Study of Paper Dry Strength Additives on Cellulose Fibres
Tid: Fr 2023-01-27 kl 09.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Mengxiao Zhao , Fiberteknologi
Opponent: Research Professor Tekla Tammelin, VTT, Finland
Handledare: Universitetslektor Torbjörn Pettersson, Fiberteknologi, VinnExcellens Centrum BiMaC Innovation; Professor Lars Wågberg, Fiberteknologi, VinnExcellens Centrum BiMaC Innovation, Linné Flow Center, FLOW, Wallenberg Wood Science Center; Senior Principle Scientist Leif Robertsén, Kemira R&D Center, Luoteisrinne 2, 02270 Espoo, Finland
QC 2022-12-20
Embargo godkänt Mikael Lindström, skolchef CBH, via e-post 2022-12-20
Abstract
Cellulosafiberbaserade förpackningar, så som förpackningar av kartong, används flitigt för till exempel livsmedels- och dryckesförpackningar och snabbmatsförpackningar. På senare tid har även fiberbaserade material börjat an vändas för att göra sugrör. Tillsatsämnen, så som styrkeökande kemikalier, används vid tillverkning av papper och kartong för att förbättra produktens egenskaper. De styrkeökande kemikalierna är ofta utvecklade för att öka fogstyrkan och den totala fogarean, det vill säga den totala kontaktytan mellan överlappande fibrer. Detta bör helst uppnås i kombination med en hög bulk (låg densitet). Denna avhandling studerar på grundläggande nivå interaktionen mellan modellsystem av cellulosa samt cellulosafiber (sulfatfibrer från björk) och hur denna interaktion påverkas vid tillsats av en rad styrkekemikalier.
Fibrer med olika initial ytladdning studerades med avseende på adsorption av katjonstärkelse, följt av efterföljande adsorption av anjonisk polyakrylamid eller anjoniska polyelektrolytkomplex. Resultaten visar att mättnadsadsorptionen av katjonstärkelse vid en jonstyrka motsvarande 0,01 M NaCl har linjärt proportionell mot fiberns ytladdning, medan den efterföljande adsorptionen av anjonisk polyakrylamid eller anjonisk polyakrylamid var oberoende av fibrernas initiala ytladdning. Högre fiberytladdning ökade mättnadsadsorptionen av styrkekemikalierna, vilket också förbättrade de mekaniska egenskaperna hos ark tillverkade efter adsorption av dessa kemikalier. Böjstyvheten hos arken förbättrades av tillsats av katjonstärkelse och ökade ytterligare vid ytterligare tillsats av både anjoniska polyelektrolytkomplex och anjonisk polyakrylamid. Arkens densitet förändrades inte nämnvärt till följd av styrkekemikalierna.
Katjoniska styrkekemikalier undersöktes också på tre olika modellmaterial: filmer och kulor av regenererade cellulosa samt filament tillverkade av. På cellulosafilmerna studerades i detalj adsorptionen av styrkekemikalierna (katjonstäkelse av potatis och majs, glyoxalerad polyakrylamid samt blandning av katjonisk polyakrylamid / polyDADMAC) med en kvartskristallmikrovåg. Vid adsorption av katjonstärkelse ökade total massan, medan katjonisk polyakrylamid (CPAM) indikerade mätningarna en minskad total massa, vilket härleds vara en följd av en inducerad avsvällning av cellulosafilmen i samband med adsorptionen. Modell filament och kullor används för att bilda fogar i form av fiberkors eller sammanfogade kulor vid torkning. Modifiering av filament och kulor med styrkekemikalier påverkade de formade fogarna på olika sätt, de flesta styrkekemikalierna fick filamenten att bilda en mixad materialfas i den torkade fogen.
Vid frystorkning av cellulosafibrer kan skumliknande material bildas om tillräckligt starka fogar mellan fibrerna kan bildas. Med hjälp av fibermodifiering med kitosan och natriumhexametafosfat via lager-på-lager-teknik kan lättviksskum bildas som visar sig ha brandhämmande egenskaper.