Anwendungstechnologie des neutralen Leimungsmittels AKD

1. Einleitung

Die Leimung ist ein entscheidender Schritt im Papierherstellungsprozess. Traditionell wurde üblicherweise kolophoniumbasierte Leimung – auch als saure Leimung bekannt – verwendet. Die saure Papierherstellung hat jedoch viele Nachteile, und die globale Papierindustrie verlagert sich zunehmend auf neutrale und alkalische Verfahren. In den letzten Jahren haben neutrale AKD-Leimmittel in China breite Akzeptanz gefunden und gelten als bedeutender Fortschritt in der heimischen Papierherstellungstechnologie.

Die optimalen Dimensionierungsbedingungen für AKD sind wie folgt:

• Kationische Stärke: 1.5 %
• AKD-Dosierung: 0.2 %
• Anionisches Polyacrylamid (APAM): 150 ppm
• Gefälltes Calciumcarbonat (PCC): 20 %
• Optimaler pH-Wert: 7.0–7.5

Additionssequenz:

1. Kationische Stärke
2. AKD-Emulsion
3. APAM

Die Papierherstellung ist eine der großen Erfindungen des alten China. Traditionelles handgeschöpftes Papier wurde jedoch nicht geleimt oder nur leicht mit Stärke oder Tierleim behandelt. Erst 1807 führte der deutsche Erfinder Illig die Kolophonium-Alaun-Leimung in die moderne Papierherstellung ein.

Der Zweck der Leimung besteht darin, ein Material mit niedriger Oberflächenenergie gleichmäßig auf der Papieroberfläche zu verteilen, um einen hydrophoben Film zu bilden. Dieser Film verhindert oder verlangsamt das Eindringen von Flüssigkeiten (insbesondere Wasser) in die Faserstruktur und verbessert so die Wasserbeständigkeit. Die Wirksamkeit der Leimung wirkt sich direkt auf die Papierqualität aus.

Die Entwicklung der Leimungstechnologie verlief von ungeleimtem Papier über die saure Harzleimung und dann über neutrale synthetische Leimungsmittel wie AKD und ASA bis hin zu kationischen und anionischen Dispersionen, die für die neutrale/alkalische Papierherstellung geeignet sind.

Die saure Harzleimung hat viele Nachteile:

• Schlechte Helligkeit und Vergilbung des Papiers
• Sprödigkeit und kurze Haltbarkeit
• Schwache Größenleistung
• Gerätekorrosion durch Säure
• Unfähigkeit, alkalische Füllstoffe zu verwenden
• Hohe Wildwasserverschmutzung
• Ungeeignet für hochwertige Papiere

Mit der Entwicklung der modernen Papierherstellung investierten Länder weltweit in neue Leimungstechnologien. In den 1990er Jahren wurden in Europa und Nordamerika über 90 % der Leimungsprozesse auf neutrale/alkalische Verfahren umgestellt. Auch China hat in den letzten Jahren in diesem Bereich erhebliche Fortschritte erzielt.

2. Mechanismus und Vorteile der AKD-Neutraldimensionierung

AKD oder Alkylketendimer, wurde in den 1950er Jahren von Hercules Inc. entwickelt. Es ist ein reaktives neutrales Leimungsmittel, das kovalente Bindungen mit Pflanzenfasern eingehen kann. AKD ist ein hellgelber, wachsartiger Feststoff, der in organischen Lösungsmitteln wie Benzol, Toluol, Ether, Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff löslich, in Wasser jedoch unlöslich ist.

Chemisch gesehen ist AKD ein ungesättigtes Lacton mit einem viergliedrigen Lactonring und zwei langkettigen Alkylseitengruppen. Während des Leimungsprozesses reagiert der Lactonring mit Hydroxylgruppen der Cellulose zu β-Ketoestern, die die hydrophoben Alkylketten an der Faseroberfläche verankern. Diese Reaktion wird als Veresterungsmechanismus oder kovalenter Bindungsmechanismus bezeichnet.

Vorteile der neutralen AKD-Leimung im Vergleich zur sauren Harzleimung:

• Verbessert die Gesamtleistung des Papiers
• Reduziert den Abwasserausstoß
• Reduziert den Energieverbrauch
• Senkt die Papierherstellungskosten
• Reduziert den Bedarf an optischen Aufhellern
• Verbessert die Laufeigenschaften der Papiermaschine

Trotz seiner Vorteile weist die neutrale AKD-Dimensionierung auch bestimmte Einschränkungen auf, die bei der praktischen Anwendung berücksichtigt werden müssen.

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