Natural and synthetic fibres improving tensile strength and elongation of paper products

The theory part of the Master’s thesis introduces fibres with high tensile strength and elongation used in the production of paper or board. Strong speciality papers are made of bleached softwood long fibre pulp. The aim of the thesis is to find new fibres suitable for paper making to increase either tensile strength, elongation or both properties. The study introduces how fibres bond and what kind of fibres give the strongest bonds into fibre matrix. The fibres that are used the in manufacturing of non-wovens are long and elastic. They are longer than softwood cellulose fibres. The end applications of non-wovens and speciality papers are often the same, for instance, wet napkins or filter media. The study finds out which fibres are used in non-wovens and whether the same fibres could be added to cellulose pulp as armature fibres, what it would require for these fibres to be blended in cellulose, how they would bind with cellulose and whether some binding agents or thermal bonding, such as hot calendaring would be necessary. The following fibres are presented: viscose, polyester, nylon, polyethylene, polypropylene and bicomponent fibres. In the empiric part of the study the most suitable new fibres are selected for making hand sheets in laboratory. Test fibres are blended with long fibre cellulose. The test fibres are viscose (Tencel), polypropylene and polyethylene. Based on the technical values measured in the sheets, the study proposes how to continue trials on paper machine with viscose, polyester, bicomponent and polypropylene fibres.

Diplomityön teoreettinen osa selvittää, mitä kuituja voidaan käyttää, kun tavoitteena on valmistaa mahdollisimman lujaa ja venyvää paperia tai kartonkia. Lujissa erikoispapereissa käytetään perinteisesti valkaistua pitkäkuitusellua. Työn tarkoituksena on etsiä uusia kuituja, jotka soveltuisivat paperin valmistukseen ja lisäisivät joko vetolujuutta, venymää tai molempia. Työssä selvitetään, miten kuitusidokset syntyvät ja minkälaisilla kuiduilla saadaan lujimmat sidokset kuitumatriisiin. Kuitukankaissa käytettävät synteettiset kuidut ovat pitkiä ja joustavia. Kuidut ovat pidempiä kuin havusellun kuidut. Kuitukankaiden ja erikoispaperien loppukäyttösovellutukset ovat usein samat, esimerkiksi kosteuspyyhkeet tai suodatinmateriaalit. Tutkimuksessa selvitetään, mitä kuituja kuitukankaissa käytetään ja voisiko samoja kuituja lisätä selluun lujitteeksi. Tutkimuksessa tarkastellaan, mitä uusien kuitujen käyttö sellun seassa edellyttäisi, kuinka ne sitoutuisivat sellukuituihin ja pitäisikö kuitujen sitomiseksi käyttää sideaineita tai lämpökäsittelyä, kuten kalanteria. Työssä esitellään viskoosi, polyesteri, nylon, polyeteeni, polypropeeni ja bi-komponenttikuidut. Työn empiirisessä osassa valitaan sopivimmat uudet kuidut, joista valmistetaan laboratorioarkkeja. Koekuituja sekoitetaan pitkäkuituselluloosaan. Koekuidut ovat viskoosi (Tencel), polypropeeni ja polyeteeni. Koearkkien teknisten arvojen perusteella ehdotetaan jatkotutkimusta paperikoneella viskoosi-, polyesteri-, bikomponentti- ja polypropeenikuiduilla.