Applicability of fibrous and size index to characterize microfibrillated cellulose, fiber blends, and paper properties
Tirronen, Ella (2024)
Diplomityö
2024
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024052335592
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024052335592
Tiivistelmä
Microfibrillated cellulose (MFC) has a broad particle size range. In papermaking, MFC is often mixed in a pulp suspension with polymers. Analyzing pulp suspensions that contain a wide range of components becomes challenging for optical measurement, but measurement efficiency can be enhanced using tube flow fractionation. The fraction data obtained from optical measurement can be further analyzed using fibrous and size indexes.
This thesis presents a study that explores the applicability of fibrous and size indexes in characterizing MFC. The research methodology involved analyzing fiber blends and correlating the results with paper properties. Additionally, two grades of MFC, commercial (MFC1) and research-grade (MFC2), were compared to identify potential differences in index distributions and particle size.
The findings of this study validated the potential of fibrous and size indexes to characterize multicomponent suspensions. Adding cationic starch and CPAM to the pulp suspension reduced the fibrous index, with the extent of reduction correlating to the chemical dosage. On the other hand, the addition of MFC increased the proportion of fines fraction observed in the fibrous index distribution, leading to enhanced tensile strength in the resulting paper. These results suggest that the fibrous index could be used as an indicator for evaluating either the tensile strength or tear strength of paper, depending on the desired paper property. Mikrofibrilloidulla selluloosalla (MFC) on laaja partikkelikokoalue. Paperinvalmistuksessa MFC sekoitetaan usein sellun joukkoon polymeerien kanssa. Kuituseosten analysointi, jotka sisältävät laajan valikoiman erilaisia komponentteja, on haastavaa optisella mittauksella, mutta mittauksen tehokkuutta voidaan parantaa käyttämällä putkivirtaukseen perustuvaa fraktiointia. Optisella mittauksella saatu fraktiodata voidaan edelleen analysoida käyttäen kuitumaisuus- ja kokoindeksejä.
Tämä diplomityö esittää tutkimuksen, joka tutkii kuitumaisuus- ja kokoindeksien soveltuvuutta MFC:n karakterisointiin. Tutkimusmenetelmänä oli kuituseosten analysointi ja tulosten korrelointi paperin ominaisuuksiin. Lisäksi verrattiin kahta MFC-laatua, kaupallista (MFC1) ja tutkimuslaatua (MFC2), tunnistamaan mahdollisia eroja indeksijakaumissa ja partikkelikoossa.
Tämän tutkimuksen tulokset vahvistivat kuitumaisuus- ja kokoindeksien potentiaalia monikomponenttisten seosten karakterisointiin. Kationisen tärkkelyksen ja CPAM:n lisääminen sellun joukkoon laski kuitumaisuusindeksiä, mikä korreloi kemikaalien annostuksen kanssa. Toisaalta MFC:n lisääminen lisäsi hienoainesfraktion osuutta indeksijakaumassa, mikä johti paperin lopullisen vetolujuuden parantumiseen.
Nämä tulokset viittaavat siihen, että kuitumaisuusindeksiä voitaisiin mahdollisesti käyttää indikaattorina paperin joko vetolujuuden tai repäisylujuuden arvioimiseen, riippuen halutusta paperin ominaisuudesta.
This thesis presents a study that explores the applicability of fibrous and size indexes in characterizing MFC. The research methodology involved analyzing fiber blends and correlating the results with paper properties. Additionally, two grades of MFC, commercial (MFC1) and research-grade (MFC2), were compared to identify potential differences in index distributions and particle size.
The findings of this study validated the potential of fibrous and size indexes to characterize multicomponent suspensions. Adding cationic starch and CPAM to the pulp suspension reduced the fibrous index, with the extent of reduction correlating to the chemical dosage. On the other hand, the addition of MFC increased the proportion of fines fraction observed in the fibrous index distribution, leading to enhanced tensile strength in the resulting paper. These results suggest that the fibrous index could be used as an indicator for evaluating either the tensile strength or tear strength of paper, depending on the desired paper property.
Tämä diplomityö esittää tutkimuksen, joka tutkii kuitumaisuus- ja kokoindeksien soveltuvuutta MFC:n karakterisointiin. Tutkimusmenetelmänä oli kuituseosten analysointi ja tulosten korrelointi paperin ominaisuuksiin. Lisäksi verrattiin kahta MFC-laatua, kaupallista (MFC1) ja tutkimuslaatua (MFC2), tunnistamaan mahdollisia eroja indeksijakaumissa ja partikkelikoossa.
Tämän tutkimuksen tulokset vahvistivat kuitumaisuus- ja kokoindeksien potentiaalia monikomponenttisten seosten karakterisointiin. Kationisen tärkkelyksen ja CPAM:n lisääminen sellun joukkoon laski kuitumaisuusindeksiä, mikä korreloi kemikaalien annostuksen kanssa. Toisaalta MFC:n lisääminen lisäsi hienoainesfraktion osuutta indeksijakaumassa, mikä johti paperin lopullisen vetolujuuden parantumiseen.
Nämä tulokset viittaavat siihen, että kuitumaisuusindeksiä voitaisiin mahdollisesti käyttää indikaattorina paperin joko vetolujuuden tai repäisylujuuden arvioimiseen, riippuen halutusta paperin ominaisuudesta.