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嘉峪檢測網 2018-11-30 17:22
自然界的熒光現象
談到熒光現象，很多人的腦海里會立即浮現出初夏時夜空中的閃閃發光的螢火蟲。其實，熒光是一種冷發光的物理現象，是熒光物質吸收一定的波長的紫外光后發出波長更長的可見光，這種現象也普遍存在于自然界中，例如水母、螢火蟲、蝦以及人體等，如下圖所示。這是因為他們的體內含有熒光蛋白質，人體內含有的部分氨基酸、維生素A、核苷酸和荷爾蒙等，也都屬于熒光物質。
工業用熒光增白劑區別于自然界的熒光物質
區別于自然界的熒光物質，熒光增白劑（Fluorescent Brighteners）是一種工業用的有機化合物，俗稱“白色染料”，如上圖所示，是由德國IG公司于20世紀40年代率先研發出來，外觀呈無色或者淡色。作為一種熒光染料，可以將不可見的紫外光吸收后轉化為可見的藍紫光，提高了產品的白度和光澤，從而給人帶來了良好的視覺效果。因其具有良好的補色效果，自從問世以來，作為一種重要的精細化工產品，很快就開始了它的商品化進程，最初僅應用于紡織印染行業，60年代后期，熒光增白劑開始在合成洗滌劑行業使用，于70年代才用于造紙行業。目前隨著工業化的不斷發展，其用途和用量也極具擴大，已經覆蓋了涂料、油墨、皮革、塑料、激光探測和防偽等眾多領域，具有較好的市場前景。
熒光增白劑種類
按母體化學結構分類，工業用熒光增白劑主要包括五大類型：
01二苯乙烯類，造紙中最主要的一類，具有藍色熒光；
02吡唑啉型，主要用于腈綸、聚酰胺纖維、醋酸和黏膠纖維的增白，綠色熒色；
03香豆素型，具有香豆酮基本結構，可用于醋酸纖維、蛋白纖維、尼龍以及各種塑料等工業產品的增白，有較強的藍色熒光；
04苯并氧氮茂及苯并噁唑型，具有紅色熒光；
05萘酰亞胺類，具有藍色熒光。
紙制品用熒光增白劑增白機理
在造紙領域，熒光增白劑的用量已躍居市場第二，僅次于洗滌劑，紡織第三。熒光增白劑已經作為一種重要的功能性助劑而用做生產高白度和高品質的紙制品，俗稱造紙行業的“工業味精”。目前國內造紙常用的熒光增白劑主要有VBL、VBA、APC等，均為二苯乙烯結構，其中以VBL的應用最為廣泛，占熒光增白劑總量60%以上，產量最大。
VBL
VBL為雙(三嗪氨基)二苯乙烯類熒光增白劑，其化學結構如下圖所示，分子結構中主要包括芳環的連續共軛體系和一個乃至多個取代基。含芳環的共軛體系內π-電子具有流動性，在日光照射下吸收紫外線(波長為300～400nm)易于激發，從激發態回到基態的同時會發出肉眼可見的藍色和藍紫色熒光（波長約400～500nm）；取代基的引入可改善熒光增白劑的分散性和均勻性，有助于增強熒光。
亮度
亮度（白度）是紙產品的一項重要技術指標，造紙用纖維原料含有不同含量的木質素，暴露在空氣和日光中容易被氧化，從而使紙漿變成黃色或灰白色，影響視覺效果。隨著人們生活水平的提高，對生活用紙品質的要求也日益提高，這就對造紙工業提出了更高的一定的要求。
目前為了獲得高檔次的紙產品，通常采用以下兩種方式進行改善：
一是對漿料進行化學漂白，通過漂白劑的氧化還原作用脫除殘余的木質素等，以達到持久亮白的效果。漂白劑主要包括氯氣、次氯酸鹽等。但是缺點也與之伴隨，漂白劑會導致漿料纖維主體不同程度的損傷，使其強度下降；
二是通過在造紙濕部、表面施膠、顏料涂布等方法添加熒光增白劑，利用其吸收紫外光后所激發出的藍色或藍紫色熒光和黃光形成補色效應，給人以更白、更亮的視覺效果，用量少、成本低，對紙張性能并無影響，并可在一定程度上減少紙漿在漂白過程中化學試劑的用量等一系列的問題。作為一種功能性助劑，也有研究表明，熒光增白劑能將漂白化學漿再提高10%以上的亮度，因此在造紙工業中得到了極其廣泛的應用。
此外，用于造紙工業的熒光增白劑需要滿足以下要求：
（1）對纖維原料具有良好發的親和力，有較好的增白效果；
（2）與造紙填料、造紙化學品和膠黏劑有良好的相容性；
（3）能耐一定的酸堿度，能適應造紙工藝過程的需要；
（4）對環境的污染小等。
紙制品熒光增白劑標準和檢測方法
目前，我國相繼制定了造紙領域用熒光增白劑的測試方法，按照原理主要分為兩種：光譜法和色譜法。光譜法包括白度法、熒光分光光度法和紫外分光光度法；色譜法則包括高效液相色譜法和液相色譜-質譜聯用法。
GB 31604.47-2016《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品 紙、紙板及紙制品中熒光增白劑的測定》，規定了食品用紙、紙板及紙制品中熒光增白劑的測定方法。
GB/T 27741-2011《紙和紙板可遷移性熒光增白劑的測定》，規定了紙和紙板中可遷移性熒光增白劑的定性和定量檢測方法，紫外分光光度法和高效液相色譜法檢出限為20.0mg/kg。
CNS 11820-2007《紙制品之可遷移熒光物質試驗法》是由臺灣制定的測試標準，適用于測定紙制品中是否含有可遷移熒光物質的定性試驗。
表1為紙制品熒光增白劑的相關標準要求和還未實施的新標準，此外，很多企業標準也對熒光增白劑進行了規定。
表1紙制品熒光增白劑的相關標準要求和檢測方法
熒光增白劑的危害
作為一種重要的精細化工產品，熒光增白劑在造紙工業乃至其他領域上具有不可替代的作用和良好的市場前景，但與此同時其安全性能也一直備受爭議。
有報道表明，由于熒光增白劑具有不易分解的性質，被人體吸收后，隨著接觸時間的增加，會在人體內蓄積，從而增加肝臟的代謝負擔；如果存在傷口，傷口處的蛋白質會和熒光增白劑結合，阻礙傷口的愈合；醫學臨床實驗證明，如果熒光增白劑接觸過量，可能會極大地增加致癌的風險。目前美國、歐盟和中國等國家規定了相關的限用量和特定遷移量，歐盟與日本已禁止熒光增白劑用于紙類食品接觸材料。
為了可持續發展和環境友好型社會，國內外行業專家應致力于更加環保、合成工藝無污染、無毒無害的綠色實用性熒光增白劑的研究工作，此外還應加強政府和市場的監管力度，為消費者的健康安全保駕護航。
來源：AnyTesting
