Kartongin sauvapäällystys

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

1998

Department

Puunjalostustekniikan osasto

Major/Subject

Paperitekniikka

Mcode

Puu-21

Degree programme

Language

fi

Pages

113

Series

Abstract

Ilmaharja-asemalla on jo pitkään ollut merkittävä asema erityisesti valkaisematonta pohjakartonkia päällystettäessä, koska sillä saavutetaan merkittäviä laatuetuja. Niistä tärkein on erinomainen peittokyky. Ilmaharjaprosessissa on kuitenkin heikkouksia, joiden takia sen korvaamiseksi on pyritty kehittämään uusia päällystysmenetelmiä. Sileällä sauvalla tapahtuva pastan kaavinta yhdistettynä sopivaan pastan applikointimenetelmään, sekä applikointiviipymän ja pastan ominaisuuksien optimointi ovat tarjonneet pohjan tälle kehitystyölle. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää sauvapäällystyksen prosessimuuttujien merkitys päällystystapahtumassa ja niiden vaikutus päällystetyn kartongin ominaisuuksiin. Tavoitteena oli löytää kartongin sauvapäällystykseen soveltuva päällystyspasta, jolla on mahdollista saavuttaa hyvä peittokyky ja muut laatuominaisuudet erityisesti matalavaaleuksisen pohjakartongin päällystyksessä. Hyvän peittokyvyn saavuttamisessa tärkeintä on riittävän korkean päällystemäärän saavuttaminen ja tasaisesti päällystettävän pinnan epätasaisuuksia peittävän päällystekerroksen muodostaminen. Päällystemäärään on mahdollista vaikuttaa ainakin pastan viskositeetin kautta. Laskennallisesti on arvioitu, että sauvan alla päällystekerrokseen kohdistuvat leikkausnopeudet ovat suuruusluokkaa 10[5]-10[6] l/s. Pastan viskositeettia tällä leikkausnopeusalueella mitataan kapillaariviskosimetrillä. Päällystyspastan reologisia ominaisuuksia voidaan säätää ns. paksuntajien eli apusideaineiden avulla (mm. CMC, PVA, proteiini). Ns. filtterikakkuteorian mukaan rainan pintaan syntyy pastan applikoinnin jälkeen vapaasti suotautumalla jähmettynyt päällystekerros. Pääasiassa kapillaaripenetraation avulla tapahtuvan suotautumisen ansiosta päällystekerros jää paremmin rainan pintaan kuin painepenetraatioon perustuvassa suotautumisessa. Esitetyn teorian mukaan suodinkakun ansiosta on mahdollista saavuttaa mm. korkeampia päällystemääriä ja monien laadullisten ominaisuuksien paranemista. Tutkimustyön tuloksena on kehitetty ns pitkäviipymäpäällystin (Opticoat Duo, Valmet), jossa applikoinnin ja kaavinnan välinen etäisyys voi olla jopa useita metrejä. On esitetty, että sauvakaavinnalla on mahdollista saavuttaa tasaisemmin pohjarainan pintaa myötäilevä päällystekerros kuin teräkaavauksella, mutta vastaavasti päällystekerroksen sileys jää heikommaksi. Ilmaharjakaavauksella saavutetaan huomattavasti paremmin pinnan muotoja myötäilevä päällystekerros kuin sauvalla. Vastaavasti sileys jää ilmaharjalla sauvaa heikommaksi. Sileällä sauvalla tapahtuvan päällysteen kaavinnan keskeiset ongelmat ovat päällystemäärän säätäminen ja filminhalkeamisen aiheuttamat epätasaisuudet. Diplomityön kokeellinen osa jakautui pastatutkimukseen ja koepäällystyskoneilla suoritettuihin päällystyskokeisiin. Pastatutkimuksessa pyrittiin selvittämään pigmenttien ja pastan paksuntajien vaikutus pastan vesiretentioon, jähmepisteeseen ja viskositeettiin eri leikkausnopeuksissa. Lisäksi tutkittiin pastojen viskoelastisia ominaisuuksia. Päällystyskokeissa tutkittiin käytännössä erilaisten päällystyspastojen ja sileäpintaisen sauvan prosessiparametrien vaikutusta päällystekerroksen ominaisuuksiin. Pastatutkimuksen perusteella pastan vesiretentioon vaikuttaa pääasiassa paksuntajan annostelumäärä, pastan kuiva-aine sekä pigmenttien ominaisuudet. Pastan jähmepiste on karbonaattipastoilla korkeampi kuin kaoliinipastoilla. Pastojen viskositeeteissä havaittiin useita eroja alle 40000 l/s leikkausnopeudessa. Kaikki tutkitut pastat olivat kuitenkin luonteeltaan leikkausohenevia. Yli 10[5] l/s leikkausnopeudessa havaittiin PVA:ta sisältävien pastojen olevan voimakkaasti leikkauspaksunevia. PVA-pastojen viskositeetti kasvoi sekä polymeerin ketjunpituuden että paksuntajan annostelun kasvaessa. Viskositeetin havaittiin kasvavan sekä kaoliini- että karbonaattipastoilla. Karbonaatilla kasvu oli suhteessa jopa hieman voimakkaampaa kuin kaoliinilla. Muilla tutkituilla paksuntajilla ei havaittu vastaavia ilmiöitä. PVA:n käyttäytyminen saattaa johtua sen poikkeuksellisesta kemiallisesta toimintamekanismista, jota ei täysin tunneta. PVA-molekyylien on havaittu adsorboituvan voimakkaasti ainakin kaoliiniin ja karbonaattiin. Viskoelastisuusmittausten perusteella kaikki tutkitut pastat olivat luonteeltaan pääasiassa elastisia. Merkittäviä eroja erilaisten pastojen välillä ei kuitenkaan havaittu. Päällystyskokeissa havaittiin, että PVA:ta sisältävillä pastoilla saavutetaan helposti korkeita, peittokykyisen päällystekerroksen vaatimia päällystemääriä (n. 15-25 g/m[2]). Päällystemäärän havaittiin selkeästi riippuvan myös PVA:n molekyyliketjun pituudesta ja annostelusta. Pitkän applikointiviipymän havaittiin myös nostavan saavutettavaa päällystemäärää. Päällystemäärän kasvu riippuu kuitenkin voimakkaasti pastan vesiretentiosta ja päällystettävän pohjarainan absorptiokyvystä. Päällystemäärän muodostumisessa voidaan erottaa kaksi mekanismia; pastan korkean leikkausnopeuden viskositeetin hallinta ja suodinkakun muodostaminen pitkää applikointiviipymää hyödyntämällä. Applikointiviipymän kautta saavutettu päällystemäärän lisäys jää kuitenkin melko pieneksi (1-2 g/m[2]) tiivispintaisilla ja hydrofobiliimatuilla pohjakartongeilla. Huokoisilla ja imukykyisillä pohjakartongeilla on mahdollista päästä selvästi edellistä korkeampiin päällystemääriin. Sauvan kuormituspaineen havaittiin vaikuttavan päällystemäärään, sileyteen ja päällystekerroksen tasaisuuteen. Kuormituspaineen kasvaessa päällystemäärä laskee voimakkaasti alhaisella kuormitusalueella. Suuremmilla kuormituksilla (> 1 bar) vaikutus on tavallisesti vain 0-2 g/m[2]. Sileyden heikkeneminen kuormituspaineen kasvaessa johtuu pääasiassa samalla tapahtuvasta päällystemäärän laskusta. Joissakin tapauksissa sileyden havaittiin heikentyvän myös samalla päällystemäärätasolla kuormituspaineen kasvaessa. Samalla päällystekerroksen tasaisuuden havaittiin paranevan. Työssä esitetyn teorian mukaan tämä johtuu sauvan alla tapahtuvasta pohjarainan kokoonpuristumisesta. Sauvan jälkeen tapahtuvan palautumisen ansioista päällystekerroksesta syntyy pintaa myötäilevä contour-tyyppinen rakenne, jolla on saavutettuun päällystemäärään nähden hyvä peittokyky. Sauvan pyörimisnopeuden ei havaittu vaikuttavan päällystemäärään tai kartongin laatuominaisuuksiin. Sauvakaavinnan kannalta tärkeintä on, että sauva ylipäänsä pyörii. Sauvan pysähtyessä se kuluu ja päällysteeseen syntyy viiruja ja epätasaisuuksia sauvan likaantumisen vuoksi. Sauvan halkaisijan kasvaessa päällystekerroksen sileyden havaittiin heikkenevän. Samalla päällystekerroksen tasaisuus parani. Myös päällystemäärissä havaittiin eroja. Sauvan halkaisijoilla suoritettujen kokeiden osittaisen epäonnistumisen vuoksi halkaisijoita koskevia havaintoja ei kuitenkaan voida pitää täysin luotettavina. Näiltä osin on olemassa selkeitä jatkotutkimustarpeita. Tulosten perusteella esitetään, että korkealla sauvan kuormituspaineella, pastan korkean leikkausnopeuden viskositeettia kontrolloimalla ja pitkää applikointiviipymää hyödyntämällä on mahdollista saavuttaa erittäin tasainen, peittävä ja laadullisesti korkeatasoinen päällystekerros. Tämä mahdollistaa kilpailukykyisen vaihtoehdon ilmaharjapäällystimen korvaamiseksi jo tällä hetkellä.

Description

Supervisor

Laine, Jaakko

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120444730

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK