Le dimère d'alkylcétène (AKD) est l'un des agents d'encollage neutres les plus utilisés dans la fabrication moderne du papier. Son efficacité améliore non seulement la résistance à l'eau et l'absorption de l'encre du papier, mais permet également aux machines à papier de fonctionner à des cadences plus élevées avec moins de problèmes opérationnels. Cependant, l'efficacité de l'encollage AKD dépend fortement de divers facteurs liés aux matières premières, aux conditions de fabrication du papier et aux interactions chimiques dans la partie humide.
Dans cet article, nous explorons les facteurs clés influençant l'efficacité du dimensionnement AKD et comment les fabricants de papier peuvent optimiser ses performances dans des environnements de production réels.
1. La chimie de l'agent de dimensionnement AKD
Les agents d'encollage AKD sont des composés hydrophobes synthétiques, généralement dérivés d'acides gras à longue chaîne comme l'acide stéarique. Leur structure moléculaire présente un cycle β-lactone réactif qui s'ouvre pendant la phase de séchage et de durcissement pour former des liaisons covalentes avec les groupes hydroxyles de la cellulose. Cette réaction crée une surface hydrophobe résistante à la pénétration de l'eau, permettant ainsi un encollage interne.
Étant donné que le dimensionnement AKD repose sur une réaction chimique avec les fibres plutôt que sur une simple couverture de surface, l'efficacité n'est pas seulement une question de dosage, mais également de conditions de réaction et de compatibilité des matériaux.
2. Type de fibres et teneur en fines
Le type et l'origine de la pulpe influent considérablement sur l'efficacité de l'AKD. Par exemple :
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Les pâtes de bois dur, avec des fibres plus courtes et plus fines, ont tendance à absorber l'AKD plus facilement, mais nécessitent souvent des dosages plus élevés pour atteindre le même niveau de dimensionnement.
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Les pâtes de résineux, étant plus longues et plus propres, offrent un comportement de calibrage plus uniforme.
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Les fibres recyclées présentent souvent des défis en raison des agents d’encollage résiduels, de la teneur élevée en cendres et de l’accumulation de contaminants, qui peuvent interférer avec la rétention et la réaction de l’AKD.
Une teneur élevée en fines dans la pâte augmente la surface mais tend également à retenir davantage d'AKD n'ayant pas réagi, ce qui entraîne une réversion du dimensionnement (perte de l'effet de dimensionnement au fil du temps).
3. Conditions de pH et de partie humide
L'AKD fonctionne de manière optimale dans un environnement neutre à légèrement alcalin (pH 6.5–8.0). Lorsque le pH est trop bas :
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Le cycle β-lactone peut s’hydrolyser prématurément, réduisant ainsi sa capacité à réagir avec les fibres.
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Les émulsions AKD peuvent se déstabiliser, entraînant des défauts de dimensionnement ou des « taches graisseuses ».
De plus, des facteurs tels que la conductivité de l'eau blanche, la dureté (ions calcium et magnésium) et la présence de déchets anioniques dissous peuvent influencer l'interaction de l'AKD avec la matrice de fibres et le système de rétention.
Meilleure pratique : assurer un contrôle constant du pH et surveiller la chimie de la partie humide pour réduire les déchets et la variabilité de l'AKD.
4. Rétention et fixation de la MAK
L'efficacité de l'AKD est étroitement liée à sa rétention sur les fibres et à sa fixation par réaction chimique. L'utilisation appropriée d'agents de rétention, tels que le polyacrylamide cationique (CPAM) ou le polyDADMAC, améliore la fixation de l'AKD aux fibres et prévient sa perte dans l'eau blanche.
Cependant, une utilisation excessive d'agents de rétention peut amener l'AKD à se fixer sur des fines ou des charges au lieu de fibres, réduisant ainsi l'efficacité globale du dimensionnement et augmentant le coût des produits chimiques.
Conseil : équilibrez le dosage de l'agent de rétention et le temps de mélange pour garantir que l'AKD est principalement fixé sur la fraction de fibres souhaitée.
5. Température de séchage et temps de durcissement
La liaison chimique entre l'AKD et la cellulose nécessite une chaleur et un temps de séchage suffisants. Les conditions idéales sont les suivantes :
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Température de séchage : 90–120 °C
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Temps de séchage : 15 à 30 secondes (varie selon la machine et le grammage)
Un séchage insuffisant peut entraîner la présence d'AKD non réagi restant dans la feuille, ce qui non seulement réduit l'efficacité mais peut également provoquer des problèmes tels qu'une inversion de dimensionnement ou un dépôt dans les cylindres de séchage.
À l’inverse, des températures de séchage excessives peuvent provoquer une hydrolyse ou une évaporation prématurée du système émulsifiant, conduisant à une instabilité.
6. Concurrence avec d'autres additifs
Dans le système humide moderne, une variété d'additifs sont utilisés simultanément : agents de résistance à l'humidité, agents de rétention, charges, colorants, etc., dont certains peuvent interagir négativement avec l'AKD.
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Les additifs anioniques peuvent déstabiliser les émulsions AKD.
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Les charges (en particulier le PCC) peuvent adsorber l'AKD avant qu'il ne réagisse avec les fibres.
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Les agents tensioactifs peuvent interférer avec le développement de l’hydrophobicité.
Pour minimiser les problèmes d’interaction, évaluez toujours la compatibilité des nouveaux additifs avec votre agent de dimensionnement AKD existant.
7. Stabilité de l'émulsion et durée de conservation
L'AKD est généralement appliqué sous forme d'émulsion cationique, stabilisée par des tensioactifs et des émulsifiants. Ses performances dépendent fortement de la qualité de l'émulsion :
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L'AKD mal émulsifié peut coaguler ou se déposer sur l'équipement.
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Les émulsions périmées peuvent présenter une force de collage réduite, un développement d'odeur ou une faible stabilité de conservation.
Conserver les émulsions à température ambiante, à l'abri du gel et de la lumière directe du soleil. Utiliser les émulsions fraîches pendant la durée de conservation recommandée par le fournisseur, généralement de 3 à 6 mois.
8. Vitesse de la machine et conditions de drainage
Des vitesses de machine plus rapides augmentent les forces de cisaillement dans le système, ce qui peut entraîner la rupture ou le dépôt inégal des gouttelettes d'AKD.
Dans le même temps, un drainage plus rapide (par exemple, via une aspiration à vide poussé) peut raccourcir le temps de rétention de l'AKD, réduisant ainsi sa disponibilité pour la réaction.
Solution : Ajustez le dosage d’AKD et utilisez des agents anti-mousse ou des aides au drainage de manière stratégique pour équilibrer la vitesse et l’efficacité.
Conclusion
L'optimisation de l'efficacité de l'AKD dans les systèmes d'encollage neutre ne se limite pas à une simple augmentation du dosage : elle exige une compréhension globale de la chimie des fibres, des interactions avec la partie humide, des conditions de procédé et du comportement de l'émulsion. En gérant soigneusement ces facteurs d'influence, les papetiers peuvent obtenir une excellente résistance à l'eau, maîtriser les coûts et assurer une stabilité de l'encollage à long terme.
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