Improvement of wet and dry web properties in papermaking by controlling water and fiber quality

Pappersindustrin står inför många utmaningar och bör uppfylla krav som ställs av t.ex. marknadstrender och slutanvändare. Snabbare och effektivare processer ställer även större krav på pappersbanans mekaniska egenskaper. Avbrott i produktionen sker inte enbart pga. låg styrka utan orsaken kan även vara en för låg spänning i pappersbanan. De flesta problemen sker vid våtpressen och/eller i början av torkpartiet då papprets torrhalt är 30-70 %. Spänningen hålls inte konstant efter töjning, utan sjunker pga. papprets relaxering, som till största delen sker då pappret flyttas från pressen till torkpartiet. Ur forskningssynvinkel öppnar en smidigt fungerande verksamhet med potentiella energibesparingar upp möjligheterna för förbättring av befintliga processer. I detta arbete undersöktes hur olika faktorer inverkar på fibernätverkets avvattning, initiala våtstyrka och relaxering samt också på slutproduktens mekaniska egenskaper och ytegenskaper. I första delen ändrades processvattnets egenskaper, såsom pH, konduktivitet och ytspänning. Ytspänningen varierades genom tillsatts av ett nonjoniskt ytaktivt ämne, s.k. surfaktant. Fiberegenskaperna modifierades också. Fibern maldes antingen genom en mild eller genom en hård process. Effekten av finmaterial undersöktes genom att tillsätta finmaterial till den ursprungliga massan eller genom att avlägsna finmaterialet från den malda massan. I den sista delen användes en hemicellulosa, som finns i stora mängder i gran, som tillsatsmedel. Förutom naturliga galaktoglukomannaner (GGM), tillverkades också en katjoniserad, en karboximetylerad samt en iminerad, amfifil GGM. Dessa användes i pappersmassa eller sprayades på ytan av ett nybildat ark. Resultaten, som erhölls i denna avhandling, bildar en värdefull kunskapsbas, som kan användas för kontroll och reglering av pappersmaskinens körbarhet och papperskvalitet.

Paperiteollisuudella on edessään monia haasteita, mm. markkinatrendien ja loppukäyttäjien asettamia vaatimuksia on täytettävä. Paperikoneiden tuotantotehokkuuden vaatimukset kasvavat jatkuvasti, jolloin myös paperirainan mekaanisilta ominaisuuksilta vaaditaan enemmän. Tuotantokatkosten syinä voi olla alhaisen vetolujuuden lisäksi liian alhainen jännitys. Suurimmat ongelmat paperikoneen ajettavuuden kannalta syntyvät märkäpuristimen ja/tai kuivatusosan alussa rainan kuiva-ainepitoisuuden ollessa noin 30–70 %. Sujuvasti toimiva tuotanto yhdessä mahdollisilla energiansäästöillä avaa tutkimusnäkökulmasta ovet parantaa nykyisiä prosesseja. Tässä työssä tutkittiin, miten erilaiset tekijät vaikuttavat rainan vedenpoistoon, märkälujuuteen ja relaksaatioon. Lisäksi tutkittiin erilaisten tekijöiden vaikutuksia lopputuotteen mekaanisiin ominaisuuksiin ja pintaominaisuuksiin. Työn ensimmäisessä osassa selvitettiin prosessiveden ominaisuuksien, kuten pH:n, johtokyvyn ja pintajännityksen vaikutuksia paperin ominaisuuksiin. Pintajännitystä muutettiin lisäämällä massan joukkoon ionitonta pinta-aktiivista ainetta, ts. surfaktanttia. Jauhatuksella tutkittiin kuitujen ominaisuuksien muokkaamisen vaikutusta. Kuidut jauhettiin joko matalaa tai korkeaa jauhatusintensiteettiä käyttäen. Lisäksi tutkittiin, miten hienoaine vaikuttaa paperin ominaisuuksiin joko lisäämällä hienoainetta alkuperäisen massan joukkoon tai poistamalla hienoaine jauhetusta massasta. Työn viimeisessä osassa käytettiin lisäaineena paperinvalmistuksessa kuusesta saatavaa hemiselluloosaa, galaktoglukomannaania (GGM). Natiivin GGM:n lisäksi valmistettiin kationisoitu, karboksimetyloitu sekä iminoitu amfifilinen GGM. Tässä työssä saadut tulokset muodostavat tärkeän tietoperustan, jota voidaan käyttää paperikoneen ajettavuuden sekä paperilaadun hallintaan ja säätämiseen.