趙婉辰， 高 飛， 董晉興

（1.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000；2.山西青山化工有限公司，山西 運(yùn)城 044100）

引 言

造紙纖維原料中的木質(zhì)素存在發(fā)色體系，木質(zhì)素暴露在空氣和日光中容易被氧化，成紙呈現(xiàn)一定黃色光，即紙張吸收了自然光中較短波長(zhǎng)的光能，反射光中的藍(lán)、紫色可見(jiàn)光較少，使得我們看見(jiàn)的紙張偏黃。紙張白度是書(shū)寫和印刷等多種文化用紙的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)。要使得紙張獲得令人滿意的白度，提高紙制品的檔次，在紙張生產(chǎn)過(guò)程中需要采用一些物理或化學(xué)方式進(jìn)行增白處理，目前常用的增白方式主要有3種：化學(xué)漂白、添加藍(lán)紫色染料（添加藍(lán)）及熒光增白［1］。

化學(xué)漂白分為氧化漂白和還原漂白2種方式。氧化漂白是通過(guò)氧化作用使得紙漿中的黃色物質(zhì)褪色，并進(jìn)一步脫除殘余的木質(zhì)素和其他雜物。常用的此類漂白劑包括氯氣、次氯酸鹽等。該方法處理過(guò)的紙漿，白度持久，且純度有一定提高。但缺點(diǎn)在于，對(duì)漂白物質(zhì)的基質(zhì)有一定的損傷，造成纖維的強(qiáng)度下降，且廢水中含氯，污染嚴(yán)重。還原漂白法使用還原型漂白劑，只能使發(fā)色物質(zhì)脫色，不會(huì)造成纖維組織的損失，可保持紙漿原有的特性。常用的還原型漂白劑包括連二亞硫酸鋅、過(guò)氧化氫等。該方法的缺點(diǎn)是，增白后的紙張白度不能持久，受陽(yáng)光照射后容易泛黃，不適于抄造需長(zhǎng)期保留的紙張。

添加藍(lán)是通過(guò)加入對(duì)黃色物質(zhì)有光學(xué)互補(bǔ)作用的藍(lán)色或藍(lán)紫色染料，吸收可見(jiàn)光中的部分長(zhǎng)波光的黃色光（黃色和藍(lán)色為互補(bǔ)色），通過(guò)光學(xué)的疊加原理，使被處理產(chǎn)品獲得視覺(jué)白色。該方法是一種物理增白方法，對(duì)紙漿本身不會(huì)產(chǎn)生任何影響，且白度較為持久。但缺點(diǎn)是在加藍(lán)的過(guò)程中會(huì)減少反射光的總量，使得成紙亮度有所降低，顯得灰暗。

熒光增白則是利用熒光增白劑吸收紫外光，并激發(fā)出藍(lán)色或藍(lán)紫色的熒光與天然纖維所發(fā)黃光的光學(xué)互補(bǔ)關(guān)系，抵消了纖維原有的黃色，并增多反射光數(shù)量，使人在視覺(jué)上感覺(jué)紙張更白、更亮，也稱光學(xué)增白劑。熒光增白劑由于其在工業(yè)生產(chǎn)中用量少、成本低，對(duì)紙張?zhí)匦詿o(wú)影響，并可在一定程度上減少紙漿在漂白過(guò)程中化學(xué)試劑用量等一系列的優(yōu)勢(shì)，而在造紙工業(yè)中得到了極其廣泛的應(yīng)用［2］。

但是，熒光增白劑的這種作用，并不是像化學(xué)漂白一樣真正對(duì)漿料起到漂白作用，而僅僅是一種光學(xué)作用。因此，在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)白度較低的漿種，其增白效果往往非常有限。

1 適于造紙濕部使用的熒光增白劑種類及結(jié)構(gòu)

按化學(xué)結(jié)構(gòu)，熒光增白劑可分為15種基本結(jié)構(gòu)類型、近500種化合物，商品牌號(hào)2 000多個(gè)，不同結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的性能、使用條件和使用對(duì)象。在造紙濕部中常用的熒光增白劑均是二苯乙烯雙三嗪類衍生物。這種熒光增白劑是由D酸與三聚氯氰的反應(yīng)物為基體，再用芳香胺或脂肪胺取代三聚氯氰上剩余的氯原子而構(gòu)成的一系列衍生物。根據(jù)分子內(nèi)所含磺酸基團(tuán)的數(shù)量劃為二、四和六磺酸［3］。結(jié)構(gòu)通式如圖1所示。其中，R1和R2為取代基團(tuán)。不同結(jié)構(gòu)的取代基團(tuán)會(huì)在一定程度上影響熒光增白劑分子的可溶性以及與纖維表面的親和力。六磺酸類熒光增白劑由于其與紙漿纖維的親和力較差，不易于吸附纖維，因此，一般不在造紙濕部中應(yīng)用。造紙濕部用熒光增白劑的結(jié)構(gòu)及商品品種如表1所示。

圖1 DSD酸雙三嗪衍生物結(jié)構(gòu)通式

表1 造紙用熒光增白劑的主要品種

20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)造紙行業(yè)一直使用粉狀熒光增白劑（如，二磺酸VBL）。粉狀熒光增白劑具有有效物含量高、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，且運(yùn)輸成本相對(duì)較低，貯存期可長(zhǎng)達(dá)2年以上。但其劣勢(shì)也很突出，如，合成反應(yīng)結(jié)束后，壓濾所得半成品是膏狀物濾餅，必須進(jìn)行閃蒸干燥、粉碎以及商品化，這些后處理工序不僅復(fù)雜，而且能耗高、污染嚴(yán)重；粉狀產(chǎn)品在使用時(shí)，為了保持添加量準(zhǔn)確一致，往往需要將粉狀加水配制成溶液，但粉狀產(chǎn)品的擴(kuò)散溶解都比較困難，在溶解過(guò)程中往往會(huì)漂浮在水相表面并結(jié)團(tuán)，或者需要升溫才可完全溶解，且溶液濃度也難控制，不適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，大大限制了它的使用范圍。20世紀(jì)90年代中期，隨著我國(guó)造紙工業(yè)工藝技術(shù)、設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，液體熒光增白劑逐漸占領(lǐng)了造紙市場(chǎng)。與粉狀熒光增白劑相比，性能優(yōu)良的液體熒光增白劑具有增白效果顯著、無(wú)粉塵污染和“三廢”排放少、使用方便、易于自動(dòng)化生產(chǎn)控制、原料成本低等許多優(yōu)點(diǎn)，被更多的造紙企業(yè)所接受，具備了越來(lái)越廣闊的市場(chǎng)前景［4］。

2 熒光增白劑在造紙濕部中用量

在一定的原漿白度和工藝條件下，熒光增白劑相對(duì)于絕干漿料的用量是十分重要的。一般來(lái)說(shuō)，隨著熒光增白劑用量的增加，紙張的白度值會(huì)隨之提高，而增白幅度逐漸下降。即，單位增白劑用量所增白度呈下降趨勢(shì)，當(dāng)用量的增加使得增白效果達(dá)到峰值（泛黃點(diǎn)）后，繼續(xù)加大增白劑用量反而會(huì)引起白度的下降［5］?？梢?jiàn)，過(guò)多的添加量不僅不能繼續(xù)提高漿料的白度，而且會(huì)造成成本增加。當(dāng)然，在某一機(jī)臺(tái)，特定紙種和特定工藝條件下，達(dá)到白度峰值的增白劑的用量，或者說(shuō)性價(jià)比較高的增白劑用量，因?yàn)榍闆r一般都比較復(fù)雜，因此需要做一些研究工作才能確定。一般來(lái)講，二磺酸類增白劑在濕部應(yīng)用中的用量在4kg／t紙（絕干漿）～9kg／t紙（絕干漿），四磺酸類增白劑在濕部應(yīng)用中的用量在7kg／t紙（絕干漿）～10kg／t紙（絕干漿）。

3 熒光增白劑在造紙濕部（漿內(nèi)添加）應(yīng)用的影響因素

如前所述，漿內(nèi)添加主要使用二磺酸增白劑與四磺酸增白劑。單從成紙噸耗來(lái)看，四磺酸增白劑性價(jià)比優(yōu)于二磺酸增白劑。但從整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行來(lái)看，由于二磺酸增白劑與纖維的親和力更強(qiáng)，上染率高，對(duì)系統(tǒng)陰離子影響不大，可使助濾劑用量降低或使紙機(jī)白水濃度降低，則二磺酸增白劑性價(jià)比優(yōu)于四磺酸增白劑［6］。

3.1 漿料白度對(duì)增白效果的影響

紙漿原料本身的白度是影響熒光增白劑增白效果的最重要因素。一般來(lái)說(shuō)，原漿白度越高，熒光增白劑所產(chǎn)生的白度增幅越大，紙漿中木質(zhì)素含量越高；本身白度越低，熒光增白效果就越差。所以，熒光增白不適于處理顏色較深的未經(jīng)漂白的漿料，而只適用于漂白漿和高白度、高潔凈度的紙漿。尤其是當(dāng)漿料白度低于65（R457白度）時(shí)，加入增白劑幾乎看不到增白效果。

3.2 不同添加點(diǎn)對(duì)增白效果的影響

粉狀熒光增白劑用于濕部抄造時(shí)，通常需要配制成一定濃度的溶液，與液體熒光增白劑一樣，通過(guò)流量計(jì)量泵或直接稱重的方式添加至漿料中。常見(jiàn)的添加點(diǎn)有漿池、濃漿泵入口處、沖漿泵的入口處以及流漿箱等。添加的一般原則是，熒光增白劑應(yīng)盡量在漿料濃度高的地方進(jìn)行添加，并能保證熒光增白劑添加后與紙漿有足夠的接觸與充分的混合時(shí)間，以提高熒光增白劑在漿料上的留著率［7］。

3.3 金屬離子對(duì)增白效果的影響

造紙系統(tǒng)中往往會(huì)存在多種金屬離子，這些離子的存在對(duì)熒光增白劑的增白效果均有不利影響，尤以Fe3＋的影響最大。因此，各種含鐵的填料中的鐵含量不宜過(guò)高。此外，抄紙用水的硬度過(guò)高時(shí)，會(huì)在一定程度上降低熒光增白劑在水中的溶解度，降低增白效果。四磺酸增白劑比二磺酸增白劑耐硬水、抗Ca2＋、Mg2＋等能力稍強(qiáng)一些。

3.4 濕部化學(xué)品對(duì)熒光增白劑增白效果的影響

用于濕部抄造的陽(yáng)離子助劑也會(huì)對(duì)熒光增白劑增白效果產(chǎn)生不利影響，其影響的程度取決于聚合物的電荷密度，電荷密度越大，白度損失越大。在高白度文化用紙中，濕部化學(xué)品的添加是必不可少的。那么，如何最大程度地控制其對(duì)增白效果的負(fù)面效應(yīng)以及它們之間的相關(guān)干擾就顯得非常重要。一般可考慮改變?cè)霭讋┑奶砑狱c(diǎn)。例如，在打漿階段加入熒光增白劑，或在流程后部加入陽(yáng)離子助劑化合物，可在一定程度上降低此類因素的影響。

3.5 填料對(duì)增白效率的影響

造紙濕部常用的填料包括滑石粉、碳酸鈣、礬土等，這些填料一般都具有較低的黃色調(diào)和較高的白度，且不吸收紫外光。

在酸性條件下進(jìn)行紙張抄造時(shí)，由于體系pH值較低（4.5～6.0），含磺酸基團(tuán)較少的熒光增白劑的水溶性減?。ㄓ绕涫嵌撬犷悷晒庠霭讋赡茉跐{內(nèi)形成沉淀，使局部增白劑濃度過(guò)高而導(dǎo)致成紙綠變或降低增白效率。因此，不推薦使用二磺酸熒光增白劑，而采用對(duì)pH和礬土不太敏感的四磺酸型。中性／堿性造紙工藝普及后，碳酸鈣和滑石粉常被用作造紙?zhí)盍?，這2種填料對(duì)熒光增白劑沒(méi)有負(fù)面影響，且能反射紫外光，加強(qiáng)增白效果。當(dāng)pH≥7.0時(shí)，最合適的熒光增白劑類型為二磺酸型液體增白劑［8］。

3.6 pH值和硫酸鋁用量對(duì)熒光增白劑使用的影響

增白劑在pH＝6.5～8.5時(shí)能取得更好的增白效果，尤其是液體二磺酸增白劑使用時(shí)，建議在漿料pH＞6.5以上使用。如漿料pH＜6.5，則建議使用四磺酸增白劑。

硫酸鋁的加入對(duì)增白效果也有一定影響。首先，硫酸鋁呈弱酸性，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的pH值下降，影響熒光增白劑的溶解度；其次，硫酸鋁用量增多，陽(yáng)電性增強(qiáng)，對(duì)陰離子型的熒光增白劑干擾增強(qiáng)；第三，工業(yè)硫酸鋁往往會(huì)含有較多的Fe3＋，增白劑對(duì)Fe3＋的抵抗性較差。

3.7 漿料配比和損紙回抄對(duì)增白效果的影響

生產(chǎn)白度要求不同的紙張時(shí)，選擇合適的漿料配比是非常重要的。生產(chǎn)高白度紙張時(shí)不宜選用含木質(zhì)素較高的機(jī)械漿作配漿，因?yàn)槟举|(zhì)素對(duì)增白劑增白效果影響十分明顯，含有此類漿料的紙種難以達(dá)到高白度。但從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，損紙的回抄是必不可少的。一般來(lái)說(shuō)，損紙的回抄對(duì)增白效果是有影響的。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該保證漿料配比穩(wěn)定，損紙要穩(wěn)定回抄，以保證成紙的白度和色光的穩(wěn)定。

4 結(jié)論

在造紙工業(yè)中，熒光增白劑是最重要的添加劑之一，要使紙張獲得令人滿意的白度，提高紙制品的檔次，熒光增白劑是必不可少的。目前，液體熒光增白劑已取代粉狀熒光增白劑，成為各大造紙廠增白劑的首選。造紙企業(yè)在使用熒光增白劑時(shí)，首先，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)各類熒光增白劑進(jìn)行初步評(píng)估，選擇適于某種生產(chǎn)工藝及某品種紙張的最佳性價(jià)比的熒光增白劑。其次，結(jié)合自身的生產(chǎn)能力、設(shè)備狀況以及紙張要求白度等進(jìn)行綜合考慮和選擇。值得注意的是，即便漿料的基礎(chǔ)白度保持穩(wěn)定，增白劑的用量也不是一成不變的。因?yàn)橛绊懺霭仔Ч囊蛩睾芏啵粌H包括漿料的基礎(chǔ)白度，而且包括漿料的pH值、金屬離子濃度、殘氯、木質(zhì)素含量等。因此，生產(chǎn)過(guò)程中要時(shí)刻注意這些因素的變化，及時(shí)調(diào)整熒光增白劑的添加工藝。這樣，才能最大程度地減少損失，保證紙張的質(zhì)量。

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