定着剂对荧光增白剂增白效果的影响

刘军钛

（深圳市三力星聚合同创科技发展有限公司，广东深圳 518034）

1 前言

在抄纸过程中使用荧光增白剂（FWA）是纸张增白的主要手段，随着市场对高白纸张的需求与日俱增，荧光增白剂的应用从纸机湿部扩展到表面施胶，品种从四磺酸扩展到二磺酸和六磺酸产品，吨纸用量也不断增加。

抄纸使用的荧光增白剂为强阴电性产品，在浆内加入时，容易受纸浆中阳电性化学品的干扰，尤其是定着剂[1]。定着剂不仅具有很强的阳电性，而且通常在增白剂之前加入，因此对荧光增白剂的影响不容忽视。

本实验选取6种具有不同化学结构的定着剂，研究了它们对荧光增白剂增白效果的影响规律。一方面考察不同定着剂对增白剂增白效果的影响，另一方面也研究不同荧光增白剂的抗干扰能力。

2 定着剂

定着剂也称固着剂、阴离子垃圾捕集剂等，是指那些本身具有较强阳电性、可以与纸浆中阴离子杂质反应，从而消除它们对抄纸影响的化学品。定着剂在纸机上的用途包括助留助滤、控制胶粘物和强化施胶等。定着剂通常为相对分子质量较低、阳电性很强的化学品，有效用量一般为0.1%～0.5%。

抄纸常用的定着剂有无机和有机2类，前者包括明矾和聚合氯化铝（PAC）；后者则以聚胺（PA）和聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）为主。

3 实验

3.1 实验原料

纸浆为漂白化学木浆，其中阔叶木浆80%，针叶木浆20%。在纸浆中加入滑石粉和AKD施胶剂，用量分别为50 kg/t及15 kg/t；助留剂采用阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），用量为200 g/t。

定着剂分别是PDMDAAC、PA、PAC/PA复配物（质量比为 75%∶25%）、PDMDAAC/丙烯酰胺（AM）共聚物，它们的性质见表 1。

3.2 实验方法

取纸浆，加入填料，然后加入定着剂；2 min后再加入FWA，5 min后加入AKD，20 s后加入CPAM，最后用纸样抄取器抄片，烘干后测定光学性质。测试项目包括L*，a*，b*值、CIE白度、ISO白度和荧光度，同时测定纸浆的Zeta电位；所有测试采用工业常规仪器及方法。

表1 定着剂的性质

造纸荧光增白剂有二磺酸、四磺酸和六磺酸3种产品，其中二磺酸和四磺酸主要用于湿部增白。四磺酸分子结构中的磺酸基数量较多，所以负电性明显高于二磺酸[2]。本实验使用二磺酸和四磺酸这2种产品。

4 结果与讨论

本实验在荧光增白剂为低（0.25%）、中等（0.75%）和高（1.50%）3种不同用量条件下，考察了定着剂分别对四磺酸增白剂（结果见表2～7）和二磺酸荧光增白剂（结果见表8～13）增白效果的影响。

与一般实际应用相比，本实验的定着剂用量偏高，这样做的目的是为了放大实验结果及模拟纸机白水循环的效应。

表2 定着剂1对四磺酸荧光增白剂的影响

表3 定着剂2对四磺酸荧光增白剂的影响

表4 定着剂3对四磺酸荧光增白剂的影响

表5 定着剂4对四磺酸荧光增白剂的影响

表6 定着剂5对四磺酸荧光增白剂的影响

表7 定着剂6对四磺酸荧光增白剂的影响

表8 定着剂1对二磺酸荧光增白剂的影响

表9 定着剂2对二磺酸荧光增白剂的影响

表10 定着剂3对二磺酸荧光增白剂的影响

表11 定着剂4对二磺酸荧光增白剂的影响

表12 定着剂5对二磺酸荧光增白剂的影响

表13 定着剂6对二磺酸荧光增白剂的影响

从表中可以看出：定着剂会显著削弱荧光增白剂的增白效果；加大定着剂用量，纸张的ISO白度、CIE白度以及荧光度均明显下降；纸张的色相会朝偏绿和偏黄的方向变化，a*变小，b*值变大，导致CIE白度下降的幅度明显高于ISO白度的下降幅度。

就定着剂而言，相对分子质量的影响很小，但是电荷密度的影响则非常显著。

定着剂5（PAC/PA复配物）对纸张白度和亮度的影响最小，在所测试的6种定着剂产品中，它降低纸浆Zeta电位的作用也最小。而电荷密度最高的定着剂4（PA）对纸张白度和亮度的影响最大（图1）。

图1 不同定着剂对纸浆电性的影响

将表中各定着剂产品在各用量下的纸浆Zeta电位与纸张白度数据制成趋势图，见图2和图3。

从图2和图3可以看出，荧光增白剂的增白效果与纸浆的电性密切相关，说明定着剂与荧光增白剂发生电性反应后，纸浆的正电性增加，导致增白剂的增白效果变差。

图2 四磺酸荧光增白剂的增白效果

图3 二磺酸荧光增白剂的增白效果

造纸荧光增白剂为双三嗪氨基二苯乙烯类增白剂，其化学结构中有1个含芳环的连续共轭体系和多个取代基。这类增白剂要实现浆内增白离不开2个过程，首先能够保留在纤维表面，其次能通过本身的化学结构发出荧光。荧光增白剂的阴电性主要来自其分子结构上的取代基——磺酸基，磺酸基可以增加增白剂在水中的溶解性。在纸浆里，如果阳离子定着剂与荧光增白剂反应，磺酸基被中和，就会影响增白剂的溶解性，妨碍增白剂与纤维的反应，从而影响增白剂在纸张里的保留率，最终降低其增白效果。

就荧光增白剂的抗干扰能力而言，增白剂的用量愈高，定着剂的影响愈小。二磺酸和四磺酸同样受定着剂的影响，但二磺酸产品增白效果下降较小，说明它具有较高的抗干扰能力。

5 结语

定着剂会显著地干扰荧光增白剂的增白效果，这种干扰主要来自于2种化学品之间的电性反应，其规律如下：（1）定着剂用量愈大，干扰作用愈强；（2）定着剂的电荷密度愈高，对增白剂的影响愈大；（3）荧光增白剂的用量愈高，抗干扰能力愈强；（4）二磺酸增白剂抗干扰能力高于四磺酸增白剂。

以上研究结果对于抄纸生产具有重要的指导意义。荧光增白剂和定着剂都是常用的湿部助剂，共用时，相互干扰在所难免。这种相互干扰不仅会影响这2种助剂的使用效果，而且还会导致其吨纸用量上升，增加使用成本。

在纸机湿部应用中，为了用好定着剂和荧光增白剂，最大限度地降低2种化学品之间的相互干扰，需要解决3个问题：第1，用不用定着剂；第2，用什么定着剂；第3，在哪里加入。造纸企业可以通过实验室小试、纸机中试以及过往的实际应用经验等来进行判断。

［1］ 蔡浩华，孙玲玉．荧光增白剂在抄纸过程中影响白度提升率的因素简析［J］．造纸化学品，2004，16（2）：38-40．

［2］ 刘军钛．荧光增白剂与高白纸张［J］．中华纸业，2008，29（10）：66-68．