КРАШЕНИЕ БУМАГИ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Окрашивание бумаги в какой-либо цвет осуществляют или крашением бумажной массы, из которой изготовляется бумага, или окраской бумаги с поверхности при использовании для этой цели употребляемых в полиграфии методов нанесения печати или оборудования, применяемого в бумажной промышленности (клеильного пресса, бумагокрасильной машины и др.). К окрашенным видам бумаги относятся: основы для фибры и пергамента, промокательная, для текстильных патронов и конусов, неактиничная, бутылочная, афишная, для спичечных коробок, писчая цветная, разные декоративные виды бумаги, некоторые разновидности (упаковочной бумаги, конвертной, прядильной, электротехнических видов бумаги, салфеточной бумаги, бумаги для печати, а также другие виды бумажной продукции. Если при помощи крашения бумаге придается определенный цвет, то для придания ей того или иного оттенка пользуются подцветкой бумаги, осуществляемой обычно введением в бумагу малого количества соответствующего красителя. Подцветку производят преимущественно для устранения желтизны различных видов бумаги для письма и печати и придания им подсиниванием видимой белизны. Это делают аналогично тому, как подсинивают белье при стирке. Не всегда, впрочем, подцветкой хотят повысить видимую белизну бумаги, иногда подцветку осуществляют для придания бумаге слегка голубоватого, розоватого или другого оттенка. В зависимости от вида и назначения окрашенной бумаги, способа крашения и условий осуществления этого процесса к используемым красителям предъявляются различные требования, которые в большинстве случаев сводятся к способности придания бумаге яркой окраски при минимальном их расходе и хорошем удержании на волокнах. Окраска при этом не должна смываться водой и должна быть свето- и теплоустойчивой, в отдельных случаях желательна кислото- и щелочестой-кость красителя или устойчивость к каким-либо специфическим химикатам, с которыми соприкасается окрашенная поверхность бумаги. Красители, используемые в разных видах бумаги санитарно-бытового назначения, должны быть нетоксичными, дешевыми, во многих случаях светостойкими и устойчивыми к действию обработок влажной среды. Например, от окрашенных салфеток требуется устойчивость к воздействию воды, молока, уксуса, спирта, жиров и т. п. Сам процесс крашения по своей природе коллоидно-химический. При этом краситель из раствора должен быть равно-мерно и прочно закреплен на компонентах бумаги: волокнах, частицах минерального наполнителя и пр. Существенное значение при крашении имеют адгезионные явления и проявляющиеся при этом силы взаимодействия красителя с поверхностью, подлежащей окраске. Природа сил связи красителя с окрашиваемой поверхностью различна в зависимости от вида красителя и условий крашения. Красители могут поступать на бумажную фабрику сухими и в разведенном виде с концентрацией 30—40 %. Использование уже разведенных красителей имеет существенные преимущества: отпадает необходимость в наличии на бумажной фабрике баков для разведения красителей, снижается трудоемкость в приготовлении их растворов и устраняется проблема в образовании пыли, неизбежно возникающей при использовании порошкообразных красителей. При этом к тому же расход красителей снижается на 20— 40 % за счет уменьшения потерь при взвешивании, растворении и т. д. Наибольшие трудности создаются при работе с сажей, широко используемой для окраски бумаги в черный цвет. Сажа пылит, сильно загрязняет оборудование, подсобные помещения и сточные воды. Эти затруднения в значительной степени снижаются при использовании сажи в виде 15—25%-ной водной суспензии. При применении на предприятиях бумажной промышленности красителей, поступающих в разведенном виде, открылись возможности использования систем автоматического (непрерывного или периодического) введения красителей в бумажную массу, что облегчает процесс окраски бумаги и способствует равномерному ее окрашиванию при выработке на быстроходных бумагоделательных машинах с уменьшением количества цветного брака. Имеющие место затруднения при поверхностном крашении бумаги в значительной степени устраняются в случаях, когда такая окраска бумаги одновременно сочетается с ее поверхностной проклейкой. К числу преимуществ окраски бумаги с поверхности нужно отнести возможность совмещения этого процесса с другими видами поверхностной обработки бумаги (придание влагопрочности, биостойкости, пластичности и пр.). Качество поверхностно окрашенной бумаги во многих случаях (но не во всех) превосходит качество бумаги, окрашенной в массе. При поверхностной окраске бумаги с повышенной массой 1 м2 наблюдается, по сравнению с окраской бумажной массы, существенная экономия дорогих красителей, достигающая 30—40%. Следует также учитывать, что поверхностное крашение бумаги не влечет за собой спуск в водоем окрашенной сточной производственной воды. Это очень важно в условиях все более усиливающейся во всем мире борьбы за охрану природы. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА КРАСИТЕЛЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ Для окраски бумаги применяют различные красители, которые можно разделить на неорганические (естественные и искусственные), используемые в настоящее время редко, и органические. Из неорганических красителей следует упомянуть ультрамарин, вводимый в бумажную массу для подцветки белой бумаги. Органические красители также могут быть естественными и искусственными. Именно последние получили в производстве бумаги наибольшее распространение, так как они обеспечивают возможности придания изготовляемой бумаге широкого разнообразия цвета и оттенка. Органические синтетические красители, применяемые для окраски бумаги, делятся на следующие группы: основные, прямые (субстантивные), кислотные, кубовые и сернистые. Большинство видов красителей представляют собой растворимые красящие вещества, которые усваиваются волокнами адсорбционно или путем непосредственного химического взаимодействия. Пигментные красители — нерастворимые красящие вещества, которые либо синтезируются на волокнах из исходных материалов либо осаждаются на волокнах различными методами: химически из растворимых производных, разложением их солей или другим способом. К числу пигментных красителей относятся кубовые и сернистые красители, обладающие высокими показателями водостойкости и светопрочности. Кубовые красители характеризуются приданием окрашиваемой бумаге ярких цветов и сочных оттенков, что и обусловливает в ряде случаев их применение, несмотря на относительную дороговизну и усложненную технологию использования. Сернистые красители дешевы, но придают бумаге тусклую окраску. Основные красители непосредственно хорошо окрашивают волокна древесной массы и небеленой (лучше жесткой) целлюлозы, но хуже волокна беленой целлюлозы, имеющие низкое содержание лигнина и гемицеллюлоз, и еще хуже — тряпичные волокна. Часто эти красители используют также для окраски волокон из смешанной макулатуры. Во всех этих случаях достигается получение практически бесцветной сточной воды. Для фиксации основных красителей на волокнах древесной массы, т. е. контакта волокон с красителем, достаточно всего лишь 20—30 с. Связь основного красителя с волокнами химическая. Сорбция этого красителя определяется содержанием в волокнах карбоксильных групп, к которым основные красители обнаруживают сродство. Прямые красители обеспечивают непосредственно хорошую окраску волокон хлопка и беленой целлюлозы и значительно хуже окрашивают волокна древесной массы. При окрашивании прямыми красителями волокон беленой целлюлозы время контакта этих красителей с волокнами должно составлять до 2, а иногда и 4 мин в зависимости от марки красителя, требуемой интенсивности окраски и условий проведения процесса крашения. Прямые красители целесообразно применять для окраски неклееных видов бумаги: промокательной, основы для фибры, основы для пергамента, различной бумаги санитарно-бытового назначения. Эти красители образуют с гидроксильными группами целлюлозы водородную связь. При этом эффективность сорбции прямого красителя волокнами целлюлозы в значительной степени зависит от величины соответствующего электрокинетического потенциала. Последний, однако, не оказывает заметного влияния на сорбцию волокнами основного красителя. Несмотря на то, что в композицию некоторых санитарно-бытовых видов бумаги (туалетная бумага, бумага для полотенец) часто входит в количестве до 40 % древесная масса, сравнительно хуже окрашиваемая прямыми красителями, чем целлюлоза, тем не менее этот вид красителей для указанных видов бумаги вполне применим, учитывая относительно невысокие требования к их окраске. Одно из преимуществ прямых красителей — сохранение капиллярных свойств окрашиваемой бумаги, что особенно важно при применении этих красителей для окраски впитывающих видов бумаги санитарно-бытового назначения. Кислотные красители хорошо окрашивают шелк, шерсть и полиамидные волокна и плохо окрашивают целлюлозу, древесную массу и частицы каолина. Эти красители обычно используют для окраски проклеенной бумажной массы при избытке сернокислого алюминия. Кислотные красители не дают такую яркую окраску, как основные, но являются более светостойкими. В осаждении кислотных красителей на растительных волокнах, имеющих в воде отрицательный заряд, существенную роль играют силы электростатического притяжения, проявляющиеся в результате действия при крашении сернокислого алюминия. Окраску основными и прямыми красителями лучше осуществлять с использованием мягкой производственной воды, при окраске же кислотными красителями соли жесткой воды благоприятствуют процессу крашения. ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ОТБЕЛИВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОДЦВЕТКИ БУМАГИ Повысить белизну бумаги можно различными способами: использовать для ее изготовления целлюлозу высокой степени белизны, применить наполнитель повышенной белизны, осуществить подцветку бумаги ее подсиниванием. Наконец, видимую белизну бумаги можно повысить при использовании так называемых оптических отбеливателей. Этот последний способ повышения белизны бумаги имеет преимущество по сравнению с другими способами повышения белизны, так как не оказывает отрицательного влияния на основные свойства бумаги. Оптические отбеливатели — это вещества, способные частично поглощать сине-фиолетовую часть спектра света с преобразованием этого поглощения в виде видимого голубого свечения (флуоресценции), благодаря чему осуществляется оптический эффект отбелки бумаги. Очевидно, что чем больше излучаемая голубая флуоресценция оптического отбеливателя, тем эффективнее его действие. Оптические отбеливатели используются в весьма малых количествах и при этом придают бумаге столь высокую степень видимой белизны, которую не может обеспечить ни химическая отбелка волокнистых полуфабрикатов, ни использование белых наполнителей, не говоря уже о красителях для подцветки бумаги. Вместе с тем оптические отбеливатели не всегда применимы. Так, их нецелесообразно применять в композиции бумаги, содержащей более 20 % небеленой целлюлозы или древесной массы. Эти полуфабрикаты сами активно поглощают ультрафиолетовые лучи, что в значительной степени препятствует действию оптических отбеливателей. Чем желтее используемые волокнистые материалы и минеральные наполнители, тем меньше эффект от действия оптических отбеливателей. Род минерального наполнителя также имеет определенное значение. По возрастании способности поглощать ультрафио-летовые лучи наполнители могут быть расположены в следующий ряд: тальк и сульфат бария, каолин, сульфид цинка, двуокись титана. . На проклеенных канифольным клеем видах бумаги эффект оптической отбелки менее заметен, чем на неклееных. Влияние, оптических отбеливателей при низком pH среды обычно меньше, чем при высоком. Оптические отбеливатели можно вводить в бумагу различными способами: в бумажную массу, в клеильный пресс бумагоделательной машины или вместе с покровным слоем при использовании специального оборудования для мелования бумаги. Очевидно, что способы нанесения оптических отбеливателей на поверхность бумаги экономически наиболее выгодны, так как в этом случае нет потерь с промоями, да и нет необходимости иметь оптический отбеливатель в толще бумаги, поскольку важной является белизна ее поверхности. Многочисленные оптические отбеливатели, применяемые в бумажной промышленности, различаются по своему строению и химической природе (эскулин, умбелиферон, производные кумарина, дпароил и др.). Существует большое количество торговых марок оптических отбеливателей — это с различными индексами бланкофоры, ленкофоры, ультрафоры, тинопали, увитексы и пр. Отечественная химическая промышленность изготовляет оптический отбеливатель под наименованием прямой белый. Расход оптических отбеливателей при их введении в бумажную массу (вводить следует до добавления сернокислого алюминия и после введения наполнителей) не превышает 0,1— 0,2 % к абс. сухой массе всей композиции. При поверхностной обработке бумаги оптический отбеливатель используется в значительно меньшем количестве, а при введении его в покровную меловальную суспензию — всего лишь 0,1—0,15% от абс. сухой массы компонентов. Оптические отбеливатели применяются для повышения белизны различных видов бумаги для письма и печати. Благодаря контрасту между белизной бумаги и цветом печатной краски или чернил текст, нанесенный на подобную бумагу, выглядит особенно четким и приятным для глаза. Хорошие результаты дает применение оптических отбеливателей для повышения белизны основы фотобумаги, картографической бумаги, основы для парафинирования, полотенечной, основы для слоистых пластиков и многих других видов бумаги. Целесообразным также является введение оптических отбеливателей в белый покровный слой коробочного картона. Рекомендуется также введение оптических отбеливателей в композицию белой оберточной бумаги для упаковки пищевых продуктов, портящихся под влиянием ультрафиолетовых лучей. Оптические отбеливатели применяются также в производстве пергамента, который становится светлее, повышается его непроницаемость для ультрафиолетовых лучей, что предотвращает пожелтение масла, завернутого в такой пакет. Обычные приборы, служащие для определения белизны бумаги, непригодны для измерения флуоресцентного свечения бумаги, содержащей оптический отбеливатель, так как источники света этих приборов излучают мало лучей в ультрафиолетовой области. Поэтому белизну бумаги, содержащей оптический отбеливатель, называют видимой, подразумевая при этом визуальное восприятие ее человеческим глазом при дневном освещении бумаги. Для количественной характеристики белизны этой бумаги пользуются лейкометром — прибором, в котором в качестве источника света наряду с обычной лампой накаливания имеется ртутная лампа, обладающая достаточно мощным ультрафиолетовым излучением. Обычная лампа накаливания используется при определении белизны бумаги, не содержащей оптических отбеливателей, ртутная лампа дает возможность определять белизну бумаги, содержащей оптический отбеливатель.
