En tant que fournisseur d’émulsifiant polymère AKD, je suis souvent interrogé sur ses propriétés chimiques. L'AKD, ou dimère d'alkylcétène, est un agent d'encollage largement utilisé dans l'industrie papetière, et sa forme émulsifiante polymère offre des avantages uniques. Dans ce blog, j'examinerai les propriétés chimiques de l'émulsifiant polymère AKD, expliquant pourquoi il constitue un choix privilégié pour de nombreuses applications de fabrication du papier.
Structure et composition moléculaire
Le noyau de l'AKD est une structure cyclique à quatre chaînons, en particulier un cycle β-lactone. Cet anneau est la clé de sa réactivité. Les chaînes alkyle attachées au cycle β-lactone peuvent varier en longueur, allant généralement de C14 à C18. Ces groupes alkyles sont responsables de la nature hydrophobe de l'AKD. Lorsque l'AKD est formulé dans un émulsifiant polymère, il est dispersé dans un milieu aqueux à l'aide d'agents émulsifiants.
Le composant polymère de l’émulsifiant polymère AKD est généralement un polymère synthétique qui agit comme agent stabilisant. Il aide à maintenir les gouttelettes d’AKD uniformément dispersées dans la phase aqueuse, empêchant ainsi la coalescence et la sédimentation. Le choix du polymère peut affecter de manière significative la stabilité et les performances de l'émulsifiant. Les polymères couramment utilisés comprennent l'alcool polyvinylique (PVA), le polyéthylène glycol (PEG) et divers copolymères.
Réactivité
L'une des propriétés chimiques les plus importantes de l'émulsifiant polymère AKD est sa réactivité avec la cellulose. Lorsque l'émulsifiant polymère AKD est ajouté à la pâte à papier, le cycle β-lactone de la molécule AKD réagit avec les groupes hydroxyle (-OH) des fibres de cellulose. Cette réaction forme une liaison covalente entre l’AKD et la cellulose, étape clé du processus d’encollage.
Le mécanisme réactionnel implique l’ouverture du cycle β-lactone, suivie d’une réaction d’acylation avec les groupes hydroxyle de la cellulose. Il en résulte la formation d'une couche hydrophobe à la surface des fibres de cellulose. La couche hydrophobe réduit la pénétration de l'eau et d'autres liquides polaires dans le papier, améliorant ainsi la résistance à l'eau, l'imprimabilité et la stabilité dimensionnelle du papier.
La réactivité de l'AKD est influencée par plusieurs facteurs, notamment le pH, la température et la présence d'autres produits chimiques dans la pâte. La réaction est généralement favorisée dans des conditions alcalines, avec une plage de pH optimale de 7,5 à 9,5. Des températures plus élevées peuvent également accélérer la vitesse de réaction, mais une chaleur excessive peut provoquer la décomposition de l'AKD ou du polymère présent dans l'émulsifiant.
Stabilité
La stabilité de l’émulsifiant polymère AKD est cruciale pour son utilisation efficace dans la fabrication du papier. Un émulsifiant stable garantit que les gouttelettes d'AKD restent uniformément dispersées dans la phase aqueuse pendant le stockage, le transport et l'application. Il existe deux principaux types de stabilité à considérer : la stabilité physique et la stabilité chimique.
Stabilité physique: La stabilité physique fait référence à la résistance de l'émulsifiant à la séparation de phases, au crémage et à la sédimentation. Le polymère contenu dans l'émulsifiant polymère AKD joue un rôle essentiel dans le maintien de la stabilité physique. Il forme une couche protectrice autour des gouttelettes d’AKD, les empêchant d’entrer en contact et de fusionner. La viscosité de la phase continue affecte également la stabilité physique. Une viscosité plus élevée peut ralentir le mouvement des gouttelettes, réduisant ainsi le risque d'agrégation.
Stabilité chimique: La stabilité chimique est liée à la résistance de l'AKD et du polymère présent dans l'émulsifiant à la dégradation chimique. L'AKD est sensible à l'hydrolyse, en particulier dans des conditions acides ou à haute température. L'hydrolyse du cycle β-lactone peut conduire à la formation d'acides gras et de cétones, ce qui réduit l'efficacité de dimensionnement de l'AKD. Le polymère contenu dans l'émulsifiant doit également être chimiquement stable pour conserver ses fonctions émulsifiantes et stabilisantes.
Compatibilité avec d'autres additifs pour la fabrication du papier
Dans le processus de fabrication du papier, l’émulsifiant polymère AKD est souvent utilisé en combinaison avec d’autres additifs. Sa compatibilité avec ces additifs est donc une considération importante.
Récupérateur de déchets anioniques: Les déchets anioniques présents dans la pulpe peuvent interférer avec le processus d'encollage en s'adsorbant sur les gouttelettes d'AKD ou les fibres de cellulose. UnRécupérateur de déchets anioniquespeut être utilisé pour éliminer les déchets anioniques de la pulpe. L'émulsifiant polymère AKD est généralement compatible avec les récupérateurs de déchets anioniques, et leur utilisation combinée peut améliorer l'efficacité du dimensionnement et la qualité globale du papier.
Agent de fixation dans la fabrication du papier jet d'encre:Agent de fixation dans la fabrication du papier jet d'encreest utilisé pour améliorer l’absorption et la fixation de l’encre sur la surface du papier. L'émulsifiant polymère AKD peut être utilisé en conjonction avec des agents fixateurs pour améliorer la résistance à l'eau du papier jet d'encre tout en conservant de bonnes propriétés de fixation de l'encre.
Agent de résistance sec et humide pour la fabrication du papier:Agent de résistance sec et humide pour la fabrication du papierest utilisé pour augmenter la résistance du papier dans des conditions sèches et humides. L'émulsifiant polymère AKD est compatible avec de nombreux agents de résistance à sec et à l'humidité, et leur utilisation combinée peut produire du papier avec une excellente résistance et résistance à l'eau.
Impact environnemental
Ces dernières années, les préoccupations environnementales sont devenues de plus en plus importantes dans l’industrie papetière. L’émulsifiant polymère AKD présente plusieurs avantages en termes d’impact environnemental.
Premièrement, l’AKD est un composé biodégradable. Les chaînes alkyle et le cycle β-lactone de l'AKD peuvent être décomposés par des micro-organismes présents dans l'environnement, réduisant ainsi sa persistance à long terme dans l'environnement. Deuxièmement, le polymère utilisé dans l'émulsifiant peut être choisi pour être respectueux de l'environnement. Par exemple, le PVA et le PEG sont des polymères relativement non toxiques et biodégradables.
Conclusion
En résumé, les propriétés chimiques de l'émulsifiant polymère AKD, notamment sa structure moléculaire, sa réactivité, sa stabilité, sa compatibilité avec d'autres additifs et son impact environnemental, en font un agent d'encollage idéal pour l'industrie papetière. Sa capacité à former des liaisons covalentes avec les fibres de cellulose offre au papier une excellente résistance à l'eau et d'autres avantages en termes de performances.
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Références
- Hubbe, MA, Rojas, JO, Venditti, RA et Pawlak, JJ (2007). Encollage du papier avec un dimère d'alkylcétène : une revue. Progrès dans les revêtements organiques, 58(3), 179 - 197.
- Xiao, R. et Hubbe, MA (2012). Effets des sels et d'autres facteurs sur l'efficacité de dimensionnement des émulsions de dimères d'alkylcétène. Journal of Pulp and Paper Science, 38(6), 231-239.
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