Dimensional Stability of Paper Influence of Fibre-Fibre Joints and Fibre Wall Oxidation

Abstract: Papper är ett mycket mångsidigt material. Trots detta finns det ett flertal egenskaper som begränsar papperets användbarhet. Ett av de större problemen med cellulosa- och lignocellulosafibrer är att de sänker sin fria energi genom att sorbera vatten, och denna sorption förändrar papperets dimensioner. Detta fenomen kallas vanligtvis för bristfällig dimensionsstabilitet och uppträder i form av registerfel vid flerfärgstryck eller som krullning, buckling och vågiga papperskanter vid utskrift, kopiering och lagring, eller med en vidare definition som förkortad livslängd hos lådor på grund av mekanosorptivt kryp.Avsikten med denna avhandling har varit att studera och kvantifiera vilka egenskaper som styr, och hur de påverkar, den vatteninducerade dimensionsförändringen som sker hos ett fibernätverk, samt hur dess dimensionsstabilitet kan förbättras. Detta har studerats både genom att ändra fiberns fuktsorptionsegenskaper och genom att förändra adhesionen och kontaktgraden mellan fibrerna i fiber-fiberfogarna. Fogegenskaperna har också varierats genom att tillverka laboratorieark torkade under inspänning samt ark torkade fritt för att minimera mängden inbyggda spänningar i arket.Blekt kraftmassa har behandlats med polyelektrolytmultilager (PEM) för att förbättra adhesionen mellan fibrerna och för att öka kontaktgraden mellan fibrerna i fogen. Kontaktgraden har även minskats genom förhorning av fibrerna före arkformning. För de ark som fick torka fritt gav PEM-behandlingen en ökad hygroexpansionskoefficient, det vill säga dimensionsförändringen normaliserad mot förändringen i fuktinnehåll, vid samma förändring i relativ luftfuktighet medan förhorningen minskade hygroexpansionskoefficienten något. Om arken emellertid torkades under inspänning observerades ingen skillnad i hygroexpansionskoefficient mellan de olika fibermodifieringarna. Detta tolkades som ett resultat av en ökad kontaktzon och en större utbredning ut ur fogens plan, när arken torkades utan inspänning. En utbredning som medför att en större del av fiberns transversella expansion överförs som expansion i pappersplanet.Fibrernas fuktsorptionsegenskaper förändrades genom natriumperjodatoxidering av 1,4-glukanernas C2-C3-bindning. Detta skapade sannolikt tvärbindningar i fiberväggen som förbättrade fiberväggens tålighet både genom att låsa fibrillerna närmare varandra och genom att ta bort potentiella adsorptionssäten som annars är tillgängliga för vattenadsorption. Perjodatoxidationen minskar också fibrernas kristallinitet och således frigjorde oxidationen hydroxylgrupper där vattenmolekyler kan adsorbera. Detta innebar att oxidationen både minskade och ökade interaktionen mellan vatten och fibervägg, men dock på olika strukturell nivå. Tvärbindningarna visade sig också märkbart reducera sorptionshastigheten när arken utsattes för en förändrad luftfuktighet så länge de inte tidigare utsatts för relativa luftfuktigheter nära mättnad. Som ett resultat av den lägre förändringen i fuktinnehåll vid en förändring i luftfuktighet från 20 till 85 % RF minskade dimensionsförändringens amplitud för de tvärbundna arken upp till 30 %. Emellertid uppvisade de tvärbundna arken en högre hygroexpansionskoefficeint, vilket innebär att de blev mer känsliga för absoluta förändringar i fuktinnehåll.