Dewatering of hard-to-dewater pulps
Ovaska, Sami-Seppo (2010)
Tiivistelmä
Nanocellulose has much potential for enhancing the tensile strength of paper but it slows down significantly drainage, restricting its use in industrial scale.
Main objective of the work was to find ways to improve the dewatering of nanocellulose-containing papers. The effects of cationic potato starch, microparticle system and filler addition on dewatering and such key properties as formation, tensile strength and air permeance of manufactured paper were studied. Test points had 0, 4 or 8 % CNF and 0, 15 or 30 % PCC content. Based on earlier studies, 25 mg/g starch dosage was added to some test points.
Modern microparticle system, consisted of cationic polyacrylamide and amorphous silica, was used in few test points. Dosages for both components were 0.3 and 0.6 mg/g, following the recommendations of the supplier. Also, the influences of CNF and filler on drying behaviour after different stages (drainage, wet pressing and cylinder drying) were estimated.
Following trends were observed. Starch does not have unambiguous influence on dewatering. In some cases, it improved drainage slightly but effects on the properties of end product were discovered small. Filler quickened dewatering but large proportions were noticed to be detrimental for the drainage, air permeance and tensile strength. Microparticle system improved drainage notably, especially if CNF dosage was high. In addition, microparticle system increased tensile strength and decreased air permeance. However, its effects on formation were detrimental.
Dewatering of nanocellulose-containing furnishes is treatable up to a certain point. In the end, such drainage times that were measured from test points which consisted only of pure kraft pulps are awkward to reach. Nanoselluloosalla voidaan kasvattaa merkittävästi valmistettavan paperin lujuutta. Nanoselluloosa kuitenkin hidastaa vedenpoistumista, mikä rajoittaa merkittävästi sen hyödyntämistä teollisessa mittakaavassa.
Tutkimuksessa selvitettiin täyteaineen, kationisen tärkkelyksen ja mikropartikkelisysteemin vaikutuksia nanoselluloosapitoisen paperin vedenpoistoon ja valmiin tuotteen keskeisimpiin ominaisuuksiin, kuten formaatioon, vetolujuuteen ja ilmanläpäisevyyteen. Koepisteitä tehtiin 0, 4 ja 8 % nanoselluloosa-annoksin. Täyteainetta lisättiin 0, 15 tai 30 %. Tärkkelystä käytettiin osassa koepisteitä. Annokseksi valittiin aiempien tutkimusten perusteella 25 mg/g. Mikropartikkelisysteemi koostui silikasta ja kationisesta polyakryyliamidista, joita annosteltiin joko 0, 0.3, tai 0.6 mg/g. Työssä selvitettiin myös nanoselluloosapitoisen paperin kuiva-ainepitoisuuden kehittymistä eri kuivausvaiheiden jälkeen.
Tuloksista havaittiin seuraavaa: tärkkelyksen vaikutus vedenpoistoon ei ollut yksiselitteinen. Muutamissa tapauksissa tärkkelys kuitenkin nopeutti suotautumista lievästi. Vaikutukset paperin ominaisuuksiin jäivät vähäisiksi. Täyteaine puolestaan nopeutti vedenpoistoa, mutta suuria annoksia on syytä välttää, sillä suuri täyteainepitoisuus saattoi sekoittaa suotautumista. Myös ilmanläpäisevyys kasvoi ja vetolujuus heikkeni. Mikropartikkelisysteemi vaikutti vedenpoistumiseen suotuisimmin. Sen käyttö heikensi formaatiota ja vähensi ilmanläpäisevyyttä, mutta kasvatti vetolujuutta entisestään.
Yhteenvetona todettakoon nanoselluloosaa käytettäessä vedenpoiston olevan parannettavissa sopivilla täyteaine- ja tärkkelysannoksilla, mutta pelkästä sellusta koostuvien koepisteiden kaltaisten tulosten saavuttaminen on hankalaa. Mikropartikkelisysteemillä saavutettiin hyviä tuloksia, mutta ongelmaksi muodostuu heikentynyt formaatio.
Main objective of the work was to find ways to improve the dewatering of nanocellulose-containing papers. The effects of cationic potato starch, microparticle system and filler addition on dewatering and such key properties as formation, tensile strength and air permeance of manufactured paper were studied. Test points had 0, 4 or 8 % CNF and 0, 15 or 30 % PCC content. Based on earlier studies, 25 mg/g starch dosage was added to some test points.
Modern microparticle system, consisted of cationic polyacrylamide and amorphous silica, was used in few test points. Dosages for both components were 0.3 and 0.6 mg/g, following the recommendations of the supplier. Also, the influences of CNF and filler on drying behaviour after different stages (drainage, wet pressing and cylinder drying) were estimated.
Following trends were observed. Starch does not have unambiguous influence on dewatering. In some cases, it improved drainage slightly but effects on the properties of end product were discovered small. Filler quickened dewatering but large proportions were noticed to be detrimental for the drainage, air permeance and tensile strength. Microparticle system improved drainage notably, especially if CNF dosage was high. In addition, microparticle system increased tensile strength and decreased air permeance. However, its effects on formation were detrimental.
Dewatering of nanocellulose-containing furnishes is treatable up to a certain point. In the end, such drainage times that were measured from test points which consisted only of pure kraft pulps are awkward to reach.
Tutkimuksessa selvitettiin täyteaineen, kationisen tärkkelyksen ja mikropartikkelisysteemin vaikutuksia nanoselluloosapitoisen paperin vedenpoistoon ja valmiin tuotteen keskeisimpiin ominaisuuksiin, kuten formaatioon, vetolujuuteen ja ilmanläpäisevyyteen. Koepisteitä tehtiin 0, 4 ja 8 % nanoselluloosa-annoksin. Täyteainetta lisättiin 0, 15 tai 30 %. Tärkkelystä käytettiin osassa koepisteitä. Annokseksi valittiin aiempien tutkimusten perusteella 25 mg/g. Mikropartikkelisysteemi koostui silikasta ja kationisesta polyakryyliamidista, joita annosteltiin joko 0, 0.3, tai 0.6 mg/g. Työssä selvitettiin myös nanoselluloosapitoisen paperin kuiva-ainepitoisuuden kehittymistä eri kuivausvaiheiden jälkeen.
Tuloksista havaittiin seuraavaa: tärkkelyksen vaikutus vedenpoistoon ei ollut yksiselitteinen. Muutamissa tapauksissa tärkkelys kuitenkin nopeutti suotautumista lievästi. Vaikutukset paperin ominaisuuksiin jäivät vähäisiksi. Täyteaine puolestaan nopeutti vedenpoistoa, mutta suuria annoksia on syytä välttää, sillä suuri täyteainepitoisuus saattoi sekoittaa suotautumista. Myös ilmanläpäisevyys kasvoi ja vetolujuus heikkeni. Mikropartikkelisysteemi vaikutti vedenpoistumiseen suotuisimmin. Sen käyttö heikensi formaatiota ja vähensi ilmanläpäisevyyttä, mutta kasvatti vetolujuutta entisestään.
Yhteenvetona todettakoon nanoselluloosaa käytettäessä vedenpoiston olevan parannettavissa sopivilla täyteaine- ja tärkkelysannoksilla, mutta pelkästä sellusta koostuvien koepisteiden kaltaisten tulosten saavuttaminen on hankalaa. Mikropartikkelisysteemillä saavutettiin hyviä tuloksia, mutta ongelmaksi muodostuu heikentynyt formaatio.