Nestepakkauskartongin ominaisjäykkyyden parantamisen menetelmät

Viime vuosina Tainionkosken KA5:lla valmistettavan nestepakkauskartongin neliömassa, joka jäykkyystavoitteen saavuttamiseksi tarvitaan, on kasvanut. Diplomityön tavoitteena oli selvittää kartongin jäykkyysindeksin heikentymi-seen vaikuttaneet tekijät ja kehittää korjaavia toimenpiteitä. Työn kirjallisuusosassa tutkittiin nestepakkauskartongin laatuominaisuuksia ja jäykkyyden muodostumista. Lisäksi selvitettiin massanvalmistus- ja koneolosuhteiden vaikutusta kartongin jäykkyyteen. Kirjallisuusosassa tutkittiin myös, miten eri massalaadut ja kartongin rakenne vaikuttavat jäykkyyteen. Työn kokeellisessa osassa kartoitettiin jäykkyysindeksin heikkenemisen syitä ja kehitettiin uusia ajomalleja, joilla olisi jäykkyysindeksiin positiivinen vaikutus. Jäykkyysindeksin heikkenemisen syitä selvitettiin massa- ja prosessianalyysien avulla. Lisäksi tutkittiin 3.puristimen muuttamista tasauspuristimeksi ja CTMP:n käyttöä runkokerroksessa sekä korkea- että matalakappaisen valkaisemattoman sellun kanssa. Massa-analyysissä selvisi, että sellun laatu on heikentynyt ja jäykkyysindeksin heikkeneminen johtuu osaltaan siitä. Prosessianalyysissä paljastui useita jäykkyysindeksiä heikentäviä tekijöitä, kuten esimerkiksi kuivatusosan vetoerot, jotka olivat ajautuneet kauas optimitilasta. 3.puristimen muuttaminen tasauspuristimeksi paransi pinnan sileyttä ja kartongin bulkkia, jolloin jäykkyysindeksi kasvoi. CTMP:n käyttö korkeakappaisen sellun kanssa paransi huomattavasti kartongin bulkkia, mutta heikensi palstautumislujuutta ja lisäsi reunaimeytymää. Matalakappaisen sellun ja CTMP:n yhdistelmällä saatiin aikaan hyvä bulkki ja palstautumis-lujuus niin, että reunaimeytymä ei kasvanut ja tuotantonopeus ei laskenut.

Kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuuden karakterisointi

Tämän diplomityön tarkoituksena oli karakterisoida kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuutta. Kirjallisuusosassa perehdyttiin asiaa käsittelevään kirjallisuuteen ja tutkimuksiin ja kokeellisessa osassa käsiteltiin kuitumateriaalien laserleikkausta erilaisin leikkausparametrein. Leikattujen näytteiden leikkausrailosta otetuista mikroskooppikuvista määritettiin leikkausrailon uraleveys, purseen ja mustumisen määrä. Työssä tutkitut materiaalit olivat koivu- ja mäntysellu, CTMP, päällystämätön ja päällystetty sellukartonki sekä päällystämätön CTMP-runkoinen nestepakkauskartonki. Työssä havaittiin, että tutkitut kuitumateriaalit soveltuivat erinomaisesti laserleikkaukseen. Leikattujen kuitumateriaalinäytteiden leikkausrailo oli hyvälaatuinen eli leikkausrailo oli kapea, täydellisesti näytteen lävitse, tasainen reunoiltaan, väriltään vaalea ( ei hiiltynyt ) ja ei sisältänyt railon reunassa pystyssä olevia katkenneita kuituja ( pursetta ). Työssä todettiin myös, että kuitumateriaaleja laserleikatessa leikkausnopeus ja laserteho riippuivat lineaarisesti toisistaan. Leikkausnopeuden kasvaessa tarvittiin enemmän lasertehoa hyvälaatuisen leikkausrailon saavuttamiseksi. Tällöin leikkausuran leveys pysyi lähes vakiona. Lisäksi huomattiin, että optimisijainti polttopisteelle olisi 0.1-0.4 mm materiaalin pinnan yläpuolella, vaikka kirjallisuudesta löydettiin suosituksia sijoittaa polttopiste materiaalin pinnan alapuolelle. Näillä polttopisteen sijainnin arvoilla saavutettiin suurimmat leikkausnopeudet ja kapeimmat urat.

The Control of the Edge Shrinkage in Board

Tämän diplomityön tavoitteena oli löytää prosessiparametrejä nestepakkauskartongin reuna-alueiden kuivatuskutistuman hallintaan ja saada tuotteen reuna-alueiden sileystaso paremmaksi. Tarkoituksena oli parantaa reuna-alueiden painettavuusominaisuuksia sekä saada koneen poikkisuunnassa laadultaan parempi tuote. Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu työn kannalta nestepakkauskartongin kriittisimpiä ominaisuuksia, sileyttä ja jäykkyyttä. Lisäksi kirjallisuusosassa on tarkasteltu kuitujen ominaisuuksia, sylinterikuivatusta ja kuivatuskutistumaa. Kokeellisessa osassa on etsitty esitutkimuksella prosessiparametrejä, jotka ovat aiheuttaneet poikkisuunnan sileyserojen kasvun kartonkikoneen investoinnin jälkeen. Suoria korrelaatioita prosessiparametrien ja kuivatuskutistuman välille ei löydetty. Kokeellisen osan tehdasmittakaavaisissa koeajoissa tutkittiin kahdeksan eri parametrin vaikutusta kuivatuskutistumaan, jotka perustuivat kirjallisuuteen. Tutkituista parametreistä huulisuihkun iskukulman muutoksella sekä konesuuntaisella kuivatusprofiililla ei ollut vaikutusta kuivatuskutistumaan. Runkokerroksen mäntysellun korvaaminen koivusellulla vähensi kuivatuskutistumaa ja lisäsi sileyttä, mutta tuotteen palstautumislujuus ei tällöin ollut riittävä. Retentiokemikaalien reseptimuutoksilla pinta- ja taustakerroksen välillä, kuivatusosan nollatason laskulla ja perälaatikkosakeuksien pienentämisellä oli vähän vaikutusta kuivatuskutistumaan. Vaikutus reuna-alueiden sileyteen oli kuitenkin vähemmän kuin 10 %. Diplomityön perusteella kuivatusosan nopeuseroilla ja kuivatusviirojen kireyksillä oli suurin vaikutusta kuivatuskutistumaan ja reuna-alueiden sileystasoon. Lisäämällä nopeuseroja ja kiristämällä kuivatusviiroja reuna-alueiden sileyttä pystyttiin parantamaan yli 20 %.

Nestepakkauskartongin runkokerroksen rakenteen optimointi

Diplomityön tavoitteena oli optimoida KA4:n nestepakkauskartongin runkokerroksen massakoostumus ja rakenne kartonkikoneen uusinnan jälkeen. Työssä tutkittiin Natura 285 –laatua, jota käytetään yhden litran vetoisissa maitopurkeissa. Pääasiallisena tavoitteena oli lisätä CTMP:n osuutta ja vähentää mäntysellun osuutta rungossa siten, että kartongin laatu ei heikkene. Työn kirjallisuusosassa perehdyttiin nestepakkauskartongin kriittisiin ominaisuuksiin ja CTMP:n vaikutuksiin runkokerroksessa. Rainanmuodostusta ja kuituverkoston lujuuden syntymistä käsiteltiin omina kokonaisuuksinaan. CTMP:n freeness-tason huomattava vähentäminen kasvattaa kartongin z-lujuutta ja palstautumislujuutta merkittävästi. Samalla höyrynkulutus kuitenkin kasvaa ja kartongin jäykkyys laskee jonkin verran paksuuden vähenemisen seurauksena. CTMP:n freeness-tason alentaminen arvosta 420 ml CSF arvoon 380 ml CSF ei alenna bulkkia merkittävästi. CTMP:n määrän kasvattaminen yli 60 %:in keskikerroksessa alentaa palstautumislujuutta ja z-lujuutta merkittävästi. Runkokerroksen mäntysellun korvaaminen koivusellulla parantaa kartongin sileyttä merkittävästi vakiopaksuudessa. Runkokerroksen massakomponenttien jauhatuksen lisäämisestä huolimatta z-lujuus ja palstautumislujuus laskevat vastaavasti huomattavan paljon. Koivusellun käytöllä valmiin pakkauksen ominaisuudet eivät heikkene, mutta painatusominaisuudet paranevat. CTMP-laitoksen pääjauhinten uudella LE-terämallilla saavutetaan huomattava energian säästö vanhaan terämalliin verrattuna. Kuidun keskipituus laskee jonkin verran LE-terien ikääntyessä ja samalla kuitujen sitoutumiskyky heikkenee.

Optimization of the refining and shoe press in board production

Optimointi on tavallinen toimenpide esimerkiksi prosessin muuttamisen tai uusimisen jälkeen. Optimoinnilla pyritään etsimään vaikkapa tiettyjen laatuominaisuuksien kannalta paras tapa ajaa prosessia tai erinäisiä prosessin osia. Tämän työn tarkoituksena oli investoinnin jälkeen optimoida neljä muuttujaa, erään runkoon menevän massan jauhatus ja määrä, märkäpuristus sekä spray –tärkin määrä, kolmen laatuominaisuuden, palstautumislujuuden, geometrisen taivutusjäykkyyden ja sileyden, suhteen. Työtä varten tehtiin viisi tehdasmittakaavaista koeajoa. Ensimmäisessä koeajossa oli tarkoitus lisätä vettä tai spray –tärkkiä kolmikerroskartongin toiseen kerrosten rajapintaan, toisessa koeajossa muutettiin, jo aiemmin mainitun runkoon menevän massan jauhatusta ja jauhinkombinaatioita. Ensimmäisessä koeajossa tutkittiin palstautumislujuuden, toisessa koeajossa muiden lujuusominaisuuksien kehittymistä. Kolmannessa koeajossa tutkittiin erään runkoon menevän massan jauhatuksen ja määrän sekä kenkäpuristimen viivapaineen muutoksen vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen sekä sileyteen. Neljännessä koeajossa yritettiin toistaa edellisen koeajon paras piste ja parametreja hieman muuttamalla saada aikaan vieläkin paremmat laatuominaisuudet. Myös tässä kokeessa tutkittiin muuttujien vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen ja sileyteen. Viimeisen kokeen tarkoituksena oli tutkia samaisen runkoon menevän massan vähentämisen vaikutusta palstautumislujuuteen. Erinäisistä vastoinkäymisistä johtuen, koeajoista saadut tulokset jäivät melko laihoiksi. Kokeista kävi kuitenkin ilmi, että lujuusominaisuudet eivät parantuneet, vaikka jauhatusta jatkettiin. Lujuusominaisuuksien kehittymisen kannalta turha jauhatus pystyttiin siis jättämään pois ja näin säästämään energiaa sekä säästymään pitkälle viedyn jauhatuksen mahdollisesti aiheuttamilta muilta ongelmilta. Vähemmällä jauhatuksella ominaissärmäkuorma saatiin myös pidettyä alle tehtaalla halutun tason. Puuttuvat lujuusominaisuudet täytyy saavuttaa muilla keinoin.