Polymeerilisäaineiden vaikutukset paperin lujuuden kehittymiseen kuivatuksen aikana

Diplomityön tavoitteena oli selvittää kuituverkostoon adsorboitavien polymeerilisäaineiden potentiaalia kuitujen välisten sidosten muodostuksessa ja paperin lujuuden kehittymisessä kuivatuksen aikana. Lisäksi pyrittiin arvioimaan epäsuorilla laboratoriomittauksilla polymeerilisäaineiden vaikutusta paperinvalmistusprosessin ajettavuuteen, sekä märän, että kuivan rainan tapauksessa. Työn kirjallisuusosan aluksi perehdyttiin selluloosamolekyylien sitoutumistyyppeihin sekä kuitujen väliseen sitoutumiseen. Kirjallisuuskatsausta jatkettiin esittelemällä paperista tyypillisesti mitattavia lujuusominaisuuksia. Polymeerilisäaineista käytiin läpi tunnetuimmat kuiva - ja märkälujalisäaineet sekä niiden adsorptiomekanismit kuituihin. Lopuksi selvitetään paperin kosteuden ja kuivatuksen vaikutuksia lujuusominaisuuksien kehitykseen. Tutkittavaksi massaksi valittiin vähän jauhettu valkaistu mäntysellu, josta pestiin hienoaines pois. Massa pestiin Na+ muotoon ja polymeerit esiadsorboitiin lievästi emäksisissä olosuhteissa. Kokeellisen osan kuivatuskokeet toteutettiin pääosin MTS 400m pystyvetolaitteelle rakennetulla uniaksiaalisella kuivatuslaitteistolla. Pystyvetolaitteella määritettiin kuivatuskäyrät, arvioitiin ajettavuutta märkänä relaksaatikokeella sekä tutkittiin vetojen vaikutusta lujuusominaisuuksiin veto-optimointikokeella. Näiden kokeiden lisäksi polymeroituja arkkeja kuivattiin biaksiaalisesti arkkikuivurilla ja kuivattujen arkkien testaus suoritettiin standardien mukaisilla paperintestauslaitteilla. Kuivatuskokeissa merkittävimmät efektit saatiin CMC:llä, jonka ominaisuudet paranivat lähes lineaarisesti myös isoilla annostuksilla. Suurilla annostuksilla CMC tihensi arkkia huomattavasti samalla parantaen merkittävästi mm. vetolujuutta ja murtovenymää sekä samanaikaisesti elastista kimmomoduulia ja vetojäykkyyttä. Tärkkelyksellä ja kitosaanilla saatiin myös merkittäviä efektejä, mutta niiden voimakkuus ei kasvanut yhtä suuresti annostuksen funktiona kuin CMC:IIä. Kitosaani oli ainut polymeeri jolla saatiin parannettua relaksaatiokireyttä sekä lujuutta heti märkäpuristuksen jälkeen. C-PAM:illa, PEO:IIa ja PVAm:lla vaikutukset lujuusominaisuuksiin jäivät vähäisiksi. Viimeisenä tehdyssä veto-optimointikokeessa havaittiin, että tärkkelys ei kestänyt suurta vetoa alhaisessa kuiva-ainepitoisuudessa. Sitä vastoin CMC aktivoitui vedoista ja kasvatti arkin vetojäykkyyttä jopa 40 %