Abstrakti
Kuituaineksen korvaaminen uusilla materiaaleilla paperissa tarjoaa potentiaalisen keinon metsäteollisuuden kilpailukyvyn parantamiseen. Tämä työ esittelee valmistusmenetelmän hybridi-pigmenteille, joita voitaisiin hyödyntää esimerkiksi korkean täyteainepitoisuuden paperilajeissa. Tavoitteena oli yhdistää saostettu kalsiumkarbonaatti (PCC) ja polysakkaridi sitoutuvaksi pigmentiksi kustannustehokkaalla, yksinkertaisella teknologialla ja valmistaa sen avulla paperia, jolla on hyvät mekaaniset ominaisuudet korkeammassa täyteainepitoisuudessa.
Hybridipigmenttien valmistuksessa käytettiin kahta menetelmää, jotka molemmat hyödynsivät kerasaostusta eli kalsiumkarbonaatin (CaCO3) kiteyttämistä polysakkaridin läsnä ollessa. Ensim-mäinen menetelmä tutki liuenneiden polysakkaridien (natiivin tärkkelyksen ja karboksimetyyli-selluloosan) vaikutusta saostumiseen. CaCO3-kiteiden morfologian hallinta hankaloitui liuenneiden polysakkaridien vaikutuksesta, ja kiteet aggregoituivat jo alhaisissa polysakkaridipitoisuuksissa (1.5 % PCC:stä). Lisäksi hybridipigmenteillä saavutettiin vain vähäisiä paperin lujuusparannuksia.
Hybridipigmenttiin pystyttiin lisäämään jopa 50 % tärkkelystä, kun käytettiin polysakkaridi-ydin–PCC-kuori-menetelmää. Menetelmään sisältyi tärkkelyksen aktivointi, joka turvotti jyväset, huokoisen PCC-kuoren saostus turvonneiden jyvästen ympärille sekä muodostetun hybridi-pigmentin keittäminen tärkkelyksen sitoutumispotentiaalin esiin saamiseksi. Modifioimaton maissi- ja riisitärkkelys aktivoitiin useassa eri lämpötilassa optimaalisen turpoamisasteen määrittämiseksi. Tärkkelyksen retentio hybridipigmentissä keiton jälkeen vaihteli välillä 69–94 % riippuen tärkkelyksen turpoamisasteesta aktivoinnissa. Korkea retentio johti hyvään vedenpoistoon arkinvalmistuksessa. Keittovaihe todettiin välttämättömäksi tärkkelyksen sitoutumisen aikaansaamiseksi, mikä havaittiin paperin korkeina lujuusominaisuuksina. Paperin optisiin ominaisuuksiin vaikuttivat hybridipigmenttien tärkkelyspitoisuus ja -laji sekä saostusolosuhteet.
Työssä tutkittiin myös erilaisia reaktoriteknologioita sekä reaktio-olosuhteita hybridipigmenttien valmistuksessa. Panos- ja syöttöpanosreaktoreita hyödynnettiin, kun liuenneita polysakkarideja lisättiin saostusprosessiin. Lisäksi testattiin reaktoria, jossa oli kierrätysjärjestelmä sekä säädettävä korkean leikkausvoiman sekoittaja, kun valmistettiin pigmenttejä ydin–kuori-menetelmällä. Tällä reaktorilla aikaansaatiin tehokkaampi saostusprosessi kuin tavallisella panosreaktorilla. Lisäksi leikkausvoimien kontrollointi kaasun syöttöalueella mahdollisti kalsiumkarbonaatin ominaisuuksien, kuten partikkelikoon ja ominaispinta-alan, modifioinnin.
Tässä työssä esitetään yksinkertainen, uusi teknologia tärkkelyksen kapselointiin PCC:llä. Työ osoittaa, kuinka valmistettua hybridipigmenttiä voidaan hyödyntää sekä paperin täyteaineen että natiivin tärkkelyksen määrän kasvattamisessa. Hybridipigmentin avulla paperin lujuutta voitaisiin parantaa säilyttämällä samalla hyvät optiset ominaisuudet sekä tehokas vedenpoisto.
Julkaisun otsikon käännös | Tärkkelyksen ja kalsiumkarbonaatin hybridipigmentit korkean täyteainepitoisuuden papereissa |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-7887-8 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-7888-5 |
Tila | Julkaistu - 2018 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- lujuusominaisuudet
- paperinvalmistus
- PCC
- polysakkaridi
- saostus
- tärkkelys
- täyteaine
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Tärkkelyksen ja kalsiumkarbonaatin hybridipigmentit korkean täyteainepitoisuuden papereissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
-
OtaNano Nanomikroskopiakeskus
Seitsonen, J. (Manager) & Rissanen, A. (Other)
OtaNanoLaitteistot/tilat: Facility