Microfibrillated cellulose and its application in paper or board production
Anttila, Kristiina (2023)
Diplomityö
2023
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231204150915
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231204150915
Tiivistelmä
Microfibrillated cellulose (MFC) is highly fibrillated cellulose which can be used to enhance paper or board properties such as strength properties. It can also be used to replace petroleum-based materials or fluorochemicals in some paper or board products making it a more environmentally friendly solution for example for packaging producers. In the literature part of this thesis the definition of MFC is determined, different MFC production methods are described and the effect of MFC addition to paper or board products properties is presented. In addition, different application methods for MFC in paper or board production are researched and information gathered of how the addition of MFC affects the production of paper or paperboard and what needs to be considered in the production process.
The experimental part of this thesis is concentrating on an application device called Valmet Wet End Applicator (WEA) which is used to apply MFC at the wet end of a paper or board machine. Data from internal pilot machine trials with the WEA pilot unit is statistically analysed to define which pilot machine and WEA settings affect air permeance results the most when the target is to seal the base sheet surface to create barrier properties. In addition, guidelines for possible customer discussions are given based on the findings of the statistical analysis and literature part.
According to the statistical analysis the amount of MFC applied has the biggest effect on the air permeance results and according to the literature part the properties of the MFC affect what kind of air permeance results can be achieved. Hence in discussions with a prominent WEA customer a customer trial with customer MFC and with WEA pilot unit or WEA mobile applicator are recommended. Mikrofibrilloitu selluloosa (MFC) on korkealle fibrilloitua selluloosaa, jota voidaan käyttää parantamaan paperin tai kartongin ominaisuuksia kuten lujuusominaisuuksia. Sitä voidaan myös käyttää korvaamaan öljypohjaisia materiaaleja tai fluorikemikaaleja tietyissä paperi- tai kartonkituotteissa tehden mikrofibrilloidusta selluloosasta ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon esimerkiksi pakkausten valmistajille. Tämän diplomityön kirjallisuusosassa MFC:n määritelmää on luonnehdittu, erilaiset valmistustekniikat esitelty ja vaikutus paperin tai kartongin ominaisuuksiin on esitetty. Lisäksi MFC:n applikointitavat paperin tai kartongin valmistuksessa on kuvattu ja tietoa kerätty siitä, miten MFC vaikuttaa paperin tai kartongin valmistuksen eri osaprosesseihin ja mitä pitää ottaa huomioon paperi- tai kartonkikoneella, jos mikrofibrilloitua selluloosaa applikoidaan.
Työn kokeellinen osa keskittyy MFC:n applikoitiin Valmetin Wet End Applicator (WEA) nimisellä laitteella, jolla voidaan applikoida mikrofibrilloitua selluloosaa paperi- tai kartonkikoneen viiraosalla. Kahden sisäisen koeajon dataa analysoitiin tilastollisella menetelmällä, jotta saatiin selville mitkä pilottipaperikoneen ja WEA-laitteen pilottiversion asetukset vaikuttavat eniten pohjapaperin ilmanläpäisevyysominaisuuksiin. Saavutettu alhainen ilmanläpäisevyys mahdollistaa paperin tai kartongin rakenteen tiiveyden, jolloin sitä voidaan hyödyntää rakenteen tiiveyttä vaativissa sovelluksissa.
Tilastollisen analyysin perusteella applikoidun MFC:n määrä vaikuttaa eniten ilmanläpäisevyystuloksiin ja kirjallisuusosan perusteella MFC:n ominaisuudet ovat tärkeässä osassa määrittämässä kuinka alhaisia ilmanläpäisevyystuloksia on mahdollista saavuttaa. Työssä esitettyjen tutkimusten ja tulosten perusteella on kerätty pääkohtia ja huomioita keskusteluihin uusien asiakkaiden kanssa, jotka ovat kiinnostuneet MFC:n applikoinnista WEA-laitteella.
The experimental part of this thesis is concentrating on an application device called Valmet Wet End Applicator (WEA) which is used to apply MFC at the wet end of a paper or board machine. Data from internal pilot machine trials with the WEA pilot unit is statistically analysed to define which pilot machine and WEA settings affect air permeance results the most when the target is to seal the base sheet surface to create barrier properties. In addition, guidelines for possible customer discussions are given based on the findings of the statistical analysis and literature part.
According to the statistical analysis the amount of MFC applied has the biggest effect on the air permeance results and according to the literature part the properties of the MFC affect what kind of air permeance results can be achieved. Hence in discussions with a prominent WEA customer a customer trial with customer MFC and with WEA pilot unit or WEA mobile applicator are recommended.
Työn kokeellinen osa keskittyy MFC:n applikoitiin Valmetin Wet End Applicator (WEA) nimisellä laitteella, jolla voidaan applikoida mikrofibrilloitua selluloosaa paperi- tai kartonkikoneen viiraosalla. Kahden sisäisen koeajon dataa analysoitiin tilastollisella menetelmällä, jotta saatiin selville mitkä pilottipaperikoneen ja WEA-laitteen pilottiversion asetukset vaikuttavat eniten pohjapaperin ilmanläpäisevyysominaisuuksiin. Saavutettu alhainen ilmanläpäisevyys mahdollistaa paperin tai kartongin rakenteen tiiveyden, jolloin sitä voidaan hyödyntää rakenteen tiiveyttä vaativissa sovelluksissa.
Tilastollisen analyysin perusteella applikoidun MFC:n määrä vaikuttaa eniten ilmanläpäisevyystuloksiin ja kirjallisuusosan perusteella MFC:n ominaisuudet ovat tärkeässä osassa määrittämässä kuinka alhaisia ilmanläpäisevyystuloksia on mahdollista saavuttaa. Työssä esitettyjen tutkimusten ja tulosten perusteella on kerätty pääkohtia ja huomioita keskusteluihin uusien asiakkaiden kanssa, jotka ovat kiinnostuneet MFC:n applikoinnista WEA-laitteella.