Improving cost efficiency using microfibrillated cellulose in the industrial production of three-ply board
Nikula, Annina (2020)
Diplomityö
Nikula, Annina
2020
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020071347268
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020071347268
Tiivistelmä
Microfibrillated cellulose (MFC) and its applications have been studied since the 1980s. The growing interest of MFC has created many applications. In papermaking, MFC can be used as a strength additive. According to the studies, 1-3 wt% addition of MFC increases strength properties. The purpose of this thesis was to verify and quantify the benefits of using MFC in a three-ply board product.
The literature part of the work focuses on the properties and production methods of MFC. The main focus is on industrial applications, patents and articles that address MFC usage in papermaking. The literature part also focuses on a full-scale trial planning; transportation and dosing of MFC. The experimental part of the work consists of three main topics; refining of MFC, making and testing of laboratory sheets and a full-scale board machine trial planning. The full-scale trial is planned based on literature and the laboratory results. Based on the results, the refining of the hardwood pulp was more energy-efficient than softwood pulp. The fibrillation proceeded faster in softwood refining and higher number of fibril-like fines was achieved. The quality of MFC can be affected by the choice of the refiner fillings. Based on the results, MFC made from softwood kraft pulp increased the strength properties more than MFC made from hardwood. Based on the rheological measurements, transportation of 3 wt% MFC would be possible since a progressive cavity pump could be used to handle the viscous MFC. The maximum viscosity for these pumps is between 1000-3000 Pas. Mikrofibrilloitua selluloosaa (MFC) ja sen sovelluksia on tutkittu 1980- luvulta lähtien. MFC:aa voidaan käyttää monissa sovelluksissa, kuten paperin ja kartongin valmistuksessa. Paperiteollisuudessa sitä voidaan käyttää paperin ja kartongin lujuusominaisuuksien parantamiseen. Tutkimuksien mukaan 1-3 m-% lisäyksellä on havaittu parannuksia lujuusominaisuuksissa. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää MFC:n hyödyt kolmikerroskartongin teollisessa valmistuksessa.
Työn kirjallinen osa käsittelee MFC:n ominaisuuksia, valmistusmenetelmiä sekä paperiteollisuuden sovelluksia sekä patentteja. Kirjallisuusosassa käydään läpi myös koeajoa kartonkikoneella sekä MFC:n kuljettamista. Työn kokeellinen osa koostuu MFC:n jauhatuksesta, laboratorioarkkien valmistamisesta ja testaamisesta sekä tehdaskoeajon suunnittelusta. Koeajon suunnittelu pohjautuu kirjallisuuteen sekä reologiatuloksiin. Tulosten perusteella koivusellun jauhaminen oli energiatehokkaampaa kuin mäntysellun. Mäntysellun fibrillaatio eteni nopeammin kuin koivusellun. Mäntysellua jauhamalla saatiin enemmän fibrillimäisiä kuituja. MFC:n laatuun voidaan vaikuttaa jauhimen terävalinnalla. Tulosten perusteella, MFC, joka on valmistettu mäntysellusta, paransi paperin lujuusominaisuuksia paremmin kuin koivusellusta valmistettu MFC. Reologiamittausten perusteella on mahdollista kuljettaa 3 m-% MFC:aa, sillä sen käsittelemiseen voidaan käyttää epäkeskoruuvipumppua, jonka maksimi viskositeetti on 1000-3000 Pas.
The literature part of the work focuses on the properties and production methods of MFC. The main focus is on industrial applications, patents and articles that address MFC usage in papermaking. The literature part also focuses on a full-scale trial planning; transportation and dosing of MFC. The experimental part of the work consists of three main topics; refining of MFC, making and testing of laboratory sheets and a full-scale board machine trial planning. The full-scale trial is planned based on literature and the laboratory results. Based on the results, the refining of the hardwood pulp was more energy-efficient than softwood pulp. The fibrillation proceeded faster in softwood refining and higher number of fibril-like fines was achieved. The quality of MFC can be affected by the choice of the refiner fillings. Based on the results, MFC made from softwood kraft pulp increased the strength properties more than MFC made from hardwood. Based on the rheological measurements, transportation of 3 wt% MFC would be possible since a progressive cavity pump could be used to handle the viscous MFC. The maximum viscosity for these pumps is between 1000-3000 Pas.
Työn kirjallinen osa käsittelee MFC:n ominaisuuksia, valmistusmenetelmiä sekä paperiteollisuuden sovelluksia sekä patentteja. Kirjallisuusosassa käydään läpi myös koeajoa kartonkikoneella sekä MFC:n kuljettamista. Työn kokeellinen osa koostuu MFC:n jauhatuksesta, laboratorioarkkien valmistamisesta ja testaamisesta sekä tehdaskoeajon suunnittelusta. Koeajon suunnittelu pohjautuu kirjallisuuteen sekä reologiatuloksiin. Tulosten perusteella koivusellun jauhaminen oli energiatehokkaampaa kuin mäntysellun. Mäntysellun fibrillaatio eteni nopeammin kuin koivusellun. Mäntysellua jauhamalla saatiin enemmän fibrillimäisiä kuituja. MFC:n laatuun voidaan vaikuttaa jauhimen terävalinnalla. Tulosten perusteella, MFC, joka on valmistettu mäntysellusta, paransi paperin lujuusominaisuuksia paremmin kuin koivusellusta valmistettu MFC. Reologiamittausten perusteella on mahdollista kuljettaa 3 m-% MFC:aa, sillä sen käsittelemiseen voidaan käyttää epäkeskoruuvipumppua, jonka maksimi viskositeetti on 1000-3000 Pas.