Kosteuden ja lämmön vaikutus paperin kriittisiin ominaisuuksiin

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin, kuinka paperin ominaisuudet muuttuvat lämpötilan ja kosteuden sekä niiden muuttumisen vaikutuksesta. Työhön valittiin kolme paperilajia: päällystetty mekaanisesta massasta valmistettu paperi (Medium Weight Coated, MWC), päällystetty sellusta valmistettu paperi (Wood Free Coated, WFC) ja SC-paperi (Super Calendered, SC). Näytekappaleet ilmastoitiin eri olosuhteissa Espec-merkkisessä olosuhdekaapissa. Näytteet altistettiin kolmelle erilaiselle ilmastolle, joista yhdessä tapahtuisi radikaali ilmastonmuutos. Näytteet mitattiin kolmen ja neljän tunnin ilmastoitumisen jälkeen. Näytteistä mitattiin vetolujuus, murtositkeys, venymä, repäisylujuus, z-suuntainen lujuus, sileys ja jäykkyys.

Olosuhteiden tarkoituksena oli verrata miten radikaali ilmaston muutos, lämpötila ja kosteus vaikuttavat paperin ominaisuuksiin, yhdessä sekä erikseen. Olosuhteet valittiin myös realistisuuden mukaan, jotta tuloksia voitaisiin hyödyntää käytännössä.

Lämmin ja kostea ilma aiheutti merkittäviä muutoksia jokaiselle paperilajille ja lähestulkoon kaikissa mitatuissa suureissa. Pelkän lämpötilan vaikutus paperin ominaisuuksiin ei ollut merkittävä, mutta joissain tapauksissa suuntaa antava. Myöskään radikaalilla ilmaston muutoksella ei ollut merkittäviä vaikutuksia ominaisuuksiin verrattuna lämpimän ja kostean ilmaston muutoksiin.

Radikaali ilmastonmuutos heikensi suuntaa antavasti paperilajien poikkisuuntaista venymää sekä merkitsevästi MWC-paperin sileyttä verrattuna kosteuden ja lämpötilan aiheuttamiin muutoksiin.

Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kylmästä varastosta tuotu paperi voidaan ajaa normaalisti jatkojalostusprosessin läpi, kunhan paperi on saanut ilmastoitua vähintään kolme tuntia. Suhteellinen ilmankosteus on tärkein muuttuja, joka pitää tutkimuksen mukaan ottaa huomioon jatkojalostus prosessissa. Lämpötilan muutoksilla ei ollut yleisesti merkittävää vaikutusta.

The purpose of this thesis was to study how moisture, temperature and radical climate changes affect the critical paper properties. Tests were conducted on three different kinds of paper grades: Coated mechanical pulp paper (Middle Weight Coated, MWC), coated wood free paper (Wood Free Coated, WFC) and super calendared paper (Super Calendared, SC). Samples were conditioned to three different atmospheres in Espec Temperature and Humidity Chamber. One of these atmospheres would consist of a radical climate change. Samples were tested after three and four hours of exposure. The tested parameters were tensile strength, tear strength, elongation, fracture toughness, stiffness, smoothness, and z-directional strength.

The purpose of the atmospheres was to compare how the radical climate change, temperature and humidity would affect the paper properties together and separately. Climate conditions were also selected according to realism, so that the results could be used in practice.

Warm and humid climate resulted in significant properties changes for each paper grades in almost all of the measured parameters. The mere effect of temperature on paper properties was not significant but in some cases it illustrated what would happen if temperature would raise more. Likewise the radical climate change did not have a significant effect on the paper properties, when it was compare to the changes that humidity and temperature caused together.

The radical climate change weakened the cross dimensional elongation of paper grades considerably and weakened the smoothness of the MWC-paper grade significantly, when compared to the changes made by temperature and humidity.

Based on the result it can be seen that paper that is brought from the cold storage can be run normally through the refining process, as long as the paper has been at least three hours in the process climate. Relative humidity is the most important variable that needs to be taken in consideration when planning the refining process. Temperature changes had no significant overall effect on the paper properties.