不同染料的性质与应用

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：由此可见，染料实际上是一种有选择性地反射一定波长光线的物质。溶解碱性染料不宜用硬水和带碱性的水，否则会产生色斑，通常加入1%的稀醋酸，用70℃以下的热水溶解后使用。碱性染料对木素的亲和力极大，所以对未漂浆和机木浆容易染色。图2-25 盐基槐黄（二）酸性染料酸性染料为盐类，一般都含有磺酸基、羧基和羟基等可溶性基团，易溶于水，溶液呈酸性，且多在酸性介质中染色，故称酸性染料。

日光通过棱镜得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光的光谱。各种颜色的光线具有不同的波长，肉眼可见光的波长在0.4～0.7μm之间。当物体表面能反射全部光线则呈现白色，全部吸收则呈黑色。如果只反射一定波长的光线，或以不同程度反射不同波长的光线，其余波长的光线被吸收，则物体就显示出与反射光相同的颜色。由此可见，染料实际上是一种有选择性地反射一定波长光线的物质。

用于色纸生产的着色剂，可分为颜料和染料两大类。

颜料不溶于水，实际上是一种有色的填料，有天然无机颜料和人造颜料两种。天然颜料如赭石（黄褐色，由氧化铁及氢氧化铁的硅酸盐构成），多用于抄造裱糊壁纸及包装纸。人造颜料如群青（硫化钠、硅酸钠、硅酸铝复盐），可用于纸的调色。

染料中以人造染料用途最广，这是由于这类染料颜色多种，可根据不同的用途随意选用，易溶于水，着色力强，染色操作比较简单。在造纸工业中常用的染料有碱性染料、酸性染料、直接染料和荧光增白剂。

（一）碱性染料

碱性染料是具有氨基碱性基团的有机化合物，可溶于水，水溶液呈碱性；在水中能离解成阳离子，正电荷离域效应遍布整个分子。阳离子是染料部分，通常是二芳基甲烷或三芳基甲烷结构；阴离子是盐酸根、硫酸根、醋酸根等。

碱性染料色谱齐全，着色力极强，容易使纤维上色，色彩鲜艳，价格低廉，在造纸工业中使用得最为广泛。但碱性染料耐光、耐热性较差，对酸、碱、氯根的抵抗力也弱。溶解碱性染料不宜用硬水和带碱性的水，否则会产生色斑，通常加入1%的稀醋酸，用70℃以下的热水溶解后使用。碱性染料对木素的亲和力极大，所以对未漂浆和机木浆容易染色。但对纤维和漂白浆的亲和力弱，必须加媒染剂才能染色，单宁酸或单宁复盐和酒石酸锑钾是常用的媒染剂。

如对混合浆料使用碱性染料时，必须特别小心防止产生各种条花纹。在此情况下，则应先将染料加到漂白浆中，待着色后再加入磨木浆，增加漂白浆的染色时间，可以减少色斑。另一个方法是将混合浆料加胶加矾之后，再加入染料，这样能减少染料对磨木浆的亲和力，使染色均匀。

常用的碱性染料有盐基槐黄（图2-25）、盐基金黄、盐基玫瑰红、盐基品蓝、盐基亮绿等。

图2-25 盐基槐黄

（二）酸性染料

酸性染料为盐类，一般都含有磺酸基、羧基和羟基等可溶性基团，易溶于水，溶液呈酸性，且多在酸性介质中染色，故称酸性染料。它的染色离子是以酸根与钠、钾和铵等阳离子结合而存在。酸性染料比其他任何一类染料都较易溶解于水而趋向形成单分子的溶液。酸性染料有一个优点，就是在混合浆料染色时，纤维不致因吸收染料不同而产生色斑。因为它与纤维没有亲和力，需要借助于矾土作媒染剂而留着于纤维上。因此，酸性染料必须在加胶、加矾之前加入浆内，使染料与纤维均匀混合后加入松香、明矾，pH在4.5～4.7时染色效果最好。不施胶的纸不能使用酸性染料。

酸性染料的着色能力和色度的鲜明性较碱性染料差一些，而耐光、耐热性比碱性染料强，但耐酸、耐碱和抗氯性能极差。

常用的酸性染料有酸性皂黄（图2-26）、酸性薯红、酸性品蓝、酸性绿等。

（三）直接染料

直接染料是造纸染料中较重要的一种染料。主要用于浆内染色，为含有磺酸基团的偶氮化合物，溶解度差，不能溶于冷水中，而能在热水中溶解。染料分子中存在的胺基和羟基与纤维素纤维上的羟基产生氢键和范德华力的作用，对纤维有较强的亲和力，可以直接进行染色，但色泽较暗。

直接染料用于施胶纸的染色，会在铝离子及硫酸根离子的影响下产生凝聚而降低染色强度，所以应在加矾之前加直接染料。直接染料对最初遇到的纤维有优先着色的倾向，而产生花纹。为此，应在加胶之后、加矾之前加入染料，利用松香胶延缓纤维对染料的吸收。

图2-26 酸性皂黄

直接染料在染色能力、染色纯度和染色鲜明性方面，都远不如碱性染料。为了加强染色效果，建议使用直接染料时，应配合使用适当的碱性染料。同时，应该在加直接染料之后加碱性染料。直接染料的耐热性、耐光性较碱性染料好。直接染料适于非施胶纸的染色。

直接染料按化学结构可分为偶氮型、二苯乙烯型、酞菁型等，但以偶氮型的双偶氮和三偶氮染料为主。造纸工业常用的直接染料有直接品蓝、直接湖蓝（图2-27）、直接黄（图2-28）、直接大红（图2-29）等。

图2-27 直接湖蓝6B

图2-28 直接黄GR

图2-29 直接大红4B

（四）荧光增白剂

荧光增白剂又称荧光染料或白色染料，发现于20世纪20年代，在1939年正式供应市场至今已有80多年的历史。其化学组成为二氨基二苯乙烯的衍生物或盐类，是含有共轭双键结构的有机化合物。在其结构中含有激发荧光的胺基磺酸类基团，能吸收紫外光的芳香胺和脂肪胺及其衍生物的基团，还有能增强牢固性能的三聚氰氨基团。它的特性是能将紫外光转变成蓝、蓝紫或红色的可见光，使所染物质在紫外线激发后产生紫蓝色荧光。因此，被荧光增白剂处理过的纤维将会发出比原来更多的可见光线，并且由于增添的反射光能够抵消纤维中的黄色，而起到补色效应，对纸浆产生增白效果。

使用荧光增白剂可以提高纸张的白度，但并不是代替漂白，而是使具有相当白度的纸张继续提高其白度，原浆白度越高增白效果越明显，因而荧光增白剂主要用于白度要求高的纸张，如胶版印刷纸、画报纸、高级书写纸、打字纸等。对白度低于65%ISO的未漂浆，增白效果不明显。

荧光增白剂在造纸工业中使用有三种方式：

①纸浆的增白——直接添加到纸浆中增白；

②表面施胶——添加到表面施胶的胶液中；

③表面涂布——添加到对纸张进行涂布加工的涂料中。常用量为0.06%～0.12%，用量高于0.12%时增白效果不再增加。

用于造纸工业的荧光增白剂需要满足以下要求：

①与各种造纸填料、造纸化学品和胶黏剂有良好的相容性；

②能耐一定的酸碱度，能适应造纸工艺过程的需要；

③对纸纤维有亲和力，有较高的白度。

可用于造纸工业的荧光增白剂品种很多，牌号也不少，但常用的品种其化学结构是二苯乙烯三嗪型及其衍生物，这类产品占荧光增白剂总量的60%以上。按照荧光增白剂分子中磺酸基团的多少，可分为二磺酸，四磺酸，六磺酸三类。

（1）二磺酸（Disulfonic）

主要产品有荧光增白剂VBL（粉）（图2-30）、荧光增白剂BSL（粉）、荧光增白剂PA-201（粉）、液体荧光增白剂PA-205、液体荧光增白剂PA-208。二磺酸对纤维具有相当高的亲和力，染着力强，适用于碱性纸浆的增白和表面施胶，以及含酪蛋白的涂布颜料。