New methods forevaluation of tissue

New methods for
evaluation of tissue creping
and the importance of
coating, paper and adhesion
Jonna Boudreau
DISSERTATION | Karlstad University Studies | 2013:47
Chemical Engineering
Faculty of Health, Science and Technology
DISSERTATION | Karlstad University Studies | 2013:47
New methods for evaluation
of tissue creping and the
importance of coating, paper
and adhesion
Jonna Boudreau
urn:nbn:se:kau:diva-29317
Distribution:
Karlstad University
Faculty of Health, Science and Technology
Department of Engineering and Chemical Sciences
SE-651 88 Karlstad, Sweden
[phone]
© The author
ISBN 978-91-7063-525-0
Print: Universitetstryckeriet, Karlstad 2013
ISSN 1403-8099
Karlstad University Studies | 2013:47
DISSERTATION
Jonna Boudreau
New methods for evaluation of tissue creping and the importance of coating,
paper and adhesion
WWW.KAU.SE
Abstract
Increased competition on the tissue market forces tissue makers to continuously
raise their product quality and increase their operating efficiency. The creping
process and the conditions on the Yankee cylinder are the key factors in the
production process and they therefore need to be kept under good control in order
to maintain a high and uniform quality. Due to evaporation, dissolved substances
from the wet end and fiber fragments remain on the surface and a natural coating
layer always develops on the surface of the Yankee cylinder. However, coating
chemicals are also needed and these are continuously sprayed onto the Yankee
surface in order to modify the adhesion between the paper and the dryer cylinder.
To make it possible to control the process better, on-line measurements of coating
thickness as well as of the crepe structure of the tissue paper produced would be
very valuable.
The fiber furnish affects the adhesion between the paper web and the cylinder
dryer. The strength and uniformity of the adhesion of the paper to the cylinder
affects the creping process tremendously and more information about parameters
affecting the adhesion is of great interest. To perform trials on a full scale, or even
on a pilot machine, is very costly and therefore laboratory equipment is sought in
order to be able to measure the adhesion force in a cheaper way.
In the work described in this thesis, the coating layer was analyzed both chemically
and morphologically to obtain information about the coating layer before on-line
measurements were started. The chemicals added and the constituents of the pulps
are known by the paper producers, but exactly what type of material is left on the
cylinder and whether there are different layers of coating material still remains to
be investigated. The chemical analysis indicated that the adhesive content was
higher in the inner layer than in the outer layer of the coating. The relative amount
of polyamide-amine epichlorohydrin resin calculated on the basis of the nitrogen
content in the resin was low, indicating that the coating layer consisted of a
significant amount of carbohydrates or other substances from the wet end. The
coating layer could not be considered transparent. It was observed that the coating
was not uniform i.e. it was thick, had a patch-wise appearance and contained fiber
fragments.
An uneven coating layer affects the adhesion and creping of the paper. Therefore,
it was desirable to develop an on-line method to measure the coating thickness.
The coating layer contains a lot of fiber fragments and the new method cannot rely
on a transparent coating layer. Measurements on a laboratory scale, to be further
applied on-line on the tissue machine, have been investigated. The thickness of the
i
coating layer on a laboratory dryer has been measured, using a method based on
fluorescence with an optical brightener added to the coating chemicals sprayed on
the Yankee dryer. With a UV-LED (Ultra Violet - Light Emitting Diode), the
coating layer was exposed to UV-radiation and the intensity of the light emitted by
the optical brightener in the layer was measured. The equipment clearly measures
the signal strength of emitted light, but to be able to make good measurements on
the coating layer further investigations must be carried out. Trials are for example
required to see whether the adhesive itself disturbs the measurement method, and
most important to investigate the reason for the disturbances in the measurements
when cylinder is rotating.
In this project, new laboratory creping equipment and a new laboratory adhesion
method where the equipment can operate with different creping angles was
developed. The equipment is connected to a tensile tester to make it possible to
measure the force needed to scrape off the adhered paper. It was found that
beating of the pulp increased the adhesion. This was expected, since the fiber
surface area increases with increasing beating and a larger area for adhesion will
then be created. The adhesive used is not particularly reactive and fairly unaffected
by pH changes. In the industry, the coating layer is builds up over time to reach a
steady state. In this study, the papers with different pH’s probably did not have
sufficient time to affect the coating layer as much as in a commercial process. This
is probably why the pH did not affect the adhesion. The pulp with the highest
creping force was a Eucalyptus pulp consisting of 75% Grandis and 25%
Globulus, which has a higher hemicellulose content than the other pulp types and
also a larger amount of fines which increase the bonding strength in the coating
layer.
The coating thickness is important for the adhesion between the paper and the
Yankee cylinder and the coating thickness measurements could give a good idea of
how the adhesion and therefore the structure of the creped paper vary. A more
direct measurement can investigate the structure of the paper produced. From
previous studies, it is known that a paper with a finely creped structure has a
smoother surface than a coarsely creped paper. A finely creped structure
corresponds to a short wavelength and vice versa. Wavelength measurements were
made on the tissue paper with an optical fiber sensor which was mounted either
perpendicular to or at angles of 10º and 45º to the paper surface. The paper was
travelling at a low speed while the measurements were made. The collected signal
was mathematically analyzed and the characteristic wavelength was calculated. The
values for different paper samples were in close agreement with the wavelengths
measured with an off-line method using a commercial crepe analyzer.
ii
Sammanfattning
Vid mjukpapperstillverkning torkas papperet på en stor torkcylinder,
Yankeecylinder, med ånga inuti cylindern och med hjälp av torkkåpor som blåser
på hetluft på pappersbanan. Papperet klistras fast vid cylindern och efter ungefär ¾
rotation skrapas papperet av cylindern. Papperet rynkas (kräppas) vid
avskrapningen och bildar ett papper med en viss kräppstruktur som påverkar
papperets bulk, stretch och absorptionsförmåga.
Ökad konkurrens på mjukpappersmarknaden tvingar papperstillverkare att
kontinuerligt öka sin produktkvalité och tillverkningskapacitet.
Kräppningsprocessen och betingelserna runt Yankeetorkcylindern är
huvudfaktorer i mjukpapperstillverkning och är viktiga att ha god kontroll över för
att hålla en hög och jämn papperskvalité. Ämnen som lösts ut i processvattnet och
fiberfragment från pappersbanan sätter sig fast på torkcylindern och ger en naturlig
beläggning som byggs upp på cylinderytan. Emellertid behövs även
beläggningskemikalier som kontinuerligt sprayas på Yankeecylindern, för att kunna
modifiera vidhäftningen mellan papper och torkcylinder samt för att skydda
metallytan. Mätmetoder för att mäta beläggningstjockleken och papperets
kräppstruktur under drift behövs för att kunna kontrollera processen bättre.
Massan som papperet är tillverkat av påverkar vidhäftningen mellan papper och
torkcylinder. Hur stark och jämn denna vidhäftning är inverkar på
kräppningsprocessen och mer vetskap om hur olika massaparametrar påverkar är
av högt värde. Att genomföra försök i fullskala och även i pilotskala, är mycket
kostsamt och därför är en utrustning för att mäta kraften i vidhäftningen i
labbskala eftersökt.
I den här avhandlingen har beläggningen på Yankeecylindern analyserats både
kemiskt och morfologiskt, för att få nödvändig information om beläggningen
innan val av utrustning till mätningar under drift. Papperstillverkare vet vilka
kemikalier som sprayas på cylindern och vad som finns i pappersmassan, men vad
som blir kvar på Yankeecylindern är mindre känt. Den kemiska analysen indikerade
att det finns en gradient av adhesive i beläggningslagret, med högre koncentration
närmast cylinderytan. Andelen kolhydrater från fibrer var hög och beläggningen
kan inte anses vara genomskinlig, vilket påverkar valet av mätmetod för att mäta
tjockleken på beläggningslagret. Lagret var inte jämntjockt utan förekom fläckvis
tjockare och innehöll även delar av fibrer.
Ett ojämnt beläggningslager påverkar adhesionen och kräppningen av papper. Det
är därför önskvärt att kunna mäta lagrets tjocklek och ojämnhet under drift.
iii
Eftersom beläggningen innehöll en stor andel fiberfragment, kunde inte
mätmetoden baseras på en teknik som kräver ett genomskinligt lager. En metod,
för framtida mätning under drift, har undersökts och utvärderats.
Beläggningsskiktet på en labbtork har mätts. Metoden baserades på fluorescens
med ett optiskt vitmedel i kemikalierna som sprayas på torkcylindern. Med en UVLED (Ultra Violet - Light Emitting Diode), belystes cylindern med UV-ljus och
intensiteten i det emitterade ljuset från vitmedlet mättes. Utrustningen mätte
signalstyrkan från det emitterade ljuset, men för att kunna göra mätningar under
drift måste metoden vidareutvecklas.
En kräpputrustning, med justerbar vinkel, och adhesionsmetod för labbruk har
utvecklats. Utrustningen är ansluten till en dragprovare för att göra det möjligt att
mäta kraften som krävs för att skrapa av det vidhäftade pa

Kết quả (Việt) 1:

Các phương pháp mới nhấtđánh giá của mô crepingvà tầm quan trọng củaSơn, giấy và bám dínhJonna BoudreauLUẬN ÁN | Karlstad đại học | 2013:47Công nghệ hóa họcKhoa y tế, khoa học và công nghệLUẬN ÁN | Karlstad đại học | 2013:47Các phương pháp mới để đánh giácủa mô creping và cáctầm quan trọng của lớp phủ, giấyvà bám dínhJonna Boudreauurn: nbn:se:kau:diva-29317Phân phối:Karlstad UniversityKhoa y tế, khoa học và công nghệBộ môn kỹ thuật và khoa học hóa họcSE-651 88 Karlstad, Thuỵ Điển+46 54 700 10 00© The tác giảISBN 978-91-7063-525-0In: Universitetstryckeriet, Karlstad 2013ISSN 1403-8099Karlstad đại học | 2013:47LUẬN ÁNJonna BoudreauCác phương pháp mới để đánh giá các mô creping và tầm quan trọng của lớp phủ,giấy và bám dínhWWW.KAU.SETóm tắtTăng sự cạnh tranh trên thị trường mô lực lượng các nhà sản xuất mô để liên tụcnâng cao chất lượng sản phẩm của họ và tăng hiệu quả hoạt động của họ. Crepingquá trình và các điều kiện trên xi lanh Yankee là yếu tố quan trọng trong cácquá trình sản xuất và họ do đó cần phải được giữ dưới sự kiểm soát tốt theo thứ tựđể duy trì một chất lượng cao và thống nhất. Do bay hơi, giải thể chấttừ cuối ẩm ướt và sợi mảnh vỡ vẫn còn trên bề mặt và một lớp phủ tự nhiênlớp luôn luôn phát triển trên bề mặt của hình trụ Yankee. Tuy nhiên, lớp phủhóa chất cũng là cần thiết và chúng được liên tục phun lên Yankeebề mặt để chỉnh sửa độ bám dính giữa giấy và hình trụ máy sấy.Để làm cho nó có thể kiểm soát số đo tốt hơn, on-line các quá trình của lớp phủđộ dày là tốt theo cấu trúc crepe khăn giấy sản xuất sẽrất có giá trị.Sợi cung cấp ảnh hưởng đến độ bám dính giữa web giấy và hình trụMáy sấy. Sức mạnh và tính đồng nhất của độ bám dính của giấy để xi lanhảnh hưởng đến creping xử lý rất nhiều và biết thêm thông tin về tham sốảnh hưởng đến bám dính là quan tâm lớn. Để thực hiện thử nghiệm trên một quy mô đầy đủ, hoặc thậm chítrên một máy tính thí điểm, là rất tốn kém và do đó thiết bị phòng thí nghiệm là tìm kiếm trongThứ tự để có thể đo lực bám dính một cách rẻ hơn.Trong công việc được mô tả trong luận án này, lớp sơn là phân tích cả hai hóa họcvà về mặt hình thái để có được thông tin về các lớp phủ trước khi trực tuyếnphép đo đã được bắt đầu. Các hóa chất bổ sung và các thành phần của các pulpsđược biết đến bởi các nhà sản xuất giấy, nhưng chính xác những gì loại vật liệu còn lại trên cácXi lanh và cho dù có những lớp khác nhau của lớp phủ vật liệu vẫn còn lại đểđược điều tra. Phân tích hóa học cho thấy rằng chất kết dính nội dung đãcao hơn trong các lớp bên trong hơn trong các lớp bên ngoài của lớp phủ. Số lượng tương đốipolyamide-amin epichlorohydrin nhựa tính trên cơ sở nitơnội dung trong nhựa là thấp, chỉ ra rằng các lớp phủ bao gồm của mộtsố lượng đáng kể của carbohydrate hay chất khác từ đầu ẩm ướt. Cáclớp phủ lớp không có thể được coi là minh bạch. Nó được quan sát thấy rằng các lớp phủđã không thống nhất tức là nó là dày, đã xuất hiện patch-wise và chứa sợimảnh vỡ.Một lớp phủ không đồng đều ảnh hưởng đến bám dính và creping của tờ giấy. Do đó,đó là mong muốn phát triển một phương pháp on-line để đo chiều dày lớp phủ.Lớp sơn có chứa rất nhiều chất xơ mảnh và phương pháp mới không thể dựatrên một lớp phủ trong suốt. Các phép đo trên một quy mô phòng thí nghiệm, để tiếp tụcáp dụng trực tuyến trên máy mô, đã được nghiên cứu. Độ dày của cáctôilớp phủ lớp trên một phòng thí nghiệm máy sấy đã được đo, bằng cách sử dụng một phương pháp dựa trênhuỳnh quang với một brightener quang học, thêm vào các hóa chất sơn phun trênYankee máy sấy. Với một UV LED (Ultra Violet - Diode phát ra ánh sáng), cáclớp phủ lớp đã tiếp xúc với bức xạ UV và cường độ của ánh sáng phát ra bởibrightener quang học trong lớp được đo. Các thiết bị rõ ràng các biện phápcường độ tín hiệu phát ra ánh sáng, nhưng để có thể thực hiện phép đo tốt trênlớp phủ tiếp tục điều tra phải được thực hiện. Thử nghiệm là ví dụyêu cầu để xem liệu các chất kết dính chính nó xáo trộn phương pháp đo lường, vàquan trọng nhất để điều tra lý do rối loạn trong các phép đoKhi xi lanh quay.Trong dự án này, thiết bị phòng thí nghiệm creping mới và một bám dính phòng thí nghiệm mớiphương pháp mà các thiết bị có thể hoạt động với góc độ khác nhau crepingphát triển. Các thiết bị được kết nối với một thử nghiệm độ bền kéo để làm cho nó có thểbiện pháp lực cần thiết để cạo ra giấy tuân. Nó được tìm thấy rằngnhịp đập của bột giấy tăng bám dính. Điều này đã được dự kiến, kể từ khi sợidiện tích bề mặt tăng với sự gia tăng đập và một khu vực lớn hơn cho độ bám dính sẽsau đó được tạo ra. Các chất kết dính được sử dụng không phải là đặc biệt là phản ứng và khá không bị ảnh hưởngbằng cách thay đổi độ pH. Trong ngành công nghiệp, lớp sơn là xây dựng lên theo thời gian để đạt được mộttrạng thái ổn định. Trong nghiên cứu này, các giấy tờ với độ pH khác nhau có thể không cóđủ thời gian để ảnh hưởng đến các lớp phủ như trong một quá trình thương mại. Điều nàycó lẽ lý do tại sao độ pH không đã làm ảnh hưởng đến bám dính. Bột giấy với cao nhấtcreping quân là một bột giấy bạch đàn bao gồm 75% Grandis và 25%Globulus, trong đó có một nội dung hemicellulose cao hơn các loại bột giấy khác vàcũng có một số lượng lớn tiền phạt tăng sức mạnh liên kết trong lớp phủlớp.Độ dày của lớp phủ là quan trọng đối với độ bám dính giữa giấy và cácYankee xi lanh và các phép đo bề dày lớp phủ có thể cung cấp cho một ý tưởng tốt củalàm thế nào bám dính và do đó cấu trúc của giấy creped khác nhau. Một chi tiếttrực tiếp đo lường có thể điều tra cấu trúc của giấy được sản xuất. Từnghiên cứu trước đây, nó được biết rằng một giấy với một cấu trúc mịn creped có mộtbề mặt mượt mà hơn một giấy coarsely creped. Một cấu trúc tinh crepedtương ứng với một bước sóng ngắn và ngược lại. Bước sóng đo đạcthực hiện trên khăn giấy với một quang cảm biến được lắp hoặcvuông góc để hoặc ở góc của 10º và 45º để bề mặt giấy. Các giấy đãđi du lịch ở tốc độ thấp trong khi các phép đo được thực hiện. Tín hiệu thu thậplà toán học phân tích và các bước sóng đặc trưng đã được tính toán. Cácgiá trị cho các mẫu giấy khác nhau đã thoả thuận chặt chẽ với các bước sóngđo với một phương pháp không trực tuyến bằng cách sử dụng một phân tích thương mại crepe.IISammanfattningVid mjukpapperstillverkning torkas papperet på en stor torkcylinder,Yankeecylinder, med ånga inuti cylindern och med hjälp av torkkåpor som blåserPå hetluft på pappersbanan. Papperet klistras nhanh vid cylindern och efter ungefär ¾xoay skrapas papperet av cylindern. Papperet rynkas (kräppas) vidavskrapningen och bildar ett papper med en viss kräppstruktur som påverkarpapperets với số lượng lớn, căng och absorptionsförmåga.Ökad konkurrens på mjukpappersmarknaden tvingar papperstillverkare attkontinuerligt öka tội lỗi produktkvalité och tillverkningskapacitet.Kräppningsprocessen och betingelserna nhỏ Yankeetorkcylindern tôihuvudfaktorer tôi mjukpapperstillverkning och AR viktiga att Hà Thiên Chúa kontroll över hìnhATT hålla en hög och jämn papperskvalité. Ämnen som lösts ut tôi processvattnet ochfiberfragment från pappersbanan sätter sig nhanh på torkcylindern och ger en naturligbeläggning som byggs upp på cylinderytan. Emellertid behövs ävenbeläggningskemikalier som kontinuerligt sprayas på Yankeecylindern, hình att kunnamodifiera vidhäftningen mellan mua och torkcylinder samt hình att skyddametallytan. Mätmetoder hình att mäta beläggningstjockleken och papperetskräppstruktur theo trôi behövs hình att kunna kontrollera processen bättre.Massan som papperet tôi tillverkat av påverkar vidhäftningen mellan mua ochtorkcylinder. Ngay đơ och hur jämn DNA vidhäftning tôi inverkar påkräppningsprocessen och mer vetskap om hur olika massaparametrar påverkar tôiAV högt värde. ATT genomföra försök tôi fullskala och även tôi pilotskala, AR mycketkostsamt och därför AR en utrustning hình att mäta kraften tôi vidhäftningen tôilabbskala eftersökt.Tôi den här avhandlingen har beläggningen på Yankeecylindern analyserats bådekemiskt och morfologiskt, hình att få nödvändig thông tin om beläggningeninnan val av utrustning đến mätningar dưới trôi dạt. Papperstillverkare bác sĩ thú y vilkakemikalier som sprayas på cylindern och vad som Phần Lan tôi pappersmassan, người đàn ông vadSom blir kvar på Yankeecylindern tôi mindre känt. Den kemiska analysen indikeradeATT det Phần Lan en gradient av dính tôi beläggningslagret, med högre koncentrationnärmast cylinderytan. Andelen kolhydrater från fibrer var hög och beläggningenKan inte anses vara genomskinlig, vilket påverkar cho khách av mätmetod hình att mätatjockleken på beläggningslagret. Lagret var inte jämntjockt utan förekom fläckvistjockare och innehöll även delar av fibrer.Ett ojämnt beläggningslager påverkar adhesionen och kräppningen av mua. DetTôi därför önskvärt att kunna mäta lagrets tjocklek och ojämnhet dưới trôi dạt.IIIEftersom beläggningen innehöll en stor andel fiberfragment, kunde intemätmetoden baseras på en teknik som kräver ett genomskinligt lager. En metod,hình framtida mätning dưới trôi, har undersökts och utvärderats.Beläggningsskiktet på en labbtork har mätts. Metoden baserades på fluorescensMed ett optiskt vitmedel tôi kemikalierna som sprayas på torkcylindern. Med en UVLED (Ultra Violet - Light Emitting Diode), belystes cylindern med UV-ljus ochintensiteten tôi det emitterade ljuset från vitmedlet mättes. Utrustningen mättesignalstyrkan från det emitterade ljuset, người đàn ông hình att kunna göra mätningar theotrôi dạt måste metoden vidareutvecklas.En kräpputrustning med justerbar vinkel, och adhesionsmetod hình labbruk harutvecklats. Utrustningen tôi ansluten đến en dragprovare hình att göra det möjligt attmäta kraften som krävs hình att skrapa av det vidhäftade pa