造纸的染色过程中，染料作用的对象是纸纤维。染料与不同纸浆的作用机理不同，如碱性染料对木素有很大的亲合力，适宜于染木素含量高的纸浆； 纸浆表面带有强负电性，则 对直接染料的负离子几乎不吸附，随实在表面电荷的减少，染料接近纤维表面而被固着。这种吸附是非静电力造成的， 铝钒是造纸中常用的染料留着剂，因大多数 造纸染料是阴离子性的，阳离子铝化合物可和阴离子染料形成阳离子沉淀并吸附在纤维表面而被留住，这种机理在pH值4.0-5.2时发生，此时铝离子的电荷 密度高，电荷作用强。
主要影响因素
每种染料都有优点和缺点,水溶性直接染料在造纸工业中已得到普遍的应用.而颜料常用于有色涂布纸中,染料与纸纤维以共价键、离子键、配合键、氢键及分子间力结合,其染色牢度主要取决于结合力的强弱,究竟以何种结合为主,视染料分子的结构而定.
打浆度
只在纤维充分分散时,才能有更多的活性基与染料作用;细小纤维较之长纤维对染料有更多的吸附.Hinton等人发现,细小纤维的吸附量(Df)和长纤维的吸附量(Dl)有很大差异
. 如果这种差异只是由表面积造成的,那么Df/Dl应该一定,而与染料的种类无关.但实际上的细小纤维和长纤维之间,存在着化学性质上的差异.根据 Hinton等人的电渗测定证明,在电解质浓度为3.45×10-2mol/L、温度25℃时,细小纤维的电位为mV,而长纤维的电位仅为mV.
在 染料染色过程中,细小纤维对于所有的染料的吸附较强;同时其对染料的吸附,又因染料种类不同而变化.直接染料与纤维的亲合性很强,因此受电位的影响较小; 而本性染料及碱性染料的吸附,对电位有重要影响,这一点很早就为Neale等人的证明.只有在电位基本为零时,染料的吸附量达到最大.
与媒染剂配合
酸 性染料必须在加入明矾及其他阳离子媒染剂后才有明显的染色效果.而在加入脲醛树脂或阳离子PEI作为媒染剂后,其对于含有阳离子基的直接染料有排斥作用, 故使直接染料难以和用明矾时有更好的效果,如纸能够保持其特殊的强度、透气性和柔软性等,色调则由于PEL等用量的增多而变深.
填料的影响
许 多填料与染料有较强的亲合力,从而对含有填料的红浆进行染色时,由于部分染料被填料所吸收,使得成纸的色泽要浅一些,并且颜色也不均一.因此一些薄型彩色 纸的加工中一般不加填料.为了减少填料对染色的不良影响,在染色过程中,可先加染料再加松香胶和明矾,先将染料固着在纤维上,最后再加填料.
染料的留着
染 料的留着与细小纤维和填料的留着有着密切的关系,添加剂倾向于依照相应的表面面积大小吸附在各组分上.所以染料的吸附是其留着的关键.而由于大部分染料是 阴离子性的,与负电荷的纤维合力差,在纸料中留着较低,一般可应用染料助留剂或使染料本身进行阳离子化,从而增加对纤维的吸附,提高其留着.
直接染料的溶解性低,只能与纤维有少量的结合,但当明矾加到染料的浆中后,通过明矾与染料的反应,可赋予直接染料正电荷,这样就增加了染料对纤维的吸附.纤维表面的羟基可参与氢键的形成而增加其与染料的结合力,在染料分子与纤维表面的结合中,分子间力也起着非常重要的作用.
酸性染料分子中有大量的可溶性基团影响染料分子和纤维表面的进一步结合.染料分子上的负电荷与纤维上的负电荷间有一定的排斥力,所以,酸性染料一般也要使用阳离子助
留剂来增加其留着.
碱性染料带有正电荷,与纤维有静电吸附引力,阳离子基团可与未漂化学浆和机械浆中的任何负电荷基团作用,但是,由于某种原因漂白浆的负电荷基团少,对染料的吸引了小.必须运用其他方法增加其留着.染色时,当染料加到浆料中后,在悬浮纤维、细小纤维和水之间建立吸附平衡,如果纸料的颜色变淡,说明吸附平衡移动使得染料吸附在纤维上;如果纸料颜色变深,则必须加入如
明矾和施胶剂使吸附平衡向纤维吸附染料方向移动来提高染料的留着.提高染料留着的其他方法还有加热浆料或者加盐以及染料助留剂等.
染料助留剂在市场上作为一种专门产品出售,通常是低分子量高电荷密度的阳离子聚合物,湿强树脂和阳离子淀粉也可赋予染料分子正电荷以改善其留着
对其他添加剂的影响
染料一般都是带电荷的物质,可与其他带电添加发生反应.造纸用染料主要是带有阴离子电荷的酸性染料和直接性染料,应尽可能不要将带负电荷的染料在靠近阳离子添加剂的地方加入