Role of pulp grade and barrier chemicals on molded fiber product performance

Thumbnail Image

Files

master_Jäntti_Noora_2024.pdf (3.84 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-08-29

Department

Major/Subject

Fibre and Polymer Engineering

Mcode

CHEM3024

Degree programme

Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering

Language

en

Pages

60+14

Series

Abstract

Molded fiber products (MFPs) are bio-based, renewable, and easily recyclable alternatives for fossil-based packaging. They can be made from a variety of natural fibers, which are naturally hydrophilic. Thus, fossil-based materials have better water resistance, barrier properties and mechanical strength than the natural fiber products. It is commonly known in paper and cardboard industry that the characteristics of the pulps have a significant effect on the product properties, but these effects have not been extensively studied regarding MFPs. In this thesis, I determined the mechanical properties (tensile and compressive strength, bending stiffness) and water barrier performance of MFPs. The studied pulps were eucalyptus kraft pulp (EucaK), soft-wood kraft pulp (SWK), bleached chemi-thermomechanical pulp (BCTMP), deinked pulp (DIP), and bagasse pulp (Bagasse). SWK and DIP had the best water barrier performance (Cobb15min values 64.7 g/m² and 64.3 g/m², respectively). SWK had the highest tensile index (54.8 Nm/g under dry conditions) and BCTMP had the lowest (22.5 Nm/g under dry conditions) as was expected based on their fiber lengths. The same trend was also seen in compressive load testing (CLT), as the compressive strength is related to tensile strength. BCTMP had the highest bending stiffness (431.0 kNm under dry conditions) and DIP the lowest (248.3 kNm under dry conditions), as was expected based on the sheet densities. Based on this work, I would recommend using softwood kraft pulp for MFPs, as it provides the best tensile strength and water barrier performance. However, as is commonly done in the paper and cardboard industry, a mixture of pulps would probably be the best option, because it allows better optimization of desired properties for the product.

Kuituvalokset ovat biopohjaisia, uusiutuvia ja helposti kierrätettäviä vaihtoehtoja fossiilipohjaisille pakkauksille. Niitä voidaan valmistaa monista luonnonkuiduista, jotka ovat luontaisesti hydrofiilisiä. Tämän takia fossiilipohjaisilla tuotteilla on parempi vedenkestävyys, barrier-ominaisuudet ja mekaaninen kestävyys. Paperi- ja kartonkiteollisuudessa on yleisesti tiedossa, että kuidun ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi lopputuotteeseen, mutta tätä ei ole tutkittu vielä kuituvaloksista. Tässä työssä tutkin kuituvaloksien mekaanisia ominaisuuksia (vetolujuus, puristuslujuus, sekä taivutusjäykkyys) ja vedenkestävyyttä. Käytetyt sellut olivat eukalyptus sulfaat-tisellu (EucaK), havupuu sulfaattisellu (SWK), valkaistu kemi-termomekaaninen sellu (BCTMP), siistattu massa (DIP) ja bagassi sellu (Bagasse). Paras vedenkestävyys oli SWK:lla ja DIP:llä (Cobb 15min arvot 64.7 g/m² ja 64.3 g/m²). SWK:lla oli korkein vetolujuus (54.8 Nm/g kuivissa olosuhteissa) ja BCTMP:llä oli matalin (22.5 Nm/g kuivissa olosuhteissa), kuten oli mahdollista päätellä kuidunpituuksien perusteella. Sama efekti nähtiin myös puristuslujuuden kanssa. BCTMP:llä oli korkein taivutusjäykkyys (431.0 kNm kuivissa olosuhteissa) ja DIP:llä oli matalin (248.3 kNm kuivissa olosuhteissa), kuten oli mahdollista päätellä arkkien tiheyksien perusteella. Tämän työn perusteella suosittelisin havupuu sulfaattisellua kuituvaloksien valmistamiseen, koska se tuotti parhaan vetolujuuden ja vedenkestävyyden. Kuitenkin, kuten on yleinen toimintatapa paperi- ja kartonkiteollisuudessa, sellujen yhdistelmä olisi todennäköisesti paras vaihtoehto.

Description

Supervisor

Nypelö, Tiina

Thesis advisor

Asikainen, Sari

Keywords

molded fiber, pulp grade, barrier chemical, molded fiber product

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202409086261

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM