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1. Síntesis de AKD
1.1 Preparación de cloruro de ácido
La materia prima para AKD (dímero de alquilcetena) de grado industrialEl cloruro de ácido, comúnmente utilizado en la fabricación de papel, es típicamente una mezcla de ácidos grasos saturados. El cloruro de ácido se produce al hacer reaccionar estos ácidos grasos con cloruro de tionilo, como se muestra en la siguiente reacción:
Dado que separar los ácidos orgánicos individuales es extremadamente difícil (una sola fuente de grasa natural puede contener al menos cinco ácidos diferentes, y en ocasiones hasta doce), la materia prima utilizada en la fabricación de papel suele ser una mezcla de homólogos del ácido esteárico (C₁₈H₃₆O₂). Las ceras comúnmente conocidas como «1840» y «1865» presentan contenidos de ácido esteárico del 40 % y el 65 %, respectivamente.
1.2 Formación del intermedio ceteno
El cloruro de ácido reacciona con la trietilamina, eliminando el cloruro de hidrógeno y formando un intermedio de cetena inestable:
1.3 Dimerización mediante formación de lactona intramolecular
La cetena inestable sufre una condensación intermolecular para formar un anillo de lactona, lo que da como resultado la molécula final de AKD, de ahí el nombre de “dímero de alquilcetena”:
La estructura molecular del AKD también se puede expresar como:
2. Emulsificación de AKD
2.1 Preparación del emulsionante
Las emulsiones AKD suelen estabilizarse con almidón catiónico y emulsionantes poliméricos. El almidón catiónico se produce mediante la reacción del almidón de tapioca con agentes eterificantes:
Un emulsionante polimérico común es PolyDADMAC (cloruro de poli(dialildimetilamonio)):
2.2 Proceso de emulsificación AKD
La emulsificación de AKD es un proceso de dispersión física, donde la cera hidrófoba se dispersa en agua para formar una emulsión estable.
Los pasos clave incluyen:
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Calentamiento para derretir la cera AKD
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Adición de emulsionantes
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Aplicación de mezcla y homogeneización de alto cizallamiento
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Enfriamiento de la emulsión
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Adición de sulfato de aluminio, estabilizadores y otros aditivos.
El resultado es una emulsión AKD cargada positivamente.
3. Tallas AKD
3.1 Mecanismo de dimensionamiento
La hidrofobicidad del papel encolado se debe a la reacción química entre el AKD y la celulosa. Las moléculas de AKD constan de una cadena alquílica hidrófoba y un anillo de lactona hidrófilo. Las fibras de celulosa son naturalmente hidrófilas debido a sus numerosos grupos –OH. Cuando el AKD reacciona con estos grupos, las cadenas hidrófobas se anclan a la superficie, lo que hace que el papel sea resistente al agua.
La reacción fija un extremo de la molécula de AKD a la fibra mientras la cadena de alquilo apunta hacia afuera, formando una superficie hidrófoba.
3.2 Proceso de dimensionamiento
El dimensionamiento del AKD implica tres etapas principales:
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Adsorción: Las partículas de AKD se adsorben en la superficie de las fibras, de forma similar a la retención del relleno. Esto ocurre en la sección de conformado.
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Fusión y difusión: durante el secado, el AKD se funde (por encima de su punto de fusión) y se difunde en las fibras.
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Reacción química: El AKD reacciona con los grupos –OH de la celulosa, formando enlaces éster covalentes. Esta reacción lenta es clave para un encolado interno eficaz.
4. Factores clave de aplicación
4.1 Control de pH y alcalinidad
La reacción de encolado depende del anillo de lactona del AKD. Este se abre en condiciones neutras a alcalinas, reaccionando con los grupos –OH de la fibra para formar ésteres. Sin embargo, un pH excesivo acelera la hidrólisis, lo que reduce la eficiencia del encolado.
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pH óptimo para la reacción: 6.0–8.0
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pH del sistema recomendado: 7.5–8.5
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pH de almacenamiento para emulsión AKD: 2.5–3.5
Cuando el pH supera 8, la hidrólisis aumenta. Un pH por debajo de 6 dificulta la reacción de dimensionamiento pero ayuda a la estabilidad del almacenamiento.
Alcalinidad recomendada (como capacidad tampón): 50–200 ppm
Esto ayuda a mantener un pH estable cuando se agrega emulsión AKD ácida al sistema.
4.2 Control de temperatura
La temperatura influye tanto en la estabilidad de la emulsión AKD como en la eficiencia de la reacción:
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Las emulsiones AKD son suspensiones termodinámicamente inestables.
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Las altas temperaturas aumentan el riesgo de colisión y agregación de partículas.
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La repulsión electrostática de las partículas catiónicas ayuda a mantener la estabilidad de la emulsión.
A temperaturas elevadas, las partículas de AKD pueden formar una película o sedimentar, pero esto no se debe necesariamente a la hidrólisis. Dado que la hidrólisis es exotérmica, las temperaturas más altas pueden, de hecho, desviar el equilibrio hacia la formación de ésteres.
Valores recomendados:
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Temperatura de almacenamiento: 5–30 °C
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Temperatura del sistema: 45–50 °C
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Punto de fusión del AKD: ~45–55 °C
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Temperatura de la sección de secado: ≥60 °C (para reacción y difusión completas)
Para maximizar la retención y el rendimiento:
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Agregue AKD cerca de la caja de entrada para evitar una fusión prematura.
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Asegúrese de que la temperatura de secado y el tiempo de retención sean suficientes.
5. Conclusión
Un encolado AKD eficaz en sistemas neutros requiere un control estricto del pH, la alcalinidad y la temperatura durante todo el proceso. El dominio de estos parámetros garantiza un encolado eficiente y un papel de alta calidad. Aún existen desafíos en la aplicación y la formulación, lo que requiere la colaboración e innovación continuas de la industria.
