Paperin absorptio-ominaisuuksien hallinta ja offset-painettavuuden parantaminen modifioiduilla tärkkelyspolymeereillä

Abstract

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli hallita paperin absorptio-ominaisuuksia ja parantaa offset-painettavuutta pienillä määrillä modifioituja perunapohjaisia tärkkelyksiä. Tutkimuksessa etsittiin sopiva päällystystekniikka pienten tärkkelysmäärien applikoimiseksi sekä analyysimenetelmiä modifioitujen tärkkelyksien määrän ja tasaisuuden analysoimiseksi. Spraytekniikka osoittautui sopivaksi ja toistettavaksi applikointimenetelmäksi. Perinteinen tärkkelyksen värjääminen jodilla ilmeni käyttökelpoiseksi analysointimenetelmäksi niin tärkkelyksen tasaisuuden kuin tunkeuman määrittämiseksi vähemmän modifioitujen tärkkelysten osalta, mutta pitkälle modifioiduille tärkkelyksille se ei soveltunut.

Keskeisenä osana tutkimusta oli ymmärtää modifioitujen tärkkelysten rakenteelliset ja kemialliset erot ja selvittää niiden vaikutus tärkkelyksien asettumiseen ja järjestäytymiseen erilaisilla paperipinnoilla. Tärkkelysliuoksen viskositeetti vaikutti merkittävästi tärkkelyksen tunkeutumissyvyyteen etenkin huokoisella hienopaperin pohjapaperilla ja käytettäessä hydrofiilisiä tärkkelyksiä. Tiiviimmällä LWC-pohjapaperilla viskositeettia tärkeämmäksi tekijäksi nousi kemia ja tärkkelykseen liitetyt substituentit. Suuremman molekyylipainon omaavat tai vähemmän modifioidut tärkkelykset jäivät enemmän LWC-pohjapaperin pintaan ja niillä oli myös suuremmat vaikutukset pintalujuuksien paranemiseen. Kontaktikulmamittausten perusteella voitiin päätellä tärkkelysketjujen järjestäytyminen paperin pintaan. Järjestäytymiseen vaikuttivat tärkkelyksen kemiallisten ominaisuuksien lisäksi paperin pinnan hydrofiilisyys/-fobisuus.

Kontaktikulma ja pintaenergia kertovat pinnan hydrofiilisyydestä/-fobisuudesta, mutta absorptiomittaukseen vaikuttavat edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi myös pinnan huokoisuus ja huokoskokojakauma. PRINT-absorptiomittaukselle saatiin hyvä korrelaatio paineenalaisen absorptiomittauksen kanssa. Sen perusteella pienet muutokset paineettomassa absorptiomittauksessa kumoutuvat todellista painonippiä vastaavassa paineessa. Vaikka laboratoriotulosten perusteella useimmat tarkoitukseensa räätälöidyt tärkkelykset antoivat lupaavia tuloksia niin vesi- kuin öljyabsorption sekä pintaenergian osalta, ei varsinaisissa painatuksissa saatu tärkkelyspolymeereillä merkittävää painatusteknistä hyötyä. Kuitenkin kaikki tässä tutkimuksessa testatut modifioidut tärkkelykset paransivat tutkittujen paperien pintalujuutta. LWC-pohjapaperilla pintalujuus parani jopa 250 % vain pienellä määrällä (0,5 g/m2) modifioitua tärkkelyspolymeeriä. Modifioitujen tärkkelysten pintalujuutta parantava vaikutus oli niin merkittävä, että pohjapaperin puupohjaisia raaka-aineita voitaisiin korvata edullisemmilla täyteaineilla. Nostamalla LWC-paperin täyteainepitoisuus SC-paperin tasolle voisi vuotuinen raaka-ainesäästö olla 300 000 tonnia vuodessa tuottavalla paperikoneella jopa 3,2 miljoona euroa.