Selluloosapitoisten kuitujen muokkaus karboksimetyyliselluloosalla – vaikutukset kuitu- ja arkkiominaisuuksiin

The main purpose of this study was to determine whether fiber and sheet properties can be improved by modifying the surface of ECF-bleached softwood and hardwood pulps with carboxymethyl cellulose (CMC). The main objectives of the study were to evaluate; the effect of CMC modification and modification conditions on handsheet and fiber properties the combined effect of CMC and surfactant modification on softwood handsheet properties the effect of different drying techniques (freely/restrained) on the handsheets properties of hardwood pulp the effect of fiber morphology on CMC modification of hardwood pulp the effect of fines and beating on CMC-modified pulps Fiber properties were investigated by fiber analysis, measurement of water retention values (WRV) and confocal laser scanning microscopy (CLSM). Sheet properties were studied by testing the sheets and by imaging the CMC-modified sheets with environmental scanning electron microscopy (ESEM). The role of fines was studied by fractionating hardwood pulps before and after CMC modification. All CMC treatments were made for both beaten and unbeaten pulps, in order to examine the significance of beating. In general, the sorption degree of CMC on pulp increased with more extensive beating whereas it decreased with a higher degree of substitution of CMC. After CMC modification the water retention value (WRV) increased for both hardwood pulps and especially for softwood pulps, which accounted for a significant improvement in the internal and tensile strength properties of the handsheets. A unique feature in these experiments was that tensile properties improved remarkably for the CMC-modified hardwood handsheets when dried under restraint, which is considered closer to the drying process in real papermaking conditions. The addition of CMC and surfactant increased the internal and tensile strength properties further. Specific microfibril bonds on the surface of the handsheets revealed by electron microscopy could partly explain the improved strength properties of the CMC-modified softwood sheets. As the sorption conditions used in this study were similar to those in a commercial papermaking system, the surface modification method may be useful in practice, for example, after the refining stage. Preliminary results show that also the vessel picking tendency of eucalyptus pulp could be significantly reduced through CMC modification.Työn päämääränä oli määrittää, kuinka ECF-valkaistun havu- ja lehtipuusellun ominaisuuksia voidaan parantaa muokkaamalla kuitujen pintaa karboksimetyyliselluloosalla (CMC). Tutkimuksen pääasialliset tavoitteet: kartoittaa CMC-muokkauksen ja muokkausolosuhteiden vaikutuksia kuitujen ja käsiarkkien ominaisuuksiin tutkia CMC:n ja pinta-aktiivisten aineiden yhteisvaikutusta havupuusellusta valmistettujen käsiarkkien ominaisuuksiin selvittää erilaisten kuivaustapojen (vapaa/rajattu) vaikutus lehtipuusellusta valmistettujen käsiarkkien ominaisuuksiin löytää yhteys kuitumorfologian ja CMC-muokatun lehtipuusellun välillä määrittää hienoaineen ja jauhatuksen vaikutus CMC-muokattuun selluun Kuituominaisuuksia tutkittiin kuituanalyysillä, mittaamalla kuitujen vedenpidätyskykyä (WRV) ja konfokaali laserpyyhkäisymikroskoopilla (CLSM). Käsiarkkien ominaisuuksia selvitettiin tavallisilla arkintestausmenetelmillä ja kuvaamalla arkkeja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (ESEM). Hienoaineen vaikutusta tutkittiin fraktioimalla lehtipuusellu ennen ja jälkeen CMC-muokkausta. Kaikki CMC-käsittelyt tehtiin jauhetulle ja jauhamattomalle massalle, jotta jauhatuksen merkitystä voitaisiin paremmin arvioida. Kiinnittyneen CMC:n määrä yleisesti ottaen nousi lisääntyvän jauhatuksen funktiona ja laski lisääntyvän CMC:n substituutioasteen funktiona. Lehtipuusellun ja etenkin havupuusellun CMC-muokkaus nosti kuitujen vedenpidätyskykyä (WRV), mikä paransi huomattavasti kuiduista valmistettujen käsiarkkien sisäistä lujuutta ja vetolujuutta. Yksi tutkimuksen tärkeimmistä tuloksista oli, että CMC-käsittely paransi merkittävästi käsiarkkien lujuusominaisuuksia, kun arkit kuivattiin siten, että niitä ei päästetty kutistumaan. Tällainen rajattu kuivaus on lähempänä todellisia paperinvalmistusolosuhteita. Pinta-aktiivisen aineen ja CMC:n käsittely paransi edelleen kuituverkoston sisäistä lujuutta ja vetolujuutta. Erityiset mikrofibrillisidokset kuitujen välillä voivat osaltaan selittää CMC-muokatun havupuusellun paremmat lujuusominaisuudet. CMC-muokkauksen olosuhteet olivat siis sellaisia, jotka voi helposti sisällyttää kaupalliseen paperinvalmistusprosessiin, esimerkiksi jauhatusvaiheen jälkeen. Alustavat tulokset osoittivat myös, että putkilosolujen haitalliset vaikutukset paperin painatusvaiheessa (nk. "vessel picking") vähenivät selvästi kuitujen CMC-muokkauksen vaikutuksesta.reviewe