Meteen naar de inhoud 
1. Synthese van AKD
1.1 Bereiding van zuurchloride
De grondstof voor industriële kwaliteit AKD (alkylketeendimeer), dat vaak wordt gebruikt in de papierproductie, is doorgaans een mengsel van verzadigde vetzuren. Zuurchloride wordt geproduceerd door deze vetzuren te laten reageren met thionylchloride, zoals blijkt uit de volgende reactie:
Omdat het scheiden van individuele organische zuren extreem moeilijk is – één natuurlijke vetbron kan minstens vijf verschillende zuren bevatten, en soms wel twaalf – is de grondstof die bij de papierproductie wordt gebruikt meestal een mengsel van homologen van stearinezuur (C₁₈H₃₆O₂). De algemeen bekende "1840" en "1865" wassen hebben een stearinezuurgehalte van respectievelijk 40% en 65%.
1.2 Vorming van keteen-intermediair
Zuurchloride reageert met triethylamine, waarbij waterstofchloride wordt verwijderd en een onstabiel keteen-intermediair wordt gevormd:
1.3 Dimerisatie via intramoleculaire lactonvorming
Het onstabiele keteen ondergaat intermoleculaire condensatie om een lactonring te vormen, wat resulteert in het uiteindelijke AKD-molecuul - vandaar de naam "alkylketeendimeer":
De moleculaire structuur van AKD kan ook als volgt worden uitgedrukt:
2. Emulgeren van AKD
2.1 Bereiding van de emulgator
AKD-emulsies worden doorgaans gestabiliseerd met kationisch zetmeel en polymere emulgatoren. Kationisch zetmeel wordt geproduceerd door tapiocazetmeel te laten reageren met veretherende middelen:
Een veelgebruikte polymeeremulgator is PolyDADMAC (poly(diallyldimethylammoniumchloride)):
2.2 AKD-emulsificatieproces
Het emulgeren van AKD is een fysisch dispersieproces, waarbij hydrofobe was in water wordt gedispergeerd om een stabiele emulsie te vormen.
De belangrijkste stappen zijn onder meer:
-
Verwarmen om AKD-was te smelten
-
Emulgatoren toevoegen
-
Toepassing van high-shear-menging en homogenisatie
-
Het afkoelen van de emulsie
-
Toevoeging van aluminiumsulfaat, stabilisatoren en andere additieven
Het resultaat is een positief geladen AKD-emulsie
3. AKD-maatvoering
3.1 Maatmechanisme
De hydrofobiciteit van gelijmd papier komt voort uit de chemische reactie tussen AKD en cellulose. AKD-moleculen bestaan uit een hydrofobe alkylketen en een hydrofiele lactonring. Cellulosevezels zijn van nature hydrofiel dankzij talrijke –OH-groepen. Wanneer AKD met deze groepen reageert, worden hydrofobe ketens aan het oppervlak verankerd, waardoor het papier waterbestendig wordt:
De reactie fixeert één uiteinde van het AKD-molecuul aan de vezel, terwijl de alkylketen naar buiten wijst, waardoor een hydrofoob oppervlak ontstaat
3.2 Maatvoeringsproces
Het bepalen van de AKD-maatvoering bestaat uit drie hoofdstadia:
-
Adsorptie: AKD-deeltjes adsorberen aan vezeloppervlakken, vergelijkbaar met vulstofretentie. Dit gebeurt in het vormgedeelte.
-
Smelten en diffusie: Tijdens het drogen smelt AKD (boven het smeltpunt) en diffundeert het in de vezels.
-
Chemische reactie: AKD reageert met –OH-groepen op cellulose en vormt covalente esterbindingen. Deze langzame reactie is essentieel voor effectieve interne sizing.
4. Belangrijkste toepassingsfactoren
4.1 pH- en alkaliteitscontrole
De lijmreactie is afhankelijk van de lactonring in AKD. Deze opent zich onder neutrale tot alkalische omstandigheden en reageert met vezel-OH-groepen om esters te vormen. Een te hoge pH versnelt echter de hydrolyse, waardoor de lijmefficiëntie afneemt.
-
Optimale pH voor reactie: 6.0–8.0
-
Aanbevolen systeem pH: 7.5–8.5
-
Opslag-pH voor AKD-emulsie: 2.5–3.5
Wanneer de pH-waarde hoger is dan 8, neemt de hydrolyse toe. Een pH-waarde lager dan 6 belemmert de lijmreactie, maar bevordert de stabiliteit tijdens opslag.
Aanbevolen alkaliteit (als buffercapaciteit): 50–200 ppm
Dit helpt om een stabiele pH te behouden wanneer zure AKD-emulsie aan het systeem wordt toegevoegd.
4.2 Temperatuurregeling
Temperatuur beïnvloedt zowel de stabiliteit van de AKD-emulsie als de reactie-efficiëntie:
-
AKD-emulsies zijn thermodynamisch instabiele suspensies.
-
Hoge temperaturen vergroten het risico op botsingen en aggregatie van deeltjes.
-
Elektrostatische afstoting van kationische deeltjes zorgt ervoor dat de emulsie stabiel blijft.
Bij verhoogde temperaturen kunnen AKD-deeltjes gaan schilferen of bezinken, maar dit is niet noodzakelijkerwijs het gevolg van hydrolyse. Omdat de hydrolyse exotherm is, kunnen hogere temperaturen het evenwicht juist verschuiven richting estervorming.
Aanbevolen waarden:
-
Bewaartemperatuur: 5–30°C
-
Systeemtemperatuur: 45–50°C
-
AKD-smeltpunt: ~45–55°C
-
Temperatuur van de drogersectie: ≥60°C (voor volledige reactie en diffusie)
Om retentie en prestaties te maximaliseren:
-
Voeg AKD toe in de buurt van de headbox om voortijdig smelten te voorkomen.
-
Zorg voor een voldoende droogtemperatuur en verblijftijd.
5. Conclusie
Effectieve AKD-lijming in neutrale systemen vereist een strikte controle van pH, alkaliteit en temperatuur gedurende het hele proces. Beheersing van deze parameters garandeert efficiënte lijming en papier van hoge kwaliteit. Er blijven uitdagingen bestaan op het gebied van toepassing en formulering, wat voortdurende samenwerking en innovatie binnen de industrie vereist.
