Optimering av nanocellulosa för tillämpning som papperstyrkeadditiv

Bachelor thesis Swedish OPEN
Englöf, Johan (2015)
  • Publisher: KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE)
  • Subject: nanocellulose | MFC | retention | tensile strength

Syftet med projektet var att undersöka hur homogeniserings förhållanden (tryck antal passager och därmed energiinsatsen) vid framställning av MFC (mikrofibrillär cellulosa), från enzymatiskt förbehandlade pappersmassafibrer påverkar hållfastheten av papper förstärkt med MFC. Arbetsgivaren för projektet var Innventia och det laborativa arbetet har utförts i deras lokaler. Fördelen med att använda MFC som tillsats i papper är att arket blir starkare [1]. Detta medför att en mindre mängd material kan användas till ett material med liknande styrkeegenskaper. Vid Innventia används för närvarande en homogenisator för att delaminera (sönderdela) cellulosafibrer till fibriller och fibrillaggregat och därmed producera MFC. Homogenisatorn kan köras vid olika tryck, samt att cellulosafibrerna/MFC kan låtas passera genom homogenisatorn en eller flera gånger. Beroende på tillvägagångssättet varierar produktionsenergin mycket och egenskaperna på den producerade MFC varierar. För att få en så energieffektiv metod som möjligt är det av stor vikt att finna vilken metod som genererar en MFC lämpad för styrkegivning i pappersark. Beroende på hur mycket MFC som tillsätts till arket kan arkets egenskaper variera. Därför är även detta en mycket viktig aspekt att ta hänsyn till då dubbla mängden tillsatt MFC direkt motsvarar dubbla mängden tillförd energi. För att få en jämn dispergering av massafibrer och inbunden MFC utfördes retentionsförsök för att bestämma vilken koncentration C-PAM 1510 som ansågs lämplig att använda vid arkningen för samtliga MFC prover. C-PAM 1510 är en positiv laddad polymer som binder in MFC till massafibrerna [2]. Maskinen som användes för retentionsförsöken är BDDJ (Britt Dynamic Drainage Jar) och syftar till att se hur mycket MFC som retenderar med massafibrerna. Arkningen utfördes enligt ISO 5269-1 med riktvärde att producera ark om 80g/m2 för vidare fysikaliska tester, bland annat dragprovning, densitet och reell ytvikt. Halten C-PAM 1510 som användes under arkningsförsöken bestämdes till 0,15 %. Det fanns ingen säkerställd skillnad i arkstyrka för de olika MFC proverna som testades, förutom prov ett. Prov ett gav en betydande högre mätvärdesvariation vid dragprovningen (figur 8) jämfört med de övriga proverna och får ses extremt påverkad av något. Detta var inte heller ett prov som påverkade slutsatsen. Därav har prov ett utelämnats i diagram. Prov nummer 5 ansågs bäst lämpad som styrkeadditiv i papper. Resultaten kan dock ha påverkats av föroreningar i kranvattnet. Järnjoner och partiklar i varierande koncentrationer hade en påverkan av dispergeringen av fibrer i pappersark. The goal with the project was to investigate how homogenization conditions (pressure, number of passes and thereby energy consumption) at production of MFC (microfibrillated cellulose), from enzymatic pretreated paper mass fibers affects the strength of paper enhanced with MFC. The employer of the project is Innventia and the laboratory work was conducted in their facilities. The advantage of using MFC as an enhancer in paper is that the paper becomes stronger and more durable [1]. This leads to a decreasing use of material for a paper with similar strength properties as ordinary paper. At Innventia they presently use a homogenisator to delaminate (break apart) cellulose fibers to fibrils and fibril aggregates and thereby produce MFC. The homogenisator can be operated at different pressures and also the cellulose fibers/MFC can pass through one or several times. Depending on the method the energy consumption will greatly vary and so will also the properties of the produced MFC. To make the process as energy efficient as possible it is of most importance to find the best method of production for a MFC suitable as an enhancer in paper. Depending on how much MFC is added to the paper, the papers properties will vary. Therefore this aspect is also important to consider, because if the added MFC doubles, the energy does too. To make an even dispersion of the pulp fibers and adsorbed MFC, retention experiments were conducted to determine which concentration of C-PAM 1510 was most suitable to use during the sheet forming for every MFC sample. C-PAM 1510 is a positively charge polymer that can bind MFC to cellulose fibers [2]. The machine used for the retention experiments was BDDJ (Britt Dynamic Drainage Jar) aiming to determine how much MFC retain in the paper mass. The sheet forming was conducted accordingly to ISO 5269-1 and 80g/m2 sheets where produced for further physical testing, among other things, tensile test, density and basis weight. The C-PAM 1510 concentration used during the sheeting was determined to 0,15 %. There was no big difference for tensile strength compared to the different MFC samples, except sample one. Sample one had significant higher coefficient of variation compared to the other samples (figure 8) during tensile strength test, probably due to a high influence of some interference. The exclusion of sample one did not affect the overall result. Therefore sample one was excluded from diagrams. Sample number 5 was considered to be the best strength enhancing additive for paper. The results may have been influenced by impurities in the tap water and should be considered. Iron ions and particles in various concentrations did have an effect of the dispersion of fibers in paper.
Share - Bookmark