浅谈荧光增白剂在纸张增白中的应用

高　飞，董晋兴，李　钢，韩　卫

（山西青山化工有限公司，山西 运城　044100）

浅谈荧光增白剂在纸张增白中的应用

高飞，董晋兴，李钢，韩卫

（山西青山化工有限公司，山西 运城044100）

该文介绍了化学漂白、添加蓝及荧光增白等3种纸张增白方式的区别，对适于造纸使用的荧光增白剂结构进行了简单说明，并重点分析了荧光增白剂应用在造纸生产中不同添加部位时其增白效果受到的影响因素。

荧光增白剂；纸张增白；添加部位；影响因素

1　纸张泛黄的原因及几种纸张增白方式的比较

纸张白度是书写和印刷等多种文化用纸的一个重要质量指标。造纸纤维原料中的残余木素存在发色体系，使得成纸呈现一定黄色光，以光学的原理来说，即纸张吸收了自然光中较短波长的光能，反射光中的蓝-紫色可见光稍嫌不足，而导致我们看见的纸张偏黄［1］。要使得纸张获得令人满意的白度，提高纸制品的档次，在纸张生产过程中需要采用一些物理或化学方式进行增白处理。目前常用的增白方式主要有3种：化学漂白，添加蓝及荧光增白。

化学漂白分为氧化漂白和还原漂白等2种。氧化漂白是通过氧化型漂白剂的作用将纸浆中的黄色物质氧化褪色，并进一步脱除残余的木素和其他杂物，常用的此类漂白剂包括氯气、次氯酸盐等。该方法处理过的纸浆，白度持久，且纯度有一定提高；但缺点在于对漂白物质的基质有一定的损伤，造成纤维的强度下降，且废水中含氯，污染严重。还原漂白使用还原型漂白剂，只能使发色物质脱色，不会造成纤维组织的损失，可保持纸浆原有的特性，常用的还原型漂白剂包括连二亚硫酸锌、过氧化氢等。使用该方法的缺点是增白后纸张白度不能持久，受阳光照射后容易泛黄，不适于抄造需长期保留的纸张。

添加蓝是通过加入对黄色物质有光学互补作用的蓝色或蓝紫色染料，吸收可见光中的部分长波光，使被处理的产品获得视觉上的白色。该方法是一种物理增白方法，对纸浆本身不会产生任何影响，且白度较为持久，但缺点是在添加蓝的过程中会减少反射光的数量，使得成纸亮度降低，显得灰暗。

荧光增白则是利用荧光增白剂反射出的蓝紫光与天然纤维所发黄光的光学互补关系，弥补了发黄的物质所吸收的部分可见光，抵消了纤维原有的黄色，并使反射光数量增多，使人感觉纸张更白、更亮，所以也称光学增白剂。荧光增白剂由于其在工业生产中用量少，成本低，对纸张特性无影响，并可在一定程度上减少纸浆在漂白过程中化学试剂用量等一系列的优势，在造纸工业中得到了极其广泛的应用［2］。

需要注意的是，荧光增白剂的这种作用，并不是对浆料起到了漂白作用，而仅仅是一种光学作用；所以在应用过程中，对低白度或木素含量高的浆种其增白效果往往非常有限。

2　适于造纸使用的荧光增白剂种类及结构

按化学结构不同，荧光增白剂可分为15种基本结构类型，近500种化合物，商品牌号2 000多个，不同结构对应不同的性能、使用条件和使用对象。目前我国造纸工业常用的荧光增白剂均是 DSD酸双三嗪衍生物。该类型的荧光增白剂均是由1 mol的DSD酸与2 mol的三聚氯氰的反应物为基体，再用2 mol的芳香胺或脂肪胺取代三聚氯氰上剩余的2个氯原子而构成的一系列衍生物。根据分子内所含磺酸基团的数量划分为二磺酸、四磺酸和六磺酸［3］。结构通式如图1所示。图1中的“R1”和“R2”为取代基团，不同结构和类型的取代基团会影响荧光增白剂分子的可溶性和纤维表面的可及性。

图1　DSD酸双三嗪衍生物结构通式

造纸用荧光增白剂的结构及商品品种如表1所示。

表1　造纸用荧光增白剂的主要品种

自20世纪70年代以来，我国造纸行业一直使用粉状荧光增白剂（例如，二磺酸VBL）。粉状荧光增白剂具有含量高、强度高等特点，且贮存和运输成本较低，贮存期可长达2年。其不足在于合成出来的半成品是膏状物滤饼，需要进行干燥、粉碎，后处理工序复杂，能耗高；在使用时需要将粉状加水配制成溶液，由于其扩散溶解较为困难，使用不方便，有粉尘污染，溶液浓度也难控制、不适应自动化生产的需要，大大限制了它的使用范围。进入20世纪90年代中期，随着我国造纸工业工艺技术、设备自动化程度的提高，液体荧光增白剂（二磺酸：BA-L；四磺酸：APC；六磺酸：357）的使用越来越多，与粉状荧光增白剂比，性能优良的液体荧光增白剂具有增白效果显著、无粉尘污染、“三废”排放少、使用方便、易于自动化生产控制和原料成本低等许多优点，被更多的造纸企业所接受，具备了越来越广阔的应用和市场前景［4］。

3　荧光增白剂在造纸生产中的添加部位及其用量

荧光增白剂在造纸中的使用主要有3种方式：添加到纸浆中（湿部）；添加到表面施胶的胶液中；添加到涂布加工的涂料中。在上述3种使用方式中，其增白效果会受到多种因素不同程度的影响［5］。

一般来说，随着荧光增白剂用量的增加，纸张的白度会随之提高，而增白幅度逐渐下降，即单位增白剂用量所增加白度下降，当用量的增加使得增白效果达到峰值（泛黄点）后，继续加大增白剂用量反而会引起白度的下降。

4　荧光增白剂在浆内（造纸湿部）添加应用的影响因素

浆内添加主要使用二磺酸增白剂与四磺酸增白剂，如果单从成纸吨耗来看四磺酸增白剂性价比优于二磺酸增白剂；但从整个系统运行来看，由于二磺酸增白剂直染强上染率高，对系统阴离子垃圾影响不大，可使助留助滤剂用量降低或使纸机白水浓度降低，二磺酸增白剂性价比优于四磺酸增白剂［6］。

4.1浆料白度对增白效果的影响

纸浆纤维原料是荧光增白剂增白效果的一个最重要影响因素。通常认为纸浆中木素含量越高，荧光增白效果越小，因为木素也具有吸收紫外光的特性；所以，荧光增白剂不适于处理颜色深的未漂浆料，而只适用于漂白浆。浆料的起始白度越高，增白效果越好，当浆料白度低于65度（R457白度）时，加入增白剂几乎显示不出增白效果。

4.2不同添加点对增白效果的影响

用于湿部抄造的粉状荧光增白剂通常需要配制成一定浓度的溶液，同液体荧光增白剂一样，通过计量泵或称量添加至浆料中。常见的添加点有打浆池、浓浆泵与冲浆泵的入口、纸机流浆箱等。添加原则是荧光增白剂添加点应尽量加至浆料浓度高的地方，并且能保证荧光增白剂与纸浆有足够的接触与充分的混合时间，以达到荧光增白剂的良好的留着［7］。

4.3金属离子对增白效果的影响

抄纸系统中金属离子的存在对荧光增白剂的增白效果均有不利影响，尤以 Fe3+的影响最大；因此，矾土等含铁填料中的铁含量不宜过高，否则会使浆的色调发暗。此外，抄纸用水的硬度过高时，Ca2+、Mg2+等的存在会在一定程度上降低荧光增白剂在水中的溶解度，降低增白效果。四磺酸增白剂比二磺酸增白剂耐硬水、抗Ca2+、Mg2+等能力稍强一些。

4.4湿部化学品的添加影响荧光增白剂的效率

用于湿部抄造的阳离子助剂，如助留助滤剂、湿强和干强剂等，一般都会对荧光增白剂增白效果产生不利影响，其影响的程度取决于聚合物的电荷密度，电荷密度越大，白度损失越大。在应用荧光增白剂时可考虑改变荧光增白剂的添加点，例如，采用荧光增白剂接近打浆段加入，阳离子助剂化合物在流程后部加入的方法，可使此类影响变小。

4.5填料对增白效率的影响

造纸湿部常用的填料包括滑石粉、碳酸钙、矾土等，这些填料一般都具有较低的黄色调和较高的白度，且不吸收紫外光。

在酸性造纸时，由于体系pH较低（4.5～6.0），含磺酸基团的荧光增白剂的水溶性减小，可能在湿部形成沉淀，导致成纸绿变或降低增白效率；同样，荧光增白剂与铝离子产生的盐水溶性更小，更易在湿部形成沉淀，因此，不推荐使用二磺酸荧光增白剂，而采用对pH和矾土不太敏感的四磺酸型；中性/碱性造纸工艺普及后，碳酸钙和滑石粉常被用作造纸填料，这2种填料对荧光增白剂没有负面影响，且能反射紫外光，加强增白效果，当体系pH≥7.0时，最合适的荧光增白剂类型为二磺酸型液体增白剂［8］。

4.6pH和硫酸铝用量对荧光增白剂使用的影响

增白剂在pH=6.5～8.5时能取得更好的增白效果，尤其是液体二磺酸增白剂使用时，建议在浆料pH>6.5使用；如浆料pH＜6.5，则建议使用四磺酸增白剂。浆内硫酸铝的加入对增白效果也有一定影响：首先，随着硫酸铝的加入，系统的pH下降；其次，硫酸铝用量增多，阳电性增强，对阴离子型的荧光增白剂干扰增强；第3，硫酸铝含有较多的Fe3+，增白剂对Fe3+的抵抗性较差。

4.7浆料配比和损纸回抄对增白效果的影响

养殖场分为生产区、隔离区和办公生活区。鸡舍按功能分区原则和生产工艺流程顺序排列布局，要求其朝向、间距合理，净道与污道严格分开，鸡舍布局形式采用单列式或双列式。

生产要求不同白度的纸张时，选择合适的浆料配比是非常重要的。生产高白度纸张时不宜选用木素含量较高的机械浆做配浆，因为木素对增白剂增白效果影响是十分明显，含有此类浆料的纸种难以达到高白度；但从经济效益出发，损纸的回抄是必不可少的，一般来说损纸的回抄对增白效果是有影响的。生产过程中应该保证浆料配比稳定，损纸要稳定回抄，这样才能保证成纸的白度和色光的稳定。

5　荧光增白剂在表面施胶中应用的影响因素

荧光增白剂可以在施胶压榨等表面施胶过程中进行添加，这是一种比湿部添加更加有效的纸张增白方法；这样，荧光增白剂可更直接接触紫外光照射，因而更容易发射出蓝光。

表面施胶的胶液中通常含有水性聚合物（如淀粉、聚乙烯醇或羧甲基纤维素），荧光增白剂在使用前加入表面施胶剂溶液内，对淀粉、聚乙烯醇或羧甲基纤维素有优良的吸附性，这就意味着荧光增白剂趋向于停留在纸张表面，而不是迁移入基纸内部。纸张定量越高，表面施胶增白法的成本优势越明显。

在表面施胶工艺中，荧光增白剂种类的正确选择主要取决于纸张白度的要求，施胶剂中增白剂的浓度以及原纸的吸收性能。一般而言，四磺酸增白剂和六磺酸增白剂均可用于表面施胶中，尤其六磺酸型增白剂是达到高白度纸张的最佳选择，它具有非常好的抗绿变性能以及对阳离子助剂化合物、pH的敏感性低。在低浓度条件下，二磺酸增白剂显绿光，不推荐使用［9］。

5.1基纸白度对表面施胶中增白剂使用效果的影响

通常，同样添加量的条件下，起始白度高的原纸，白度提高的幅度没有低白度原纸提高幅度大，但其最终成纸白度还是会高一些。在生产高白度的纸张时，白度提高1百分点也会比较困难，增白剂的用量也会大大增加。

5.2淀粉浓度、pH及淀粉溶液中金属离子对表面施胶中增白剂使用效果的影响

表面施胶剂中淀粉的浓度对增白剂应用效果也有一定影响，当淀粉浓度增加到一定数值后，白度增加才会趋于稳定。考虑到目前工厂纸机抄造及糊化淀粉的需要，淀粉浓度控制在10%左右是比较有利的；淀粉胶的pH在偏酸性的条件下，增白剂的效果会较差；而pH在6.0～8.0时，其性能表现则较优异；如果淀粉溶液中含有重金属离子，如：Fe3+、Al3+等，会导致成纸白度略有下降。

5.3荧光增白剂的溶解度对表面施胶中增白剂使用效果的影响

这里所指的增白剂溶解度是其在淀粉溶液中的溶解度，这是一个非常重要的指标，一般以“g/L”为单位来进行计算。与湿部增白剂的返黄点类似，淀粉溶液中增白剂的浓度过高，超过饱和点，淀粉溶液颜色就将从正常的蓝色变为灰色或绿色，导致成纸色相向非希望的方面改变。

6　荧光增白剂在涂布中应用的影响因素

随着纸张品质的要求增高，越来越多纸张使用各种涂布手段进行加工，以满足其最终使用的要求。相对于工业涂料，纸张涂布原料有一共同的特点：采用很高比例的颜料组分及较低比例的黏合剂组分。

荧光增白剂的增白效果只有被纤维素与其他的载体结合时才有效，而白色颜料不能用作荧光增白剂的载体，白度的获得及绿变极限的确定与涂料层系统的耐光性主要取决于涂料所用胶粘剂及辅助胶粘剂的性能。合成胶乳黏合剂，通常是丁苯聚合物或丙烯酸树脂常用于涂布配方中，对荧光增白剂没有亲和性，不能为荧光增白剂提供载体系统。当涂料中没有进一步的载体加入时，胶乳基涂料必须增加一种载体，如淀粉、干酪素及辅助黏合剂载体（聚乙烯醇、羧甲基纤维素等）［10］。

6.1涂布中使用的荧光增白剂类型与用量

在涂布中，二磺酸、四磺酸和六磺酸荧光增白剂增白剂均可使用，但取决于辅助胶粘剂的成分。通常，四磺酸增白剂使用在含淀粉、聚乙烯醇的涂布配方中，二磺酸增白剂添加在含干酪素、豆蛋白的涂料中，而六磺酸增白剂的应用范围最广，适用于各种涂布配方。

6.2辅助胶粘剂的类型和添加量对增白效果的影响

通常可与荧光增白剂亲合形成亲水性载体的化合物有聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、环氧树脂及聚丙烯酸盐等。辅助胶粘剂的类型决定使用何种增白剂以及其添加量。因为在不同的载体中，增白剂的饱和点是不相同的。

6.3颜料的选择对增白效果的影响

对于颜料涂布来说，颜料的白度越高，荧光增白剂的效能越高。例如，碳酸钙应用于涂布中，纸张白度远高于使用高岭土的场合，同时碳酸钙趋向于提升色调至带红光，因为它比高岭土具有高的折射系数。应用二氧化钛的场合不适宜添加荧光增白剂，因为它吸收紫外光，而紫外光则是荧光增白剂发挥作用时必须具备的条件。

6.4其他助剂与添加顺序对增白效果的影响

在纸张的涂布过程中，常需要添加分散剂、消泡剂、保水剂和杀菌剂等一系列助剂，有些组分对增白效果有负面作用，例如阳离子型的助剂等；因此，添加时应尽量延长二者加入的间隔时间，将其对增白效果的影响降低至最小［11］。

总体来看，涂布是一个非常复杂的应用过程，需要考虑到很多变化的因素，而辅助胶粘剂则是增白剂应用效果的关键所在。每个纸厂均会有几种涂料配方适合于生产不同性能的涂布纸，根据涂布配方，仔细选择增白剂品种、评估其效果，选择性价比最高的产品会带来巨大的经济效益。

7　结论

在造纸工业中，荧光增白剂是最重要的添加剂之一，要使纸张获得令人满意的白度，提高纸制品的档次，荧光增白剂是必不可少的。目前，液体荧光增白剂已取代粉状荧光增白剂，成为各大造纸厂使用增白剂的首选。不同取代基位置与数目的磺酸盐基所形成的各类荧光增白剂与其性能之间有一定的关系，造纸企业在使用荧光增白剂时，首先应通过实验室评估，选择适合于某种生产工艺及生产某品种纸张时具有最佳性价比的荧光增白剂，再结合自身的生产能力、设备状况以及纸张白度要求等进行综合考虑和选择。值得注意的是，即使基础白度稳定的情况下，增白剂的用量也不是一成不变的，因为对增白效果产生不良效应的影响因素很多，不仅仅是浆料的基础白度，还有浆料的pH、金属离子浓度、残氯和木质素等诸多因素的影响；因此，生产中要时刻观察这些因素的变化，及时调整工艺，才能最大程度地减少损失，保证纸张的质量。

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Application of Fluorescent Whitening Agent in Paper Whitening

GAO Fei，DONG Jin-xing，LI Gang，HAN Wei
（Shanxi Qingshan Chemical Co.，Ltd.，Yuncheng 044100，China）

The paper introduced the differences between the three paper-whitening methods：chemical bleaching；adding blue dye and fluorescent-whitening.Made a brief description of the struction of fluorescent whitening agent which using in paper-whitening properly.At last，focusing on the influence factors of different adding site which fluorescent whitening agent using in paper-whitening process.

fluorescent whitening agent；paper whitening；adding site；influence factors

TS727+.2

A

1007-2225（2015）05-0001-05

高飞先生（1982-），硕士，工程师；E-mail：gaofei-913@163.com。

2015-07-27

本文文献格式：高飞，董晋兴，李钢，等．浅谈荧光增白剂在纸张增白中的应用［J］．造纸化学品，2015，27（5）∶1-5．