Salta al contenuto 
1. Sintesi dell'AKD
1.1 Preparazione del cloruro acido
La materia prima per AKD (dimero di alchil chetene) di grado industriale, comunemente utilizzato nella fabbricazione della carta, è tipicamente una miscela di acidi grassi saturi. Il cloruro acido viene prodotto facendo reagire questi acidi grassi con il cloruro di tionile, come mostrato nella seguente reazione:
Poiché separare i singoli acidi organici è estremamente difficile – una singola fonte di grasso naturale può contenere almeno cinque acidi diversi, e talvolta anche dodici – la materia prima utilizzata nella fabbricazione della carta è solitamente una miscela di omologhi dell'acido stearico (C₁₈H₃₆O₂). Le cere comunemente denominate "1840" e "1865" indicano un contenuto di acido stearico rispettivamente del 40% e del 65%.
1.2 Formazione dell'intermedio chetenico
Il cloruro acido reagisce con la trietilammina, rimuovendo l'acido cloridrico e formando un intermedio instabile chetene:
1.3 Dimerizzazione tramite formazione di lattone intramolecolare
Il chetene instabile subisce una condensazione intermolecolare per formare un anello lattonico, dando origine alla molecola AKD finale, da cui il nome "dimero di alchil chetene":
La struttura molecolare dell'AKD può anche essere espressa come:
2. Emulsificazione dell'AKD
2.1 Preparazione dell'emulsionante
Le emulsioni AKD sono tipicamente stabilizzate con amido cationico ed emulsionanti polimerici. L'amido cationico si ottiene facendo reagire l'amido di tapioca con agenti eterificanti:
Un comune emulsionante polimerico è PolyDADMAC (cloruro di poli(diallildimetilammonio)):
2.2 Processo di emulsificazione AKD
L'emulsione dell'AKD è un processo di dispersione fisica, in cui la cera idrofobica viene dispersa nell'acqua per formare un'emulsione stabile.
I passaggi chiave includono:
-
Riscaldamento per sciogliere la cera AKD
-
Aggiunta di emulsionanti
-
Applicazione di miscelazione ad alto taglio e omogeneizzazione
-
Raffreddamento dell'emulsione
-
Aggiunta di solfato di alluminio, stabilizzanti e altri additivi
Il risultato è un'emulsione AKD caricata positivamente
3. Dimensionamento AKD
3.1 Meccanismo di dimensionamento
L'idrofobicità della carta collata deriva dalla reazione chimica tra AKD e cellulosa. Le molecole di AKD sono costituite da una catena alchilica idrofobica e da un anello lattonico idrofilo. Le fibre di cellulosa sono naturalmente idrofile grazie alla presenza di numerosi gruppi –OH. Quando l'AKD reagisce con questi gruppi, le catene idrofobiche si ancorano alla superficie, rendendo la carta impermeabile all'acqua:
La reazione fissa un'estremità della molecola AKD sulla fibra mentre la catena alchilica punta verso l'esterno, formando una superficie idrofobica
3.2 Processo di dimensionamento
Il dimensionamento dell'AKD prevede tre fasi principali:
-
Adsorbimento: le particelle di AKD si adsorbono sulle superfici delle fibre, in modo simile alla ritenzione del riempitivo. Questo avviene nella sezione di formatura.
-
Fusione e diffusione: durante l'essiccazione, l'AKD si scioglie (oltre il suo punto di fusione) e si diffonde nelle fibre.
-
Reazione chimica: l'AKD reagisce con i gruppi –OH della cellulosa, formando legami esteri covalenti. Questa reazione lenta è fondamentale per un efficace dimensionamento interno.
4. Fattori chiave dell'applicazione
4.1 Controllo del pH e dell'alcalinità
La reazione di collatura dipende dall'anello lattonico presente nell'AKD. Questo si apre in condizioni da neutre a alcaline, reagendo con i gruppi –OH della fibra per formare esteri. Tuttavia, un pH eccessivo accelera l'idrolisi, riducendo l'efficienza di collatura.
-
pH ottimale per la reazione: 6.0–8.0
-
pH del sistema consigliato: 7.5–8.5
-
pH di conservazione per emulsione AKD: 2.5–3.5
Quando il pH supera 8, l'idrolisi aumenta. Un pH inferiore a 6 ostacola la reazione di dimensionamento ma favorisce la stabilità di conservazione.
Alcalinità consigliata (come capacità tampone): 50–200 ppm
Ciò aiuta a mantenere stabile il pH quando si aggiunge al sistema un'emulsione AKD acida.
4.2 Controllo della temperatura
La temperatura influenza sia la stabilità dell'emulsione AKD che l'efficienza della reazione:
-
Le emulsioni AKD sono sospensioni termodinamicamente instabili.
-
Le alte temperature aumentano il rischio di collisione e aggregazione delle particelle.
-
La repulsione elettrostatica delle particelle cationiche aiuta a mantenere la stabilità dell'emulsione.
A temperature elevate, le particelle di AKD possono formare pellicole o depositarsi, ma ciò non è necessariamente dovuto all'idrolisi. Poiché l'idrolisi è esotermica, temperature più elevate possono effettivamente spostare l'equilibrio verso la formazione di esteri.
Valori consigliati:
-
Temperatura di conservazione: 5–30°C
-
Temperatura del sistema: 45–50°C
-
Punto di fusione AKD: ~45–55°C
-
Temperatura della sezione essiccatrice: ≥60°C (per reazione e diffusione complete)
Per massimizzare la fidelizzazione e le prestazioni:
-
Aggiungere AKD vicino alla cassa d'afflusso per evitare una fusione prematura.
-
Assicurare una temperatura di essiccazione e un tempo di ritenzione sufficienti.
5. CONCLUSIONE
Un'efficace collatura AKD nei sistemi neutri richiede un controllo rigoroso di pH, alcalinità e temperatura durante l'intero processo. La padronanza di questi parametri garantisce una collatura efficiente e una carta di alta qualità. Rimangono tuttavia delle sfide nell'applicazione e nella formulazione, che richiedono una continua collaborazione e innovazione nel settore.
