1. Inleiding
Droogsterktemiddelen behoren tot de meest gebruikte functionele additieven in het papierproductieproces. Deze additieven versterken de waterstofbinding tussen cellulosevezels, waardoor de algehele sterkte van het papier verbetert. Door het toenemende gebruik van gerecyclede pulp – waarvan de kwaliteit vaak lager is – en de toenemende mate van waterrecycling, hogere machinesnelheden en meer uiteenlopende eisen aan het eindgebruik van papier en karton, zijn verschillende soorten sterktemiddelen, zoals droogsterktemiddelen, GPAM en kationisch zetmeel, essentieel geworden om aan de vereiste sterkte-eisen te voldoen.
De belangrijkste factoren die de sterkte van papier beïnvloeden, zijn:
- De intrinsieke sterkte van individuele vezels,
- De bindingssterkte tussen vezels,
- Wrijvingssterkte door verstrengeling van vezels.
Droogsterktemiddelen hechten zich aan de vezels, waardoor de kans op waterstofbruggen tijdens de vorming en het drogen van het vel groter wordt en het contactoppervlak tussen de vezels groter wordt. Dit zorgt voor een sterker papier.
2. Veel voorkomende soorten: zetmeel en PAM
Veelgebruikte droogsterktemiddelen zijn zetmeel (voornamelijk kationisch zetmeel, maar ook anionisch, amfoteer, geëntcopolymeriseerd en niet-ionisch) en polyacrylamide (PAM). Op basis van ionische eigenschappen kan PAM worden ingedeeld in:
- Anionische PAM
- Kationische PAM
- Amfotere PAM
Amfotere PAM kan verder worden onderverdeeld in:
- Mannich-type PAM
- Hofmann-type PAM
- Copolymeer-type PAM
Verschillen in moleculair gewicht, structuur, ionengroepinhoud en -verdeling leiden tot verschillende toepassingsscenario's.
3. Vergelijkende analyse: PAM versus zetmeel
Zetmeel is een natuurlijk polymeer afkomstig van bronnen zoals cassave, maïs en aardappel. Het moet vóór gebruik chemisch gemodificeerd worden – geoxideerd of ionisch gesubstitueerd. Gewoon kationisch zetmeel zorgt slechts voor een matige sterkteverbetering en vereist gelatinering vóór gebruik. Sterk gesubstitueerde zetmelen zijn effectiever in het verhogen van de sterkte, maar zetmeel kan bijdragen aan hoge COD/BOD-waarden, waardoor de kosten voor afvalwaterzuivering stijgen en er bederf door microbiële groei ontstaat. Desondanks is zetmeel kosteneffectiever dan PAM.
PAM biedt een breder toepassingsbereik. PAM's van het amfotere copolymeertype zijn bijzonder veelzijdig en maken aanpasbare moleculaire structuren en prestatiestabiliteit onder verschillende papierproductieomstandigheden mogelijk. Naast het verbeteren van de papiersterkte, biedt PAM ook:
- Verbetert de drainage in het draadgedeelte,
- Verhoogt de retentie van fijne deeltjes en vulstoffen,
- Verbetert de reinheid en loopbaarheid van de perssectie,
- Vermindert het stoomverbruik in het drooggedeelte.
4. Ontwerp van amfotere copolymeer-PAM
Het ontwerp van amfoteer copolymeer PAM Er moet rekening worden gehouden met de specifieke kenmerken van elk papierproductiesysteem. Belangrijke parameters zijn onder meer:
- Hoeveelheid en type ionische monomeren (bijv. itaconzuur, acrylzuur voor anionische; DMDAAC, AETAC, METAC voor kationisch),
- Verdeling van ionische functionele groepen (lineaire vs. netwerkstructuren).
Een goed ontworpen PAM-formulering kan de sterkte van het papier effectief verbeteren met op maat gemaakte prestaties.
5. Gebruiksoverwegingen
Amfotere PAM moet vóór gebruik gelijkmatig worden verdund met industrieel of kraanwater. De volgorde waarin andere chemicaliën (bijv. aluin, gemodificeerd zetmeel, lijmstoffen, retentiemiddelen) worden toegevoegd, kan de uiteindelijke papiersterkte beïnvloeden en moet zorgvuldig worden geoptimaliseerd.
Vanwege de hoge viscositeit moet PAM worden toegepast met behulp van een continu verdunningssysteem. De oorspronkelijke oplossing is tot zes maanden stabiel bij kamertemperatuur, maar na verdunning is het gevoelig voor pH-veranderingen en langdurige opslag, wat de werking kan verminderen.
Belangrijke richtlijnen voor het hanteren:
- Vermijd het mengen van PAM met andere chemicaliën in geconcentreerde vorm,
- Gebruik apparatuur van roestvrij staal, PVC of FRP (vezelversterkt plastic) - vermijd koolstofstaal,
- Voor een optimaal resultaat zijn een juiste verdunning en gecontroleerde toevoeging essentieel.
