перейти к содержанию 
1. Синтез АКД
1.1 Приготовление хлорангидрида
Сырье для АКД промышленного класса (алкилкетеновый димер), широко используемый в производстве бумаги, обычно представляет собой смесь насыщенных жирных кислот. Хлорангидрид образуется при взаимодействии этих жирных кислот с тионилхлоридом, как показано в следующей реакции:
Поскольку разделение отдельных органических кислот крайне сложно (один источник натурального жира может содержать не менее пяти различных кислот, а иногда и до двенадцати), сырье для производства бумаги обычно представляет собой смесь гомологов стеариновой кислоты (C₁₈H₃₆O₂). Воски, обычно обозначаемые как «1840» и «1865», содержат 40% и 65% стеариновой кислоты соответственно.
1.2 Образование промежуточного кетена
Хлорангидрид реагирует с триэтиламином, удаляя хлористый водород и образуя нестабильное промежуточное соединение кетена:
1.3 Димеризация через образование внутримолекулярного лактона
Нестабильный кетен подвергается межмолекулярной конденсации с образованием лактонного кольца, в результате чего образуется конечная молекула AKD — отсюда и название «димер алкилкетена»:
Молекулярную структуру AKD можно также выразить как:
2. Эмульгирование АКД
2.1 Приготовление эмульгатора
Эмульсии АКД обычно стабилизируются катионным крахмалом и полимерными эмульгаторами. Катионный крахмал получают путём реакции тапиокового крахмала с этерифицирующими агентами:
Распространенным полимерным эмульгатором является ПолиДАДМАХ (поли(диаллилдиметиламмоний хлорид)):
2.2 Процесс эмульгирования АКД
Эмульгирование АКД — это процесс физического диспергирования, при котором гидрофобный воск диспергируется в воде с образованием стабильной эмульсии.
Ключевые шаги включают в себя:
-
Нагревание для расплавления воска АКД
-
Добавление эмульгаторов
-
Применение высокосдвигового смешивания и гомогенизации
-
Охлаждение эмульсии
-
Добавление сульфата алюминия, стабилизаторов и других добавок
В результате получается положительно заряженная эмульсия АКД.
3. Размеры АКД
3.1 Механизм калибровки
Гидрофобность проклеенной бумаги обусловлена химической реакцией между АКД и целлюлозой. Молекулы АКД состоят из гидрофобной алкильной цепи и гидрофильного лактонного кольца. Волокна целлюлозы обладают естественной гидрофильностью благодаря наличию многочисленных –ОН-групп. При реакции АКД с этими группами гидрофобные цепи закрепляются на поверхности, что делает бумагу водостойкой:
Реакция фиксирует один конец молекулы АКД на волокне, в то время как алкильная цепь направлена наружу, образуя гидрофобную поверхность.
3.2 Процесс калибровки
Определение размера АКД включает три основных этапа:
-
Адсорбция: частицы АКД адсорбируются на поверхности волокон, аналогично удержанию наполнителя. Это происходит в зоне формования.
-
Плавление и диффузия: Во время сушки АКД плавится (выше точки плавления) и диффундирует в волокна.
-
Химическая реакция: АКД реагирует с группами –ОН целлюлозы, образуя ковалентные эфирные связи. Эта медленная реакция играет ключевую роль в эффективной внутренней проклейке.
4. Ключевые факторы применения
4.1 Контроль pH и щелочности
Реакция проклейки зависит от лактонного кольца в АКД. Оно раскрывается в нейтральных или щелочных условиях, реагируя с ОН-группами волокон с образованием сложных эфиров. Однако избыточный pH ускоряет гидролиз, снижая эффективность проклейки.
-
Оптимальный pH для реакции: 6.0–8.0
-
Рекомендуемый pH системы: 7.5–8.5
-
pH хранения эмульсии АКД: 2.5–3.5
Если pH превышает 8, усиливается гидролиз. pH ниже 6 затрудняет реакцию проклейки, но способствует стабильности при хранении.
Рекомендуемая щелочность (в качестве буферной емкости): 50–200 ppm
Это помогает поддерживать стабильный уровень pH при добавлении в систему кислой эмульсии АКД.
4.2 Контроль температуры
Температура влияет как на стабильность эмульсии АКД, так и на эффективность реакции:
-
Эмульсии АКД представляют собой термодинамически нестабильные суспензии.
-
Высокая температура увеличивает риск столкновения и агрегации частиц.
-
Электростатическое отталкивание катионных частиц помогает поддерживать стабильность эмульсии.
При повышенных температурах частицы АКД могут покрываться коркой или осаждаться, но это не обязательно связано с гидролизом. Поскольку гидролиз экзотермический, более высокие температуры могут фактически сместить равновесие в сторону образования эфира.
Рекомендуемые значения:
-
Температура хранения: 5–30°С
-
Температура системы: 45–50°C
-
Температура плавления АКД: ~45–55°C
-
Температура в секции сушилки: ≥60°C (для полной реакции и диффузии)
Чтобы максимизировать удержание и производительность:
-
Добавляйте АКД около напорного ящика, чтобы избежать преждевременного плавления.
-
Обеспечьте достаточную температуру сушки и время выдержки.
5. Заключение
Эффективная проклейка методом АКД в нейтральных системах требует строгого контроля pH, щёлочности и температуры на протяжении всего процесса. Контроль этих параметров обеспечивает эффективную проклейку и высокое качество бумаги. Сохраняются проблемы в области применения и разработки рецептур, требующие постоянного сотрудничества и инноваций в отрасли.
