造纸工业用荧光增白剂的发展现状及未来展望

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摘要：在纸张品种中，除大量带有颜色的纸张外，还需要很多的办公、生活和印刷用的白色纸张，尤其是中高档白纸无论品种还是数量均不能满足现代社会发展的需要。荧光增白剂对纸纤维及其制品有着明显的增白作用，本文综述了用于造纸工业的荧光增白剂的主要类型。对其中一些具有代表性品种的工业生产方法进行了说明，并讨论了荧光增白剂在造纸工业中使用时可能对增白效果影响的因素，并对荧光增白剂的未来研究和生产的发展方向进行了展望。

关键词：荧光增白剂；造纸工业；化学结构

中图分类号：F416文献标识码： A

1 前言

荧光增白剂（flourescent whitening agents）是一种无色的有机化合物，它能吸收人眼看不见的紫外光（波长范围在300-400nm之间），再发射出人肉眼可见的蓝紫色荧光（波长范围在420-480nm之间）。荧光增白剂能显著的提高被作用物（底物）的白度和光泽，所以被广泛的用于纺织、造纸、塑料以及合成洗涤剂等工业。荧光增白剂也可被看做是一种白色染料，或者是白色的荧光染料，利用荧光给人给予视觉感受器官以增加白度的感觉。

纸制品的白度是一项重要的质量指标，为了生产具有较高白度的纸制品，造纸商过去主要采用化学漂白（如氯气漂白）、添加蓝色染料等措施来改进纸制品的白度，但这种白色纸制品看上去往往仍有微黄发暗之感。自从荧光增白剂用于纸制品后，利用其吸收紫外光发射蓝紫色荧光而后与纸制品上的微黄光互补增白的原理，使纸制品的白度大增，并且经济合算。荧光增白剂是一种具有光学性增白作用的染料，是迄今为止被认为是制造白色纸张的最能产生经济效益的助剂[1]。

2 造纸用荧光增白剂的类型及制备

跟据荧光增白剂分子结构中含有的磺酸基团的个数，可以将造纸用的荧光增白剂分析划分为三类：双磺酸型、四磺酸型和六磺酸型。。

2.1 双磺酸型荧光增白剂的制备

双磺酸型液体增白剂具有良好的纤维亲和力、荧光强度高，用量少而经济，但酸碱稳定性差，其代表为VBL型。

Massimo采用大比例有机溶剂调配法[2]，将15g VBL型等不易溶的FWA和55g二甘醇复配，得到液体型荧光增白剂。该溶液在20℃时，黏度为150mPa・s；在-15℃下，溶液保持稳定。使用该文献中的方法，制备得到的二磺酸型增白剂成本较高。

Erwin等[4]首先采用常规方法得到荧光增白剂滤饼，滤饼中的活性成分的含量为40%，然后用75g湿滤饼和去离子水混合，加入0.2g黄原胶、0.1g苯噻唑啉酮等化学助剂，充分分散后，加入少量的二磺酸型结晶作为晶种，结果得到体系含有各种微细结晶、性能稳定的荧光增白剂。

2.2 四磺酸型荧光增白剂的制备

含有四个磺酸基团的液体荧光增白剂，其成产方法和VBL型相同，主要是在总的分子结构中增加了两个磺酸基以及多个羟基等亲水性基团。在生产过程中主要是用氨基苯磺酸替代VBL生产中的苯胺，用多元醇胺代替单醇胺。结果得到的荧光增白剂在分子结构中引进了两个磺酸基团及2~4个羟基，这些增加的基团具有较大的极性，按照大大增加了FWA的水溶性。

2.3 六磺酸型荧光增白剂的制备

含有六个磺酸基团的液体荧光增白剂，其生产方法和四磺酸型大体相同，主要是在总的分子结构中增加了两个磺酸基以及多个羟基等亲水性基团。在生产过程中主要是用苯胺2,5-双磺酸单钠盐代四磺酸生产中的对氨基苯磺酸。结果得到的荧光增白剂在分子结构中多引进了两个磺酸基团，这些增加的基团具有较大的极性，按照大大增加了FWA的水溶性。

3造纸各步对荧光增白剂的不同要求

纸浆造纸在制造过程中大都需要进行加填、施胶、涂布和染色等工艺处理，造纸生产中的各部对荧光增白剂有着不同的要求：

（1）湿部-纸浆的增白 增白剂对纸张的增白是在水介质中进行的，所以要求所用的荧光增白剂品种既有较高的水溶性，又是价格低廉的。还要求荧光增白剂对纸纤维及其制品有较高的泛黄点。

（2）干部-表面施胶 施胶的目的在于减少毛坯对水、墨水和油墨的吸收，提高纸张的平滑度、疏水性以及适应性。为增加纸张的白度，需要在施胶的胶液中加入荧光增白剂，在具体的施胶过程中，视纸张的规格或等级在其一面或两面进行。施胶过程中用的荧光增白剂一个主要指标是水溶性。

（3）干部-表面涂布 涂布的材料主要是胶黏剂和无色的无机颜料（如高岭土、碳酸钙、氢氧化铝、钛白粉）配制成涂料，涂布在纸张表面，以使纸张有非常光泽洁白的表面，并使涂层具有很好的防水性。

4 影响增白剂增白效果的因素

在造纸生产过程中，选取的荧光增白剂性能的好坏直接决定了对纸张的增白效果是否能够达到预期的目标，但是即使选取对了合适的荧光增白剂品种，但在使用过程中不按照规定的程序进行添加也会对增白效果产生消极影响。具体从以下几方面考虑影响增白剂增白效果的因素：

4.1 底浆的白度

底浆白度的不同对增白的效果有很大的影响，研究表明，当纸浆的基础白度达到75%以上时，无论是浆内使用荧光增白剂，还是在表面施胶和涂布中都可以是纸张获得最大的增白效果。若是纸浆的基础白度小于65%，那么使用再多量的荧光增白剂都不能使纸张白度有所提高[8]。

4.2荧光增白剂的泛黄点

研究表明，当荧光增白剂的使用量超过泛黄点后，纸张的增白效果不但不会

增加反而还有可能出现“泛黄”现象。研究发现，根据纸张不同白度的要求，增白剂的用量应控制在约占干浆重量的0.05%-0.2%。

4.3 酸碱度的影响

纸浆的酸碱度对荧光增白剂的增白效果非常明显的影响，当pH值在 6~9范围内时，纸张的白度值随着pH值的增加而迅速增加。当纸浆的pH值低于5.0时，其增白效果明显下降，当pH值在4.0以下时，荧光增白剂的增白效果基本消失。这是因为每种荧光增白剂都有其适用的pH范围。

4.4 表面活性剂

带有正电荷的表面活性剂会中的正电荷会与荧光增白剂分子中的阴离子反应生产沉淀，降低荧光增白剂溶液的吸光度，甚至会导致激发出来的荧光猝灭。带有负电荷的表面活性剂与阴离子型的荧光增白剂混合后，对增白剂分子的增白效果则无影响或影响极小。

4.5其它因素

荧光增白剂复合使用时的配伍和比例、荧光增白剂的商品剂型、纸浆所使用的水质、金属离子含量的多少、增白剂在浆料中的添加顺序、增白剂分子的抗日晒性、纸浆的前处理以及后处理等，都会对荧光增白剂的效果产生影响。

5 展望

针对国内市场上增白剂存在的诸多问题，其未来的研究和生产将会在如下几方面进行提高。

（1）开发荧光增白剂与一种或几种造纸用化学品预混的产品，提高荧光增白剂产品的附加值，延长产业链，更好的为造纸工业服务。

（2）开发pH适用范围更广的液体荧光增白剂。目前市场上广泛使用的荧光增白剂均无法满足强酸和强碱条件下的使用，降低了荧光增白剂的适用范围。

（3）开发特种纸的专用品和高档品，满足未来高端领域纸业的发展需求。如可用于强酸性施胶的特种液体荧光增白剂，可用于施胶压榨和淀粉涂布具有鲜艳的最高白度等级的特种液体荧光增白剂。

（4）研制存贮稳定的液体剂型荧光增白剂。使其能够满足日益增长的自动化造纸生产线，这不但能够降低人工成本，还因为粉尘的降低使得荧光增白剂在添加时的工作环境得到了良好的改善，有利于工人健康。符合职业健康安全的要求。

参考文献：

[1] 张秀青;邱化玉.荧光增白剂及其在造纸中的应用[J].黑龙江造纸,2007,3:53-55.

[2] Massimo Q, Solution of a fluorescent whitening agent[P]. US 5250223, 1993.

[3]王永运.荧光增白剂VBL水分散液的制取方法[J].印染助剂，1997,14(4):12~16.