色料种类和性质：箱板纸中的染料、荧光增白剂和二磺酸类简介

酸性染料一般是小分子型物质，其相对分子质量为350～500，并且含有共轭双键，均是水溶性的盐（以钠盐或钾盐形式存在）。大部分酸盐染料是偶氮型化合物，对木素和纤维都没有亲和力，产生的颜色非常明亮。与直接染料相比，酸性染料中含有更多的酸性基团，从而也增加了后者的水溶性。

酸性染料对纸张没有亲和力。尽管染料分子渗透能力很强，可以渗透至纤维的毛细管中，但因其本身带有强负电性基团，必须靠硫酸铝媒染剂（pH约4.5）以及阳离子型定着剂，例如：双氰胺同甲醛、聚胺类化合物、聚乙烯胺的缩合产物，以达到目标染色率。另外，使用酸性染料的缺点还有其废液的颜色很深，以及较差的色泣牢度。但酸性染料的溶解性非常好，在染色对象上不会产生色斑，并且很适合于浆内染色及表面染色。酸性染料除用于纸张染色外，还可应用于毛、蚕丝、锦纶、皮鞋以及墨水、化妆品的着色，然而由于利用酸性染料的性价比低以及废液问题，其应用范围已大大受限。

碱性染料是具有氨基基团的有机化合物，在水中能离解成阳离子。阳离子是染料部分，阴离子是盐酸根、硫酸盐、醋酸根、草酸根等。碱性染料可溶于酸性水溶液中，这也是常利用醋酸来制备碱性染料浓缩液的原因。碱性染料的配方中一般含有5%～25%的醋酸，5%～20%的乙二醇衍生物（稳定剂）以及约25%的发色基团。这些发色基团对纤维具有很强的亲和力，尤其是对含有木素的未漂白浆和机械浆纤维，以及填料，原因在于这些纤维及填料含有阳离子电荷，使得碱性染料在纸张中表现出非常高的固着率。对漂白浆而言，由于其含有的木素含量很低，碱法染料对其进行染色时，需加用媒染剂，如甲醛与萘磺酸的缩合产物。增强染料的固着率可使得颜色更加丰富，色泣牢度高，废液色度低。

碱性染料主要是用于包装用纸（如箱板纸，瓦楞原纸），含有本色浆和磨木浆的书写纸。在碱性染料中，棕色染料占的体积为最大，主要是因为包装用纸中原料基本全都是二次纤维。箱板纸中的棕色染料应接近于未漂白的牛皮箱板纸的颜色，减少视觉差并且表现出一定的性能。两种具有代表性的棕色碱性染料分别是碱性棕1（偶氮型染料，化学结构式见图3-11）和碱性棕19（含次甲基染料，化学结构式见图3-12），这两种染料中均含有强阳离子电荷，可增强染料对纸浆纤维的亲和力。

图3-11 碱性棕1的化学结构式

图3-12 碱性棕19的化学结构式

直接染料可分子阴离子型染料和阳离子型染料，其中阴离子型染料的用量占市场总量约50%之高。阴离子型直接染料包括偶氮型化合物的钠盐，其中含有的磺酸基团可增加其水溶性；另外还有酞菁型，也含有磺酸基团。阴离子型染料对漂白化学浆有很强的亲和力，因此不需要另外的定着剂，除非产品需要较深的色度及色泣牢度（例如：深色的餐巾纸）。

阳离子型直接染料保留了酸性染料中的平面分子结构，但又包括了阳离子基团，此特殊性使其对纸张纤维的亲和力增加，甚至对漂白后仍含有木素的纤维进行深度染色时，也并不需要硫酸铝或其他定着剂。由于此种染料的色泣牢度较高，将其与阴离子型直接染料一起使用时，可增强其在纸机上的附着力，从而减轻了循环水的污染程度及废水量。常见的4种染料及其相应的特性列于表3-4中。

表3-4 常见染料及其特性

荧光增白剂又称光学增白剂，是一种可以吸收紫外光并发出可见的蓝色、蓝紫色等荧光的一类有机化合物。纸浆纤维总是吴黄至灰白色，即使经过一般漂白处理，依然不能消除这种微黄色调。在纸浆中加入荧光增白剂后，增白剂吸收紫外光而发出蓝色荧光，根据光学互补原理，可使纸浆变为纯白色，同时使纸浆产生更亮、更艳的效果。

在用于纸张的增白时，荧光增白剂含有多种不同化学组成及生物来源。例如二氨基二苯乙烯二磺酸由于其良好的色泽牢固度，成为最受欢迎的荧光增白剂，其用量在20%～27%。此种荧光增白剂的主要核心是二磺化的二氨基二苯乙烯，其主要的不同在于侧链上磺酸的取代个数。仅含2个磺酸基团的高上染性的荧光增白剂占有市场用量的约11%，含有4个磺酸基团的，其上染性居中，占市场用量最大，为80%，剩余的是上染性较低的含有6个磺酸基团的。

荧光增白剂的添加可显著提高纸张的白度/亮度，尤其是对于漂白后的纸浆而言。将其应用于未漂白的化学浆或机械浆时，荧光增白剂的染色效果下降，甚至是没有效果。荧光增白剂也可应用于表面施胶及涂布过程中。对表面施胶过程而言，二磺酸类一般不适合于表面施胶（可用于湿部和涂布），与施胶液相容性差、效率低；四磺酸类被广泛用于表面施胶，缓冲型可专用于pH低的松香施胶原纸；六磺酸类可在追求特高白度时用于表面施胶；因其对酸不敏感，可用于pH低的松香施胶的原纸；加强型主要用于涂布，但也可用在含颜料的表面施胶，但用量高时导致原纸施胶度降低。对于涂布而言，二磺酸类用于中等白色强度，特别适合于用干酪素或蛋白质作为基料的配方，也适用于某些特殊的合成共基料。经济性不如四磺酸类；四磺酸类用于中等-高白色强度。共基料（CMC，PVA，淀粉）含量较高的涂料中效果较好；六磺酸类用于生产白度很高的涂布产品，涂料中共基料含量足够高时能发挥最佳效果。

常见的荧光增白剂种类可分为以下几种。

1. 二苯乙烯型

二苯乙烯型荧光增白剂主要有双芪二磺酸类、杂环芪衍生物、酰基芪类衍生物及不含磺酸基芪类衍生物等，最大吸收波长为346nm，发蓝色荧光，其结构通式及代表物分别见图3-13及图3-14。

图3-13 二苯乙烯型荧光增白剂的化学结构通式

图3-14 二苯乙烯型荧光增白剂的代表物

由以上结构式可知，这类增白剂是对称的，并含有以下4种基本基团：①荧光基团：二亚氨基二苯乙烯基。这是一个大共轭基团，具有可被紫外线激发的π电子。当分子吸收紫外线后能从基态变为激发态，不稳定的激发态辐射出荧光，而后又恢复到基态；②转换波长基团，即结构式中的不同取代基，会呈现出不同的颜色；③活性基团：即三嗪基。该活性基团的结构同荧光基团结构，可连接转换波长基团，还能与纤维素亲和；④亲水基团：磺酸基，可增加增白剂的水溶性，在水中易于分散并与纤维素有较高的亲和力。(www.xing528.com)

2. 吡唑啉型

吡唑啉是吡唑啉型荧光增白剂的母体结构，其化学结构通式如图3-15所示，此类荧光增白剂总体耐光性能较差，通过在母体结构中接枝不同类型的功能取代基，可以显著提高其耐光使用效果。

图3-15 吡唑啉型荧光增白剂的化学结构通式

3. 苯并唑型

苯并唑型荧光增白剂有对称型与不对称型之分，其结构如图3-16所示。

图3-16 苯并唑型荧光增白剂的化学结构通式

苯并唑型荧光增白剂具有良好的化学稳定性及热稳定性，是目前所有荧光增白剂品种中熔点最高耐热性能最好的品种，另外其分散性良好，增白效果优良，特别适用于聚乙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯等塑料和聚酯纤维等化学纤维的原浆着色。此类荧光增白剂的吸收波长在363～374nm范围内，发红色荧光。

4. 萘酰亚胺型

此类型荧光增白剂的结构如图3-17所示。

萘酰亚胺类的荧光增白剂是一类非常重要的功能材料，其优点在于可使被染色基质色泽更鲜艳，荧光活性强烈，耐光牢度优良、耐亚氯酸钠漂白牢度好。此类阳离子型荧光增白剂由于分子较小，较易渗透入纤维内部。

5. 香豆素类

此类荧光增白剂的结构通式如图3-18所示。

图3-17 萘酰亚胺型荧光增白剂的化学结构通式

图3-18 香豆素类荧光增白剂的化学结构通式

香豆素型增白剂中存在C═C双键、C═O双键及内酯结构，是一类具有广阔应用范围的有机化合物。香豆素及其衍生物在可见光区范围内具有很强的荧光性。在造纸行业中，应用范围最广的香豆素类增白剂是5，6-苯并香豆素-3-甲酸乙酯（PEB），其结构式如图3-19所示。其外观为淡黄色粉末，不溶于水，呈阴离子性，色泽呈青色，商品一般制成分散悬浮液。

图3-19 PEB的化学结构式