Ohuiden päällystyskerrosten applikointi puukuitupohjaisille materiaaleille
Karhu, Antti (2015)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201505218695
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201505218695
Tiivistelmä
Työn aiheena oli tutkia vaahdon soveltuvuutta ohuiden päällystyskerrosten applikointiin paperin tai kartongin pinnalle. Paperia ja kartonkia päällystetään teollisessa mittakaavassa eri menetelmillä, mutta niille kaikille yhteistä on päällystyspastan laimentaminen vedellä ennen applikointia ja laimennusveden haihduttaminen applikoinnin jälkeen päällysteen asettamiseksi. Laimennus on tärkeää pastan komponenttien tasaisen levittämisen vuoksi, mutta veden haihduttaminen kuluttaa valtavasti energiaa. Tekstiiliteollisuudessa on saavutettu merkittäviä säästöjä kuivausenergiassa korvaamalla laajalti vedellä laimentaminen vaahdottamisella.
Diplomityön kirjallisessa osassa käytiin läpi vaahdon kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia sekä selvitettiin mitä kemikaaleja ja laitteita vaahdotukseen käytetään. Lisäksi luotiin katsaus vaahtoprosessien käyttöön tekstiiliteollisuudessa ja muilla aloilla.
Kokeellinen osa koostui esikokeista, joissa selvitettiin pastan koostumuksen vaikutuksia vaahtoamiseen, ja pilot-mittakaavan koeajoista, joissa esikokeiden tuloksia hyödynnettiin.
Esikokeissa huomiota kiinnitettiin varsinkin eri polyvinyylialkoholien (PVA) seosten erinomaiseen vaahtoavuuteen. Pilot-koeajoissa vaahtopäällystys vaikutti lupaavalta menetelmältä, joskaan täysin tyydyttävää päällystystulosta ei saavutettu. Suurimpana ongelmana esiintyi ilman pääseminen pohjapaperin ja päällysteen väliin ja siitä seuraava huono päällystejälki. Toisen ongelmakokonaisuuden muodostivat päällysteeseen jäävät reiät.
Vaahtopäällystys vaikuttaa lupaavalta tekniikalta ohuiden päällystekerrosten applikointiin, mutta pastareseptejä tulee optimoida ja ratkaista päällysteen alle pääsevän ilman ongelma. The aim of this study was to examine foam coating as a method for applying thin coating layers on wood-fiber-based materials. Paper and paperboard are coated industrially with different processes. In all of these processes, the coating paste is diluted with water before application, and subsequently evaporated to set the coating. Dilution is important for even distribution of coating pigments and chemicals, but the evaporation consumes tremendous amounts of energy. Significant savings in drying energy have been achieved in the textile industry by adopting foaming in place of dilution with water.
Literature review focused on the chemical and physical properties of foams, as well as chemicals and machinery used in the foaming process. Industrial use of foaming processes in the textile industry and in other fields was reviewed.
Empirical study consisted of laboratory trials examining the effect of coating paste formula to its foaming abilities, and pilot trials utilizing the results.
In the laboratory trials, the excellent foaming abilities of mixtures of different polyvinyl alcohol (PVA) grades became clear. Foam coating appeared to be a promising technology, even though fully satisfactory coating was not achieved in pilot-scale. Largest issue was air entrainment between the base paper and the coating layer, which led to e.g. poor film-formation in coating. Another problem was pinholes in the coatings.
Foam coating appears to be a promising technology for application of thin coating films to paper and paperboard, but the formulas for coating pastes need to be optimized, and the air entrainment problem to be solved before industrial invocation of foam coating is reasonable.
Diplomityön kirjallisessa osassa käytiin läpi vaahdon kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia sekä selvitettiin mitä kemikaaleja ja laitteita vaahdotukseen käytetään. Lisäksi luotiin katsaus vaahtoprosessien käyttöön tekstiiliteollisuudessa ja muilla aloilla.
Kokeellinen osa koostui esikokeista, joissa selvitettiin pastan koostumuksen vaikutuksia vaahtoamiseen, ja pilot-mittakaavan koeajoista, joissa esikokeiden tuloksia hyödynnettiin.
Esikokeissa huomiota kiinnitettiin varsinkin eri polyvinyylialkoholien (PVA) seosten erinomaiseen vaahtoavuuteen. Pilot-koeajoissa vaahtopäällystys vaikutti lupaavalta menetelmältä, joskaan täysin tyydyttävää päällystystulosta ei saavutettu. Suurimpana ongelmana esiintyi ilman pääseminen pohjapaperin ja päällysteen väliin ja siitä seuraava huono päällystejälki. Toisen ongelmakokonaisuuden muodostivat päällysteeseen jäävät reiät.
Vaahtopäällystys vaikuttaa lupaavalta tekniikalta ohuiden päällystekerrosten applikointiin, mutta pastareseptejä tulee optimoida ja ratkaista päällysteen alle pääsevän ilman ongelma.
Literature review focused on the chemical and physical properties of foams, as well as chemicals and machinery used in the foaming process. Industrial use of foaming processes in the textile industry and in other fields was reviewed.
Empirical study consisted of laboratory trials examining the effect of coating paste formula to its foaming abilities, and pilot trials utilizing the results.
In the laboratory trials, the excellent foaming abilities of mixtures of different polyvinyl alcohol (PVA) grades became clear. Foam coating appeared to be a promising technology, even though fully satisfactory coating was not achieved in pilot-scale. Largest issue was air entrainment between the base paper and the coating layer, which led to e.g. poor film-formation in coating. Another problem was pinholes in the coatings.
Foam coating appears to be a promising technology for application of thin coating films to paper and paperboard, but the formulas for coating pastes need to be optimized, and the air entrainment problem to be solved before industrial invocation of foam coating is reasonable.