Kirjallisuusselvitys paperin kitkasta

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin paperin kitkaan vaikuttavia paperinvalmistusprosessin raaka-aineita ja olosuhteita sekä paperin kitkan vaikutusta paperiteollisuuden jalostusprosesseihin. Työssä tutkittiin myös paperin kitkan mittaamisen menetelmiä, laitteita sekä olosuhteiden vaikutuksia mittaustuloksiin.

Paperin valmistuksessa eniten vaikuttavana kitkana pidetään kahden paperin välistä kitkaa. Nykyisissä teorioissa paperin kitka muodostuu adheesiovoimista pintojen välissä ja muodonmuutoksista rajapinnoissa. Paperin kitkaan vaikuttaa todellinen kontaktipinta-ala, joka on vain pieni osa silmällä nähtävästä näennäisestä kontaktipinta-alasta.

Paperin kitkan muodostumiseen on huomattava vaikutus valmistusolosuhteilla sekä valmistuksessa käytettävillä raaka-aineilla. Paperin kosteudella oli suora vaikutus paperin kitkaan, sillä kosteusarvojen noustessa paperissa, kasvoi myös kitkakerroin lineaarisesti samanaikaisesti. Puun uuteaineiden poistaminen massanvalmistuksessa kasvatti paperin kitkakerrointa, mutta ligniinin poiston sellumassasta ei todettu vaikuttavan paperin kitkaan alhaisissa uuteainepitoisuuksissa. Uusiomassan vaikutus paperin kitkaan määräytyi siistausmenetelmän mukaan vaahdotussiistauksen laskiessa paperin kitkaa ja pesusiistauksen kasvattaessa sitä.

Täyteaineista erityisesti saostetun kalsiumkarbonaatin käyttö kasvatti paperin kitkaa, kun taas kaoliinin ja talkin käyttö laski kitkaa. Erikoispigmentit, kuten kalsioitu kaoliini, synteettiset silikaatit ja titaanidioksidi kasvattivat paperin kitkaa. Lisäaineista voiteluaineet ja vaahdonestoaineet laskivat paperin kitkaa samoin kuin AKD-massaliimat. Massaliimoista paperin kitkaa kasvattava vaikutus todettiin tärkkelyksellä ja polyakryyliamidilla.

Paperin kitkalla oli vaikutus useissa eri jälkikäsittelyprosesseissa. Rullauksessa ongelmia aiheutti paperin kerrosten välinen liukuminen, joka aiheutui usein konerullan huonosta rakenteesta. Pituusleikkauksessa liian alhainen kitkakerroin aiheutti helposti kreppirynkkyjä ja puhkeamia, kun taas liian suuri kitkakerroin rullien pomppimista ja tärinää.

Paperin kitkan mittaaminen on herkkä prosessi olosuhteiden muutoksille. Peräkkäiset mittaukset samansuuntaisina ja testikappaleiden tartunta aiheuttivat kitkakertoimen pienenemisen.

The goal of this thesis was to study the manufacturing conditions and raw materials that affect paper friction in papermaking process and how paper friction has an effect on different finishing processes. Measurement methods and the effect of measuring conditions on results were also studied.

Paper-to-paper friction is considered to be the most influential form of friction in papermaking. Modern theories suggest that paper friction consists of the adhesive forces between surfaces and deformations in interlayers. Paper friction is affected by the real contact area, that is not the apparent contact area visible to the eye.

Manufacturing conditions and raw materials used in the paper making process have a significant effect on paper friction. Moisture content of paper had a direct influence to paper friction. Paper friction increased linearly with the moisture content. Wood extractive extraction from pulp had an increasing effect on paper friction. Extraction of lignin from pulp did not have an effect on paper friction in low wood extractive contents. Effects of de-inked pulp to paper friction depended on the de-inking method used in the process. Flotation de-inking method decreased paper friction and washing de-inking increased it.

The usage of precipitated calcium carbonate as a filler had an noticeable increase in paper friction. Fillers such as kaolin and talc had a decreasing effect on the frictional properties of paper. Special pigments such as calcined kaolin, synthetic silicates and titanium oxide increased paper friction. Additives such as lubricants and defoamers had a decreasing effect on friction. From surface sizing agents starch and polyacrylamide had an increasing effect and AKD sizes a decreasing effect on paper friction.

Paper friction affected many finishing processes. Slippage between inner paper layers in reeling resulted mainly from the bad structure of the parent roll. Overly low coefficient of friction in winding caused crepe wrinkles and bursts as too high coefficient of friction caused reels to bounce and vibrate in the winding process.

Paper friction measurements are sensitive processes to changes in conditions. Sequential measurements from same direction and contamination of test pieces had a noticeable decrease in paper friction.