色漿混合接觸1 min，即可達到固色的效果；固色時間延長，并不能增大色差值。圖3說明固色劑與色漿作用迅速。

前期關(guān)于有機顏料對纖維著色實驗研究中，5種固色劑（硫酸鋁、PAE、CPAM、PDADMAC和殼聚糖）對酞菁藍色漿的固色進行了對比，發(fā)現(xiàn)硫酸鋁、濕強劑和助留劑是較好的固色劑[1]。表1是3種固色劑對本實驗色漿固色效果對比。

圖3 自制固色劑固色時間對色紙色差影響

從表1可看出，硫酸鋁固色效果最好。對本實驗用色漿，跟硫酸鋁相比，濕強劑和助留劑不再有較強的固色效果，說明固色劑選用有針對性。色漿開發(fā)過程所用方法和配方成分的不同，對應(yīng)的固色劑也必須進行調(diào)整。采用紙漿用色漿著色時，必須選擇匹配的固色劑。

表1還對比了硫酸鋁與自制固色劑的固色效果。雖然這里硫酸鋁色差值高，但結(jié)合圖1和圖2，硫酸鋁用量偏多，且色紙的強度下降嚴重。綜合來看，自制固色劑有優(yōu)勢。

色紙顏色豐富多彩，抄制過程需要添加不同色漿或多色調(diào)配，以滿足產(chǎn)品顏色要求。自制固色劑對其他顏色色漿的固色結(jié)果如表2所示。

表1 硫酸鋁、濕強劑和助留劑固色效果對比

由表2可看出，自制固色劑對其他顏色色漿固色效果好，色差值高。表2中色漿真實抄片圖片部分如圖 4（a）所示。

由圖4（a）可看出：色漿顏色純正，色彩艷麗；固色色紙顏色穩(wěn)定，不掉色不粘手。

表2 自制固色劑對其他顏色色漿固色結(jié)果

圖4 不同色漿品種固色效果（a）及分別回抄1次和5次的固色牢度（b）

色漿固色需要吸附黏結(jié)作用，配方中色粉、表面活性劑、分散劑和穩(wěn)定劑等與固色劑相互作用，同時與纖維間需要牢固化學(xué)鍵合，固色效果影響因素多，還有抄紙過程的真空抽吸作用，固色效果具有不確定性，需要檢測固色牢度。這里對固色色紙采用回抄方式，說明固色牢度。從表2可以看出各色回抄后色紙色差結(jié)果：回抄1次色差均有下降，但不多，色差保留率均在80%以上，推測生產(chǎn)線中真空抽吸會影響少量色漿的固著。以藍色為例，對多次回抄結(jié)果對比看出，5次和1次回抄結(jié)果相近，結(jié)果如圖4（b）所示。由圖4（b）可以看出顏色色差變化很少，說明色漿已牢固固著。色紙固色后的回抄與色差變化如表3所示。

3 結(jié)論

紙漿著色可以采用色漿。色漿制備過程不同，與之匹配的固色劑也不一樣。對本實驗采用的多色色漿，通過以上色漿固色實驗及分析，可以得出以下結(jié)論。

表3 色紙固色后的回抄與色差變化

（1）硫酸鋁固色效果好，添加量為1%以上時，固色效果突出，但成紙強度下降明顯；硫酸鋁添加量大于5%后，固色效果反而下降。

（2）濕強劑和助留劑固色效果較差。

（3）自制固色劑固色好，添加量0.5%時，固色效果高，且成紙強度增加；自制固色劑添加量大于0.5%后，固色效果下降。

（4）自制固色劑的固色時間短，延長接觸時間不會幫助固色。

（5）自制固色劑具有廣泛適應(yīng)性，對各種顏色色漿的固色效果和固色牢度均較好。

總之，從本實驗的抄紙用色漿實驗對比看，自制的交聯(lián)型固色劑具有固色好、成紙強度高的綜合優(yōu)勢。