Cách nhuộm màu giấy

Nhuộm màu cho Giấy

A. Đặt vấn đề
Các chất màu dùng trong công nghiệp giấy với nhiều lý do, vừa mang vẻ mỹ quan vừa để mã hóa nhận biết sản phẩm. Việc chọn màu cho thích hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như yêu cầu sử dụng cuối cùng, các tính chất lý hóa, các đặc tính tồn trữ.

Có thể dùng một trong bốn nhóm màu sau:
Pigment [bột màu phân tán]
Phẩm nhuộm tổng hợp
Phẩm nhuộm trực tiếp [ Direct Dyes]
Phẩm nhuộm huỳnh quang
Các phẩm màu khác nhau về tính chất vật lý, tính chất hóa học, độ bền, độ tương tác với xenlulose,khoảng pH hiệu quả, độ hòa tanMặc khác, các nhà cung cấp khác nhau cũng cho ra những dòng phẩm nhuộm với những ưu, nhược điểm khác nhau nhằm mang tính chất cạnh tranh.
Trong quá trình sản xuất có sử dụng phẩm nhuộm, đã làm nảy sinh một vấn đề khác là độ màu tồn đọng trong nước thải gây ảnh hưởng đến nguồn nước tiếp nhận.
Vấn đề đặt ra ở đây là, làm sao có thể chọn được nhà cung cấp phẩm nhuộm thích hợp với điều kiện sản xuất và yêu cầu sản phẩm đầu ra của nhà máy, để chi phí sản xuất là thấp nhất, độ màu trong nước thải được hạn chế đến mức tối đa, nhằm góp phần giảm độ màu trong nước thải sẽ giảm được nguy cơ ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.

B. Tổng quan về phẩm màu
1. Lý thuyết cơ bản về màu sắc
Thuốc nhuộm có những màu sắc khác nhau là do chúng có khả năng hấp thụ chọn lọc các tia thấy được của quang phổ ánh sáng mặt trời. Mọi vật xung quanh ta có muôn màu muôn vẻ cũng là do chúng có khả năng hấp thụ và phản xạ những tia sáng khác nhau:
Vật có màu đen là do hấp thụ hoàn toàn tia tới thấy được
Vật có màu trắng là do phản xạ hoàn toàn tia tới thấy được
Vật chỉ hấp thụ một phần những tia tới và phản xạ phần còn lại với tỉ lệ các tia phản xạ gần bằng nhau thì có màu xám. Nếu trong số các tia phản xạ có một vài tia trội hơn thì vật sẽ có màu đa sắc, chỉ phản xạ một tia duy nhất thì có màu đơn sắc.
1.1. Tên gọi thuốc nhuộm
Gồm ba phần:
Phần 1: Để chỉ lớp thuốc nhuộm, viết bằng chữ đầy đủ, thường là tiếng anh, chỉ tên lớp thuốc nhuộm theo phân lớp kỹ thuật như: trực tiếp, acidhoặc có thể dùng tên riêng của hãng sản xuất phải hiểu nó thuộc nhóm thuốc nhuộm nào.
Phần 2: Dùng để chỉ màu, thường là các tính từ chỉ màu thuốc nhuộm, có thể là màu đơn hoặc màu kép [thường bằng tiếng anh].
Phần 3: Là chữ cái và số dùng để chỉ:
Ánh màu [thường dùng là L]
Độ bền màu, hàm lượng thuốc nhuộm
Các đặc tính khác
Để chỉ cường độ các màu người ta thường dùng hai chữ cái liền nhau như: BB, RR, GG, hoặc đặt chữ số trước các chữ cái như: 2B, 6B,2RChữ số càng lớn màu càng mạnh. Những sắc trung gian được kí hiệu bằng hai chữ cái liền nhau.
1.2. Phân loại thuốc nhuộm
1. Bột màu phân tán
Phân làm ba nhóm:
Bột màu vô cơ tự nhiên
Bột màu vô cơ tổng hợp
Bột màu hữu cơ tổng hợp
Loại hữu cơ tổng hợp được xem là quan trọng nhất trong công nghiệp giấy, loại này không dùng nhuộm màu giấy mà làm thành phần lớp tráng vì nó có đặc tính không trôi theo nước khi gia công lớp tráng.
Đặc tính của bột màu phân tán:
Các phân tử không tan
Độ bền ánh sáng tốt
Giá trị màu thấp, nghĩa là phải dùng nhiều bột màu để đạt được độ màu như mong muốn và điều này làm giảm độ bền cho giấy.
Không có ái lực trực tiếp với xơ sợi và sự tương tác yếu với sợi sẽ nảy sinh ra sự bảo lưu kém của chúng lên xơi sợi. Để giải quyết vấn đề này người ta thường dùng thêm phèn. Khi dùng phèn, người ta hiệu chỉnh pH của hệ dưới 5 để giữ bột màu ở dạng hoạt động. ngoài ra còn dùng những chất trợ bảo lưu thích hợp.
2. Phẩm màu tổng hợp
a, Phẩm màu axít
Dùng nhiều cho nylon và len và một số cũng đựơc dùng cho giấy. Chúng là những muối tan trong nước, muối kali và natri của các axit hữu cơ mạch vòng có đặc tính mang màu. Phần lớn các màu axit là màu azo.
Màu axit tương tự với màu trực tiếp, hai loại này thật ra không có sự phân biệt rõ ràng. Màu axit thường có nhiều gốc axit hơn nên có độ tan trong nước lớn hơn màu trực tiếp.
Đặc tính màu axit:
Độ tan trong nước cao
Trong nước nó sẽ tạo dung dịch trung tính hoặc kiềm yếu
Độ bền ánh sáng ở mức khá trở lên
Ái lực với xơ sợi thấp, điều này làm cho nước trắng mang màu và thường phải dùng thêm chất trợ bảo lưu màu.
Nhạy với nhiệt, có thể bị di chuyển trên máy giấy
Rất tốt cho sự nhuộm trên máy cán
b, Phẩm kiềm
Phẩm kiềm là những muối clorua, hydro clorua, sunfat hay oxalat của những kiềm có màu. Dung dịch trong nước cuả các chất này có đặc tính axit và đặc biệt nhạy với các kiềm tự do. Chúng hòa tan trong những môi trường axit và đây chính là lý do vì sao người ta hay dùng axit acetic để tạo ra những dung dịch đậm đặc.
Phẩm nhuộm kiềm thường được dùng trong công nghiệp giấy. Chúng hòa tan tốt trong những rượu methyl, ethyl và isopropyl, cũng như các hóa chất có đặc tính dung môi như dầu, sáp.
Đặc tính của phẩm kiềm:
Có bản chất cationic
Không có ái lực với xenlulose
Có ái lực cao với các vật liệu có bản chất axit như lignin có mặt với hàm lượng đáng kể trong những loại bột hóa chưa tẩy trắng hoặc bột cơ.
Có giá trị màu cao
Có độ bền ánh sáng ở mức độ trung bình
Có độ bền kém với axit, kiềm và clo
Từ đó cho thấy phẩm kiềm khi được dùng cho bột đã tẩy trắng cần phải dùng chất trợ bảo lưu màu.
3. Phẩm màu trực tiếp
Phẩm màu trực tiếp là những muối natri của màu axit, chứa các nhóm axit sulphonic- hoặc carboxylic [để tan trong nước], cấu trúc phân tử thon dài với vài chuỗi phẳng và các nhóm thơm được xếp trong 1 mặt phẳng đơn. Về mặt hóa học chúng như màu axit nhưng được biết như màu trực tiếp vì chúng có ái lực với xenlulo.
Ái lực của hệ màu trực tiếp đối với xenlulo có thể dựa vào độ hòa tan thấp của chúng. Trong nước thường những phẩm nhuộm này tồn tại như một hệ keo, vài loại màu trực tiếp còn có thể tạo gel khi dung dịch đựơc bảo quản. Sự phân loại màu trực tiếp hay màu acid cũng có tính chất ngẫu nhiên. Ái lực do lực Vander Waals và liên kết hydro. Màu axit có ái lực với xenlulo thấp hơn màu trực tiếp. Có cả điện tích âm [ADD] hoặc điện tích dương [CDD]. Gần đây người ta thừơng dùng phẩm màu trực tíêp cation để tăng ái lực với xenlulo.
Đặc tính của màu trực tíêp:
Ái lực cao với xenlulo.
Tính bảo lưu có thể được cải thiện khi sử dụng phèn hoặc chất trợ bảo lưu, ngoài ra còn có thể gia nhiệt huyền phù bột sau khi đã cho màu vào. Một cách khác để cải thiện tính bảo lưu là đưa nhóm cationic vào những phân tử chất màu axit.
Có độ bền ánh sáng tốt.
Có giá trị màu ở mức trung gian.
Có khuynh hướng tạo những vân đen nếu không được bảo quản cẩn thận
Thích hợp trong một khoảng pH rộng.
a, Phẩm màu trực tiếp điện tích dương [CDD]:
Tác dụng lực hút tĩnh điện lên xơ sợi cellulose điện tích âm. Không cần chất cầm màu. Chi phí nhuộm màu cao hơn và không kiểm soát được độ bền màu.
b, Phẩm màu trực tiếp điện tích âm [ADD]:
Ái lực do lực VanderWaal và liên kết hydro. Lực đẩy tĩnh điện có thể được khắc phục bởi nước cứng [>15odH, 30oF].
Độ bền màu và nhuộm màu nước nên có thể được kiểm soát bằng cách thêm phèn hoặc chất bền màu [polymer điện tích dương cao, khối lượng phân tử thấp].
Được dùng hơn 90% trong tất cả giấy in, giấy viết và giấy tissue.
4. Màu huỳnh quang [OBA]
Chúng đựơc xem là chất làm trắng quang học, đựơc dùng để làm giấy sáng hơn, vì vậy sẽ đuợc dùng với bột đã tẩy trắng. Màu huỳnh quang hấp thụ ánh sáng ở vùng tử ngoại [