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1. AKDの合成
1.1 酸塩化物の調製
原材料は 工業用AKD（アルキルケテンダイマー）製紙で一般的に使用される塩化物は、典型的には飽和脂肪酸の混合物です。酸塩化物は、これらの脂肪酸と塩化チオニルを反応させることで生成されます。反応式は以下のとおりです。
個々の有機酸を分離することは非常に困難です。天然の油脂源1840つに少なくとも1865種類、時には40種類もの異なる酸が含まれていることがあるためです。そのため、製紙原料は通常、ステアリン酸（C₁₈H₃₆O₂）同族体の混合物です。一般的に「65」ワックスと「XNUMX」ワックスと呼ばれるものは、ステアリン酸含有量がそれぞれXNUMX%とXNUMX%であることを示しています。
1.2 ケテン中間体の形成
酸塩化物はトリエチルアミンと反応して塩化水素を除去し、不安定なケテン中間体を形成します。
1.3 分子内ラクトン形成による二量化
不安定なケテンは分子間縮合を起こしてラクトン環を形成し、最終的にAKD分子が生成されます。これが「アルキルケテンダイマー」と呼ばれる理由です。
AKD の分子構造は次のように表すこともできます。
2. AKDの乳化
2.1 乳化剤の調製
AKDエマルジョンは通常、カチオン性デンプンと高分子乳化剤によって安定化されます。カチオン性デンプンは、タピオカデンプンとエーテル化剤を反応させることで生成されます。
一般的なポリマー乳化剤は ポリDADMAC（ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド））:
2.2 AKD乳化プロセス
AKD の乳化は物理的な分散プロセスであり、疎水性ワックスが水中に分散されて安定した乳化液が形成されます。
主な手順は次のとおりです。
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AKDワックスを溶かすための加熱
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乳化剤の添加
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高せん断混合と均質化の適用
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エマルジョンの冷却
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硫酸アルミニウム、安定剤、その他の添加剤を加える
その結果、正に帯電したAKDエマルジョンが得られる。
3. AKDのサイズ
3.1 サイズ決定メカニズム
サイズ処理された紙の疎水性は、AKDとセルロースの化学反応によって生じます。AKD分子は、疎水性のアルキル鎖と親水性のラクトン環で構成されています。セルロース繊維は、多数の-OH基を有するため、本来親水性です。AKDがこれらの基と反応すると、疎水性鎖が表面に固定され、紙に耐水性を与えます。
この反応により、AKD分子の一端が繊維に固定され、アルキル鎖が外側を向くことで疎水性表面が形成される。
3.2 サイジングプロセス
AKD のサイズ設定には主に 3 つの段階があります。
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吸着：AKD粒子は、充填剤の保持と同様に繊維表面に吸着します。これは成形部で発生します。
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溶融と拡散: 乾燥中、AKD は（融点以上で）溶融し、繊維に拡散します。
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化学反応：AKDはセルロースの-OH基と反応し、共有結合性エステル結合を形成します。このゆっくりとした反応が、効果的な内部サイズ剤の鍵となります。
4. 主なアプリケーション要因
4.1 pHとアルカリ度の制御
サイズ反応はAKDのラクトン環に依存します。ラクトン環は中性からアルカリ性の条件下で開環し、繊維の-OH基と反応してエステルを形成します。しかし、pHが高すぎると加水分解が促進され、サイズ効果が低下します。
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反応の最適pH：6.0～8.0
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推奨システムpH: 7.5～8.5
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AKDエマルジョンの保存pH：2.5～3.5
pHが8を超えると加水分解が増加します。pHが6未満の場合はサイズ反応が妨げられますが、保存安定性が向上します。
推奨アルカリ度（緩衝能として）：50～200 ppm
これにより、酸性 AKD エマルジョンをシステムに添加したときに安定した pH を維持するのに役立ちます。
4.2温度制御
温度は AKD エマルジョンの安定性と反応効率の両方に影響します。
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AKD エマルジョンは熱力学的に不安定な懸濁液です。
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高温になると粒子の衝突や凝集のリスクが高まります。
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カチオン粒子からの静電反発により、エマルジョンの安定性が維持されます。
高温下ではAKD粒子に皮膜が生じたり沈殿したりすることがありますが、これは必ずしも加水分解によるものではありません。加水分解は発熱反応であるため、高温下では平衡状態がエステル形成側にシフトする可能性があります。
推奨値:
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保管温度: 5～30℃
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システム温度: 45～50℃
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AKD融点: 約45～55℃
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乾燥部温度: ≥60°C (完全な反応と拡散のため)
保持とパフォーマンスを最大化するには:
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早期溶解を避けるために、ヘッドボックスの近くに AKD を追加します。
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十分な乾燥温度と保持時間を確保してください。
5. 結論
中性系における効果的なAKDサイズ剤の塗布には、プロセス全体を通してpH、アルカリ度、温度を厳密に管理する必要があります。これらのパラメータを適切に制御することで、効率的なサイズ剤塗布と高品質な紙を実現できます。塗布と配合には依然として課題が残っており、業界との継続的な連携と革新が求められています。
