Strength and drainage polymer chemistry for liner and fluting

Abstract

The aim of this thesis was to study the effect of the polymer nature in regard to wet-end conditions within OCC furnishes to achieve both dry strength and drainage improved properties for liner and fluting. At first, the literature review introduces the relevant theories of polymer adsorption and underlines factors participating in the development of dry-strength and drainage. The experimental part emphasizes on the influences of molecular weight and charge density of the polymer on the improvements of strength and drainage with liner and fluting.

Comprehensive scientific knowledge on fiber adsorption and filtrate fixation of the polymers was obtained by turbidity, charge and zeta potential –measurements. The performance of drainage and retention was measured using Dynamic Drainage Analyzer (DDA). Strength tests involving short span compression test (SCT) and burst strength were determined from liner and fluting sheets made by pilot paper machine and hand sheets.

A high molecular weight and low charged polymer seemed to have an obvious effect on the drainage improvement with OCC furnish as a function of increasing polymer dosage. Similarly high retention with this additive was achieved. A successful performance of the polymers in conjunction with A-PAM and with C-PAM and bentonite appeared efficiency in drainage.

The evidence from the strength results suggested that favourable development between SCT and burst strengths required divergent polymer attributes. The finding supported by formation measurement revealed that the high dosages of the polymers caused poor formation that is consistent with the deteriorated strength properties of hand sheets at those chemical dosages. The applicability of the high molecular weight and low charged polymer was concluded to be suitable to achieve additional SCT strength and drainage improvements with liner and fluting OCC furnish.

Tässä työssä tutkittiin polymeeriominaisuuksien ja paperikoneen märkäpään olosuhteiden vaikutuksia kuivalujuuteen ja vedenpoistoon käyttäen lainerilla ja aallotuskartongilla tyypillistä kiertokuitukartonkimassaa (OCC). Kirjallisuuskatsauksessa syvennytään polymeeriadsorption teoriaan ja perehdytään lujuuden ja vedenpoiston muodostumistekijöihin. Kokeellisen osan pääpaino on tutkia polymeerin molekyylimassan ja varaustiheyden vaikutuksia lujuuden ja vedenpoiston parantamiseksi.

Tulokset polymeerin kuituadsorptiosta ja suodoksen fiksauksesta osoitettiin sameus, varaus ja zeta-potentiaali -mittauksilla. Polymeerin vedenpoisto- ja retentiokykyä testattiin dynaamisella vedenpoistoanalysaattorilla (DDA). Lujuusmittaukset määritettiin pilotti paperikoneen koeajoarkeista ja käsiarkeista käyttäen lyhyen välin puristuslujuus- (SCT) ja puhkaisulujuustestejä.

Ominaisuuksiltaan korkea molekyylimassa ja matala varaus polymeerissä osoittivat ilmeisen vaikutuksen vedenpoistoon polymeeriannoksen funktiona. Samoin korkea retentiokyky saavutettiin samoilla polymeeriominaisuuksilla. Lisäksi, polymeerit toimivat menestyksekkäästi A-PAM:n kanssa sekä yhdessä C-PAM:n ja bentoniitin kanssa tehostaen vedenpoistoa.

Lujuustulokset viittasivat siihen, että erilaiset polymeeriominaisuudet vaikuttivat puristuslujuuden ja puhkaisulujuuden muodostumiseen. Formaatiotuloksista kävi ilmi, että suurilla polymeeriannoksilla formaatio huonontui, mikä näin selittää käsiarkkien heikentyneitä lujuusominaisuuksia korkeilla kemikaaliannoksilla. Johtopäätöksenä todetaan, että korkea molekyylimassa ja matala varaustiheys polymeerissä soveltuvat parantamaan sekä puristuslujuutta että vedenpoistoa lainerin ja aallotuskartongin kiertokuitukartonkimassalla.