CN107178004B - 一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法 - Google Patents

一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，具体工艺步骤如下：将木质纤维素浆料通过机械法预处理，再将预处理后的物料进行酶解处理、染色、纳米化研磨处理后得到纳米纤维素基染料。本发明通过纳米纤维对染料进行固定化，所得纳米纤维素基染料可均匀分散在水中，但在水中不掉色，可有效消除染色过程中染料对水的污染。此外，使用本发明方法所制得的纳米纤维素基染料对纸张染色后，纸张的干摩擦色牢度显著提高，其染色后的纸张在水中浸泡后不掉色。该染色工艺简单、环保、高效，能够有效提高有色纸张的行业竞争力，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法
技术领域
本发明属纺织印染技术领域，具体涉及一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，各种彩色纸张及其制品相继出现。彩色纸在丰富人们生活的同时，也增强了其产品的市场竞争力。然而，彩色纸张颜色在加工、储藏和应用过程中对各种外力作用（干摩擦、湿摩擦）的抵抗能力不佳。 因此，提高彩色纸张的干/湿摩擦色牢度愈来愈受到人们的重视。
纸张染色的方法主要分为浆内染色和纸张涂布两种方式，其中浆内染色的色牢度相对较高。目前，提高纸张的色牢度的方法主要分为两种：一是对纸浆纤维进行处理，从而提高纤维与染料的结合能力；二是在染色过程中通过添加染色助剂（固色剂），从而提高纸张的色牢度。由于彩色纸所需纤维用量较大，因此染色前对纤维改性不仅消耗大量的空间及成本，而且会对下游造成环境污染，难于规模化生产。在染色过程中添加固色剂虽然能够提高纤维与染料的结合强度，但染色后的成纸在使用过程中依然存在摩擦掉色或者遇水掉色的问题。此外，目前染色工艺的上染率较低，染色废液的色度值高，对水环境造成严重污染。彩色纸张的色牢度低以及上染率差的问题限制了其发展。因此，有必要研究开发一种新型环保的染料或者染色方法，从而提高纸张染色后的色牢度。
现有的染料分子中含有大量的亲水性基团，且能够与纤维上的羟基结合，这是纤维染色的主要原因。纳米纤维素维纤丝（NFC）属于微纳米尺寸，具有较高的比表面积，对染料分子具有极强的吸附固着能力。用NFC固着后的染料对纤维进行染色，不仅能够改善纸张的摩擦色牢度和耐水色牢度，而且能够提高纸张的物理强度。从而提高彩色纸张的市场竞争力。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有染色技术的不足，先将溶解、过滤后的染料与纳米纤维素纤丝结合，再用结合后的纳米纤维素染料对纸张进行浆内染色。通过使用环境友好型的纳米纤维素基染料来提高纸张染色后的色牢度，降低废液的色度。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，该方法包括以下步骤：
将木质纤维素浆料进行酶解处理后，再进行染色、研磨、高压均质处理得到纳米纤维素基染料，最后用纳米纤维素基染料对纸张进行染色。
优选的，该方法具体包括以下步骤：
（1）将木质纤维素浆料进行磨浆处理；
（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解处理；
（3）将步骤（2）酶解后的浆料进行染色处理；
（4）向步骤（3）染色后的浆料进行纳米化机械研磨处理；
（5）将步骤（4）所得浆料过滤后进行高压均质处理，得纳米纤维素基染料；
（6）用步骤（5）均质后的纳米纤维素基染料对纸浆进行染色。
进一步优选的，步骤（1）中，磨浆处理后浆料的浓度为10 wt%-30 wt%。
进一步优选的，步骤（2）中，所述酶解处理时浆料浓度为1 wt%-10 wt%，pH为4.5-6，温度为35-60℃，时间为5-40h。
进一步优选的，步骤（2）中，所述的酶是能够使纤维结构松散的酶。
进一步优选的，所述的酶为纤维素复合酶、打浆酶或内切酶。
进一步优选的，步骤（3）中，所述染色时搅拌的温度为30-90℃，转速为50-9000 r/min，时间为1-100 h，染料与纤维的质量比为1:1×106 - 1:1。
进一步优选的，步骤（4）中，所述纳米化机械研磨处理时浆料浓度为0.01 wt%-3wt%，压力为0-60MPa。
进一步优选的，步骤（5）中，均质内部流体压力为70-250MPa。
进一步优选的，步骤（6）中，所述染色的时间为0.5-60 min，染色的温度为10-70℃。
进一步优选的，步骤（6）中，所述染色为浆内染色。
进一步优选的，该方法的具体步骤如下：
（1）将纤维素浆料进行磨浆处理，浆料浓度在10%-25%之间；
（2）将上述处理后的浆料进行酶解，浆料浓度为1%-10%，pH为4.5-6，温度为40-60℃，酶解时间为5-36h；
（3）向上述酶解后的浆料中加入固定量的染料液，并搅拌，转速为500-1500 r/min，温度为30-90℃；
（4）向上述染色后的浆料进行机械研磨处理，调节浆浓为0.01%-1.5%，压力为0-600MPa；
（5）将上述过滤后的浆料进行高压均质处理，均质压力70-250MPa；
（6）将上述均质后的纳米纤维素基染料应用于纸张的浆内染色。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明所制得的纳米纤维素基染料在水中易絮凝，减少了染色时染料对水的污染；
（2）本发明在染料过程中不需要添加其他固色剂，且所需染色时间短，显著提高了染色效率；
（3）本发明染色后的纸张具有良好的干/湿摩擦色牢度，能够有效提高有色纸张的行业竞争力。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步的具体说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明对所用木质纤维素原料的种类、来源并没有特殊的限制，下面以针叶木浆和废纸浆为例。
实施例1
（1）将60g针叶木浆料进行磨浆处理，处理后浆料浓度为10 wt%；
（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解，先把纤维素复合酶（酶活力为180 PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为5 wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为50℃下酶解3h；
（3）将步骤（2）酶解后的浆料加入直接大红4B中，其中直接大红4B的用量为100g/kg(相对于绝干浆)，于50℃、转速为3000r/min条件下搅拌48h进行染色；
（4）将步骤（3）染色后的浆料进行机械研磨处理，机械研磨时加去离子水调节浆料浓度为1‰，在压力为40MPa下研磨4次；
（5）将步骤（4）所得浆料过滤后放进超高压纳米匀质机（Nano DeBEE）中进行高压均质处理，均质压力为100MPa，得纳米纤维素基染料；
（6）用步骤（5）匀质后的纳米纤维素基染料对废纸浆进行浆内染色，染色时间50min，其中纳米纤维素基染料的添加量为5 wt% （相对于绝干浆），搅拌转速700r/min；
（7）将步骤（6）染色后的成纸进行摩擦和浸泡实验，观察其色牢度。
结果：所得纳米纤维素基染料的得率为91.1wt%，在水中易分散且絮聚后，上清液在紫外503nm（该染料的特征吸收波长）处的吸光度为0.012，说明该染料对水体无污染。染色后成纸的L、a、b值分别为71.56、23.74、7.68，将所得成纸在10牛压力下进行150次干摩擦，纸张的L、a、b值分别为71.58、23.43、7.71，说明经过本实施例方法处理后的染色纸张摩擦不掉色；将染色后的成纸用水浸湿后再次晾干，所得浸泡液的吸光度为0.041，说明经过本实施例方法处理后的染色纸张浸泡在水中不掉色。
实施例2
（1）将60g针叶木浆料进行磨浆处理，处理后浆料浓度为15wt%；
（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解，先把纤维素复合酶（酶活力为180 PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为2wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为40℃下酶解36h；
（3）将步骤（2）酶解后的浆料加入直接大红4B中，其中直接大红4B的用量为100g/kg(相对于绝干浆)，于60℃、转速为500r/min条件下搅拌72h进行染色；
（4）将步骤（3）染色后的浆料进行机械研磨处理，机械研磨时加去离子水调节浆料浓度为1‰，在压力为60MPa下研磨4次；
（5）将步骤（4）所得浆料过滤后放进超高压纳米匀质机（Nano DeBEE）中进行高压均质处理，均质压力为200MPa，得纳米纤维素基染料；
（6）用步骤（5）匀质后的纳米纤维素基染料对废纸浆进行浆内染色，染色时间0.5min，其中纳米纤维素基染料的添加量为9 wt% （相对于绝干浆），搅拌转速700r/min；
（7）将步骤（6）染色后的成纸进行摩擦和浸泡实验，观察其色牢度。
结果：所得纳米纤维素基染料的得率为 43.7wt%，在水中易分散且絮聚后，上清液在紫外503nm（该染料的特征吸收波长）处的吸光度为0.021，说明该染料对水体无污染。染色后成纸的L、a、b值分别为68.45、26.42、7.86，将所得成纸在10牛压力下进行300次干摩擦，纸张的L、a、b值分别为68.17、27.11、8.21，说明经过本实施例方法处理后的染色纸张摩擦不掉色；将染色后的成纸用水浸湿后再次晾干，所得浸泡液的吸光度为0.032，说明经过本实施例方法处理后的染色纸张浸泡在水中不掉色。
实施例3
（1）将60g针叶木浆料进行磨浆处理，处理后浆料浓度为25wt%；
（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解，先把纤维素复合酶（酶活力为180 PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为10wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为4.8，温度为60℃下酶解15h；
（3）将步骤（2）酶解后的浆料加入直接大红4B中，其中直接大红4B的用量为100g/kg(相对于绝干浆)，于70℃、转速为8000r/min条件下搅拌24h进行染色；
（4）将步骤（3）染色后的浆料进行机械研磨处理，机械研磨时加去离子水调节浆料浓度为1‰，在压力为40MPa下研磨4次；
（5）将步骤（4）所得浆料过滤后放进超高压纳米匀质机（Nano DeBEE）中进行高压均质处理，均质压力为80MPa，得纳米纤维素基染料；
（6）用步骤（5）匀质后的纳米纤维素基染料对废纸浆进行浆内染色，染色时间30min，其中纤维素基染料的添加量为9 wt% （相对于绝干浆），搅拌转速700r/min；
（7）将步骤（6）染色后的成纸进行摩擦和浸泡实验，观察其色牢度。
结果：所得纳米纤维素基染料的得率为68.1wt%，在水中易分散且絮聚后，上清液在紫外503nm（该染料的特征吸收波长）处的吸光度为0.027，说明该染料对水体无污染。染色后成纸的L、a、b值分别为68.45、26.42、7.87，将所得成纸在10牛压力下进行1000次干摩擦，纸张的L、a、b值分别为68.16、28.07、8.51，说明经过本实施例方法处理后的染色纸张摩擦不掉色；将染色后的成纸用水浸湿后再次晾干，所得浸泡液的吸光度为0.035，说明经过本实施例方法处理后的染色纸张浸泡在水中不掉色。
本发明所得的纳米纤维基染料适于对纸张进行染色，从而提高纸张的色牢度，并减少了染色过程中对水体的污染。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将木质纤维素浆料进行酶解处理后，再进行染色、研磨、高压均质处理得到纳米纤维素基染料，最后用纳米纤维素基染料对纸浆进行染色；具体包括以下步骤：
（1）将木质纤维素浆料进行磨浆处理；磨浆处理后浆料的浓度为10 wt%-30 wt%；
（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解处理；所述酶解处理时浆料浓度为1 wt%-10wt%，pH为4.5-6，温度为35-60℃，时间为2-40h；
（3）将步骤（2）酶解后的浆料进行染色处理；
（4）向步骤（3）染色后的浆料进行纳米化机械研磨处理；
（5）将步骤（4）所得浆料过滤后进行高压均质处理，得纳米纤维素基染料；
（6）用步骤（5）均质后的纳米纤维素基染料对纸浆进行染色。
2.根据权利要求1所述的一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的酶是能够使纤维结构松散的酶。
3.根据权利要求2所述的一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，其特征在于：所述的酶为纤维素复合酶、打浆酶或内切酶。
4.根据权利要求2所述的一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，其特征在于：步骤（3）中，所述染色时搅拌的温度为30-90℃，转速为50-9000 r/min，时间为1-100 h。
5.根据权利要求2所述的一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，其特征在于：步骤（4）中，所述纳米化机械研磨处理时压力为0-60MPa。
6.根据权利要求2所述的一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，其特征在于：步骤（5）中，高压均质处理所使用的均质机的内部流体压力为60-250MPa。
7.根据权利要求2所述的一种提高纸张染色色牢度的环境友好型方法，其特征在于：步骤（6）中，所述染色的时间为0.5-60 min，染色的温度为10-70℃。
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