New methods forevaluation of tissue crepingand the importance ofcoating, paper and adhesionJonna BoudreauDISSERTATION | Karlstad University Studies | 2013:47Chemical EngineeringFaculty of Health, Science and TechnologyDISSERTATION | Karlstad University Studies | 2013:47New methods for evaluationof tissue creping and theimportance of coating, paperand adhesionJonna Boudreauurn:nbn:se:kau:diva-29317Distribution:Karlstad UniversityFaculty of Health, Science and TechnologyDepartment of Engineering and Chemical SciencesSE-651 88 Karlstad, Sweden+46 54 700 10 00© The authorISBN 978-91-7063-525-0Print: Universitetstryckeriet, Karlstad 2013ISSN 1403-8099Karlstad University Studies | 2013:47DISSERTATIONJonna BoudreauNew methods for evaluation of tissue creping and the importance of coating,paper and adhesionWWW.KAU.SEAbstractIncreased competition on the tissue market forces tissue makers to continuouslyraise their product quality and increase their operating efficiency. The crepingprocess and the conditions on the Yankee cylinder are the key factors in theproduction process and they therefore need to be kept under good control in orderto maintain a high and uniform quality. Due to evaporation, dissolved substancesfrom the wet end and fiber fragments remain on the surface and a natural coatinglayer always develops on the surface of the Yankee cylinder. However, coatingchemicals are also needed and these are continuously sprayed onto the Yankeesurface 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 coatingthickness as well as of the crepe structure of the tissue paper produced would bevery valuable.The fiber furnish affects the adhesion between the paper web and the cylinderdryer. The strength and uniformity of the adhesion of the paper to the cylinderaffects the creping process tremendously and more information about parametersaffecting the adhesion is of great interest. To perform trials on a full scale, or evenon a pilot machine, is very costly and therefore laboratory equipment is sought inorder 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 chemicallyand morphologically to obtain information about the coating layer before on-linemeasurements were started. The chemicals added and the constituents of the pulpsare known by the paper producers, but exactly what type of material is left on thecylinder and whether there are different layers of coating material still remains tobe investigated. The chemical analysis indicated that the adhesive content washigher in the inner layer than in the outer layer of the coating. The relative amountof polyamide-amine epichlorohydrin resin calculated on the basis of the nitrogencontent in the resin was low, indicating that the coating layer consisted of asignificant amount of carbohydrates or other substances from the wet end. Thecoating layer could not be considered transparent. It was observed that the coatingwas not uniform i.e. it was thick, had a patch-wise appearance and contained fiberfragments.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 relyon a transparent coating layer. Measurements on a laboratory scale, to be furtherapplied on-line on the tissue machine, have been investigated. The thickness of theicoating layer on a laboratory dryer has been measured, using a method based onfluorescence with an optical brightener added to the coating chemicals sprayed onthe Yankee dryer. With a UV-LED (Ultra Violet - Light Emitting Diode), thecoating layer was exposed to UV-radiation and the intensity of the light emitted bythe optical brightener in the layer was measured. The equipment clearly measuresthe signal strength of emitted light, but to be able to make good measurements onthe coating layer further investigations must be carried out. Trials are for examplerequired to see whether the adhesive itself disturbs the measurement method, andmost important to investigate the reason for the disturbances in the measurementswhen cylinder is rotating.In this project, new laboratory creping equipment and a new laboratory adhesionmethod where the equipment can operate with different creping angles wasdeveloped. The equipment is connected to a tensile tester to make it possible tomeasure the force needed to scrape off the adhered paper. It was found thatbeating of the pulp increased the adhesion. This was expected, since the fibersurface area increases with increasing beating and a larger area for adhesion willthen be created. The adhesive used is not particularly reactive and fairly unaffectedby pH changes. In the industry, the coating layer is builds up over time to reach asteady state. In this study, the papers with different pH’s probably did not havesufficient time to affect the coating layer as much as in a commercial process. Thisis probably why the pH did not affect the adhesion. The pulp with the highestcreping force was a Eucalyptus pulp consisting of 75% Grandis and 25%Globulus, which has a higher hemicellulose content than the other pulp types andalso a larger amount of fines which increase the bonding strength in the coatinglayer.The coating thickness is important for the adhesion between the paper and theYankee cylinder and the coating thickness measurements could give a good idea ofhow the adhesion and therefore the structure of the creped paper vary. A moredirect measurement can investigate the structure of the paper produced. Fromprevious studies, it is known that a paper with a finely creped structure has asmoother surface than a coarsely creped paper. A finely creped structurecorresponds to a short wavelength and vice versa. Wavelength measurements weremade on the tissue paper with an optical fiber sensor which was mounted eitherperpendicular to or at angles of 10º and 45º to the paper surface. The paper wastravelling at a low speed while the measurements were made. The collected signalwas mathematically analyzed and the characteristic wavelength was calculated. Thevalues for different paper samples were in close agreement with the wavelengthsmeasured with an off-line method using a commercial crepe analyzer.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 fast vid cylindern och efter ungefär ¾rotation skrapas papperet av cylindern. Papperet rynkas (kräppas) vidavskrapningen och bildar ett papper med en viss kräppstruktur som påverkarpapperets bulk, stretch och absorptionsförmåga.Ökad konkurrens på mjukpappersmarknaden tvingar papperstillverkare attkontinuerligt öka sin produktkvalité och tillverkningskapacitet.Kräppningsprocessen och betingelserna runt Yankeetorkcylindern ärhuvudfaktorer i mjukpapperstillverkning och är viktiga att ha god kontroll över föratt 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
đang được dịch, vui lòng đợi..
