Hydrofobering av handark med ASA – Inverkan av stabiliseringsmedel i olika mäldtyper
Westerlund, Jessica (2022)
2022
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022060643487
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022060643487
Tiivistelmä
Genom hela papprets historia har modifiering av papprets egenskaper varit av intresse. Ett sätt att modifiera egenskaperna är genom användning av olika tillsatsämnen. Exempelvis genom att tillsätta hydrofoberingsmedel som alkenylbärnstenssyraanhydrid (ASA) i pappersmälden kan man åstadkomma vattenavstötande egenskaper såväl på pappersytan som inuti pappret. ASA kräver emulsifiering för att kunna tillsättas till en pappersmäld.
I detta arbete tillverkades ASA-emulsioner med olika stabiliseringsmedel: katjonisk stärkelse, en modifierad stärkelse och en polyvinylamin (PVAm). Förhållandet mellan ASA och stabiliseringsmedel varierades och ASA-emulsionerna tillsattes till olika massatyper. Handark tillverkades av de olika massorna, varefter handarken testades för att bestämma hydrofoberingsgraden. Som huvudsaklig testmetod användes Cobb-test och mätning av kantpenetration.
Resultaten från Cobb-mätningarna visade att returfibermassan krävde en betydligt högre dos ASA än den kemiska sulfitmassan för att åstadkomma en god hydrofobering av handark. Detta förklaras troligen av den höga halten cellulosa som finns i kemisk sulfitmassa. Returfibermassan som har en betydligt lägre cellulosahalt och som dessutom innehåller olika kontaminanter kräver en betydligt högre dos ASA för hydrofobering.
Vid mätning av kantpenetrationen hos returfibermassa och kemisk sulfitmassa visade det sig att massatypen hade stor inverkan på kantpenetrationsindexet EWI (eng. edge wicking index). Massatypen bestämmer storleksordningen för EWI, medan ASA-doseringen inverkar på både Cobb- och EWI-värdena. Stabiliseringsmedlet i handarken hade en försumbar inverkan på EWI. Kemiska sulfitmassan med mest fyllmedel hade lägst EWI, medan returfibermassan hade störst. Dessa resultat tyder på att fyllmedlet har en betydlig inverkan på EWI och därmed hydrofobiciteten.
Det framkom snabbt att PVAm ökar retentionen av fyllmedel och finmaterial i systemet för alla massatyper. Det kunde inte konstateras med de andra stabiliseringsmedlen. I handarken med ASA:PVAm var retentionen inte kritisk för att åstadkomma en god hydrofobering. Å andra sidan var retentionen för ASA:modifierad stärkelse ytterst viktig för att åstadkomma hydrofobering.
För returfibermassa, mekanisk massa och CTMP erhölls den bästa hydrofoberingen med lägsta ASA-doserna med emulsioner av ASA:PVAm. ASA:modifierad stärkelse var inte lika effektiv i dessa massatyper och ASA:stärkelse gav i de flesta fallen värden mellan de två övriga stabiliseringsmedlen. I den kemiska sulfitmassan var alla emulsionssystem ungefär lika effektiva och inget var överlägset bättre än de andra.
I takt med att konkurrensen ökar blir det allt viktigare med tillverkningsprocesser som är optimerade både ur ekonomiskt och ekologiskt perspektiv. Det är viktigt att undersöka vilka ASA-system som fungerar bäst för ett specifikt pappersbruk och dess produkter. Varje papperstillverkningsanläggning är unik och kräver skräddarsydda ASA-system.
I detta arbete tillverkades ASA-emulsioner med olika stabiliseringsmedel: katjonisk stärkelse, en modifierad stärkelse och en polyvinylamin (PVAm). Förhållandet mellan ASA och stabiliseringsmedel varierades och ASA-emulsionerna tillsattes till olika massatyper. Handark tillverkades av de olika massorna, varefter handarken testades för att bestämma hydrofoberingsgraden. Som huvudsaklig testmetod användes Cobb-test och mätning av kantpenetration.
Resultaten från Cobb-mätningarna visade att returfibermassan krävde en betydligt högre dos ASA än den kemiska sulfitmassan för att åstadkomma en god hydrofobering av handark. Detta förklaras troligen av den höga halten cellulosa som finns i kemisk sulfitmassa. Returfibermassan som har en betydligt lägre cellulosahalt och som dessutom innehåller olika kontaminanter kräver en betydligt högre dos ASA för hydrofobering.
Vid mätning av kantpenetrationen hos returfibermassa och kemisk sulfitmassa visade det sig att massatypen hade stor inverkan på kantpenetrationsindexet EWI (eng. edge wicking index). Massatypen bestämmer storleksordningen för EWI, medan ASA-doseringen inverkar på både Cobb- och EWI-värdena. Stabiliseringsmedlet i handarken hade en försumbar inverkan på EWI. Kemiska sulfitmassan med mest fyllmedel hade lägst EWI, medan returfibermassan hade störst. Dessa resultat tyder på att fyllmedlet har en betydlig inverkan på EWI och därmed hydrofobiciteten.
Det framkom snabbt att PVAm ökar retentionen av fyllmedel och finmaterial i systemet för alla massatyper. Det kunde inte konstateras med de andra stabiliseringsmedlen. I handarken med ASA:PVAm var retentionen inte kritisk för att åstadkomma en god hydrofobering. Å andra sidan var retentionen för ASA:modifierad stärkelse ytterst viktig för att åstadkomma hydrofobering.
För returfibermassa, mekanisk massa och CTMP erhölls den bästa hydrofoberingen med lägsta ASA-doserna med emulsioner av ASA:PVAm. ASA:modifierad stärkelse var inte lika effektiv i dessa massatyper och ASA:stärkelse gav i de flesta fallen värden mellan de två övriga stabiliseringsmedlen. I den kemiska sulfitmassan var alla emulsionssystem ungefär lika effektiva och inget var överlägset bättre än de andra.
I takt med att konkurrensen ökar blir det allt viktigare med tillverkningsprocesser som är optimerade både ur ekonomiskt och ekologiskt perspektiv. Det är viktigt att undersöka vilka ASA-system som fungerar bäst för ett specifikt pappersbruk och dess produkter. Varje papperstillverkningsanläggning är unik och kräver skräddarsydda ASA-system.