Novel modifications of rosin emulsion formulations for internal sizing of paper

Abstract

In this master’s thesis different kinds of novel additives in rosin emulsion formulations were researched for internal sizing of paper. The research focuses on different stabilization mechanisms and modified rosins that could improve the sizing performance and strength of paper. The thesis was done as project work for Kemira Oyj, R&D department, Sizing & Performance team, in cooperation with a piloting plant of Kemira.

Emulsion blends of fortified rosin with different modified rosins and stabilizing agents were formulated at the pilot plant. The chemical properties of the emulsions were tested, and paper hand sheets were formed at the research centre to evaluate the sizing performance of the emulsions. Performance of the sizing was evaluated with Cobb-absorbency test and the paper strength with tensile strength tester.

The modified rosin blend emulsions had similar results as the reference samples as did the stabilizer trials. Hydrogenated and dimerized rosin blends resulted in slightly better sizing performance but losing in tensile strength of the paper. An unexpected increase in tensile strength of paper was found by replacing some cationic starch with a biopolymer particle stabilizer while keeping the sizing performance nearly the same.

Tämä diplomityö käsittelee mäntyhartsiemulsioiden uusia kemioita paperin massaliimauksessa. Tutkimus keskittyy eri stabilisaatiomenetelmiin ja modifioitujen hartsien, kuten hydrogenoitujen ja dimeroitujen hartsien käyttöön hydrofoboinnin ja paperin kestävyyden kehittämisessä. Työ suoritettiin projektina Kemira Oyj:n R&D osaston Sizing & Performance tiimissä, yhteistyössä Kemiran pilotointilaitoksen kanssa.

Hartsiemulsiot formuloitiin pilotointilaitoksella, suunniteltujen reseptien mukaisesti. Formuloitujen liimaemulsioiden kemialliset ominaisuudet mitattiin niiden käytettävyyden kannalta ja liimauksen toimintaa testattiin valmistamalla paperiarkkeja käsin tutkimuskeskuksella. Paperiarkkien hydrofobisuutta testattiin Cobb-absorptiotestillä ja arkkien kestävyyttä vaakavetolujuuslaitteella.

Sekä modifioidut hartsisekoitukset että stabilisaatiotestit tuottivat hyvin samanlaisia tuloksia kuin referenssinäytteet. Hydrogenoidut ja dimeroidut hartsisekoitukset tuottivat hieman paremman hydrofobisuuden samalla menettäen kestävyyttä paperin vetolujuudessa. Stabiilisuusti biopolymeeri ja -partikkelistabilaattorilla kationisen tärkin osittaisena korvaajana johti vetolujuuden kasvuun säilyttäen paperin hydrofobisen ominaisuutensa lähes muuttumattomana.