賈文玲，于娟娟，張勇峰，杜繼敬，許慧敏

（山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，山東 濰坊 262400）

熒光增白劑目前已被廣泛應(yīng)用，雖然褒貶不一，但在工業(yè)、生活領(lǐng)域都不可少。在造紙行業(yè)中，紙漿加入增白劑，可以抵消紙漿纖維的微黃色，明顯改善已用化學(xué)品漂白的紙漿纖維白度，還可以消除膠料、填料助劑的黃色，改善白色顔料的白度，不僅成為紙漿繼化學(xué)漂白之后提高白度的重要手段，而且被廣泛應(yīng)用于高白紙張的增白處理。

通過在日常的檢測(cè)、試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)室抄片機(jī)使用2種水源，一種為公司處理后純凈水，一種是實(shí)驗(yàn)室自來水，在使用相同漿料、相同增白劑用量抄片時(shí)自來水抄片白度會(huì)更高一些；車間不同位置的原漿使用熒光增白劑后的增白效果差距較大，且助留劑、干強(qiáng)劑、碳酸鈣等添加都不同程度地影響了增白效果的發(fā)揮。文章結(jié)合熒光增白劑在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題，探討了熒光增白劑對(duì)紙張?jiān)霭仔Ч闹饕绊懸蛩?，以及熒光增白劑（以下簡稱“增白劑”）對(duì)濕部系統(tǒng)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)室小試評(píng)估增白劑增白效果影響因素

1.1 主要原料

二磺酸增白劑，四磺酸增白劑；漂白硫酸鹽針葉漿（NBKP）盤磨磨后漿料（100%海豚針葉木漿，打漿度37°SR），書本紙脫墨漿（原漿白度74%），辦公廢紙漿（原漿白度90%，顯微鏡觀察約含有30%化機(jī)漿）；60級(jí)碳酸鈣（工廠自產(chǎn)），固體助留劑（國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)），氯化鈣（分析純），干強(qiáng)劑（國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

BB-2凱塞法紙頁成型器（德國ERNST HAAGE），DFR-05動(dòng)態(tài)濾水儀（德國BTG公司），202-1電熱恒溫干燥箱（上海錦屏儀器儀表有限公司），ELREPHO白度儀（瑞典 Lorentzen&Wettre），PCD-04顆粒電荷測(cè)定儀（德國BTG公司），SZP-06系統(tǒng)Zeta電位測(cè)定儀（德國BTG公司），SDJ-100紙漿打漿度測(cè)定儀（杭州輕通博科自動(dòng)化技術(shù)有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 原料質(zhì)量對(duì)增白效果的影響

準(zhǔn)備NBKP盤磨磨后漿料（以下簡稱“NBKP漿料”），在濃漿中分別加入不同用量的增白劑，稱取質(zhì)量相當(dāng)于抄造定量為100 g/m2紙頁的漿料，并將漿料稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%碳酸鈣，攪拌均勻后加入相對(duì)于絕干漿料0.2%用量的固體助留劑，攪拌30 s后抄片檢測(cè)白度指標(biāo)。按照上述相同的步驟實(shí)驗(yàn)增白劑在書本紙脫墨漿（以下簡稱 “脫墨漿料”）、50%辦公廢紙漿+50%NBKP漿的混合漿料（以下簡稱“混合漿料”）中的作用趨勢(shì)。

1.3.2 水質(zhì)硬度對(duì)增白效果的影響

準(zhǔn)備NBKP漿料、不同鈣離子濃度的溶液，按照每噸濃漿10 kg用量加入增白劑（二磺酸、四磺酸），稱取質(zhì)量相當(dāng)于抄造定量為100 g/m2紙頁的漿料，并用配制好的氯化鈣溶液將漿料稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，攪拌30 s，抄片檢測(cè)白度指標(biāo)，抄片過程中采取手動(dòng)補(bǔ)水（配制好的氯化鈣溶液）。

1.3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)增白效果的影響

準(zhǔn)備NBKP漿料，按照噸漿10 kg用量在濃漿中加入增白劑，在時(shí)間分別為 1、3、5、10、20 和 30 min時(shí)取樣（提前30 s取樣操作）抄片定量為100 g/m2，檢測(cè)白度變化。

1.3.4 高陽電荷密度輔料對(duì)增白效果的影響

（1）NBKP漿料，噸濃漿中加入增白劑10 kg，攪拌10 s后，按照相對(duì)于絕干漿料的1.0%、1.5%和2.0%用量加入干強(qiáng)劑，稱取質(zhì)量相當(dāng)于抄造定量為100 g/m2紙頁的漿料，并將漿料稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，按照絕干漿料的15%用量加入碳酸鈣，攪拌均勻后抄片檢測(cè)白度變化。

（2）NBKP漿料，噸濃漿中加入增白劑10 kg，稱取質(zhì)量相當(dāng)于抄造定量為100 g/m2紙頁的漿料，并將漿料稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，按照絕干漿料的15%用量加入碳酸鈣，攪拌均勻后分別按照絕干漿料的0.1%、0.2%和0.3%用量加入固體助留劑，抄片檢測(cè)白度變化。

1.3.5 分析測(cè)試方法

（1）實(shí)驗(yàn)過程中濕部參數(shù)的測(cè)定按照 GB／T 24994—2010《造紙濕部溶解電荷量的測(cè)定》、GB／T 24993—2010《造紙濕部Zeta電位的測(cè)定》，紙頁的抄造成型按照ISO 5269-2—2004《紙漿 物理試驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)室紙頁的制備 第2部分：快速凱塞法》進(jìn)行，打漿度的測(cè)定按照GB／T 3332—2004《紙漿 打漿度的測(cè)定（肖伯爾-瑞格勒法）》進(jìn)行，在測(cè)定打漿度的同時(shí)記錄不同時(shí)間的濾液體積。

（2）實(shí)驗(yàn)過程中成紙白度的測(cè)定按照GB/T 7974—2013《紙、紙板和紙漿亮度（白度）的測(cè)定 漫射/垂直法》進(jìn)行。

1.4 結(jié)果與討論

1.4.1 原料質(zhì)量對(duì)增白效果的影響

圖1～3顯示了增白劑在不同漿料中的作用趨勢(shì)（其中使用D65光源時(shí)457 nm下的藍(lán)光的反射因數(shù)，采用D65亮度來表示白度）。

由圖1～3可看出：100%NBKP漿料（原漿白度89.8%）增白劑用量達(dá)到15 kg后，繼續(xù)提高增白劑用量，白度雖然有上升趨勢(shì)但提高幅度降低；混合漿料（原漿白度90.0%）增白劑用量達(dá)到9 kg后，白度開始上升緩慢，相同增白劑用量，白度上升幅度明顯小于100%NBKP漿料，主要因混合漿料中含有15%比例的化機(jī)漿，相對(duì)木素含量明顯高于100%NBKP漿料；脫墨漿料（原漿白度74.2%）白度隨著增白劑用量的增加一直呈均勻上升趨勢(shì)，但總體白度提高幅度較小，增白劑用量達(dá)到15 kg時(shí)，白度僅僅提高2.5百分點(diǎn)，可見增白劑在脫墨漿料中發(fā)揮作用很小。

由此可見，原漿白度對(duì)增白劑的增白效果有很大影響。原漿白度越高，增白劑所產(chǎn)生的白度增幅越大，而相同的原漿白度，漿料中的化機(jī)漿含量越多白度增幅越小，這主要是由于當(dāng)原漿白度高時(shí)，漿料中木素等的含量很少，與增白劑競(jìng)爭(zhēng)吸收紫外光的因素就會(huì)大大減少，這樣用于激發(fā)增白劑的紫外光增多，因而轉(zhuǎn)變發(fā)藍(lán)色熒光的量也就相應(yīng)增多。為了取得良好的增白效果，使用增白劑前紙漿須進(jìn)行凈化和漂白處理，高潔凈度和高白度紙漿能獲得最大的增白效果。而白度在70%以下的紙漿如含木素量較多的機(jī)械木漿和未漂漿則不宜采用增白劑。實(shí)際生產(chǎn)過程中脫墨漿料停用增白劑，增白劑用量折半加入到NBKP漿料中，成紙白度未受影響。

1.4.2 抄造水質(zhì)硬度對(duì)增白效果的影響

圖4表示不同抄造水質(zhì)硬度對(duì)增白劑增白效果的影響。

由圖4可見：鈣離子質(zhì)量濃度小于400 mg/L時(shí)增白劑對(duì)白度增加為正面影響，而當(dāng)鈣離子質(zhì)量濃度大于500 mg/L時(shí)呈現(xiàn)負(fù)面影響，成紙白度開始呈降低趨勢(shì)；水的硬度對(duì)二磺酸、四磺酸2類增白劑的單程留著都有影響，不過對(duì)四磺酸增白劑留著的影響較大一些，當(dāng)鈣離子質(zhì)量濃度大于150 mg/L時(shí)，四磺酸增白劑對(duì)紙漿纖維的單程增白能力與二磺酸增白劑已基本趨于一致。

圖1 增白劑在NBKP漿料中的作用趨勢(shì)

圖2 增白劑在混合漿料中的作用趨勢(shì)

圖4 抄造水質(zhì)硬度對(duì)增白效果的影響

1.4.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)增白效果的影響

表1顯示了增白劑與漿料反應(yīng)時(shí)間對(duì)增白效果的影響。

表1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)增白效果的影響

由表1可見，增白劑與漿料纖維可迅速結(jié)合，1 min基本可發(fā)揮80%以上增白效率，3 min之內(nèi)增幅仍較明顯，5 min之后白度基本穩(wěn)定，因此實(shí)際生產(chǎn)中，增白劑應(yīng)盡可能地提前與漿料混合，延長增白劑與纖維的反應(yīng)時(shí)間。

1.4.4 高陽電荷密度輔料對(duì)增白效果的影響

表2顯示了助留劑、干強(qiáng)劑不同用量對(duì)增白效果的影響。

表2 助留劑、干強(qiáng)劑對(duì)增白效果的影響

由表2可見，隨著固體助留劑、干強(qiáng)劑用量的增加，白度均有一定程度的降低。實(shí)際生產(chǎn)中不同生產(chǎn)廠家的干強(qiáng)劑對(duì)增白效果的影響也會(huì)不同，因此系統(tǒng)中添加物質(zhì)的pH、陽離子物質(zhì)含量的多少都會(huì)影響增白劑的增白效果。

2 增白劑對(duì)濕部系統(tǒng)的影響

2.1 增白劑對(duì)濕部參數(shù)的影響

表3顯示了增白劑對(duì)濕部參數(shù)的影響。

表3 增白劑對(duì)濕部參數(shù)的影響

由表3可以看出，開始加入低用量增白劑后，纖維表面Zeta電位變化趨勢(shì)明顯高于溶液中PCD的增加，而隨著增白劑用量的繼續(xù)增加，溶液中的負(fù)電荷量明顯上升，纖維表面Zeta電位開始降低緩慢。這是因?yàn)閲崫{增白劑用量在10 kg以下時(shí)，增白劑與纖維有較強(qiáng)的結(jié)合力，最先吸附到纖維表面，而當(dāng)噸漿增白劑用量在10 kg以上時(shí)，纖維表面增白劑分子逐漸呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，增白劑殘留進(jìn)入溶液中，造成系統(tǒng)陰離子垃圾上升明顯。

2.2 增白劑對(duì)助留助濾性能的影響

2.2.1 打漿度以及不同時(shí)間段的濾液體積的測(cè)試

車間磨后漿料（100%NBKP），實(shí)驗(yàn)室條件下噸漿分別加入增白劑0、10和30 kg，攪拌均勻后檢測(cè)打漿度以及不同時(shí)間段的濾液體積。圖5顯示了采用打漿度測(cè)定儀測(cè)試增白劑對(duì)漿料濾水性能的影響（圖中：“10 kg增白劑”和“30 kg增白劑”分別表示噸漿中加入增白劑10和加入增白劑30 kg）。

圖5 增白劑對(duì)漿料濾水性能的影響

由圖5可見：加入增白劑后漿料濾水性能變差，且隨著增白劑用量的增加而持續(xù)降低；加入增白劑后漿料打漿度明顯增加。

2.2.2 增白劑對(duì)漿料濾水值、留著率的影響

取車間磨后漿料（100%NBKP），用動(dòng)態(tài)濾水儀（DFR-05）試驗(yàn)增白劑對(duì)漿料濾水值、留著率的影響。

（1）濾水值的測(cè)量是通過將一定濃度的漿料加入到動(dòng)態(tài)濾水儀攪拌室內(nèi)，模擬實(shí)際生產(chǎn)中加入化學(xué)品（加入點(diǎn)、加入量、加入時(shí)間及順序）、壓力篩剪切等過程，使?jié){料在受到剪切力的處理后通過篩網(wǎng)過濾，得到濾液質(zhì)量和濾水時(shí)間的圖形，通過濾水的動(dòng)態(tài)圖形，進(jìn)一步分析生產(chǎn)條件對(duì)濾水的影響。

（2）留著率的測(cè)量是通過儀器測(cè)定留著率所需特定的模塊組合，模擬紙機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)情況，通過傳感器測(cè)量漿料的濃度和濾液的濃度，進(jìn)而計(jì)算出總留著率和細(xì)小纖維/填料的留著率，評(píng)價(jià)細(xì)小纖維和填料與纖維絮凝的趨勢(shì)。

（3）實(shí)驗(yàn)具體操作過程：實(shí)驗(yàn)室條件下在噸濃漿中分別加入增白劑0、10和30 kg，攪拌均勻，稀釋至漿料上網(wǎng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.8%后，加入到動(dòng)態(tài)濾水儀攪拌室內(nèi)以轉(zhuǎn)速700 r/min進(jìn)行攪拌，攪拌5 s后加入相對(duì)于絕干漿料15%用量的碳酸鈣，繼續(xù)攪拌5 s后加入相對(duì)于絕干漿料0.3%的固體助留劑，提高攪拌轉(zhuǎn)速至1 000 r/min進(jìn)行高速剪切后，測(cè)量10 s內(nèi)濾水質(zhì)量；更換儀器測(cè)量模塊，按照測(cè)量濾水值的實(shí)驗(yàn)條件繼續(xù)進(jìn)行留著率的測(cè)定。

圖6顯示了采用DFR-05動(dòng)態(tài)濾水儀測(cè)試增白劑對(duì)濾水影響的結(jié)果（圖中“增白劑0 kg”、“增白劑10 kg”和“增白劑30 kg”分別表示噸濃漿中加入增白劑 0、10 和 30 kg）。

由圖6可以看出，噸漿加入增白劑30 kg時(shí)與打漿度儀檢測(cè)濾水方法趨勢(shì)一致，濾水性能明顯差于未加增白劑的漿料，而噸漿加入增白劑用量10 kg時(shí)好于未加入增白劑時(shí)的濾水性能。

圖6 增白劑對(duì)濾水的影響

圖7顯示了采用DFR-05動(dòng)態(tài)濾水儀測(cè)試增白劑對(duì)留著率影響的結(jié)果。

圖7 增白劑對(duì)留著率的影響

由圖7可以看出，加入增白劑后總留著率以及細(xì)小纖維/組分留著率均變差，且細(xì)小組分留著率降低幅度明顯大于總留著率，增白劑對(duì)留著率起到了負(fù)面作用。

2.3 生產(chǎn)過程中的工藝調(diào)整

實(shí)際生產(chǎn)過程中，原白系列（漿料未加增白劑）改產(chǎn)增白系列（漿料加入增白劑）產(chǎn)品時(shí)水線延長，車間操作通過提前減小流漿箱唇板開度來縮短水線，加入增白劑5～6 min后水線恢復(fù)至正常位置，繼續(xù)循環(huán)約30 min，水線繼續(xù)縮短，需提高唇板開度來恢復(fù)水線正常位置，實(shí)際最終調(diào)整完成后增白系列唇板開度要大于原白系列，即一定量增白劑的添加時(shí)漿料濾水性能有提高的趨勢(shì)。

通過長期跟蹤檢測(cè)生產(chǎn)過程中增白、原白系列產(chǎn)品的留著率變化，發(fā)現(xiàn)增白系列首程留著率較原白系列高10～15百分點(diǎn)，與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)趨勢(shì)相反，其原因可能是因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)過程中增白系列改產(chǎn)原白系列期間水線變短導(dǎo)致的留著率降低，因留著率降低造成了細(xì)小填料等在系統(tǒng)中惡性循環(huán)，白水濃度、灰分明顯升高，而原白系列改產(chǎn)增白系列后水線延長，通過進(jìn)一步循環(huán)多余細(xì)小組分被成紙帶走，起到了凈化系統(tǒng)的作用，最終增白劑對(duì)留著率的負(fù)面作用未真實(shí)體現(xiàn)。

針對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題分析存在一定的片面性，也可能有其他的影響因素。

3 結(jié)論

（1）原漿白度越高，增白劑所產(chǎn)生的白度增幅越大；而白度相同的原漿，則原漿中的化機(jī)漿含量越低增白劑增幅越大。

（2）抄造水質(zhì)硬度影響增白劑的增白效果，鈣離子質(zhì)量濃度小于400 mg/L時(shí)對(duì)白度增加呈正面影響，當(dāng)鈣離子質(zhì)量濃度大于500 mg/L時(shí)對(duì)白度增加呈負(fù)面影響，成紙白度開始呈降低趨勢(shì)；且硬度對(duì)四磺酸增白劑留著率的影響較大，當(dāng)鈣離子質(zhì)量濃度大于150 mg/L時(shí)，四磺酸增白劑對(duì)紙漿纖維的單程增白能力與二磺酸增白劑已基本趨于一致。

（3）增白劑與漿料纖維可迅速結(jié)合，1 min基本可發(fā)揮80%以上增白效率，3 min之內(nèi)增幅仍較明顯，5 min之后白度基本穩(wěn)定，因此實(shí)際生產(chǎn)中，增白劑應(yīng)盡可能地提前與漿料混合，延長增白劑與纖維的反應(yīng)時(shí)間。

（4）濕部固體助留劑、干強(qiáng)劑等高陽電荷密度輔料的添加，紙頁白度均會(huì)有一定程度的降低。

（5）漿料加入增白劑后，初始纖維表面的Zeta電位變化趨勢(shì)明顯高于溶液中PCD的增加，隨著增白劑用量的繼續(xù)增加，溶液中的負(fù)電荷明顯上升。這是因?yàn)閲崫{增白劑用量在10 kg以下時(shí)，增白劑與纖維有較強(qiáng)的結(jié)合力，最先吸附到纖維表面，而當(dāng)噸漿增白劑用量10 kg以上時(shí)，纖維表面增白劑分子逐漸呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，增白劑殘留進(jìn)入溶液中，造成系統(tǒng)陰離子垃圾上升明顯。

（6）通過實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)模擬紙機(jī)濾水情況以及生產(chǎn)過程中的調(diào)整方向來看，一定范圍內(nèi)增白劑用量的添加對(duì)濾水性能有提高的趨勢(shì)；而留著率方面，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)加入增白劑后漿料總留著率以及細(xì)小組分留著率均變差，增白劑對(duì)留著率起到了負(fù)面作用，而實(shí)際生產(chǎn)中增白系列產(chǎn)品添加增白劑后留著率提高明顯，趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)室不能完全一致，也是后續(xù)需要繼續(xù)探討的課題。