荧光增白剂在造纸中的应用 傅瑞芳 （上海天坛助剂有限公司，上海 201419） 荧光增白剂是利用荧光给予人们视觉器官以增加白度感觉的荧光白色染料，它像各种纤维染色所用的染料一样，可以上染各种类型的纤维。在纤维素纤维上它如同直接染料可以染纸张、棉、麻、粘胶纤维等。荧光增白剂发现于20世纪20年代，在1939年正式供应市场至今已有80多年的历史。荧光增白剂的品种很多，并在各行各业得到广泛的应用，其中在造纸工业用量最大。 1 荧光增白原理 荧光增白剂是含有共轭双键，且具有良好平滑性的特殊结构的无色染料，在日光照射下，能吸收日光中的紫外线（波长为300~400nm），使分子激活，再回复成基态时，紫外线能量便消失一部分，而转化成能量较低的可见光反射出来，反射光的波长为420~500nm的蓝紫光，使纸张上的反射光总量增加，纸张上的蓝紫光波反射量了，从而抵消了纸张纤维因黄色光反射量过多而造成的黄色感，使纸张的白度增加，能产生洁白、耀目的效果。 当入射光源变化时，荧光增白剂的效果就发生变化，如果入射光中吸外线含量高，其效果就特别显著，而在紫外线含量较低或没有紫外线的光源下，增白效果很小或毫无作用。 各种不同类型的荧光增白剂其荧光色光不同，这取决于其吸收紫外光的波长范围，吸收335nm以下的，则荧光偏红，吸收365nm以上的，则荧光偏绿，这是由分子结构中取代基的性质来决定的。2 造纸工业中使用的品种 纸浆纤维一般带有黄色或灰白色，这是由于纸浆中的木质素会吸收波长在400~500nm的光所致。采用添加染（颜）料的方法或采用化学漂白，对纸浆白度的提高是有限的，一般漂白原浆的白度在85%ISO左右。如果为了追求白度而采用强烈的漂白手段则会大大损伤纸张纤维的强度。通过在造纸中加入荧光增白剂，可以生产高白度的纸张。添加了荧光增白剂后生产出来的纸张，白度可提高10%以上。到表面施胶的胶液中；表面涂布——添加到对纸张进行涂布加工的涂料中。 用于造纸工业的荧光增白剂需要满足以下要求： （1）、与各种造纸填料、造纸化学品和胶黏剂有良好的相容性； （2）、能耐一定的酸碱度，能适应造纸工艺过程的需要； （3）、对纸纤维有亲和力，有较高的白度。 可用于造纸工业的荧光增白剂品种很多，牌号也不少，但常用的品种其化学结构是二苯乙烯三嗪型及其衍生物，这类产品占荧光增白剂总量的60％以上。按照荧光增白剂分子中磺酸基团的多少，可分为二磺酸，四磺酸，六磺酸三类。上海天坛助剂有限公司生产的用于造纸工业的荧光增白剂具体分类如下： 1、 二磺酸（Disulfonic） 主要产品有荧光增白剂VBL（粉）、荧光增白剂BSL（粉）、荧光增白剂PA-201（粉）、液体荧光增白剂PA-205、液体荧光增白剂PA-208。 二磺酸对纤维具有相当高的亲和力，染着力强，适用于碱性纸浆的增白和表面施胶，以及含酪蛋白的涂布颜料。 2、 四磺酸（Tetrasuphonic） 主要产品有液体荧光增白剂PA-206、液体荧光增白剂PA-207。 四磺酸水溶性较强，白度较高，适用于酸性纸浆的增白，表面施胶和涂布。 3、 六磺酸（Hexasulfonic） 主要产品有荧光增白剂PA-202（粉）。 六磺酸水溶性很强，耐酸性很强，可达白度较高，适用于表面施胶和涂布。 3 各种荧光增白剂的特性 3．1 各种牌号荧光增白剂的性能
（2）（1） 荧光增白剂在造纸工业中使用有三种方式：纸浆的增白——直接添加到纸浆中增白；表面施胶——添加
由于各种荧光增白剂的分子结构不同，因此特性也各不相同。现将上海天坛助剂有限公司各种不同牌号的荧光增白剂的特性归纳列表如下： 品名 特性 类型 二磺酸 二磺酸 二磺酸 二磺酸 二磺酸 四磺酸 四磺酸 六磺酸 VBL BSL PA-201 PA-205 PA-208 PA-206 PA-207 PA-202 外形 色光 粉状 青光微紫 粉状 青光微紫 较强 较弱 较弱 8～9 粉状 红光 液体 液体 液体 液体 粉状 青光微紫 青光微紫 青光微紫 青光微紫 蓝光微紫 染着力 水溶性 耐酸性 较强 较弱 较弱 较强 较弱 较弱 8～9 较强 较弱 较弱 8～9 较强 较弱 较弱 8～9 中等 中等 中等 4～6 中等 中等 中等 4～6 较弱 强 强 2～4 适宜PH范围 8～9 泛黄点 可达白度 较低 较低 较低 较低 较低 较低 较低 较低 较低 较低 中等 中等 中等 中等 较高 较高 适用范围 制浆 施胶 制浆 施胶 制浆 施胶 制浆 施胶 制浆 施胶 制浆 施胶 涂布 制浆 施胶 涂布 施胶 涂布 3．2 荧光增白剂的耐光性能 二苯乙烯三嗪型结构的荧光增白剂在含紫外线的光源照射下，会产生顺-反异构现象，并在一定程度上改变该产品的外观及降低其稀水溶液的吸光度，从而降低用它增白物质的白度。因此，在使用这类荧光增白剂时，其溶液应避光保存，科学合理使用。（3） 荧光增白剂采用内添方式能得到较好的耐光牢度，而在施胶和涂布中荧光增白剂只存留在胶料和涂料中且在纸张表面，因此会受到光解而影响白度。如果要在施胶和涂布中得到较好的耐光牢度，要选择耐光较好的品种，如荧光增白剂PA-204。 3．3 pH对纸面荧光强度的影响 纸张在抄造的过程中，为了提高纸张的白度和亮度，一般都要在纸浆中加入一定量的荧光增白剂来改善纸面的视觉效果。荧光增白剂是属于阴荷性直接染料，可溶解于80倍以上的软水中，开始溶解时有絮凝现象，加水稀释充分搅拌后可获得透明溶液。它能耐酸至pH=6，耐碱至pH=11，但在荧光增白剂的溶解、使用过程中，我们发现水的pH值对它的荧光强度会产生影响。荧光强度是荧光增白剂的重要质量指标，直接影响着人们对于纸面的感观效果，它对纸张的质量控制和检验有着极其重要的意义。因此，控制水的pH值以减少对荧光增白剂荧光强度的影响从而可以有效地控制和改善纸张的表面色泽。使用液体荧光增白剂由于不需溶解这一过程，因此可以减少对荧光强度的影响。 另外，可以选择不同的荧光增白剂品种来满足介质不同pH的要求。 4 荧光增白剂的应用 4．1纸浆增白 造纸的第一步是制造纸浆，经过漂白后的纸浆其白度一般为80%ISO左右，达不到要求，这时需要在纸浆中添加荧光增白剂。因为对纸浆的增白是在水介质中进行的，所以要求所用的荧光增白剂既有较高的水溶性，又要白度较高的。常用的品种是荧光增白剂VBL、荧光增白剂BSL、液体荧光增白剂PA-205、液体荧光增白剂PA-208。 荧光增白剂可以用间隙方式直接加入碎浆机或混合槽中使用，也可以用计量泵连续加入，粉状增白剂需预先加水溶解均匀，而液体增白剂如果能在纸浆中完全混合，那么可以直接使用。
（4）
影响纸浆白度的因素： （1）、加料顺序 配浆时加入造纸化学品的顺序：荧光增白剂、松香、滑石粉、硫酸铝，间隔时间要大于10分钟。顺序不对或者时间间隔太短，都会影响增白效果。 （2）、pH值 各种不同牌号的荧光增白剂有不同的最佳白度的pH值适用范围(请参见上表)，使用时要根据纸浆的pH值选择不同牌号的荧光增白剂，或者将纸浆的pH值调节到合适的范围。 （3）、游离度 游离度的变化对抄造一般印刷用纸，添加同量荧光增白剂后的纸张白度影响并不大。但对于抄造游离度特别低的纸张，由于纤维表面积增加及水化现象显著，因此荧光增白剂的增白效果会减少很多。 4．2施胶增白 施胶的目的是减少毛坯纸对水、墨水和油墨的吸收，提高纸张的平滑度、疏水性以及使用性。为增加纸张的白度，可将荧光增白剂添加到施胶液中。表面施胶用的胶液主要由氧化淀粉、聚乙烯醇或羧甲基纤维素组成，把荧光增白剂及其相应的添加剂加入到施胶液中即可。在具体施胶过程中，根据纸张的规格或等级在其一面或两面进行施胶。用于表面施胶的荧光增白剂品种主要是四磺酸类的产品，二磺酸和六磺酸的也可应用。常用的品种为液体荧光增白剂PA-206、PA-207、荧光增白剂VBL、荧光增白剂PA-202。 影响纸张白度的因素： （1）、加料顺序 施胶浆料中主要的添加物为松香、明矾、阳离子添加剂或碱性上胶剂，其本身或添加顺序对荧光增白剂的增白效果有一定的影响。 以松香酸性系统而言，荧光增白剂－松香－明矾这种添加顺序可得到较高的视白度。 （2）、阳离子添加剂 荧光增白剂为阴离子性，加上阳离子性的上胶剂或高阳电荷密度的高分子聚合物会有絮凝的倾向，会降低荧光增白剂的增白效果。 （3）、盐类 纤维在浆料槽中带有负电荷，对于带有阴离子的荧光增白剂，会产生电荷相斥的现象。添加盐类可减少纤维表面的负电荷，可以促进荧光增白剂的染着。 （4）、填料 碳酸钙反射紫外光，增白效果佳，反之二氧化钛吸收紫外光，减少荧光增白效果。 （5）、染色时间 染色搅拌的时间越长，荧光增白的效果较佳，但差异并不显著。 （6）、干、湿强剂 由于干、湿强剂都是阳离子的化学品，其阳离子电性对荧光增白剂有不利影响。 （7）、PH值 不同牌号的荧光增白剂有不同的PH适用范围，选择不当会影响增白效果。 （8）、上胶量 如果由于设备的条件或特殊要求上胶量较低时，由于单位面积上增白剂含量降低而使纸张白度降低，这时候可在施胶浆料中适当增加荧光增白剂的用量。 4．3 涂布增白 为了使纸张获得光滑洁白的表面并且具有良好的防水性能，因此在原纸表面涂上一层含有荧光增白剂的涂料，可制得白度很高的纸张。适用于涂布的荧光增白剂主要是四磺酸和六磺酸的产品，常用的是荧光增白剂PA-202、液体荧光增白剂PA-206、PA-207。 影响涂布白度的因素： 纸张在涂布时有许多变量，有的会影响荧光增白剂的效果，主要有：原纸――纤维的变化、填料的种类、施胶的不同、荧光增白剂的品种；涂料――颜料的不同、胶黏剂的选择、增稠剂的变化、黏度的高低；涂布――刮刀的影响、计量器的影响、涂布层的厚薄；、烘干――热风的温度和速度、干燥的形式等。