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1. Síntese de AKD
1.1 Preparação de Cloreto de Ácido
A matéria-prima para AKD (dímero de alquil ceteno) de grau industrial, comumente usado na fabricação de papel, é tipicamente uma mistura de ácidos graxos saturados. O cloreto ácido é produzido pela reação desses ácidos graxos com cloreto de tionila, como mostrado na reação a seguir:
Como a separação de ácidos orgânicos individuais é extremamente difícil — uma única fonte de gordura natural pode conter pelo menos cinco ácidos diferentes, e às vezes até doze — a matéria-prima usada na fabricação de papel é geralmente uma mistura de homólogos de ácido esteárico (C₁₈H₃₆O₂). As ceras comumente chamadas de "1840" e "1865" indicam teores de ácido esteárico de 40% e 65%, respectivamente.
1.2 Formação do Intermediário de Ceteno
O cloreto de ácido reage com a trietilamina, removendo o cloreto de hidrogênio e formando um intermediário ceteno instável:
1.3 Dimerização via formação de lactona intramolecular
O ceteno instável sofre condensação intermolecular para formar um anel de lactona, resultando na molécula AKD final — daí o nome “dímero de alquil ceteno”:
A estrutura molecular da AKD também pode ser expressa como:
2. Emulsificação de AKD
2.1 Preparação do Emulsificante
As emulsões de AKD são normalmente estabilizadas com amido catiônico e emulsificantes poliméricos. O amido catiônico é produzido pela reação do amido de tapioca com agentes eterificantes:
Um emulsificante de polímero comum é PoliDADMAC (cloreto de poli(dialildimetilamônio)):
2.2 Processo de Emulsificação AKD
A emulsificação do AKD é um processo de dispersão física, onde a cera hidrofóbica é dispersa em água para formar uma emulsão estável.
As principais etapas incluem:
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Aquecimento para derreter cera AKD
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Adicionando emulsificantes
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Aplicação de mistura e homogeneização de alto cisalhamento
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Resfriando a emulsão
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Adição de sulfato de alumínio, estabilizantes e outros aditivos
O resultado é uma emulsão AKD carregada positivamente
3. Dimensionamento AKD
3.1 Mecanismo de dimensionamento
A hidrofobicidade do papel colado advém da reação química entre o AKD e a celulose. As moléculas de AKD consistem em uma cadeia alquílica hidrofóbica e um anel lactônico hidrofílico. As fibras de celulose são naturalmente hidrofílicas devido a numerosos grupos –OH. Quando o AKD reage com esses grupos, cadeias hidrofóbicas são ancoradas à superfície, tornando o papel resistente à água:
A reação fixa uma extremidade da molécula de AKD na fibra enquanto a cadeia alquílica aponta para fora, formando uma superfície hidrofóbica
3.2 Processo de dimensionamento
O dimensionamento do AKD envolve três etapas principais:
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Adsorção: partículas de AKD adsorvem nas superfícies das fibras, semelhante à retenção de enchimento. Isso ocorre na seção de conformação.
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Fusão e difusão: durante a secagem, o AKD derrete (acima do seu ponto de fusão) e se difunde nas fibras.
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Reação Química: O AKD reage com grupos –OH na celulose, formando ligações éster covalentes. Essa reação lenta é fundamental para uma colagem interna eficaz.
4. Principais fatores de aplicação
4.1 Controle de pH e Alcalinidade
A reação de colagem depende do anel lactônico no AKD. Ele se abre em condições neutras a alcalinas, reagindo com os grupos –OH da fibra para formar ésteres. No entanto, o pH excessivo acelera a hidrólise, reduzindo a eficiência da colagem.
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pH ideal para reação: 6.0–8.0
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pH do sistema recomendado: 7.5–8.5
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pH de armazenamento para emulsão AKD: 2.5–3.5
Quando o pH excede 8, a hidrólise aumenta. pH abaixo de 6 dificulta a reação de dimensionamento, mas ajuda na estabilidade do armazenamento.
Alcalinidade recomendada (como capacidade tampão): 50–200 ppm
Isso ajuda a manter o pH estável quando a emulsão ácida de AKD é adicionada ao sistema.
4.2 Controle de temperatura
A temperatura influencia tanto a estabilidade da emulsão AKD quanto a eficiência da reação:
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As emulsões AKD são suspensões termodinamicamente instáveis.
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Altas temperaturas aumentam o risco de colisão e agregação de partículas.
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A repulsão eletrostática de partículas catiônicas ajuda a manter a estabilidade da emulsão.
Em temperaturas elevadas, as partículas de AKD podem formar uma película ou sedimentar, mas isso não se deve necessariamente à hidrólise. Como a hidrólise é exotérmica, temperaturas mais altas podem, na verdade, deslocar o equilíbrio em direção à formação de ésteres.
Valores recomendados:
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Temperatura de armazenamento: 5–30°C
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Temperatura do sistema: 45–50°C
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Ponto de fusão do AKD: ~45–55°C
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Temperatura da seção de secagem: ≥60°C (para reação e difusão completas)
Para maximizar a retenção e o desempenho:
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Adicione AKD perto da caixa de entrada para evitar derretimento prematuro.
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Garanta temperatura de secagem e tempo de retenção suficientes.
5. Conclusão
A colagem eficaz de AKD em sistemas neutros exige um controle rigoroso de pH, alcalinidade e temperatura durante todo o processo. O domínio desses parâmetros garante uma colagem eficiente e papel de alta qualidade. Ainda existem desafios na aplicação e formulação, exigindo colaboração e inovação contínuas da indústria.
