Brightness of multilayer boards
Turkia, Teijo (2008)
Tiivistelmä
A good appearance of a package enhances the sale of the product. The packing gives information about the content and instructions for the usage. In this master’s thesis, the optical properties of multilayer packaging board is studied. Especially means of increasing brightness of the multilayer board are evaluated.
In the literature part, the effect of different factors on optical properties of a multilayer board are evaluated with the help of light scattering and absorption coefficients. The Kubelka-Munk theory can be used also in modelling brightness of the multilayer board. A large variety of different process factors, chemical aids and machine variables affect optical properties of board.
In the experimental part, different methods to increase brightness of a 3-layer board were evaluated. It was discovered that brightness variation of broke (30 % share of the center layer pulp) have only minor influence on brightness of the board. The brightness variation must be high, roughly 9 % in order to alter brightness of the board by 1 %. Higher brightness can be achieved by bleaching the pulp, which holds the largest share of the center layer pulp. Here, 2,6 % increase in brightness of the pulp (60 % share of the center layer pulp) increased brightness of the board by 1 %. In a trial run at a board machine, there was no indication of decreased bulk of the board due to extended bleaching of the pulp.
With pulp dyeing appearance and optical properties of a multilayer board can be influenced. By using bluish dyes the natural yellowness of pulps can be decreased and impression of whiteness is then increased. Brightness may deteriorate though, because of increasing light absorption of the dyed pulps. When the yellowness comes from the center layer pulp, the dye should be introduced there. Then the brightness decreasing effect of the dye decreases brightness of the board less. It was noticed that it is more important to maintain brightness of the top layer than brightness of the center layer, because the top layer pulp affects on brightness of the board the most.
By introducing fillers into the top layer of a multilayer board it is possible to increase brightness of the board. Fillers with the highest light scattering increased the brightness of the board the most. Increasing light scattering increases brightness and also opacity. Higher opacity in the top layer decreases also the darkening effect of the center layer. Calcinated kaolin and PCC was found to increase the light scattering of the top layer the most at the filler comparison. Introducing fillers into the top layer of multilayer board may decrease bulk and modulus of elasticity of the top layer. This could lead to deteriorated bending stiffness. Pakkauksen hyvä ulkonäkö parantaa tuotteen myyntiä. Pakkauksen tehtävä on myös informoida tuotteen sisällöstä, sekä antaa käyttöohjeita. Tässä diplomityössä tutkittiin monikerrosrakenteisten pakkauskartonkien optisisia ominaisuuksia, varsinkin arvioitiin keinoja parantaa monikerroskartongin vaaleutta.
Kirjallisuusosassa arvioitiin eri tekijöiden vaikutusta monikerroskartongin optisiin ominaisuuksiin valonsironta- ja absorptiokertointen avulla. Kubelka-Munkin teoriaa voidaan myös käyttää hyväksi monikerroskartongin vaaleuden mallintamisessa. Suuri määrä eri prosessitekijöitä, kemiallisia aineita ja konemuuttujia vaikuttavat kartongin optisiin ominaisuuksiin.
Kokeellisessa osassa arvioitiin eri keinoja tietyn 3-kerroskartongin vaaleuden parantamiseen. Havaittiin, että hylyn vaaleusvaihtelulla (30 % hylkyä keskikerroksessa) on vähäinen vaikutus kartongin vaaleuteen. Vaaleuden vaihtelun täytyy olla suuri, n. 9 %, jotta kartongin vaaleus muuttuisi 1 %:n. Kartongin vaaleutta voidaan parantaa valkaisemalla massaa, jolla on suurin osuus keskikerrosmassasta. Noin 2,6 %:n massan vaaleuden nousu (60 % keskikerroksesta) kasvatti kartongin vaaleutta 1 %:n. Koeajossa kartonkikoneella ei havaittu kartongin bulkin heikentyvän keskikerrosmassan pidennetystä valkaisusta.
Massan sävytyksellä voidaan vaikuttaa monikerroskartongin ulkonäköön ja optisiin ominaisuuksiin. Sinertävillä väreillä massojen luonnollista keltaisuutta voidaan pienentää, jolloin valkoisuuden vaikutelma lisääntyy. Tosin vaaleus saattaa heikentyä, sillä sävytys lisää massan valon absorptiota. Jos kartongin keltaisuus aiheutuu keskikerrosmassasta, pitäisi sävytys suunnata keskikerrokseen. Tällöin sävytysvärin kartongin vaaleutta heikentävä vaikutus on pienempi, kuin jos väri olisi pintakerroksessa. Havaittiin, että on tärkeämpää säilyttää pintakerroksen vaaleus kuin keskikerroksen, koska pintakerrosmassan vaaleus vaikuttaa monikerroskartongin vaaleuteen eniten.
Monikerroskartongin pintakerroksen täytöllä voidaan lisätä kartongin vaaleutta. Täyteaineet, joilla on suurin valonsirontakyky, kasvattavat kartongin vaaleutta eniten. Valonsironnan kasvu lisää vaaleutta sekä opasiteettia. Pintakerroksen suurempi opasiteetti vähentää keskikerroksen tummentavaa vaikutusta. Kalsinoitu kaoliini ja PCC lisäsivät pintakerroksen valonsirontaa eniten täyteainevertailussa. Pintakerroksen täyttö voi heikentää pintakerroksen bulkkia ja kimmokerrointa. Tämä voi johtaa heikentyneeseen taivutusjäykkyyteen.
In the literature part, the effect of different factors on optical properties of a multilayer board are evaluated with the help of light scattering and absorption coefficients. The Kubelka-Munk theory can be used also in modelling brightness of the multilayer board. A large variety of different process factors, chemical aids and machine variables affect optical properties of board.
In the experimental part, different methods to increase brightness of a 3-layer board were evaluated. It was discovered that brightness variation of broke (30 % share of the center layer pulp) have only minor influence on brightness of the board. The brightness variation must be high, roughly 9 % in order to alter brightness of the board by 1 %. Higher brightness can be achieved by bleaching the pulp, which holds the largest share of the center layer pulp. Here, 2,6 % increase in brightness of the pulp (60 % share of the center layer pulp) increased brightness of the board by 1 %. In a trial run at a board machine, there was no indication of decreased bulk of the board due to extended bleaching of the pulp.
With pulp dyeing appearance and optical properties of a multilayer board can be influenced. By using bluish dyes the natural yellowness of pulps can be decreased and impression of whiteness is then increased. Brightness may deteriorate though, because of increasing light absorption of the dyed pulps. When the yellowness comes from the center layer pulp, the dye should be introduced there. Then the brightness decreasing effect of the dye decreases brightness of the board less. It was noticed that it is more important to maintain brightness of the top layer than brightness of the center layer, because the top layer pulp affects on brightness of the board the most.
By introducing fillers into the top layer of a multilayer board it is possible to increase brightness of the board. Fillers with the highest light scattering increased the brightness of the board the most. Increasing light scattering increases brightness and also opacity. Higher opacity in the top layer decreases also the darkening effect of the center layer. Calcinated kaolin and PCC was found to increase the light scattering of the top layer the most at the filler comparison. Introducing fillers into the top layer of multilayer board may decrease bulk and modulus of elasticity of the top layer. This could lead to deteriorated bending stiffness.
Kirjallisuusosassa arvioitiin eri tekijöiden vaikutusta monikerroskartongin optisiin ominaisuuksiin valonsironta- ja absorptiokertointen avulla. Kubelka-Munkin teoriaa voidaan myös käyttää hyväksi monikerroskartongin vaaleuden mallintamisessa. Suuri määrä eri prosessitekijöitä, kemiallisia aineita ja konemuuttujia vaikuttavat kartongin optisiin ominaisuuksiin.
Kokeellisessa osassa arvioitiin eri keinoja tietyn 3-kerroskartongin vaaleuden parantamiseen. Havaittiin, että hylyn vaaleusvaihtelulla (30 % hylkyä keskikerroksessa) on vähäinen vaikutus kartongin vaaleuteen. Vaaleuden vaihtelun täytyy olla suuri, n. 9 %, jotta kartongin vaaleus muuttuisi 1 %:n. Kartongin vaaleutta voidaan parantaa valkaisemalla massaa, jolla on suurin osuus keskikerrosmassasta. Noin 2,6 %:n massan vaaleuden nousu (60 % keskikerroksesta) kasvatti kartongin vaaleutta 1 %:n. Koeajossa kartonkikoneella ei havaittu kartongin bulkin heikentyvän keskikerrosmassan pidennetystä valkaisusta.
Massan sävytyksellä voidaan vaikuttaa monikerroskartongin ulkonäköön ja optisiin ominaisuuksiin. Sinertävillä väreillä massojen luonnollista keltaisuutta voidaan pienentää, jolloin valkoisuuden vaikutelma lisääntyy. Tosin vaaleus saattaa heikentyä, sillä sävytys lisää massan valon absorptiota. Jos kartongin keltaisuus aiheutuu keskikerrosmassasta, pitäisi sävytys suunnata keskikerrokseen. Tällöin sävytysvärin kartongin vaaleutta heikentävä vaikutus on pienempi, kuin jos väri olisi pintakerroksessa. Havaittiin, että on tärkeämpää säilyttää pintakerroksen vaaleus kuin keskikerroksen, koska pintakerrosmassan vaaleus vaikuttaa monikerroskartongin vaaleuteen eniten.
Monikerroskartongin pintakerroksen täytöllä voidaan lisätä kartongin vaaleutta. Täyteaineet, joilla on suurin valonsirontakyky, kasvattavat kartongin vaaleutta eniten. Valonsironnan kasvu lisää vaaleutta sekä opasiteettia. Pintakerroksen suurempi opasiteetti vähentää keskikerroksen tummentavaa vaikutusta. Kalsinoitu kaoliini ja PCC lisäsivät pintakerroksen valonsirontaa eniten täyteainevertailussa. Pintakerroksen täyttö voi heikentää pintakerroksen bulkkia ja kimmokerrointa. Tämä voi johtaa heikentyneeseen taivutusjäykkyyteen.