Nyheter

Tryck och värme ökar styrkan hos papper av högutbytesmassor

2020-03-25

Tove Joelsson har i sitt nyligen fullbordade licentiatarbete visat att både torrstyrka och våtstyrka hos papper av mekanisk massa kan ökas med hjälp av höga tryck och temperaturer. Arbetet har utförts i samarbete med Mittuniversitetet, MoRe Research, IPCO, flera skogsindustriföretag samt med finansiellt stöd från Kempestiftelsen och KK-stiftelsen.

Projektet inleddes med att varmpressa pappersark i en cylinderpress med mjuk pressfilt varefter tekniken utvecklades i en ny stålbandspress tillverkad av IPCO. Resultaten ligger till grund för det fortsatta doktorandarbetet.

Bakgrunden till licentiatarbetet var att forskare vid Mittuniversitetet i tidigare arbeten kunnat producera mycket starka och fuktbeständiga ark av högutbytesmassor med hjälp av en speciell pressteknik. Ytterligare forskning och lyckad uppskalning är därför av intresse för dagens producenter av mekanisk massa som ger en möjlighet att istället tillverka nya förpackningsmaterial som delvis kan ersätta plast.

För första gången har en studie gjorts för att se hur olika papperskvaliteter reagerar under hög temperatur och högt tryck, säger Tove Joelsson. Den första delen av mitt arbete omfattade varmpressning av pappersark baserade på olika typer av mekaniska massor (ex. CTMP, HT-CTMP, TMP) samt blekta kraftmassa, för att se hur styrkan utvecklades. I den andra delen gjordes kok i pilotskala av oblekt kraftmassa till olika kappatal för att studera hur mängden kvarvarande lignin påverkade pappersarkens torr- och våtstyrka. I studiens tredje del användes en av IPCO utvecklad stålbandspress för att optimera variablerna tryck, temperatur, tid, hastighet och massakvalitet för att få höga torr- och våtstyrkor.

IPCO:s stålbandpress har ett stålbälte som värms med IR upp till 300°C och två nyptryck som vardera kan trycka upp till 8 MPa. Hastigheten kan varieras mellan 0,5 – 5 m/min vilket betyder att presstiden kan varieras mellan 24-240 ms. Under licentiatarbetet har stålbandspressen vidareutvecklats och är idag en unik pilot för studier av hur tryck, temperatur och tid påverkar styrkeegenskaperna hos olika fibermaterial.

För att få ligninet att mjukna och bidra till en styrkeökning krävs hög presstemperatur, högt presstryck samt ett visst fuktinnehåll. Resultaten av licentiatarbetet visar att torr styrka i nivå med den för kraft papper kan nås vid presstemperaturer på 200°C och presstryck vid 7 MPa. En betydelsefull våtstyrka som är mycket nära nivån för kommersiellt våtstarkt papper kunde nås vid samma varmpressningsförhållanden. En ytterligare höjning av våtsyrka erhölls vid pressnings temperaturer upp till 300°C. Studien visar även på ett linjärt samband mellan ligninhalt i papperet och våtstyrkan, där en högre ligninhalt ger en högre våtstyrka, fortsätter Tove Joelsson. Vi har därmed kunnat visa att det är möjligt att tillverka papper av mekanisk massa med både hög torrstyrka och våtstyrka helt utan tillsats av styrkehöjande kemikalier. För bästa resultat krävs högt lignininnehåll, hög temperatur, högt nyptryck och tillräckligt lång presstid.

- Mina fortsatta doktorandstudier syftar till att ta reda på mekanismerna som förklarar varför en styrkeökning sker och samtidigt optimera processen. Genom att så småningom kunna utveckla metoden i fullstor skala kan intressanta möjligheter öppnas för papper av mekanisk massa inom förpackningsområdet. Behovet av förpackningar ökar ständigt och här kan exempelvis papper med högre våtstyrka än som hittills inte varit möjligt utan tillsatser av våtstyrkemedel få nya tillämpningar. Dessutom sparar papper av högutbytesmassa även råvara.

Licentiatarbetet är avslutat och resultatet finns publicerat i avhandlingen ”High strength paper from high yield pulps by means of hot-pressing”. Arbetet har stötts av ett starkt konsortium av företagspartner och akademi och det fortsatta doktorandarbetet stöds av samma gruppering. Professor Per Engstrand är huvudhandledare på Mittuniversitetet med assistans av bihandledare Sven Norgren, Gunilla Pettersson och Anna Svedberg. Projektet finansieras av Kempestiftelserna, Mittuniversitetets och KK-stiftelsens företagsforskarskola FORIC, IPCO och MoRe Research.