Linee guida per l'applicazione e l'uso degli agenti di resistenza a secco nella fabbricazione della carta

Nel settore della produzione della carta, resistenza a secco è una metrica critica che determina la capacità di una carta di resistere ai cedimenti meccanici. Comprende la resistenza alla trazione, la resistenza allo scoppio, la resistenza allo strappo e la resistenza superficiale, tutte derivate principalmente da legame idrogeno tra le fibreGli agenti di resistenza a secco sono additivi chimici essenziali che migliorano l'adesione fibra-fibra e fibra-riempitivo. Contribuiscono a ottimizzare l'uso delle materie prime (ad esempio, aumentando il contenuto di riempitivo o di fibre a basso costo), soddisfano specifici requisiti di proprietà della carta e aggiungono valore al prodotto finale.

I. Meccanismo di Agenti di resistenza a secco

Gli agenti resistenti alla secchezza agiscono attraverso i seguenti meccanismi chiave:

• Miglioramento dei legami idrogeno:
  La maggior parte degli agenti resistenti a secco contiene gruppi funzionali come -OH e -CONH₂ che si legano alla superficie della fibra, aumentando il numero e la forza dei legami idrogeno.
• Legame ionico:
  Gli agenti cationici a resistenza a secco (il tipo più comune) hanno cariche positive, che si legano elettrostaticamente alla cellulosa e ai riempitivi caricati negativamente.
• Legame covalente:
  Alcuni agenti speciali (ad esempio, GPAM) possono formare legami covalenti stabili con la cellulosa o auto-reticolarsi durante l'essiccazione.
• Modifica della microstruttura:
  Migliorando la ritenzione delle particelle fini o la flocculazione controllata, questi agenti possono influire positivamente sull'uniformità della carta e sulle proprietà meccaniche.

II. Principali tipi di agenti di resistenza a secco

Gli agenti resistenti alla secchezza sono generalmente classificati come segue:

A. Polimeri naturali e amidi modificati

• Amido cationico:
  Ampiamente utilizzato. La modifica cationica migliora la ritenzione sulle fibre. Conveniente con un impatto notevole su resistenza e ritenzione.
• Amidi anionici/zwitterionici/modificati:
  Applicato in condizioni chimiche specifiche o per esigenze prestazionali speciali.
• Gomme vegetali:
  Come la gomma di guar cationica e la farina di semi di carrube. L'elevato peso molecolare garantisce un'eccellente adesione, particolarmente efficace nel migliorare la resistenza dei legami interni. Generalmente utilizzati a dosaggi inferiori, ma più costosi.

B. Polimeri sintetici

• Serie di poliacrilammide (PAM):
  • PAM cationico (C-PAM):
    Altamente efficiente, con peso molecolare e carica regolabili. Utilizzato anche per ritenzione e drenaggio.
  • PAM anionico/zwitterionico:
    Utilizzato per adattarsi a diverse condizioni di bagnato.
  • PAM gliossilato (GPAM):
    Oltre alla resistenza a secco, aggiunge una resistenza temporanea all'umidità.
• Polivinilammina (PVAm):
  Fortemente cationico, altamente efficace in ambienti umidi complessi.
• Altri:
  Cellulosa modificata (CMC), alcol polivinilico (PVA), ecc., utilizzati in casi specifici, spesso per applicazioni superficiali.

III. Metodi di utilizzo degli agenti di resistenza a secco

A. Aggiunta alla parte umida (mainstream)

• Solitamente aggiunto al brodo denso (ad esempio, all'ingresso della pompa della ventola).
• Assicurare una miscelazione completa e un tempo di reazione adeguato; evitare danni da taglio elevato (soprattutto per PAM ad alto peso molecolare).
• Coordinare l'ordine di dosaggio con altri additivi come agenti di appretto e coadiuvanti di ritenzione.

B. Dimensionamento della superficie

• Amido modificato o PVA utilizzato durante la fase di pressatura o rivestimento per migliorare le proprietà superficiali e la resistenza complessiva.

C. Applicazione a spruzzo

• La soluzione viene spruzzata sulla bobina di formatura o sulla sezione di pre-pressa per un'applicazione mirata.

D. Preparazione e scioglimento

• Amido:
  Per una gelatinizzazione completa è necessario cuocere con temperatura e tempo precisi.
• Polimeri sintetici:
  • Le polveri richiedono sistemi di dissoluzione speciali.
  • Le emulsioni devono essere attivate prima dell'uso.
  • I liquidi possono essere diluiti direttamente.

E. Riferimento al dosaggio

• Il dosaggio dipende dalla qualità della carta, dalla composizione del materiale, dalla resistenza desiderata e da considerazioni di costo.
• Gamma tipica:
  Amido cationico: 0.5–2.0%
  Polimeri sintetici: 0.05–0.3% (sulla base della fibra secca)

IV. Impatto degli agenti di resistenza a secco sulle operazioni delle macchine per la carta

A. Effetti sulla formazione

• Impatto negativo:
  L'eccessiva flocculazione causata da agenti cationici e ad alto peso molecolare può ridurre la qualità della formazione, causando torbidità, fori e proprietà irregolari.
• Potenziale impatto positivo:
  In alcuni casi, una migliore ritenzione dei materiali fini può migliorare l'uniformità del foglio.
• Sfida principale:
  Bilanciare il miglioramento della forza con la qualità della formazione.

B. Effetti sulla disidratazione

• Problema comune:
  Riduzione dell'efficienza di disidratazione, in particolare durante le fasi di disidratazione sotto vuoto e a pressa.
• cause:
  • Una maggiore ritenzione di particelle fini porta a una maggiore ritenzione idrica.
  • Le strutture a fiocco e le catene polimeriche idratate bloccano i percorsi di drenaggio.
• conseguenze:
  • Requisiti di vuoto più elevati
  • Minore secchezza post-pressa
  • Aumento del consumo di vapore
  • Possibile riduzione della velocità
• Effetto positivo minore:
  Inizialmente il drenaggio per gravità potrebbe migliorare leggermente grazie alla formazione di fiocchi.
• Sfida principale:
  Gestire la resistenza alla disidratazione per mantenere l'efficienza della macchina e il controllo energetico.

V. Considerazioni chiave sull'applicazione e gestione del sistema

1. Equilibrio chimico della parte umida

• Controllo della carica:
  Monitorare il potenziale Zeta e la conduttività per prevenire l'inversione di carica. Gestire efficacemente i rifiuti anionici.
• Compatibilità chimica:
  Ottimizzare la sequenza di dosaggio per evitare interferenze con altri agenti, come i prodotti chimici di dimensionamento e ritenzione.

2. Qualità della preparazione

• Assicurare la completa attivazione e la corretta dissoluzione/gelatinizzazione dell'amido o del polimero.

3. Gestione della miscelazione e del taglio

• Selezionare punti di aggiunta adatti per una dispersione uniforme ed evitare la degradazione del polimero o la formazione di fiocchi difficili da rompere.

4. Strategia di ritenzione e drenaggio

• Integrare gli effetti degli agenti di resistenza a secco nell'ottimizzazione della parte umida.

5. Controllo microbico

• Utilizzare conservanti e garantire l'igiene delle soluzioni di amido soggette a proliferazione microbica.

6. Gestione della viscosità

• Controllare la concentrazione per una buona pompabilità e miscelazione.