定著劑對熒光增白劑增白效果的影響

劉軍鈦

（深圳市三力星聚合同創科技發展有限公司，廣東深圳 518034）

1 前言

在抄紙過程中使用熒光增白劑（FWA）是紙張增白的主要手段，隨著市場對高白紙張的需求與日俱增，熒光增白劑的應用從紙機濕部擴展到表面施膠，品種從四磺酸擴展到二磺酸和六磺酸產品，噸紙用量也不斷增加。

抄紙使用的熒光增白劑為強陰電性產品，在漿內加入時，容易受紙漿中陽電性化學品的干擾，尤其是定著劑[1]。定著劑不僅具有很強的陽電性，而且通常在增白劑之前加入，因此對熒光增白劑的影響不容忽視。

本實驗選取6種具有不同化學結構的定著劑，研究了它們對熒光增白劑增白效果的影響規律。一方面考察不同定著劑對增白劑增白效果的影響，另一方面也研究不同熒光增白劑的抗干擾能力。

2 定著劑

定著劑也稱固著劑、陰離子垃圾捕集劑等，是指那些本身具有較強陽電性、可以與紙漿中陰離子雜質反應，從而消除它們對抄紙影響的化學品。定著劑在紙機上的用途包括助留助濾、控制膠粘物和強化施膠等。定著劑通常為相對分子質量較低、陽電性很強的化學品，有效用量一般為0.1%～0.5%。

抄紙常用的定著劑有無機和有機2類，前者包括明礬和聚合氯化鋁（PAC）；后者則以聚胺（PA）和聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）為主。

3 實驗

3.1 實驗原料

紙漿為漂白化學木漿，其中闊葉木漿80%，針葉木漿20%。在紙漿中加入滑石粉和AKD施膠劑，用量分別為50 kg/t及15 kg/t；助留劑采用陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），用量為200 g/t。

定著劑分別是PDMDAAC、PA、PAC/PA復配物（質量比為 75%∶25%）、PDMDAAC/丙烯酰胺（AM）共聚物，它們的性質見表 1。

3.2 實驗方法

取紙漿，加入填料，然后加入定著劑；2 min后再加入FWA，5 min后加入AKD，20 s后加入CPAM，最后用紙樣抄取器抄片，烘干后測定光學性質。測試項目包括L*，a*，b*值、CIE白度、ISO白度和熒光度，同時測定紙漿的Zeta電位；所有測試采用工業常規儀器及方法。

表1 定著劑的性質

造紙熒光增白劑有二磺酸、四磺酸和六磺酸3種產品，其中二磺酸和四磺酸主要用于濕部增白。四磺酸分子結構中的磺酸基數量較多，所以負電性明顯高于二磺酸[2]。本實驗使用二磺酸和四磺酸這2種產品。

4 結果與討論

本實驗在熒光增白劑為低（0.25%）、中等（0.75%）和高（1.50%）3種不同用量條件下，考察了定著劑分別對四磺酸增白劑（結果見表2～7）和二磺酸熒光增白劑（結果見表8～13）增白效果的影響。

與一般實際應用相比，本實驗的定著劑用量偏高，這樣做的目的是為了放大實驗結果及模擬紙機白水循環的效應。

表2 定著劑1對四磺酸熒光增白劑的影響

表3 定著劑2對四磺酸熒光增白劑的影響

表4 定著劑3對四磺酸熒光增白劑的影響

表5 定著劑4對四磺酸熒光增白劑的影響

表6 定著劑5對四磺酸熒光增白劑的影響

表7 定著劑6對四磺酸熒光增白劑的影響

表8 定著劑1對二磺酸熒光增白劑的影響

表9 定著劑2對二磺酸熒光增白劑的影響

表10 定著劑3對二磺酸熒光增白劑的影響

表11 定著劑4對二磺酸熒光增白劑的影響

表12 定著劑5對二磺酸熒光增白劑的影響

表13 定著劑6對二磺酸熒光增白劑的影響

從表中可以看出：定著劑會顯著削弱熒光增白劑的增白效果；加大定著劑用量，紙張的ISO白度、CIE白度以及熒光度均明顯下降；紙張的色相會朝偏綠和偏黃的方向變化，a*變小，b*值變大，導致CIE白度下降的幅度明顯高于ISO白度的下降幅度。

就定著劑而言，相對分子質量的影響很小，但是電荷密度的影響則非常顯著。

定著劑5（PAC/PA復配物）對紙張白度和亮度的影響最小，在所測試的6種定著劑產品中，它降低紙漿Zeta電位的作用也最小。而電荷密度最高的定著劑4（PA）對紙張白度和亮度的影響最大（圖1）。

圖1 不同定著劑對紙漿電性的影響

將表中各定著劑產品在各用量下的紙漿Zeta電位與紙張白度數據制成趨勢圖，見圖2和圖3。

從圖2和圖3可以看出，熒光增白劑的增白效果與紙漿的電性密切相關，說明定著劑與熒光增白劑發生電性反應后，紙漿的正電性增加，導致增白劑的增白效果變差。

圖2 四磺酸熒光增白劑的增白效果

圖3 二磺酸熒光增白劑的增白效果

造紙熒光增白劑為雙三嗪氨基二苯乙烯類增白劑，其化學結構中有1個含芳環的連續共軛體系和多個取代基。這類增白劑要實現漿內增白離不開2個過程，首先能夠保留在纖維表面，其次能通過本身的化學結構發出熒光。熒光增白劑的陰電性主要來自其分子結構上的取代基——磺酸基，磺酸基可以增加增白劑在水中的溶解性。在紙漿里，如果陽離子定著劑與熒光增白劑反應，磺酸基被中和，就會影響增白劑的溶解性，妨礙增白劑與纖維的反應，從而影響增白劑在紙張里的保留率，最終降低其增白效果。

就熒光增白劑的抗干擾能力而言，增白劑的用量愈高，定著劑的影響愈小。二磺酸和四磺酸同樣受定著劑的影響，但二磺酸產品增白效果下降較小，說明它具有較高的抗干擾能力。

5 結語

定著劑會顯著地干擾熒光增白劑的增白效果，這種干擾主要來自于2種化學品之間的電性反應，其規律如下：（1）定著劑用量愈大，干擾作用愈強；（2）定著劑的電荷密度愈高，對增白劑的影響愈大；（3）熒光增白劑的用量愈高，抗干擾能力愈強；（4）二磺酸增白劑抗干擾能力高于四磺酸增白劑。

以上研究結果對于抄紙生產具有重要的指導意義。熒光增白劑和定著劑都是常用的濕部助劑，共用時，相互干擾在所難免。這種相互干擾不僅會影響這2種助劑的使用效果，而且還會導致其噸紙用量上升，增加使用成本。

在紙機濕部應用中，為了用好定著劑和熒光增白劑，最大限度地降低2種化學品之間的相互干擾，需要解決3個問題：第1，用不用定著劑；第2，用什么定著劑；第3，在哪里加入。造紙企業可以通過實驗室小試、紙機中試以及過往的實際應用經驗等來進行判斷。

［1］ 蔡浩華，孫玲玉．熒光增白劑在抄紙過程中影響白度提升率的因素簡析［J］．造紙化學品，2004，16（2）：38-40．

［2］ 劉軍鈦．熒光增白劑與高白紙張［J］．中華紙業，2008，29（10）：66-68．