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1. introduzione
La collatura è una fase cruciale del processo di fabbricazione della carta. Tradizionalmente, si utilizzava comunemente la collatura a base di colofonia, nota anche come collatura acida. Tuttavia, la produzione di carta acida presenta numerosi svantaggi e l'industria cartaria globale si sta orientando verso processi neutri e alcalini. Negli ultimi anni, gli agenti di collatura neutri AKD hanno ottenuto un'ampia accettazione in Cina e sono considerati un importante progresso nella tecnologia cartaria nazionale.
Le condizioni di dimensionamento ottimali per AKD sono le seguenti:
- Amido cationico: 1.5%
- Dosaggio AKD: 0.2%
- Poliacrilammide anionica (APAM): 150 ppm
- Carbonato di calcio precipitato (PCC): 20%
- pH ottimale: 7.0–7.5
Sequenza di addizione:
- Amido cationico
- Emulsione AKD
- AMPA
La fabbricazione della carta è una delle grandi invenzioni dell'antica Cina. Tuttavia, la carta tradizionale fatta a mano non veniva collata o veniva solo leggermente trattata con amido o colla animale. Solo nel 1807 l'inventore tedesco Illig introdusse la collatura a base di colofonia e allume nella fabbricazione moderna della carta.
Lo scopo della collatura è distribuire uniformemente un materiale a bassa energia superficiale sulla superficie della carta per formare una pellicola idrofobica. Questa pellicola impedisce o rallenta la penetrazione dei liquidi (in particolare dell'acqua) nella struttura delle fibre, migliorando così la resistenza all'acqua. L'efficacia della collatura influisce direttamente sulla qualità della carta.
L'evoluzione della tecnologia di collatura è passata dalle carte non collate alla collatura con colofonia acida, poi agli agenti di collatura sintetici neutri come AKD e ASA e, più tardi, alle dispersioni cationiche e anioniche adatte alla fabbricazione di carta neutra/alcalina.
La collatura con colofonia acida presenta numerosi svantaggi:
- Scarsa luminosità e ingiallimento della carta
- Fragilità e breve durata di conservazione
- Scarse prestazioni di dimensionamento
- Corrosione delle apparecchiature dovuta all'acidità
- Impossibilità di utilizzare riempitivi alcalini
- Elevato inquinamento delle acque bianche
- Non adatto per carte di alta qualità
Con lo sviluppo della moderna produzione della carta, i paesi di tutto il mondo hanno investito in nuove tecnologie di collatura. Negli anni '1990, oltre il 90% della collatura in Europa e Nord America era passata a processi neutri/alcalini. Anche la Cina ha compiuto progressi significativi in questo settore negli ultimi anni.
2. Meccanismo e vantaggi del dimensionamento neutro AKD
AKD, o Dimero di alchil chetene, è stato sviluppato da Hercules Inc. negli anni '1950. È un agente di apprettatura neutro reattivo in grado di formare legami covalenti con le fibre vegetali. L'AKD è un solido ceroso giallo chiaro, solubile in solventi organici come benzene, toluene, etere, cloroformio e tetracloruro di carbonio, ma insolubile in acqua.
Chimicamente, l'AKD è un lattone insaturo con un anello lattonico a quattro elementi e due gruppi laterali alchilici a catena lunga. Durante il processo di collaggio, l'anello lattonico reagisce con i gruppi idrossilici della cellulosa per formare β-cheto esteri, ancorando le catene alchiliche idrofobiche alla superficie della fibra. Questa reazione è chiamata meccanismo di esterificazione o meccanismo di legame covalente.
Vantaggi della collatura neutra AKD rispetto alla collatura acida Rosin:
- Migliora le prestazioni generali della carta
- Riduce lo scarico delle acque reflue
- Riduce il consumo di energia
- Riduce i costi di fabbricazione della carta
- Riduce la necessità di sbiancanti ottici
- Migliora la lavorabilità della macchina per la carta
Nonostante i suoi vantaggi, il dimensionamento neutro AKD presenta anche alcune limitazioni che devono essere tenute in considerazione durante l'uso pratico.
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