CN111926613A - 一种染色纸及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明中公开了一种染色纸及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：(1)将本色竹浆和本色蔗渣浆撕碎后加入到水中充分浸泡，疏解，然后捞出挤干，得到混合浆料I；加入粘胶纤维和染料，并加水调节浆料的浓度为质量百分比10±2％，再磨浆至打浆度为15～30°SR，得到染色浆料；(2)将染色浆料加热至45～80℃，然后依次加入固色剂、湿强剂和施胶剂，继续搅拌均匀，得到混合浆料II；抄造，得到湿纸页；最后将湿纸页进行压榨、干燥、压光，得到染色纸。本发明在加热条件下采用一系列的固色剂、湿强剂和施胶剂有助于纸浆着色，提高纸张的上染率和颜色均匀性，降低纸张脱色，并且赋予染色纸优良的机械性能，可实现产业化。

Description

一种染色纸及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及染色技术领域，特别涉及一种染色纸及其制备方法与应用。
背景技术
随着生活水平的不断提高和社会经济的迅速发展，人们使用的纸张色彩越来越丰富，用途也越来越宽广。染色纸浆的成纸颜色是重要的外观指标，为了得到所需颜色的纸张，通常采用浆内染色和表面染色两种方法。染色效果的呈现由许多的原因决定，不恰当的染色工艺会使纸张出现色浅、色斑、颜色不均匀、环境污染等问题，不仅影响生产的正常进行，而且降低产品的质量。
申请号为201911242992.8的中国专利公开了一种彩纤仿皮纸及其制备方法，其中底纸采用漂白针叶木浆、漂白阔叶木浆和腈纶纤维抄造制得，染色采用表面染色法，称取施胶剂和染色剂，加水混合制得涂布液进行表面施胶染色，最后经过干燥、压光制得彩纤原纸。该专利采用的木浆所需打浆度高，纤维分丝帚化的同时长度变短容易造成纸机械强度下降，并且能量消耗大，造成成本花费高。采用的腈纶纤维可增加纸页的柔软性，但腈纶纤维吸湿差，难以在水中溶解分散，容易絮聚在纸张表面易形成色差非常明显的斑点，影响产品的质量。并且采用常温施胶染色，染料进入纤维的程度有限，上染率和染色均匀性低，该专利申请也没有进行上染率或脱色变化测试，染色效果没有得到验证。
染色纸浆广泛应用于包装材料，如农副产品、电子产品和家用电器等的纸浆模塑制品、装饰用彩色纸、彩纤仿皮纸等。为了满足染色纸浆的质量和外观颜色要求，综合考虑成纸的表面性能及强度性能，提供一种提高纸浆染色效果的方法具有重要意义。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有纸浆染色困难、染色效果差、机械性能低的问题，提供一种染色纸的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的染色纸。
本发明的再一目的在于提供所述染色纸的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种染色纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备浆料：将本色竹浆和本色蔗渣浆撕碎后加入到水中充分浸泡，疏解，然后捞出挤干(平衡水分)，得到混合浆料I；向混合浆料I中加入粘胶纤维和染料，并加水调节浆料的浓度为质量百分比10±2％，混合均匀，再磨浆至打浆度为15～30°SR，得到染色浆料；
(2)制备染色纸：将步骤(1)中得到的染色浆料加热至45～80℃，搅拌，然后依次加入固色剂、湿强剂和施胶剂，继续搅拌均匀，得到混合浆料II；再将混合浆料II进行抄造，得到湿纸页；最后将湿纸页进行压榨、干燥、压光，得到染色纸。
步骤(1)中所述的本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为5:5～6:4；优选为6:4。
步骤(1)中所述的粘胶纤维的用量为占混合浆料I质量的2～6％；优选为占混合浆料I质量的5％。
步骤(1)中所述的粘胶纤维为阻燃粘胶纤维(粗细：1.5D)。
步骤(1)中所述的染料包括色粉等；优选为黑色色粉、红色色粉和蓝色色粉中的至少一种；更优选为黑色色粉、红色色粉和蓝色色粉的混合而成的色粉。
所述的黑色色粉占所述混合浆料I质量的5.8％。
所述的蓝色色粉占所述混合浆料I质量的0.85％。
所述的红色色粉占所述混合浆料I质量的0.3％。
步骤(1)中所述的磨浆为采用PFI磨浆机进行磨浆。
步骤(2)中所述的搅拌的时间为10～20min。
步骤(2)中所述的继续搅拌的时间为5～30min；优选为5～15min。
步骤(2)中所述的固色剂的添加量为占染色浆料质量的5～15％。
步骤(2)中所述的固色剂优选为季铵盐型阳离子表面活性剂。
步骤(2)中所述的湿强剂的添加量为占染色浆料质量的1.5～4.5％。
步骤(2)中所述的湿强剂优选为聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂。
步骤(2)中所述的施胶剂为阳离子松香胶、明矾、AKD(烷基烯酮二聚体)中的任一种或几种。
所述的阳离子松香胶的添加量为占染色浆料质量的2±0.5％。
所述的明矾的添加量为占染色浆料质量的6±0.5％。
所述的AKD的添加量为占染色浆料质量的0.5±0.2％。
步骤(2)中所述的压榨的压力为0.3～0.4MPa；优选为0.4MPa。
步骤(2)中所述的干燥的条件为：温度105±2℃，时间5±0.5min。
步骤(2)中所述的压光的条件为：压光压力20～40N/m，转速1～3m/min；优选为：压光压力40N/m，转速2m/min。
步骤(2)中所述的染色纸的定量为180～200g/m2；优选为200g/m2。
一种染色纸，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的染色纸在包装材料方面的应用。
所述的包装材料包括用于农副产品、电子产品和家用电器等的纸浆模塑制品、装饰用彩色纸、彩纤仿皮纸等。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明采用本色蔗渣浆和本色竹浆作为主要原料，不仅充分利用生物质废弃资源，采用本色浆减少成本和环境污染而且低打浆度减少能源消耗，符合节约资源、绿色环保、节能降耗的目标。
2、粘胶纤维具有吸湿性好，易于染色的优点，可提高纸浆的染料上染率。浆料与染料共磨，使得染料与纤维的接触更充分、均匀，物理吸附作用、离子键结合作用更加明显，染色效果也有明显的提高，但粘胶纤维弹性差，对比植物纤维长许多，容易造成纸张不匀，少量的粘胶纤维没有明显的提高染色的效果甚至某些条件下会降低染色，过多的粘胶纤维容易造成纸张强度差，出现色斑和不耐磨现象，因此，需要加入适量的粘胶纤维以提高纸浆的染色效果。
3、不同原料和添加顺序下物质的效果不是一定的，粘胶纤维、各种化学药品添加顺序的不同会使得染色效果和机械性能发生变化，本发明在加热条件下采用一系列的固色剂、湿强剂和施胶剂有助于纸浆着色，提高纸张的上染率和颜色均匀性，降低纸张脱色，并且赋予染色纸优良的机械性能，可实现产业化。
4、本发明充分利用生物质废弃资源作为主要原料，通过浆料、染料和造纸化学品之间的协同作用，使制得的染色纸不仅有优良的染色效果。
5、本发明染色纸浆先添加固色剂使得固色剂与染料起到正负静电电相互吸引结合，与纤维形成共价键，搅拌一段时间提高纸浆染色；添加湿强剂提高粘胶纤维带来的强度低的缺陷，并且湿强剂有助留助滤作用可提高施胶剂的效果，促进施胶剂与纤维之间的反应；最后处理后的被染纸张在烘干过程中，纤维表面形成一层具有一定强度的保护膜，从而把染料包覆在纤维上，使染料不易脱落，在保证染色效果的同时还满足优良的机械性能，是各种离子键、氢键和范德华力的结合。
附图说明
图1是Lab色彩模型图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
本发明实施例中涉及的本色竹浆和本色蔗渣浆均购自深圳裕同印刷包装科技股份有限公司。
本发明实施例中涉及的粘胶纤维为阻燃粘胶纤维(粗细：1.5D)，购自广州龙塔贸易有限公司。
本发明实施例中涉及的色粉，包括黑色色粉、大红色粉(红色色粉)和蓝色色粉)均购自顺德锋明染料有限公司
本发明实施例中涉及的固色剂为季铵盐型阳离子表面活性剂，湿强剂为聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂，均购自顺德锋明染料有限公司。
本发明实施例中涉及的施胶剂(阳离子松香胶、明矾、AKD(烷基烯酮二聚体，AlkylKetene Dimer))均购自广东麦可瑞化工科技有限公司。
本发明实施例中涉及的应用测试如下：
(1)纸白度的测定采用标准GB 7974-1987。
(2)Lab色彩模式是国际照明委员会(CIE)于1976年规定的一种颜色标定模式，L代表亮度，范围在0～100，最暗为0，最亮为100；a是由绿色到红色的色彩变化，范围在-128～127；b是从蓝色到黄色的色彩变化，范围在-128～127。Lab模式既不依赖光线，也不依赖于颜料，它是CIE组织确定的一个理论上包括了人眼可以看见的所有色彩的色彩模式。Lab模式弥补了RGB和CMYK两种色彩模式的不足。Lab色彩模型图如图1所示。
(3)油墨脱色的测试方法(测试出现轻微掉色的次数)采用油墨耐摩擦试验仪，设计标准GB7706，墨迹耐磨测试是为评估纸张或纸板上墨迹的耐磨损或耐磨擦力。测试参数：2LB，转速43次/min，测试次数：200次以内，每10次记录一次，200～400次，每50次记录一次。
(4)纸湿抗张强度的测定采用标准GB/T 24328.4-2009。
(5)防水测定方法采用Cobb值测试仪，在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中采用60s(45s+15s)法对防油纸进行表面吸水性的测定(3次重复)。Cobb值越小，则表明纸张的抗水能力越强，防水性能越好。
(6)防潮性能测试方法采用相对吸收性，将样品在湿度为95％，温度23℃条件下放置一段时间(48h)，计算吸潮前后的质量差来表示。
相对吸收性＝(吸潮后质量-吸潮前质量)/吸潮前质量。
实施例1
(1)浆料准备：将适量的本色竹浆和本色蔗渣浆(本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为6:4)撕碎，加入到水中充分浸泡，疏解(疏解至浆料纤维分散，没有浆团出现，可采用常规疏解机进行疏解)，然后捞出挤干后平衡水分(平衡水分为了使疏解后的浆料每一部分的水分趋于一致)，得到混合浆，备用。取一定量的混合浆，加入占混合浆(即本色竹浆和本色蔗渣浆)质量2％的粘胶纤维，再加入色粉(占混合浆质量5.8％的黑色色粉、0.85％的蓝色色粉，0.3％的红色色粉)，加水至浆料浓度为10％(质量分数，下同)，混合浆料和染料。在PFI磨浆机进行磨浆，得到打浆度为15°SR的染色浆。
(2)染色纸制备：取绝干量为4.0g(相当于200g/m2定量)的磨后浆料(即上述染色浆)，在80℃下搅拌15min，搅拌后在该温度下依次加入5％固色剂、4.5％湿强剂和6％明矾(均为质量分数)，每一步搅拌5min，并加入一定量的水维持浆料浓度为0.3％(质量分数，下同)，抄纸。对抄造的湿纸页进行压榨(压榨压力0.4MPa)，压榨完成后用平板压烫机干燥5min，温度为105℃。用压光机对干燥完的纸页进行压光，压光压力40N，转速2m/min。最终获得染色纸。
实施例2
(1)浆料准备：将适量的本色竹浆和本色蔗渣浆(本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为6:4)撕碎，加入到水中充分浸泡，疏解(疏解至浆料纤维分散，没有浆团出现)，然后捞出挤干后平衡水分，得到混合浆，备用。取一定量的混合浆，加入占混合浆质量3％的粘胶纤维，再加入色粉(占混合浆质量5.8％的黑色色粉、0.85％的蓝色色粉，0.3％的红色色粉)，加水至浆料浓度为10％，混合浆料和染料。在PFI磨浆机进行磨浆，得到打浆度为30°SR的染色浆。
(2)染色纸制备：取绝干量为4.0g(相当于200g/m2定量)的磨后浆料，在45℃下搅拌10min，搅拌后在该温度下依次加入10％固色剂、1.5％湿强剂、2％阳离子松香胶和6％明矾(均为质量分数)，每一步搅拌10min，并加入一定量的水维持浆料浓度为0.3％，抄纸。对抄造的湿纸页进行压榨(压榨压力0.4MPa)，压榨完成后用平板压烫机干燥5min，温度为105℃。用压光机对干燥完的纸页进行压光，压光压力40N，转速2m/min。最终获得染色纸。
实施例3
(1)浆料准备：将适量的本色竹浆和本色蔗渣浆(本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为6:4)撕碎，加入到水中充分浸泡，疏解(疏解至浆料纤维分散，没有浆团出现)，然后捞出挤干后平衡水分，得到混合浆，备用。取一定量的混合浆，加入占混合浆质量5％的粘胶纤维，再加入色粉(占混合浆质量5.8％的黑色色粉、0.85％的蓝色色粉，0.3％的红色色粉)，加水至浆料浓度为10％，混合浆料和染料。在PFI磨浆机进行磨浆，得到染色浆的打浆度为25°SR。
(2)染色纸制备：取绝干量为4.0g(相当于200g/m2定量)的磨后浆料，在65℃下搅拌20min，搅拌后在该温度下依次加入15％固色剂、3％湿强剂、0.5％AKD(均为质量分数)，每一步搅拌10min，并加入一定量的水维持浆料浓度为0.3％，抄纸。对抄造的湿纸页进行压榨(压榨压力0.4MPa)，压榨完成后用平板压烫机干燥5min，温度为105℃。用压光机对干燥完的纸页进行压光，压光压力40N，转速2m/min。最终获得染色纸。
实施例4
(1)浆料准备：将适量的本色竹浆和本色蔗渣浆(本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为6:4)撕碎，加入到水中充分浸泡，疏解(疏解至浆料纤维分散，没有浆团出现)，然后捞出挤干后平衡水分，得到混合浆，备用。取一定量的混合浆，加入占混合浆质量6％的粘胶纤维，再加入色粉(占混合浆质量5.8％的黑色色粉、0.85％的蓝色色粉，0.3％的红色色粉)，加水至浆料浓度为10％，混合浆料和染料。在PFI磨浆机进行磨浆，得到染色浆的打浆度为20°SR。
(2)染色纸制备：取绝干量为4.0g(相当于200g/m2定量)的磨后浆料，在70℃下搅拌10min，搅拌后在该温度下依次加入8％固色剂、3％湿强剂、2％阳离子松香胶(均为质量分数)，每一步搅拌5min，并加入一定量的水维持浆料浓度为0.3％，抄纸。对抄造的湿纸页进行压榨(压榨压力0.4MPa)，压榨完成后用平板压烫机干燥5min，温度为105℃。用压光机对干燥完的纸页进行压光，压光压力40N，转速2m/min。最终获得染色纸。
对比例1
本对比例采用表面施胶染色的方法，具体操作如下：
(1)制底纸：将适量的本色竹浆和本色蔗渣浆(本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为6:4)撕碎，加入到水中充分浸泡，疏解(疏解至浆料纤维分散，没有浆团出现)，然后捞出挤干后平衡水分，得到混合浆，备用。取一定量的混合浆，加水至浆料浓度为10％，在PFI磨浆机进行磨浆，得到打浆度为25°SR的纸浆；再向纸浆中加入粘胶纤维(占纸浆质量的5％)，混合成浆料。取绝干量为4.0g(相当于200g/m2定量)的混合浆料进行抄纸。对抄造的湿纸页进行压榨(压榨压力0.4MPa)，压榨完成后用平板压烫机干燥5min，温度为105℃。
(2)制染色纸：①制备涂布液：将占涂布液质量5.8％的黑色色粉、0.85％的蓝色色粉和0.3％的红色色粉混合后，加入占涂布液质量15％的固色剂、3％的湿强剂、0.5％的AKD，再加水混合制得涂布液；使用涂布液涂布步骤(1)中制备的底纸，进行施胶染色(20～30g/㎡)；②制备染色纸：用平板压烫机干燥5min，温度为105℃。用压光机对干燥完的纸页进行压光，压光压力40N，转速2m/min。最终获得染色纸。
对比例2
本对比例的配方和制备方法同实施例3，区别在于：不添加粘胶纤维。
对比例3
本对比例的配方和制备方法同实施例3，区别在于：粘胶纤维的用量为占混合浆质量的1％。
对比例4
本对比例改变化学药剂和色粉的加入顺序，具体的配方和制备方法如下：
(1)浆料准备：将适量的本色竹浆和本色蔗渣浆(本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为6:4)撕碎，加入到水中充分浸泡，疏解(疏解至浆料纤维分散，没有浆团出现)，然后捞出挤干后平衡水分，得到混合浆，备用。取一定量的混合浆，加入占混合浆质量3％的粘胶纤维，加水至浆料浓度为10％，混合浆料和染料。在PFI磨浆机进行磨浆，得到打浆度为30°SR的染色浆。
(2)染色纸制备：取绝干量为4.0g(相当于200g/m2定量)的磨后浆料，在45℃下搅拌10min，搅拌后在该温度下依次加入2％阳离子松香胶、6％明矾、色粉(5.8％黑色色粉+0.85％蓝色色粉+0.3％红色色粉)、10％固色剂、1.5％湿强剂(均为质量分数)，每一步搅拌10min，并加入一定量的水维持浆料浓度为0.3％，抄纸。对抄造的湿纸页进行压榨(压榨压力0.4MPa)，压榨完成后用平板压烫机干燥5min，温度为105℃。用压光机对干燥完的纸页进行压光，压光压力40N，转速2m/min。最终获得染色纸。
效果实施例
1、本发明实施例1～4和对比例1～4制备的染色纸进行表面性能和机械性能测定，其部分性能指标如表1所示。
表1染色纸的性能指标
Figure BDA0002591588280000081
表中：“L*”表示亮度(Lab色彩模式)。
抄造定量为200g/m2的染色纸表面平整，从表1可以看出，实施例2～4相对的白度和亮度较低，不易脱色，且纸张湿抗张强度高，相对吸收性较小。尤其实施例3的白度最低为3.61，亮度最暗为22.29，开始出现轻微掉色在40次左右，并且湿抗张强度最大，吸水性和吸潮能力最低，证明实施例3既具有染色效果也具有机械性能和防水防潮能力，符合设计目的。
对比例1是通过表面施胶染色获得的染色纸，与实施例3相比，纸张白度和亮度都偏高，并且由于表面染色，有色染料与纤维之间的接触和填充不够充分，物理吸附和离子键结合作用相对不够牢固，因此纸张易掉色。与此同时表面施胶染色获得的纸张湿抗张强度低，吸水性和吸潮性高，这说明表面施胶染色相比于浆内施胶染色，其作用效果不够理想。
对比例2和对比例3改变粘胶纤维的添加量，与实施例3相比，白度增加了一倍，容易脱色，纸浆的染色效果降低。这是因为粘胶纤维由于分子间隙较大，排列也疏松零乱，缺少粘胶纤维分散于纸浆中，染料与纤维之间的吸附和连接降低。对比例3与对比例2相比，添加了质量分数为1％的粘胶纤维，但纸张的染色效果和物理性能相近，甚至出现添加了质量分数为1％的粘胶纤维白度出现轻微增加的现象。
对比例4与实施例2相比改变了化学药剂和色粉的加入顺序，通过数据对比，发现实施例2的染色效果和物理性能明显地优于对比例4，说明染料与纸浆共磨，先施胶后再进行染色会对染色产生消极的影响。综合以上现象应选择先完成染色后再进行施胶。
总而言之，采用本色浆与粘胶纤维共混，将浆料与染料共磨，采用一系列的固色剂、湿强剂和施胶剂可以有效提高纸浆的染色效果，并且赋予染色纸优良的机械性能。该方法符合绿色环保、节约资源、节能降耗的要求。
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上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、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 (10)

1.一种染色纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备浆料：将本色竹浆和本色蔗渣浆撕碎后加入到水中充分浸泡，疏解，然后捞出挤干，得到混合浆料I；向混合浆料I中加入粘胶纤维和染料，并加水调节浆料的浓度为质量百分比10±2％，混合均匀，再磨浆至打浆度为15～30°SR，得到染色浆料；
(2)制备染色纸：将步骤(1)中得到的染色浆料加热至45～80℃，搅拌，然后依次加入固色剂、湿强剂和施胶剂，继续搅拌均匀，得到混合浆料II；再将混合浆料II进行抄造，得到湿纸页；最后将湿纸页进行压榨、干燥、压光，得到染色纸。
2.根据权利要求1所述的染色纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为5:5～6:4；
步骤(1)中所述的粘胶纤维的用量为占混合浆料I质量的2～6％。
3.根据权利要求2所述的染色纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的本色竹浆与本色蔗渣浆的绝干质量比为6:4；
步骤(1)中所述的粘胶纤维的用量为占混合浆料I质量的5％。
4.根据权利要求1所述的染色纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的染料为色粉；
步骤(2)中所述的固色剂为季铵盐型阳离子表面活性剂；
步骤(2)中所述的湿强剂为聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂；
步骤(2)中所述的施胶剂为阳离子松香胶、明矾、烷基烯酮二聚体中的任一种或几种。
5.根据权利要求4所述的染色纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的染料为黑色色粉、红色色粉和蓝色色粉中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的染色纸的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的固色剂的添加量为占染色浆料质量的5～15％；
步骤(2)中所述的湿强剂的添加量为占染色浆料质量的1.5～4.5％；
所述的阳离子松香胶的添加量为占染色浆料质量的2±0.5％；
所述的明矾的添加量为占染色浆料质量的6±0.5％；
所述的AKD的添加量为占染色浆料质量的0.5±0.2％。
7.根据权利要求1所述的染色纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的磨浆为采用PFI磨浆机进行磨浆；
步骤(2)中所述的搅拌的时间为10～20min；
步骤(2)中所述的继续搅拌的时间为5～30min；
步骤(2)中所述的压榨的压力为0.3～0.4MPa；
步骤(2)中所述的干燥的条件为：温度105±2℃，时间5±0.5min；
步骤(2)中所述的压光的条件为：压光压力20～40N/m，转速1～3m/min；
步骤(2)中所述的染色纸的定量为180～200g/m2。
8.一种染色纸，其特征在于：通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的染色纸在包装材料方面的应用。
10.根据权利要求9所述的染色纸在包装材料方面的应用，其特征在于：
所述的包装材料包括用于农副产品、电子产品或家用电器的纸浆模塑制品、装饰用彩色纸或彩纤仿皮纸。
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