アルキルケテンダイマーがアルカリ製紙プロセスを可能にする仕組み

現代のアルカリ製紙において、耐水性を実現するためにアルキルケテンダイマーが使用されています。この化学物質により、炭酸カルシウム充填剤の使用が可能になり、紙の品質と持続可能性が向上します。

• ヨーロッパの製粉所は数十年前にアルカリプロセスへの移行を先導した。続いてアメリカと日本の大手メーカーが続いた。
• 業界では、環境目標の達成、性能の向上、持続可能な紙に対する市場の需要への対応を目的としてアルカリ性サイズ剤を採用しました。
• 技術の進歩、 自動制御と表面処理、高品質で環境に優しい生産をサポートするようになりました。

重要なポイント

• アルキルケテン二量体は 強い耐水性 アルカリ性条件下でセルロース繊維と化学的に結合し、紙の耐久性を向上させます。
• AKD を使用すると、紙の明るさ、強度、持続性を高める炭酸カルシウム充填剤を使用することができます。
• pH、温度、カチオンデンプンなどの保持剤を制御することで、より良い AKD結合 製紙中の化学物質の損失を削減します。
• AKD を繊維上に適切に分散し硬化させることで、紙製品の均一なサイズ効果と長期的な撥水性が得られます。
• 紙の脆さを防ぎ、機械的強度を維持するために、AKD の 2% を超える過剰投与は避けてください。

アルキルケテン二量体機構

セルロースとの化学反応

紙に耐水性を持たせるには、 アルキルケテンダイマー、分子は、 2員環オキセタン-XNUMX-オン環 長いアルキル鎖を持つ。この独特な構造により、セルロース繊維と直接相互作用することができる。内部サイズ工程では、 XNUMXつの主なステップ:

1. シート形成中にセルロース繊維上にアルキルケテンダイマー粒子が保持されます。
2. 粒子は熱にさらされると溶けて繊維の表面全体に広がります。
3. アルキルケテンダイマーはセルロースのヒドロキシル基と反応して、 共有β-ケトエステル結合.

この化学反応は、中性から弱アルカリ性の条件、典型的にはpH 7.5～9.0、温度90～110℃で最も効率的に進行します。アルキルケテンダイマーのすべてが反応するわけではなく、一部は加水分解されてセルロースと結合しない場合があります。しかし、共有結合を形成する部分は、繊維表面に耐久性のある疎水性層を形成します。この層は水の浸透を防ぎ、繰り返し湿気にさらされても安定した状態を保ちます。

ヒント： アルキルケテンダイマーの効果を最大限に高めるには、pHや温度などのプロセスパラメータを制御する必要があります。この方法により、セルロースとの化学結合がより強固になり、加水分解による損失がより少なくなります。

疎水性と耐水性

セルロース繊維をアルキルケテンダイマーで処理すると、耐水性が飛躍的に向上します。サイズ処理中に形成される共有結合により、閉じた疎水性表面が形成されます。科学的研究によると、この処理により水接触角が100度を超え、強力な撥水性が実証されています。実際、アルキルケテンダイマーで処理した紙や合板は、経年変化による吸水性が大幅に低下します。例えば、この処理を施した合板は、 2、24、48時間後の水分吸収の減少菌類による腐敗に対する耐性が向上しました。

この効果は繊維製品にも見られます。アルキルケテンダイマーで処理した綿織物は、 30回の洗濯後化学結合は安定したままで疎水効果が持続するため、治療効果と持続性が高まります。

アルキルケテンダイマーと酸性サイズ剤

ロジンなどの従来の酸性サイズ剤よりもアルキルケテンダイマーを選択することで、いくつかの利点が得られます。主な違いは以下の表をご覧ください。

アルキルケテンダイマーは、特にアルカリ性条件下で、より広いpH範囲で使用できます。この適合性により、炭酸カルシウムなどのアルカリ性フィラーを配合することができ、紙の白色度と耐久性が向上します。一方、ロジン系サイズ剤は酸性または中性の環境で最も効果を発揮し、多くの場合、追加の安定化処理が必要となります。アルキルケテンダイマーは、サイズ処理の高速化と均一性の向上、優れた機械稼働性、そして独自の乳酸耐性も備えています。これらの特性により、アルキルケテンダイマーは、現代的で高品質かつ持続可能な製紙において、最適な選択肢となっています。

注意： アルキルケテンダイマーを 沈降炭酸カルシウムなどのアルカリ性充填剤超疎水性表面と優れた機械的強度を実現します。この相乗効果は、アルキルケテンダイマーがアルカリ製紙プロセスに優れた適合性を持つことを裏付けています。

パフォーマンスに影響する要因

パルプと繊維の種類

使用するパルプと繊維の種類はアルキルケテンダイマーのサイズ処理の効率に直接影響するため、考慮する必要があります。 バクテリアセルロース繊維直径が小さく表面積が大きいため、強い負電荷を帯びています。この特性によりアルキルケテンダイマーの吸収性は高くなりますが、その多くは白水中に失われ、サイズ効果が低下します。バガスパルプを使用すると、広葉樹パルプや針葉樹パルプに比べてサイズ効果が低いことに気付くかもしれません。バガスは繊維が短く、微粉が多く、灰分が多いため、化学添加剤との相性が悪くなります。これらの問題に対処するには、カチオンデンプンや カチオン性ポリアクリルアミドこれらの剤を組み合わせると、表面電荷を反転させ、凝集を促進し、アルキルケテンダイマーの保持力を大幅に向上させます。ポリアミドアミン-エピクロロヒドリンやキトサンなどのサイズ剤も、電荷を中和し化学結合を形成することで、さらに保持力を向上させます。

保持と配布

アルキルケテンダイマーが繊維表面に均一に保持・分布することで、最適なサイズ化が達成されます。この薬剤がセルロース上に広がるのは瞬時ではありません。 AKD単層はゆっくりと移動する 繊維表面全体に浸透し、この段階的なプロセスが疎水性の発達の速さと均一性に影響します。蒸気相移動も役割を果たし、サイズ剤の蓄積と消失の両方に影響します。 超臨界二酸化炭素AKDを紙マトリックス内に均一に分散させることができます。この方法により浸透性が向上し、高い耐水性を維持しながら必要な薬剤の量を減らすことができます。

ヒント： サイジング性能を最大化し、無駄を最小限に抑えるために、均一な化学物質の分散と効果的な保持戦略に重点を置きます。

pHとアルカリ度

アルキルケテンダイマーとセルロースの反応を最適化するには、システムのpHを制御する必要があります。この化学物質はアルカリ性環境で最もよく反応し、特に pH 8〜8.6この範囲では、紙に耐水性を与える疎水結合の形成が促進されます。しかし、pHが高すぎると加水分解が目的の反応と競合し、効率が低下する可能性があります。適切なpHバランスを維持することで、サイズ工程を最大限に活用し、耐久性と品質に優れた紙を製造することができます。

充填剤と添加剤

炭酸カルシウムの相互作用

炭酸カルシウムを使用することで紙の填料含有量を増やすことができ、白色度が向上し、生産コストを削減できます。炭酸カルシウムを添加する場合は、サイズ剤との相互作用を考慮する必要があります。填料は より大きな細孔容積苛性炭酸カルシウムなどの物質は、より多くの物質を吸収する傾向がある。 サイズ剤この吸収により、セルロース繊維と反応できるサイズ剤の量が減少し、耐水性が低下する可能性があります。細孔容積の小さい填料は、サイズ剤を繊維表面に効果的に保持し、疎水性を高めます。

炭酸カルシウムとサイズ剤を加える順序も重要です。通常は、 サイズ剤の前に炭酸カルシウムを加えるこの順序により、サイズ剤は填料と繊維懸濁液の両方と相互作用することができます。しかし、炭酸カルシウムはサイズ剤の加水分解を促進し、サイズ効果の低下やサイズ戻りを引き起こす可能性があります。填料の粒度分布と表面積を監視する必要があります。研究によると、粒子径が最適化され表面積が小さい填料はサイズ剤の吸収量が少なく、耐水性が向上することが示されています。例えば、 24%の充填剤充填量 改質石灰スラッジは、充填剤によるサイズ剤の吸収が減少したため、疎水性が向上しました。

ヒント： 強力な耐水性を維持するために、有効なサイズ剤含有量を維持してください。 2％以下レベルが高いと材料が脆くなり、構造の完全性が損なわれる可能性があります。

その他の添加剤

カチオンデンプンなどの添加剤をよく使用します。 保持補助具紙の特性を向上させるために、凝集剤、糊料、糊料などが添加されます。これらの添加剤は、サイズ剤の繊維への分散性と保持性に影響を与えます。カチオンデンプンはサイズ剤の安定化を助け、セルロースへの保持を促進します。ポリアクリルアミドなどの保持促進剤は、填料やサイズ剤の繊維への付着性を高め、白水への損失を低減します。

しかし、添加剤の中には、繊維とサイズ剤の吸着を競合するものがあります。填料と繊維はどちらも負電荷を帯びているため、吸着を巡って競合します。填料の表面積が大きい場合、サイズ剤をより多く吸着し、繊維に吸着されるサイズ剤の量が少なくなる可能性があります。サイズ剤の効率を最適化するには、添加剤の種類と量のバランスをとる必要があります。添加順序とプロセス中の滞留時間を調整することで、さらに効果を高めることができます。

• サイズに影響を与える一般的な添加剤:
  • カチオンデンプン：保持力と分布を改善
  • ポリアクリルアミド：凝集と保持を強化
  • キトサン：化学結合と保持力を高める

充填剤と添加剤を慎重に選択して管理することで、優れた耐水性と紙質を維持しながら、高い充填剤含有量を実現できます。

ベストプラクティス

プロセスの最適化

実績のある添加戦略とプロセス管理に従うことで、耐水性と紙質を最大限に高めることができます。推奨される方法は、約 0.2% AKD コーティング剤にAKDを添加することで、紙の完全性を損なうことなく、疎水性と引張強度を大幅に向上させることができます。以下の表は、AKDの添加量の違いによる影響をまとめたものです。

あなたがすべき 保持を最適化する カチオン澱粉やポリアクリルアミドなどの適切な歩留向上剤を選択することが重要です。AKDと充填剤の添加時期を適切に管理することで、早期分解を防ぎ、均一な分散を確保します。安定したサイズ反応を促進するため、システムのpHを8～8.6に維持します。適切な硬化を促進し、耐水性を最大限に高めるために、乾燥条件を調整します。分散性に優れたサイズ剤配合と繊維原料との十分な混合も、安定した結果を得るのに役立ちます。

ヒント： 最小限の使用 消泡剤 内部サイジングの干渉を避けるため表面活性が低い。

トラブルシューティング

あなたは遭遇するかもしれません サイズ設定の失敗 アルカリ製紙中に発生します。一般的な原因としては、AKDの加水分解、繊維への定着不良、沈降炭酸カルシウムなどの充填剤による阻害などが挙げられます。また、不適切な化学配列や不完全なエステル結合形成も疎水性の低下につながる可能性があります。これらの問題を解決するには、以下の手順に従ってください。

1. 保持補助剤を最適化して、AKD の繊維への付着を改善します。
2. より適切に分散させるために、化学物質を追加するタイミングと順序を調整します。
3. AKD の安定性を維持するためにシステム pH を監視および制御します。
4. 乾燥条件を微調整して、硬化およびサイジングのパフォーマンスを向上させます。
5. サイズ剤が繊維原料と均一に混合されていることを確認します。
6. フィラーの影響を評価し、必要に応じて添加タイミングを変更します。
7. 内部のサイズを乱さない消泡剤を選択してください。

適切な乾燥と微粒子および充填剤の保持を維持することで、サイズ剤の損失を防ぐことができます。 過剰なAKD投与濃度が高いと機械特性が低下する可能性があるため、注意が必要です。一貫したプロセス管理と化学反応の慎重な管理により、耐久性と耐水性に優れた紙を実現できます。

内部サイズ剤の独自の化学特性とプロセス管理を習得することで、効率的で高品質なアルカリ製紙を実現できます。パルプの種類、歩留まり、硬化、環境条件といった重要な要素が、耐水性と耐久性を左右します。

• 高度な熟成促進剤やエマルジョン安定性の向上などの継続的な最適化により、一貫した結果が保証され、持続可能性がサポートされます。
• 研究によれば、 光、酸素、温度 長期的な疎水性に影響を与える可能性があるため、プロセス変数を注意深く監視する必要があります。

製造するすべてのシートにおいて、耐水性、リサイクル性、環境への責任のバランスをとるために、アプローチを改良し続けてください。

FAQ

アルカリ製紙においてアルキルケテンダイマーを使用する主な利点は何ですか?

あなたが得る 強い耐水性 炭酸カルシウムフィラーの使用も可能です。この組み合わせにより、紙の白色度、耐久性、そして持続可能性が向上します。AKDサイジングは、効率的な生産と高品質な仕上がりをサポートします。

セルロース繊維上の AKD 保持を最適化するにはどうすればよいでしょうか?

歩留まり向上剤として、カチオンデンプンまたはポリアクリルアミドを使用してください。これらの添加剤はAKDを繊維に付着させ、白水中での損失を軽減するのに役立ちます。適切な混合とpH管理も歩留まりを向上させます。

リサイクルパルプにAKDを使用できますか?

はい、AKDはリサイクルパルプでも使用できます。ただし、定着剤の調整や填料含有量の監視が必要になる場合があります。リサイクル繊維の場合、安定した耐水性を実現するために、追加の工程管理が必要となる場合があります。

AKD を過剰摂取するとどのような問題が発生する可能性がありますか?

注意： AKD含有量が多すぎると、紙が脆くなり、機械強度が低下する可能性があります。最良の結果を得るには、AKD含有量を2%未満に抑えてください。また、過剰に添加すると、サイズ剤の損失や耐水性の不均一化を引き起こす可能性があります。